Небесная сфера. Основные плоскости, линии и точки небесной сферы.Светила, их классификация, видимые движения. Горизонтальная и экваториальные системы координат.
Предмет и задачи астрономии. Разделы астрономии. Основные этапы развития астрономии. Общее представление о масштабах и структуре Вселенной и физическом состоянии материи.
Предмет и задачи астрономии
• Астрономия – наука о Вселенной, изучающаярасположение, движение, строение,происхождение и развитие небесных тел иобразованных ими систем. Исследует Солнце, звёзды,планеты и их спутники, кометы, метеоры,туманности, звёздные системы, вещество,заполняющее пространство между звёздами ипланетами
Основные задачи:
1. Изучение видимых, а затем идействительных положений идвижений небесных тел в пространстве,определение их размеров и формы
2. Изучение строения небесных тел,исследование химического состава ифизических свойств вещества в них
3. Решение проблемы происхождения иразвития отдельных небесных тел иобразуемых ими систем
Разделы астрономии:
Принято выделять три основных раздела:
1. астрометрию (изучает положение идвижение небесных тел и Земли.У астрометрии две важные цели:1. Установление системы небесныхкоординат;2. Получение параметров, наиболее полнохарактеризующих закономерностидвижения небесных тел и вращениеЗемли)
2. небесную механику (изучает движение небесныхтел под действием тяготения, разрабатываетметоды определения их орбит, позволяетрассчитать эфемериды)
3. астрофизику (изучает происхождение,строение, химический состав,физические свойства и эволюциюкак отдельных тел, так и их систем,вплоть до всей Вселенной в целом)
|
|
|
Основные этапы развития астрономии:
· 3 тыс. лет до н.э. (Египет) – по наблюдениям запоявлением Сириуса довольно точно былаопределена продолжительность тропического года
· 2 тыс. лет до н.э. (Китай) – видимые движения Солнцаи Луны были изучены до такой степени, что можнобыло предсказывать солнечные и лунные затмения
· II век до н.э., Гиппарх (Древняя Греция, Родос)составил первый каталог звёзд и создалгеометрическую теорию эпициклов, которая легла воснову геоцентрической системы мира
· II век н.э., Птолемей (Древняя Греция, Александрия) –автор труда «Мегале Синтаксис», или «Альмагест»
· В средние века астрономия развивалась восновном в Средней АзииЭпоха великих географических открытий,промышленная революция и Реформацияподтолкнули развитие астрономической наукив Европе
· Николай Коперник (1543) разработалгелиоцентрическую систему мираИоганн Кеплер установил законы движенияпланет (1609 – 1618)
· Галилео Галилей одним из первыхиспользовал телескоп дляастрономических целей (1609), открылчетыре спутника Юпитера (1610)Исаак Ньютон установил основные законымеханики, а также закон всемирноготяготения (1686)
|
|
|
· XVII – XIX века – открытия новых планет,спутников, астероидов
· Середина XIX века и далее – спектральный анализ ифотографирование (в видимом диапазоне)
· XX век – астрофизика, СТО, ОТО, современнаякосмология
· С 1940-х годов – радиоастрономия
· 1957-й – первый искусственный спутник
· 1961-й – первый полёт человека в космос
· 1969-й – высадка людей на Луну
· 1970-е – 1990-е – исследования Марса, Венеры, далёкихпланет
· 1990-е – 2000-е – космический телескоп им. Хаббла(Hubble Space Telescope), открытие планет у другихЗвёзд
Общее представление о масштабах и структуреВселенной и физическом состоянии вещества
· Земля → Солнечная система → Галактика Млечный Путь(150 млрд. звёзд) → Местная группа галактик(более 50 галактик) → Местное сверхскопление галактик(около 30 тыс. галактик)
· В общем случае: Звёздная система → Скопление звёзд (10 –100 тыс. звёзд) → Галактика (1 млрд. – 1 трлн. звёзд) →Местная группа галактик → Местное скопление галактик(1 тыс. – 10 тыс. галактик) → Местное сверхскоплениегалактик
· Скопления галактик располагаются вдоль границ огромныхячеек, подобных пчелиным сотам
· Среднее расстояние от Земли до Солнца – 150 млн. км, или 1 а.е.
|
|
|
· Орбита Нептуна ~ 30 а.е.
· Внешняя граница облака Оорта (граница Солнечной системы) ~ 1 световойгод
· Расстояние до ближайшей к нам звезды(α Центавра C) – 1.3 пк (парсека),1 пк ≈ 3.26 световых года
· Наша Галактика состоит из более чем 150 млрд. звёзд и представляет собой«диск» диаметром 100 тысяч световых лет и толщиной 10 тысяч световыхлет
· Ближайшая галактика – карликовая галактика в созвездии Большого Пса,находится на расстоянии25 тысяч световых лет
· Ближайшая сверхгигантская галактика – Туманность Андромеды. Содержитоколо 1 трлн. звёзд и находится на расстоянии 2.54 млн. световых лет
· Самая удалённая галактика – IOK-1 – находится в созвездии ВолосыВероники на расстоянии 12.88 млрд. световых лет
· Наблюдаемая часть материи Вселенной в основном сосредоточена взвёздах (~90 %) и межзвёздной среде (~ 10 %)
· Часть материи пребывает в форме поля (гравитационного,электромагнитного)
· По современным данным, только около 5 % Вселенной составляетобычная барионная (наблюдаемая) материя
· Около 23 % приходится на тёмную материю, небарионная компонентакоторой не участвует в сильном и электромагнитномвзаимодействиях
· И ещё 72 % составляет «тёмная энергия»
Небесная сфера. Основные плоскости, линии и точки небесной сферы.Светила, их классификация, видимые движения. Горизонтальная и экваториальные системы координат.
|
|
|
• Небеснаясфера- сферапроизвольного радиуса, центр которойнаходится в точке наблюдения, и наповерхность этой сферы проецируются всеокружающие нас небесные тела или светила
• Вращение небесной сферы для наблюдателя,находящегося на поверхности Земли,воспроизводит суточное движение светил на небе
Основные плоскости, линии и точки небесной сферы
ZOZ'– отвесная (вертикальная) линия,
SWNE – истинный(математический) горизонт,
aMa' – альмукантарат,
ZMZ' – круг высоты(вертикальный круг), или вертикал
POP'– ось вращения небесной сферы (ось мира),
P – северный полюс мира,
P' – южный полюс мира,
∠ PON = ϕ (широта местанаблюдения),
QWQ'E – небесныйэкватор,
bMb' – суточнаяпараллель,
PMP' – круг склонения,
PZQSP'Z'Q'N – небесныймеридиан,
NOS – полуденная линия
Светила, их классификация, видимые движения
Звезды:
· Невооружённым взглядом в ясную безлунную ночь всеверном полушарии видно около 3 000 звёзд, т. е. всего нанебесной сфере видно 6 000 звёзд.
· Взаимное положение звёзд друг относительно другаизменяется крайне медленно, и без специальных приборовтакое изменение наблюдать не возможно. Т. о., суточноедвижение звезды по небесной сфере изо дня в день (из ночив ночь) одно и то же.
· Звёзды принято объединять в созвездия. В настоящее времявыделяют 88 созвездий.
· Самая яркая звезда в созвездии обознается α, далее β, γ, δ ит.д. Для менее ярких звёзд используется числоваянумерация
· На восточной стороне горизонтазвёзды восходят, затем поднимаютсядо некоторой максимальной высотынад горизонтом, после чегоопускаются и заходят на западнойстороне горизонта. Каждая звездавсегда восходит в одной и той жеточке восточной стороны и заходитвсегда в одной и той же точкезападной.
Солнце и Луна:
• Солнце и Луна, также, как и звёзды, восходят навосточной стороне горизонта и заходят на западной.Но в разные дни года они восходят в разных точкахвосточной стороны и заходят тоже в разных точкахзападной.
• Луна смещается с запада на восток примерно на 13º всутки и совершает полный круг по небу за 27,32 суток,проходя по т.н. зодиакальным созвездиям.
• Солнце также перемещается по небу с запада навосток, проходя те же зодиакальные созвездия,смещаясь за сутки примерно на 1º, и совершает весьпуть за 1 год.
Планеты:
• Ещё в древности были замечены 5 светил,похожих на звёзды, но «блуждающих» посозвездиям. Они были названы планетами.
• Позже были открыты ещё 3 планеты, а затем1 была «закрыта».
• Планеты большую часть времениперемещаются по зодиакальным созвездиям сзапада на восток (прямое движение), но частьвремени – с востока на запад (попятноедвижение).
Горизонтальная и экваториальные системы координат.
• Положение светила на небесной сфере однозначноопределяется двумя угловыми координатами, еслизадана основная плоскость и начало отсчёта.
• В сферической астрономии используются следующиесистемы небесных координат (1. Горизонтальная, 2. 1-я экваториальная, 3. 2-я экваториальная, 4. Эклиптическая)
Горизонтальная система координат
Основная плоскость –плоскость математического горизонта
1) ∠mOM = h (высота)
0 ≤ h ≤ 90
–90 ≤ h ≤ 0
или ∠ZOM = z (зенитноерасстояние)
0 ≤ z ≤ 180
z + h = 90
2) ∠SOm = A (азимут)0 ≤ A ≤ 360
1-я экваториальнаясистема координат
Основная плоскость – плоскость небесногоэкватора
1) ∠mOM = δ (склонение)
0 ≤ δ ≤ 90 –90 ≤ δ ≤ 0
или ∠POM = p (полюсное расстояние)
0 ≤ p ≤ 180 p + δ = 90
2) ∠QOm = t (часовой угол)
0 ≤ t ≤ 360 или 0h ≤ t ≤ 24h
2-я экваториальнаясистема координат
Основная плоскость –плоскость небесногоэкватора
1) ∠mOM = δ (склонение)0 ≤ δ ≤ 90–90 ≤ δ ≤ 0
или ∠POM = p (полюсноерасстояние)
0 ≤ p ≤ 180p + δ = 90
2) ∠ ϒOm = α (прямоевосхождение)0 ≤α≤ 360или 0h ≤α≤ 24h
Системы небесных координат
• Горизонтальная СК используется дляопределения направления на светилоотносительно земных объектов.
• 1-я экваториальная СК используетсяпреимущественно при определении точноговремени.
• 2-я экваториальная СК является общепринятойв астрометрии.
Параллактический треугольник и преобразование небесных координат.Восход и заход светил. Верхняя и нижняя кульминации. Моменты временивосхода и захода светил и их азимуты. Сумерки. Белые ночи.
Параллактический треугольник - сферический треугольник, образованный
пересечением небесного меридиана (дуга PZ), вертикала (дуга ZM) и часовым
кругом (дуга PM). Этот треугольник связывает координаты ЭСК(экваториальную СК) и ГСК(горизонтальную СК):
1) Дуга Qm = t,
т.е.∠ZPM = t
2) Сторона PM = 90 – δ,
т.к. mM = δ
3) Сторона ZM = z
4) ∠PZM = 180 – A,
т.к. дуга Sm' = A
5) Сторона PZ = 90 – ϕ,
т.к. ∠PON = ϕ
∠PMZ = q называется
параллактическим углом.
Преобразования координат
Используя формулы сферическойтригонометрии, для параллактическоготреугольника можно получить две системысоотношений, связывающих ГСК и ЭСК:
Восход и заход светил.
· Вследствие суточного вращения небесной сферы всесветила описывают круги, плоскости которыхпараллельны плоскости небесного экватора, т.е.движутся по суточным параллелям.
· 
В зависимости от географической широты местанаблюдения ϕ и склонения светила δ суточныепараллели либо пересекают математический горизонтв двух точках, либо целиком располагаются над ним,либо под ним. (Первые светила – восходящие и заходящие;Вторые – незаходящие; Третьи – невосходящие)
· Точкапересечениясветиломгоризонта придвижении снизувверхназываетсяточкой восхода,сверху вниз –захода
· В случае δ = 90 – ϕ (длясеверного полушария)суточная параллелькасается горизонта вточке севера N.
· Условиеδ < 90 – ϕопределяет восходящие изаходящие светила.
· С учётом южногополушария:|δ| < 90 – |ϕ|
Из первой формулы системы (2):
Пренебрегая рефракцией и суточным параллаксомдля светила на горизонте (z = 90):
Два решения: tзах = t и tвосх = –t. Аналогично из первой формулы системы (1)находятся азимуты точек восхода и захода:
Aзах = A и Aвосх = 360 – A
Кульминации
• Суточная параллель светила пересекаетнебесный меридиан в двух точках. Явлениепересечения светилом небесного горизонтаназывается кульминацией светила.
• В верхней кульминации светило имеетмаксимальную высоту над горизонтом.
• В нижней кульминации – минимальную.
• Верхняя кульминация может происходить кюгу и к северу от зенита.
hВ.К. = 90 – ϕ + δ
hН.К. = δ – (90 – ϕ)
Сумерки
Излучение Солнцарассеивается ватмосфере, ипоэтому даже послеполного заходаСолнца (либо передего восходомнаблюдаютсясумерки – вечерние(или утренние)
• Вечерние гражданские сумерки продолжаются до тех пор,
пока высота центра Солнца не станет равной h = –6º.
• Угловой диаметр Солнца d = 32'
• Утренние гражданские сумерки начинаются перед восходом
Солнца, когда высота его центра h = –6º.
• Навигационные (вечерние и утренние) сумерки длятся втечение времени, пока –6º ≤ h< –12º.
• За начало или окончание астрономических сумерек принимается тот момент, когда высотацентра Солнца h = –18º.
Белые ночи
• На географической широте ϕ = 6034' в деньлетнего солнцестояния, когда δ = +2326'высота Солнца h в нижней кульминации (т.е.в полночь) в соответствии с формулойhН.К. = ϕ + δ – 90 будет равна – 6.
• Т.о., на такой широте в такой день окончаниевечерних сумерек совпадёт с началомутренних, т.е. гражданские сумерки длятся всюночь, которая называется белой.
Эклиптика. Эклиптическая система координат. Движение Солнца по эклиптике. Суточное движение Солнца. Изменение со временемположений небесного экватора, эклиптики и точек весеннего и осеннегоравноденствий. Прецессионное движение северного полюса мира.
Эклиптика
• Измерения высоты Солнца в полдень на одной и той же географическойшироте показали, что склонение Солнца δ в течение годаизменяется в пределах от +23026' до –23026'.
• Прямое восхождение Солнца α на протяжении годатакже постоянно изменяется от 0 до 360 или от 0 до 24h.
• Рассматривая непрерывное изменение обеих координатСолнца, можно установить, что оно перемещается средизвёзд с запада на восток по большому кругу небеснойсферы, который называется эклиптикой.
Эклиптическая СК
Основная плоскость –плоскость эклиптикиεϒε'Ω
Плоскость эклиптикинаклонена к плоскостинебесного меридианапод углом ε = 2326'
ПП' – ось эклиптики
ε – точка летнегосолнцестояния
ε' – точка зимнегосолнцестояния
1) ϒm = λ (эклиптическаядолгота)
2) mM = β (эклиптическаяширота)
Изменение экваториальных координат Солнца при егодвижении по эклиптике
20-21 марта Солнце находится вточке ϒ, его склонение δ = 0 ипрямое восхождение α = 0.Это день весеннегоравноденствия.Максимальная высота центраСолнца над горизонтом вполдень этого дня (верхняякульминация):
h = 900 – φ + δ = 900 – φ
Затем Солнце сдвинется поэклиптике ближе к точке ε, т.е.δ > 0 и α> 0.
21-22 июня Солнце находится вточке ε, его склонениемаксимально δ = 23026', апрямое восхождение α = 6h.
В полдень этого дня (летнегосолнцестояния) Солнцеподнимается на максимальнуювысоту над горизонтом:h = 900 – φ + 2326'
Затем Солнце сдвинется поэклиптике ближе к точке ε',т.е. δ начнёт уменьшаться
Около 23 сентября Солнце придёт вточку ε, его склонение δ = 0,прямое восхождение α = 12h.Это - день осеннегоравноденствия.
22-23 декабря Солнце окажется вточке ε', его склонениеминимально δ = – 2326', апрямое восхождение α = 18h.Максимальная высота надгоризонтом: h = 900 – φ – 2326'
Изменение экваториальных координатСолнца при его движении по эклиптике
• Изменение экваториальных координат Солнцав течение года происходит неравномерно.
• Склонение изменяется быстрее всего придвижении Солнца вблизи точек равноденствий,и медленнее всего – вблизи точексолнцестояний.
• Прямое восхождение, наоборот, медленнееизменяется вблизи точек равноденствий, ибыстрее – вблизи точек солнцестояний.
• Видимое движение Солнца по эклиптике связано сдействительным движением Земли по своей орбите вокругСолнца, а также с тем фактом, что ось вращения Земли неперпендикулярна плоскости её орбиты, а составляет уголε = 23º26'.
• Полярные дни, длящиеся от 24h до полугода исоответствующие ночи, наблюдаются за полярными
кругами, широты которых определяются условиями:φ = ±(90º – ε) = ± 66º34'
Изменение со временем положений небесногоэкватора, эклиптики и точек весеннего иосеннего равноденствий
• Положение оси мира и, следовательно, плоскостинебесного экватора, а также точек ϒ и Ω не постоянно,
а периодически изменяется.
• Вследствие прецессии земной оси ось мира описываетконус вокруг оси эклиптики с углом раствора ~23,50 за26 000 лет.
• Вследствие возмущающего действия планет кривые,описываемые полюсами мира, не замыкаются, а
стягиваются в спираль.
• Т.к. и плоскость небесного экватора, и плоскость эклиптики медленноизменяют свое положение в пространстве, то точки их пересечения(ϒ и Ω) медленно перемещаются к западу.
• Скорость перемещения (общая годовая прецессия в эклиптике) за год:l = 360/26 000 = 50,26''.
• Общая годовая прецессия в экваторе:m = l cos ε = 46,11''.
• В начале нашей эры точка весеннего равноденствия находилась всозвездии Овна, от которого и получила своё обозначение (ϒ), а точкаосеннего равноденствия – в созвездии Весов (Ω). С тех пор точка ϒпереместилась в созвездие Рыб, а точка Ω – в созвездие Девы, но ихобозначения остались прежними.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 729; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!