Как найти меридиан на небе

Точки и линии небесной сферы — как найти альмукантарат, где проходит небесный экватор, что представляет собой небесный меридиан.

Что представляет собой Небесная сфера

Небесная сфера – абстрактное понятие, воображаемая сфера бесконечно большого радиуса, центром которой является наблюдатель. При этом центр небесной сферы как бы находится на уровне глаз наблюдателя (иными словами, все что вы вы видите над головой от горизонта до горизонта – и есть эта самая сфера). Впрочем, для простоты восприятия, можно считать центром небесной сферы и центр Земли, никакой ошибки в этом нет. Положения звезд, планет, Солнца и Луны на сферу наносят в таком положении, в каком они видны на небе в определенный момент времени из данной точки нахождения наблюдателя.

Иными словами, хотя наблюдая положение светил на небесной сфере, мы, находясь в разных местах планеты, постоянно будем видеть несколько различную картину, зная принципы “работы” небесной сферы, взглянув на ночное небо мы без труда сможем сориентироваться на местности пользуясь простой техникой. Зная вид над головой в точке А, мы сравним его в с видом неба в точке Б, и по отклонениям знакомых ориентиров, сможем понять где именно находимся сейчас.

Люди давно уже придумали целый ряд инструментов облегчающих нашу задачу. Если ориентироваться по “земному” глобусу просто с помощью широты и долготы, то целый ряд подобных элементов – точек и линий, предусмотрен и для “небесного” глобуса – небесной сферы.

Элементы небесной сферы

Небесная сфера имеет ряд характерных точек, линий и кругов, рассмотрим основные элементы небесной сферы.

Вертикаль наблюдателя — прямая, проходящая через центр небесной сферы и совпадающая с направлением нити отвеса в точке наблюдателя. Зенит  — точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, расположенная над головой наблюдателя. Надир  — точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, противоположная зениту.

Истинный горизонт — большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к вертикали наблюдателя. Истинный горизонт делит небесную сферу на две части: надгоризонтную полусферу, в которой расположен зенит, и подгоризонтную полусферу, в которой расположен надир.

Ось мира (Земная ось) — прямая, вокруг которой происходит видимое суточное вращение небесной сферы. Ось мира параллельна оси вращения Земли, а для наблюдателя, находящегося на одном из полюсов Земли, она совпадает с осью вращения Земли. Видимое суточное вращение небесной сферы является отражением действительного суточного вращения Земли вокруг своей оси. Полюсы мира —точки пересечения оси мира с небесной сферой. Полюс мира, находящийся в области созвездия Малой Медведицы, называется Северным полюсом мира, а противоположный полюс называется Южным полюсом.

Небесный экватор — большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к оси мира. Плоскость небесного экватора делит небесную сферу на северную полусферу, в которой расположен Северный полюс мира, и южную полусферу, в которой расположен Южный полюс мира.

Небесный меридиан, или меридиан наблюдателя — большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира, зенит и надир. Он совпадает с плоскостью земного меридиана наблюдателя и делит небесную сферу на восточную и западную полусферы.

Точки севера и юга — точки пересечения небесного меридиана с истинным горизонтом. Точка, ближайшая к Северному полюсу мира, называется точкой севера истинного горизонта С, а точка, ближайшая к Южному полюсу мира, — точкой юга Ю. Точки востока и запада — точки пересечения небесного экватора с истинным горизонтом.

Полуденная линия — прямая линия в плоскости истинного горизонта, соединяющая точки севера и юга. Полуденной называется эта линия потому, что в полдень по местному истинному солнечному времени тень от вертикального шеста совпадает с этой линией, т. е. с истинным меридианом данной точки.

Южная и северная точки небесного экватора — точки пересечения небесного меридиана с небесным экватором. Точка, ближайшая к южной точке горизонта, называется точкой юга небесного экватора, а точка, ближайшая к северной точке горизонта, — точкой севера небесного экватора.

Вертикал светила, или круг высоты,  — большой круг на небесной сфере, проходящий через зенит, надир и светило. Первый вертикал — вертикал, проходящий через точки востока и запада.

Круг склонения, или часовой круг светила, — большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира и светило.

Суточная параллель светила — малый круг на небесной сфере, проведенный через светило параллельно плоскости небесного экватора. Видимое суточное движение светил происходит по суточным параллелям.

Альмукантарат светила — малый круг на небесной сфере, проведенный через светило параллельно плоскости истинного горизонта.

Все отмеченные выше элементы небесной сферы активно используются для решения практических задач ориентирования в пространстве и определения положения светил. В зависимости от целей и условий измерения применяют две отличающиеся системы сферических небесных координат.

В одной системе светило ориентируют относительно истинного горизонта и называют эту систему горизонтальной системой координат, а в другой — относительно небесного экватора и называют экваториальной системой координат.

В каждой из этих систем положение светила на небесной сфере определяется двумя угловыми величинами подобно тому, как при помощи широты и долготы определяется положение точек на поверхности Земли.

источник: по книге “Авиационная астрономия”

Глядя на мириады звезд в ночном небе человек задумывается о своем месте во Вселенной. Популяризация астрономических знаний и всеобщий интерес к астрологии не восполняют пробелы в знаниях об устройстве мироздания. И хотя все учили астрономию в школе, в данной статье напомним о некоторых основополагающих понятиях: это небесный меридиан, небесный экватор и координаты небесной сферы.

Предисловие

Когда смотришь на звездное небо, кажется, что все небесные объекты расположены на поверхности сферы – гигантской и вращающейся в направлении Запада. Еще первые известные нам астрономы Мусейона (Древний Египет, 296-270 годы да нашей эры) Тимохарис и Аристилл обозначили понятия небесной сферы и начали уточнение положения звезд на ней. Именно тогда зародилась наука сферика, которая занимается изучением видимого положения звезд и составлением звездных каталогов и карт. И хотя мы знаем, что представление о небесном своде древних ошибочно, но и сегодня именно такая модель наиболее удобна для описания звездного неба.

Академические понятия

Небесная сфера – это воображаемый гигантский купол произвольного радиуса, внутренняя поверхность которого усыпана звездами, которые наблюдатель видит с Земли. Эта воображаемая сфера имеет целый ряд точек и линий, которые помогают понять движение и расположение небесных тел. Подобно географическим линиям координат на поверхности планеты, небесная сфера также поделена соответствующими линиями. Наивысшая точка сферы над головой наблюдателя называется зенитом (противоположная точка — надиром), а неподвижная ось этой сферы называется осью мира. Она проходит через северный и южный полюса и через глаз наблюдателя, и остается совершенно неподвижной. На два полушария перпендикулярно оси небесную сферу разделяет экватор, а круг, проходящий через полюса и зенит, – это небесный меридиан. Круг небесной сферы, который образуется при пересечении ее и горизонтальной плоскости, что проходит через глаз наблюдателя перпендикулярно отвесной линии в точке наблюдения, – это истинный (математический) горизонт.

Наблюдатель и звезды

Вид небосвода зависит от расположения наблюдателя на поверхности планеты. На Южном и Северном полюсах он увидит абсолютно разные картинки звездного неба. Звезды и небесная сфера вращаются вокруг полюса мира: в случае с Северным полюсом планеты это зенит Полярной звезды, а вот на Южном полюсе никакой яркой звезды нет. Наблюдатель, находящийся на экваторе планеты, теоретически видит оба полюса мира и все звезды. Но где бы мы ни наблюдали за звездами, главная линия на небесной сфере — это небесный меридиан.

Взаимосвязь плоскостей

Меридиан, или круг, проведенный через полюсы и зенит с надиром, пересекается с горизонтом в точках севера и юга. Линия пересечения плоскости небесного горизонта и меридиана – это полуденная линия. Если провести линию через центр сферы перпендикулярно полуденной, то она пересечет горизонт в точках запада и востока. Небесный экватор пересекается с горизонтом именно в этих точках и делит сферу на северное и южное полушария.

Кульминации

Любое светило проходит небесный меридиан два раза в сутки. В самом высоком положении оно будет находится к югу от полюса, а в самом нижнем – к северу. Явление прохождения небесного меридиана светилом называется кульминацией, верхней и нижней соответственно. Для наблюдения кульминаций используются пассажные инструменты — телескопы, которые установлены в его плоскости. Ось мира относительно плоскости небесного меридиана расположена параллельно и к местному горизонту наклонена под углом, соответствующим географической широте местности наблюдения. Планеты проходят кульминации дважды в сутки, что и послужило ориентирами для развития картографии небесной сферы.

Системы небесных координат

Зачем человечеству необходимы все эти линии небесного меридиана? Они используются в астрономии для определения положения небесных тел. Существует множество систем координат, которые отличаются выбором фундаментальной плоскости и точкой отсчета. Но все они предполагают задание положения в виде двух угловых величин или дуг и называются сферическими системами координат, а именно:

• Горизонтальная топоцентрическая – центром является местонахождение наблюдателя, фундаментальной – плоскость истинного горизонта.
• Первая и вторая экваториальная, фундаментальная плоскость в данном случае — это плоскость экватора.
• Эклиптическая – фундаментальной плоскостью выбрана плоскость эклиптики (большого круга небесной сферы, по которому проходит годичное перемещение Солнца).
• Галактическая – в данной системе основной является плоскость нашей Галактики.

Наиболее часто используемые — это горизонтальная и экваториальная системы.

Использование и применение систем координат

Большинство компьютерных современных программ используют для определения положения светил горизонтальную топоцентрическую систему, данные для которой могут быть получены при помощи угломерных приборов и при наблюдениях в телескоп на азимутальной установке. Экваториальные системы чаще применяются при определении точного времени и при наблюдениях в телескоп на экваториальной установке. Эклиптическая система используется для расчета орбит планет или Луны. Однако чаще всего приходится использовать несколько систем. Например, для расчета координат Луны сначала проводят расчеты в эклиптической системе, потом пересчитывают данные в экваториальной, а затем переходят к горизонтальной топоцентрической системе координат.

Если вы астроном-любитель

Даже без специальных приборов расстояние между небесными телами можно оценить, хотя и очень приближенно. Так как наблюдатель всегда находится в центре, а небо представляет собой сферу, то все расстояния между объектами измеряются в углах. Полный круг соответствует 360 градусам. Можно приближенно определить угол, сравнивая его с расстоянием между пальцами вытянутой руки. Если же необходимы более точные данные для определения местонахождения небесного объекта, используют астрокомпас с прямоугольной системой координат.

Небесные меридианы и астрология

Что звезды меняют свое положение в пространстве, заметили еще древние жители нашей планеты. Однако наиболее заметное движение можно наблюдать у Солнца, Луны, планет относительно далеких звезд, движение которых можно заметить при наблюдении за ними на протяжении столетий. Древние наблюдатели в полосе около 16 градусов вдоль эклиптики выделили двенадцать созвездий, названных зодиакальными. Именно им придавалось огромное значение астрологами. Но сегодня, по прошествии веков, прецессия Земли изменила основные точки эклиптики. И тринадцатым знаком, где могут появиться Солнце и планеты, стало созвездие Змееносца (Ophiuchus), которое не является зодиакальным. Именно этому обязаны все скептические замечания в сторону астрологии. Но знаки зодиака и сегодня используются в астрономии для обозначения совокупности звезд на небесном небосводе. Например, одна из двух самых важных точек на небесной сфере, где солнечная эклиптика пересекает экватор, обозначается знаком созвездия Овен (Ophiuchus).

Подводя итог

Наблюдения за положением звезд на небесной сфере сыграли свою роль в величайших открытиях человечества. Прецессия и нутация Земли, аберрации и параллакс звезд и сегодня продолжают играть важнейшую роль в космонавтике и астрономии. Знание небесных координат и небесного меридиана – это решение задач измерения времени, определение географических координат на Земле, каталоги звезд. Кроме того, эти знания дают информацию о пространственном распределении звезд, что используется при изучении движения естественных и искусственных небесных тел и при постановке проблем в звездной астрономии и астрофизике. Знание того, в каких точках небесный меридиан пересекается с линией горизонта, во многом определило развитие научно-технического прогресса человечества с самых давних времен его существования.

Популяризации знаний из области астрономии сегодня во многом способствует интерес к астрологии, гороскопам и тайным знаниям. Но такие романы, как «Карта (тайна) небесной сферы, или Тайный меридиан» известного романиста из Испании Артуро Переса-Реверте, который стал бестселлером с 2007 года, не восполняют знания из области классической астрономии. В статье рассмотрим понятие небесной сферы. И, конечно, ее характеристики – небесный меридиан и экватор.

Полуденный показатель

Именно так с латыни переводится само слово «меридиан». Под ним понимается линия сечения любой поверхности плоскостью, которая проходит через ось симметрии тела.

Вам будет интересно:Что такое апофема для многоугольника и пирамиды? Апофема правильной четырехугольной пирамиды

Существуют астрономические, географические, магнитные меридианы. В народном целительстве есть понятия меридианов человеческого тела.

С понятием меридиана связано развитие астрологии как науки о связи расположения звезд в момент рождения человека и влиянии их на судьбу. Именно так древними астрологами были выделены в полосе эклиптики каждые 16 градусов, которые и образовали двенадцать зодиакальных знаков-созвездий.

И хотя сегодня наши знания о расположении звезд на небесном своде гораздо шире, но зодиакальные обозначения продолжают использоваться в астрономии.

Вам будет интересно:Микроскопы «Микромед»: обзор, описание, характеристики

Такие разные меридианы

В упомянутом романе речь идет о тайном небесном меридиане, расшифровка которого связана с сокрытыми сокровищами иезуитов. А сколько на самом деле меридианов?

В астрономии выделяют следующие:

• Меридиан астрономический или истинный. Это линия на поверхности земли, на которой все точки характеризуются одинаковой астрономической долготой. Плоскость этого меридиана проходит через направление отвеса в любой точке и параллельна оси вращения планеты.
• Небесным меридианом называется круг на небесной сфере, который проходит через полюсы мира и соединен с зенитом точки наблюдения.
• Меридиан Гринвичский. Это условная линия, которая проходит через Гринвичскую обсерваторию (Англия). Именно от него сегодня ведется счет астрономической долготы в западном и восточном направлениях.

Тайный меридиан

Но так было не всегда, а лишь с 1884 года, когда именно Гринвичский меридиан был принят во всех странах в качестве нулевого. А произошло это в соответствии с решением первой Международной меридианной конференции.

В Российской империи до данного события использовался как нулевой Пулковский меридиан, во Франции – Парижский, во многих странах – меридиан Ферро.

А в средние века вообще за нулевой меридиан могли принять любой. Именно в связи с этим и существует легенда о тайном меридиане.

Небесный свод

Наблюдателю кажется, что все звезды располагаются на поверхности огромной сферы, которая вращается в направлении с востока на запад. Это заметили еще в глубокой древности, и первыми астрономами (Аристотель, Птолемей) было обозначено понятие небесной сферы с четким расположением на ней небесных тел.

Именно тогда появилась сферика – наука про положение звезд и составление их каталогов и карт. И пусть представления древних астрономов и были ошибочны, но такая модель небесной сферы оказалась очень удачной.

Основные термины

Итак, сегодня небесной сферой называют воображаемую сферу с произвольным радиусом, на которой спроецировано расположение небесных тел.

Элементами небесной сферы являются:

• Отвесная линия – прямая, которая проходит через центр сферы и совпадает с направлением отвесной прямой в точке наблюдения. Пересечение этой линии с небесной сферой называется зенит, а в точке на поверхности планеты или же под ногами у наблюдателя – надир.
• Истинный горизонт – плоскость круга небесной сферы, перпендикулярная отвесной линии.
• Вертикал светила – полукруг сферы, который проходит через светило и соединяет надир с зенитом.

Понятия, связанные с вращением небесной сферы

• Ось мира – это воображаемая прямая, которая проходит через центр и пересекается с поверхность самой сферы в полюсах (северном и южном).
• Небесный экватор – большой круг, перпендикулярно пересекающий ось мира. Он делит сферу на северное и южное полушария.
• Круг сферы, который проходит через отвесную линию и ось, – небесный меридиан. Плоскость его также делит сферу на два полушария – восточное и западное.
• Полуденная линия – условная прямая, где пересекаются плоскости меридиана и горизонта.

Как располагается ось мира относительно небесного меридиана, иллюстрирует рисунок ниже.

Становится понятно, что ось мира расположена параллельно оси вращения планеты и находится в плоскости меридиана. А сам небесный меридиан пересекается с горизонтом в точках севера и юга.

Системы сферических координат

Каждой звезде соответствует точка на небесной сфере с соответствующими координатами. При этом положение и движение светил может изучаться в разных системах сферических координат, например:

• Горизонтальная топоцентрическая. В данном случае фундаментальной точкой отсчета считают положение наблюдателя, а центральной плоскостью – истинный (математический) горизонт.
• Первая и вторая экваториальные системы за фундаментальную плоскость берут экватор.
• Эклиптическая использует плоскость эклиптики (большой круг небесной сферы, по которому Солнце перемещается в течение года).
• Галактическая система координат основана на использовании плоскости, на которой размещена наша галактика.

Кульминации светил

Каждая звезда на небесной сфере два раза в сутки проходит небесный меридиан. При этом в своем верхнем положении светило расположено к югу, а в нижнем – к северу от полюсов. Именно явления, когда центр светила проходит небесный меридиан, называются кульминациями. При этом стоит отметить, что явления доступны для наблюдения только у восходящих и заходящих светил.

Для наблюдения за движениями светил используют телескопы, установленные в их плоскости (пассажные инструменты).

Для астронома-любителя

Но и без специальных приборов и при минимальных астрономических знаниях можно наблюдать за движением светил и даже измерять расстояния между ними.

Как известно, расстояния между звездами измеряются в угловых градусах. Полный круг для светила равен 360 градусов. Например, изменение расстояния между звездами можно, хоть и приближенно, заметить при сравнении угла между ними.

Кроме того, знание координат светила в тот или иной временной промежуток значительно упрощает их поиск на небесном своде для астронома-любителя. В домашний телескоп так можно увидеть Меркурий (очень недолго), Венеру (и то только в виде серпа) и Марс (только раз в два года – в период противостояния). А самыми захватывающими будут наблюдения за Юпитером и Сатурном.

Подведем итог

Величайшие открытия нашей цивилизации связаны с понятием небесных координат. Прецессия и нутация нашей планеты, аберрации и параллаксы звезд, черные дыры и разноцветные карлики – эти и другие открытия продолжают будоражить умы ученых и любителей. Знания о небесных координатах дали человечеству возможность решать задачи времени, определять географическое положение на планете, составить каталоги и карты звезд.

Значение этих знаний сложно переоценить в астрономии, астрофизике, космонавтике.

И в астрологии также. Ведь именно обнаружение тринадцатого знака зодиака – Змееносца – внесло в астрологию немало скептицизма. А появилось это созвездие в эклиптике благодаря тому, что изменилась прецессия Земли. Но это тема уже совсем другой статьи.