- пояснение - в идеале работа выполняется в компьютерной обучающей программе ИИСС "Планетарий"

Без данной программы можно выполнить работу с помощью подвижной карты звёздного неба: карта и накладной круг.

Практическая работа с подвижной картой
звездного неба.

Тема . Видимое движение Солнца

Цели урока .

Учащиеся должны уметь:

1. Определять по карте экваториальные координаты светил и, наоборот, зная координаты находить светило и определять его название по таблице;

2. Зная экваториальные координаты Солнца, определять его положение на небесной сфере;

3. Определять время восхода и захода, а также время пребывания над горизонтом звезд и Солнца;

4. Вычислять высоту светила над горизонтом в верхней кульминации, зная географическую широту места наблюдения и определив его экваториальные координаты по карте; решать обратную задачу.

5. Определять склонения светил, которые не восходят или не заходят для данной широты места наблюдения.

Основные понятия . Экваториальная и горизонтальная система координат.

Демонстрационный материал . Подвижная карта звездного неба. Планетарий. Иллюстрации.

Самостоятельная деятельность учащихся. Выполнение заданий с помощью электронного планетария и подвижной карты звездного неба.

Мировоззренческий аспект урока. Формирование научного подхода к изучению мира.

5. Что показывает знак склонения?

6. Чему равно склонение точек, лежащих на экваторе?

Найдите на карте концентрические окружности, центр которых совпадает с северным полюсом мира. Эти окружности – параллели, т. е. геометрическое место точек, имеющих одинаковое склонение. Первая окружность от экватора имеет склонение 30°, вторая – 60°. Склонение отсчитывается от небесного экватора, если к северному полюсу, то δ > 0; если к югу от экватора, то δ < 0.

Например, найдите a Возничего, Капеллу. Она находится посередине между параллелями 30° и 60°, значит её склонение примерно равно 45°.

Радиальные линии на карте соответствуют кругам склонения. Чтобы определить прямое восхождение светила, нужно определить угол от точки весеннего равноденствия до круга склонения, проходящего через данное светило. Для этого соедините северный полюс мира и светило прямой линией и продолжите ее до пересечения с внутренней границей карты, на которой обозначены часы, это и есть прямое восхождение светила.

Например, соединяем Капеллу с северным полюсом мира, продолжаем эту линию до внутреннего края карты – примерно 5 часов 10 минут.

Задание учащимся.

Определить экваториальные координаты светил и, наоборот, по данным координатам найти светило. Проверьте себя с помощью электронного планетария.

1. Определите координаты звезд:

1. a Льва	А) a = 5ч13м, d = 45°
2. a Возничего	Б) a = 7ч37м, d = 5°
3. a Малого Пса	В) a = 19ч50мин, d = 8°
4. a Орла	Г) a = 10ч, d = 12°
	Д) a = 5ч12мин, d = –8°
	Е) a = 7ч42мин, d = 28°

2. По приблизительным координатам определите, какие это звезды:

1. a = 5ч 12мин, d = –8°	А) a Возничего
2. a = 7ч 31мин, d =32°	Б) b Ориона
3. a = 5ч 52мин, d =7°	В) a Близнецов
4. a = 4ч 32мин, d =16°	Г) a Малого Пса
	Д) a Ориона
	Е) a Тельца

3. Определите экваториальные координаты и в каких созвездиях находятся:

Чтобы выполнить следующие задания, вспомним, как определить положение Солнца. Понятно, что Солнце всегда находится на линии эклиптики. Соединим календарную дату прямой линией с центром карты и точка пересечения этой линии с эклиптикой и есть положение Солнца в полдень.

Задание учащимся.

Вариант 1

4. Экваториальные координаты Солнца a = 15 ч, d = –15°. Определите календарную дату и созвездие, в котором находится Солнце.

А) a = 21 ч, d = 0° Б) a = –15°, d = 21 ч В) a = 21 ч, d = –15°

6. Прямое восхождение Солнца a =10ч 4мин. Какая яркая звезда находится в этот день недалеко от Солнца?

А) a Секстанта Б) a Гидры В) a Льва

Чтобы определить, какие светила находятся над горизонтом в данное время, надо на карту наложить подвижный круг. Совместить время, указанное на краю подвижного круга с календарной датой, обозначенной на краю карты, и созвездия, которые вы видите в «окошке», вы увидите над горизонтом в это время.

В течение суток небесная сфера совершает полный оборот с востока на запад, а горизонт не изменяет своего положения относительно наблюдателя. Если вращать накладной круг по часовой стрелке, имитируя суточное вращение небесной сферы, то мы заметим, что одни светила восходят над горизонтом, а другие заходят. Вращая накладной круг по часовой стрелке, заметьте положение круга, когда Альдебаран только появился над горизонтом. Посмотрите, какое время, отмеченное на накладном круге, соответствует нужной дате, это и будет искомое время восхода. Определите, в какой стороне горизонта восходит Альдебаран. Аналогично определите время и место захода звезды и вычислите продолжительность пребывания светила над горизонтом.

Задание учащимся.

7. Какие из созвездий, которые пересекает эклиптика, находятся над горизонтом в наших широтах в 22 часа 25 июня ?

А) Орел Б) Змееносец В) Лев

8. Определите время восхода и захода Солнца, продолжительность дня

9. Определите время восхода и захода Солнца, продолжительность дня

Вспомните соотношение, по которому, зная экваториальные координаты светил, можно вычислить высоту светила в верхней кульминации. Рассмотрим задачу. Запишем условие: широта Москвы j = 55°; так как известна дата – 21 марта – день весеннего равноденствия, то можем определить склонение Солнца – d = 0°.

Вопросы учащимся.

1. К югу или к северу от зенита кульминирует Солнце? (Т. к. d < j , то Солнце кульминирует к югу).

2. Какой формулой для вычисления высоты следует воспользоваться?

3. (h = δ + (90˚ – φ)

4. Рассчитайте высоту Солнца. h = 0° + 90° – 55° = 35°

Задание учащимся. С помощью электронного планетария определите экваториальные координаты светил и проверьте правильность решения задачи.

1. На какой высоте находится Солнце в полдень 22.12 на широте Москвы 55°?

2. Чему равна высота Веги в верхней кульминации для Кишинева (j = 47°2`)?

3. На какой широте Вега кульминирует в зените?

4. Какому условию должно удовлетворять склонение Солнца, чтобы в полдень на данной широте j Солнце прошло через зенит?

ницы часовой меры углов не следует смешивать с одинаковыми по названию и обозначению единицами меры времени, так как углы и промежутки времени - разнородные величины. Часовая мера углов имеет простые соотношения с градусной мерой:

	соответствует 15°;		1° соответствует 4Ш ;
\ т
						1/15s .
Для перевода		величины				часовой меры в

градусную и	обратно существуют таблицы (табл. V в
АЕ или прил.	1 этой книги).
Географические			координаты		иногда называют
рономическими					определения.
§ 2. Экваториальные координаты светил
Положение		небесных тел		удобно определять

ваториальной системе координат. Представим себе, что

небо - это			огромная			сфера, в центре которой находит-
за сферу, мы можем мы-
сленно построить
координатную
			параллелей
земном шаре. Если про-
дящую через Северный
до пересечения с вообра-
		небесной
то получатся диаметраль-
	противоположные
ки Северного Р и Южно-
зывается
является		геометрической осью						экваториальной
	координат. Продолжив плоскость земного

ра, пока она не пересечет небесную сферу, получим на сфере линию небесного экватора.

Земля вращается вокруг своей оси с запада на во-

сток, и полный ее оборот составляет одни сутки. Наблюдателю на Земле кажется, что небесная сфера со

всеми видимыми светилами вращается
в противоположном	направлении, т. е. с востока
запад. Нам кажется, что Солнце ежесуточно
ся вокруг Земли: утром оно		восходит		восточной
частью горизонта, а			за горизонт

западе. В дальнейшем мы будет рассматривать вместо действительного вращения Земли вокруг оси суточное вращение небесной сферы. Оно происходит по ходу часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса мира.

Зрительно представить себе небесную сферу легче, если взглянуть.на нее снаружи, как показано на рис. 2. Кроме того, на ней показан след пересечения плоскости земной орбиты, или плоскости эклиптики, с небесной сферой. Земля совершает полный оборот по орбите вокруг Солнца за один год. Отражением этого годичного обращения является видимое годичное движение Солнца по небесной сфере в той же плоскости, т. е. по эклиптике J F JL - F J T . Каждые сутки Солнце перемещается среди звезд по эклиптике к востоку примерно на один градус дуги, совершая полный оборот за год. Эклиптика пересекается с небесным экватором в двух диаметрально противоположных точках, .называемых точками равноденствий: Т - точка весеннего равноденствия и - - точка осеннего равноденствия. Когда Солнце бывает в этих точках, то везде на Земле оно восходит точно на востоке, заходит точно на западе, а день и ночь равны 12 ч. Такие сутки называются равноденствиями, и приходятся они на 21 марта и 23 сентября с отклонением от этих дат не менее одних суток.

Плоскости географических меридиа-нов, продолженные до пересечения е небесной сферой, образуют в пересечении с ней небесные меридианы. Небесных меридианов бесчисленное множество. Среди н.их необходимо выбрать начальный аналогично тому, как на Земле принят за нулевой - меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию. За такую линию отсчета в астрономии принят небесный меридиан, проходящий через точку весеннего равноденствия и именуемый кругом склонения точки весеннего равноденствия. Небесные меридианы, проходящие через места положения светил, называются кругами склонений этих светил,

В экваториальной системе координат основными кругами являются небесный экватор и круг склонения точки Y. Положение любого светила в этой системе координат определяется прямым восхождением и склонением.

П р я м о е в о с х о ж д е н и е а - это сферический угол при Полюсе мира между кругом склонения точки весеннего равноденствия и кругом склонения светила, считаемый в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы.

Прямое восхождение измеряется дугой небесного

нии небесной сферы, поэтому а не зависит от суточного вращения небесной сферы.

и направлением на светило. Измеряется склонение соответствующей дугой круга склонения от небесного экватора до места светила. Если светило находится в северной полусфере (к северу от небесного экватора), его склонению приписывают наименование N, а если в южной- наименование 5. При решении астрономических задач знак плюс придают величине склонения, одноименной широте места наблюдения. В Северном полушарии Земли северное склонение считают положительным, а южное склонение - отрицательным. Склонение светила может изменяться от 0 до ±90°. Склонение каждой точки небесного экватора равно 0°. Склонение Северного полюса мира равно 90°.

Любое светило совершает в течение суток полный оборот вокруг Полюса мира по своей суточной параллели совместно с небесной сферой, поэтому б, как и а, не зависит от ее вращения. Но если светило имеет дополнительное движение (например, Солнце или планета) и перемещается по небесной сфере, то его экваториальные координаты изменяются.

Значения а и б отнесены к наблюдателю, как бы находящемуся в центре Земли. Это позволяет пользоваться экваториальными координатами светил в любом месте Земли.

§ 3. Горизонтальная система координат

Центр небесной сферы можно перенести в любую

точку пространства.

частности,

вместить с точкой пересечения основных осей

та. В таком случае отвесная

инструмента (рис.

геометрической

горизонтной

координат.

В пересечении с небес-

отвесная

образует

наблюдателя.

проходящая

небесной

перпендикуляр-

направлению

называется

плоскостью

истинного

горизонта и в пересе-

поверхностью

небесной

истинного

горизонта

обозначения

стран света принята традиционная в

транскрипция: N (норд), S (зюйд), W (вест)

Через отвесную линию можно провести

бесчислен-

ное множество

вертикальных

плоскостей. В пересечении

с поверхностью

небесной сферы

образуют

круги, именуемые вертикалами. Любой вертикал про-

щий через местоположение светила, называют вертикалом светила.

		РРХ					охарактери-
	как линию, параллельную оси вращения
Тогда плоскость небесного экватора QQ\ будет парал-
	плоскости		земного экватора. Вертикал,
					PZP\ZX ,	является
временно небесным				меридианом			наблюдения,
или меридианом			наблюдателя. Меридиан				наблюдателя

меридиана наблюдателя с плоскостью истинного горизонта называется полуденной линией. Ближайшая к Северному полюсу мира точка пересечения полуденной

через точки востока и запада, называют первым вертикалом. Его плоскость перпендикулярна плоскости меридиана наблюдателя. Небесную сферу обычно изо-

				плоскость меридиана				наблюдателя
совпадает с плоскостью чертежа.
Основными координатными кругами в горизонтной
системе служат истинный горизонт и							меридиан
дателя. По первому из этих кругов							система получила
свое название.		Координатами
	являются				и зенитное		расстояние.
А з и м у т		с в е т и л а			А - сферический
точке зенита между меридианом наблюдателя
				астрономии				отсчитывать
					меридиана		наблюдателя, но

так как в конечном итоге астрономические азимуты направлений определяются для геодезических целей, то удобнее принять в этой книге сразу геодезический счет азимутов. Они измеряются дугами истинного горизонта от точки севера до вертикала светила по ходу ча-

центре сферы между направлением в зенит и направлением на светило. Зенитное расстояние измеряется дугой вертикала светила от точки зенита до места светила. Зенитное расстояние всегда положительно и изменяет величину от 0 до 180°.

Вращение Земли вокруг своей оси с запада на восток вызывает видимое суточное вращение светил вокруг полюса мира вместе со всей небесной сферой. Это

В долгие зимние ночи астрономы измеряют зенитные расстояния одних и тех же звезд в обеих кульминациях и по формулам (4), (6), (9) независимо находят их склонение (δ) и географическую широту (φ) обсерватории. Зная φ, определяют склонение светил, у которых наблюдается только верхняя кульминация. При высокоточных измерениях учитывается рефракция, которая здесь не рассматривается, кроме случаев расположения светил вблизи горизонта.

В истинный полдень регулярно измеряют зенитное расстояние z Солнца и отмечают показание Sч звезд ных часов, затем по формуле (4) вычисляют его склонение δ , а по нему - прямое восхождение αsun , поскольку

sin α =tg δ -ctg ε, (24)

где ε = 23°27" - уже известное наклонение эклиптики.

Одновременно определяется и поправка звездных часов

us = S-Sч = α -Sч, (25)

так как в истинный полдень часовой угол Солнца t =0 и поэтому, согласно формуле (13), звездное время S = α .

Отмечая показания S"ч тех же часов в моменты верхней кульминации ярких звезд (они видны в телескопы и днем), находят их прямое восхождение

α=α + (S"ч-Sч) (26)

и по нему аналогичным образом определяют прямое восхождение остальных светил, которое также может быть найдено как

α=S"ч +us. (27)

По публикуемым в астрономических справочниках экваториальным координатам (α и δ) звезд определяют географические координаты мест земной поверхности.

Пример 1. В истинный полдень 22 мая 1975 г. зенитное расстояние Солнца в Пулкове было 39°33" S (над точкой юга), а звездные часы показывали 3ч57м41с. Вычислить для этого момента экваториальные координаты Солнца и поправку звездных часов. Географическая широта Пулкова φ = +59°46".

Данные: z =39°33" S; Sч = 3ч57м41c; φ= + 59°46".

Решение. Согласно формуле (4), склонение Солнца

δ =φ-z = 59°46"-39°33" = +20°13". По формуле (24)

sinα = tgδ -ctgε = tg 20°13" - ctg 23°27" = +0,3683-2,3053=+0,8490,

откуда прямое восхождение Солнца α = 58°06",2, или, переведя в единицы времени, α = 3ч52м25c.

Так как в истинный полдень, согласно формуле (13), звездное время S = α =3ч52м25с, а звездные часы показывали Sч=3ч57м41c, то, по формуле (25), поправка часов

us=S-Sч=α -Sч = 3ч52м25с-3ч57м41с= -5м16с.

Пример 2. В момент верхней кульминации звезды α Дракона на зенитном расстоянии 9°17" к северу звездные часы показывали 7ч20м38с, причем их поправка к звездному гринвичскому времени равнялась +22м16с. Экваториальные координаты α Дракона: прямое восхождение 14ч03м02с и склонение + 64°37". Определить географические координаты места наблюдения.

Данные: звезда, α = 14ч03м02с, δ=+64°37", zв = 9°17" N; звездные часы Sч = 7ч20м38с, us = 22м16с.

Решение. По формуле (6), географическая широта

φ = δ-zв = + 64°37"-9° 17"= + 55°20".

Согласно формуле (13), звездное время в месте наблюдения

S =α=14ч03м02c, а звездное время в Гринвиче S0 = Sч+us=7ч20м38c+22м16c = 7ч42м54c.

Следовательно, по формуле (14), географическая долгота

λ = S-S0 = 14ч03м02с-7ч42м54с = 6ч20м08с,

или, переведя в угловые единицы, λ=95°02".

Задача 70. Определить географическую широту места наблюдения и склонение звезды по измерениям ее зенитного расстояния z или высоты h в обеих кульминациях-верхней (в) и нижней (н):

а) zв=15°06"W, zн = 68°14" N;

б) zв=15°06" S, zн=68°14" N;

в) hв=+80°40" ю, zн=72°24" c;

г) hв=+78°08"ю, hн= + 17°40" ю.

Задача 71. В местности с географической широтой φ = = +49°34" звезда α Гидры проходит верхнюю кульминацию на высоте +32°00" над точкой юга, а звезда β малой медведицы - к северу от зенита на расстоянии в 24°48". Чему равно склонение этих звезд?

Задача 72. Какое склонение имеют звезды, которые в верхней кульминации в Канберре (φ = -35°20") находятся на зенитном расстоянии 63°39" к северу от зенита и на высоте +58°42" над точкой юга?

Задача 73. В Душанбе звезда Капелла (α Возничего) проходит верхнюю кульминацию на высоте +82°35" при азимуте 180°, а звезда Альдебаран (α Тельца), склонение которой +16°25", - на зенитном расстоянии 22°08" к югу от зенита. Чему равно склонение Капеллы?

Задача 74. Вычислить склонение звезд δ Большой медведицы и Фомальгаута (α Южной Рыбы), если разность зенитных расстояний этих звезд и Альтаира (α Орла) в верхней кульминации в Ташкенте (φ=+41°18") составляет соответственно -48°35" и +38°38". Альтаир кульминирует в Ташкенте на высоте +57°26" над точкой юга.

Задача 75. Какое склонение у звезд, кульминирующих на горизонте и в зените Тбилиси, географическая широта которого + 41°42"? Рефракцию в горизонте принять 35".

Задача 76. Найти прямое восхождение звезд, в моменты верхней кульминации которых звездные часы показывали 18ч25м32с и 19ч50м40с, если при их показании 19ч20м16с звезда Альтаир (α Орла) с прямым восхождением 19ч48м21с пересекла небесный меридиан к югу от зенита.

Задача 77. В момент верхней кульминации Солнца его прямое восхождение было 23ч48м09с, а звездные часы показывали 23ч50м01с. За 46м48с до этого небесный меридиан пересекла звезда β Пегаса, а при показаниях тех же часов 0ч07м40с наступила верхняя кульминация звезды α Андромеды. Какое прямое восхождение у этих двух звезд?

Задача 78. 27 октября 1975 г. в Одессе Марс прокульминиро-вал через 15м50с по звездным часам после звезды Бе-тельгейзе (α Ориона) на высоте, превышающей высоту этой звезды в кульминации на 16°33", Прямое восхождение Бетельгейзе 5ч52м28с и склонение +7°24". Какие экваториальные координаты были у Марса и вблизи какой точки эклиптики он находился?

Задача 79. 24 августа 1975 г. в Москве (φ = +55°45"), когда звездные часы показывали 1ч52м22с, Юпитер пересек небесный меридиан на зенитном расстоянии 47°38". В 2ч23м31с по тем же часам прокульминировала звезда α Овна, прямое восхождение которой 2ч04м21с Чему были равны экваториальные координаты Юпитера?

Задача 80. В пункте с географической широтой +50°32" полуденная высота Солнца 1 мая и 11 августа равнялась + 54°38", а 21 ноября и 21 января +19°29". Определить экваториальные координаты Солнца в эти дни.

Задача 81. В истинный полдень 4 июня 1975 г. Солнце прошло в Одессе (φ = +46°29") на высоте +65°54", а за 13м44с до этого звезда Альдебаран (α Тельца) пересекла небесный меридиан на зенитном расстоянии, превышающем полуденное зенитное расстояние Солнца на 5°58". Определить экваториальные координаты Солнца и звезды.

Задача 82. 28 октября 1975 г. в 13ч06м41с по декретному времени в пункте с λ = 4ч37м11с (n=5) и φ=+41°18" зенитное расстояние Солнца было 54°18". За 45м45с (по звездному времени) до этого в верхней кульминации находилась звезда Спика (α Девы), а через 51м39с после нее - звезда Арктур (α Волопаса) на высоте +68°01"ю. Определить экваториальные координаты Солнца и Арктура. Уравнение времени в этот день было - 16м08с.

Задача 83. Найти географическую широту местности, в которой звезды β Персея (δ = +40°46") и ε Большой Медведицы (δ = +56°14") в моменты верхней кульминации находятся на одинаковом зенитном расстоянии, но первая - к югу, а вторая - к северу от зенита.

Задача 84. В моменты верхней кульминации звезда α Гончих Псов со склонением +38°35" проходит в зените, звезда β Ориона - на 46°50" южнее, а звезда α Персея - на 11°06" севернее. На какой географической параллели проведены измерения и чему равно склонение указанных звезд?

Задача 85. В момент верхней кульминации Солнца средний хронометр показал 10ч28м30с, а при его показании 14ч48м52с был принят из Гринвича 12-часовой радиосигнал точного времени. Найти географическую долготу места наблюдения, если уравнение времени в этот день было +6м08с.

Задача 86. В момент верхней кульминации звезды ι Геркулеса на зенитном расстоянии в 2°14" к северу от зенита звездное гринвичское время было 23ч02м39с. Экваториальные координаты ι Геркулеса α=17ч38м03- и δ = +46°02", Определить географические координаты места наблюдения.

Задача 87. В момент показания звездного хронометра 18ч07м27с экспедиция приняла радиосигнал точного времени, переданный из Гринвича в 18ч0м0с по звездному гринвичскому времени. В момент верхней кульминации звезды γ Кассиопеи на зенитном расстоянии в 9°08" к югу от зенита показание того же хронометра было 19ч17м02с. Экваториальные координаты γ Кассиопеи α = 0ч53м40с и δ = +60°27". Найти географические координаты экспедиции.

Задача 88. В истинный полдень показание среднего хронометра экспедиции было 11ч41м37с, а в момент приема 12-часового радиосигнала точного времени из Москвы тот же хронометр показал 19ч14м36с. Измеренное зенитное расстояние звезды α Лебедя (δ = +45°06") в верхней кульминации оказалось равным 3°26" к северу от зенита. Определить географические координаты экспедиции, если в день проведения наблюдений уравнение времени равнялось -5м 17с.

Задача 89. В истинный полдень штурман океанского лайнера измерил высоту Солнца, оказавшуюся равной +75°41" при азимуте 0°. В этот момент средний хронометр с поправкой - 16м,2 показывал 14ч12м,9 гринвичского времени. Склонение Солнца, указанное в морском астрономическом ежегоднике, было +23°19", а уравнение времени +2м55с. Какие географические координаты имел лайнер, где и в какие примерно дни года он в это время находился?

Ответы - Практическое определение географических и небесных экваториальных координат

Преобразование небесных координат и систем счета времени. Восход и заход светил

Связь между горизонтальными и экваториальными небесными координатами осуществляется через параллактический треугольник PZM (рис. 3), вершинами которого служат полюс мира Р, зенит Ζ и светило M, а сторонами - дуга ΡΖ небесного меридиана, дуга ΖΜ круга высоты светила и дуга РМ его круга склонения. Оче видно, что ΡΖ=90°-φ, ZM = z = 90°-h и PM=90°-δ, где φ - географическая широта места наблюдения, z - зенитное расстояние, h - высота и δ - склонение светила.

В параллактическом треугольнике угол при зените равен 180°-A, где A - азимут светила, а угол при полюсе мира - часовому углу t того же светила. Тогда горизонтальные координаты вычисляются по формулам

cos z = sin φ · sin δ + cos φ · cos δ · cos t, (28)

sin z · cos A = - sin δ · cos φ+cos δ · sin φ · cos t, (29)

sin z · sin A = cos δ · sin t, (30)

а экваториальные координаты - по формулам

sin δ = cos z · sin φ - sin z · cos φ · cos A, (31)

cos δ · cos t = cos z · cos φ+sin z · sin φ · cos A, (32)

cos δ · sin t=sin z · sin A, (30)

причем t = S - α, где α - прямое восхождение светила и S - звездное время.

Рис. 3. Параллактический треугольник

При расчетах необходимо по таблице 3 переводить интервалы звездного времени ΔS в интервалы среднего времени ΔT (или наоборот), а звездное время s0 - в среднюю гринвичскую полночь заданной даты заимствовать из астрономических календарей-ежегодников (в задачах этого раздела значения s0 приводятся).

Пусть некоторое явление в каком-то пункте земной поверхности произошло в момент Τ по принятому там времени. В зависимости от принятой системы счета времени по формулам (19), (20) или (21) находится среднее гринвичское время T0, представляющее собой интервал среднего времени ΔT, протекший с гринвичской полночи (ΔT=T0). Этот интервал по таблице 3 переводится в интервал звездного времени ΔS (т. е. ΔT→ΔS), и тогда в заданный момент T соответствующий среднему гринвичскому времени T0, звездное время в Гринвиче

а в данном пункте

где λ - географическая долгота места,

Перевод интервалов звездного времени ΔS в интервалы среднего времени ΔΤ = Τ0 (т. е. ΔS→ΔT) осуществляется по таблице 3 вычитанием поправки.

Моменты времени и азимуты точек восхода и захода светил вычисляются по формулам (28), (29), (30) и (13), в которых принимается z=90°35" (с учетом рефракции ρ = 35").

Найденные значения часового угла и азимута в пределах от 180 до 360° соответствуют восходу светила, а в пределах от 0 до 180° - его заходу.

При вычислениях восхода и захода Солнца учитывается еще его угловой радиус r=16". Найденные часовые углы t дают моменты по истинному солнечному времени (см. формулу (17), которые но формуле (16) переводятся в моменты среднего времени, а затем - в принятую систему счета.

Моменты восхода и захода всех светил вычисляются с точностью, не превышающей 1м.

Преобразование небесных координат и систем счета времени – Пример 1

В каком направлении был заранее установлен телескоп с фотокамерой для фотографирования солнечного затмения 29 апреля 1976 г., если в пункте с географическими координатами λ=2ч58м,0 и φ = +40°14" середина затмения наступила в 15ч29м,8 по времени, отличающемуся от московского на +1ч? В этот момент экваториальные координаты Солнца: прямое восхождение α=2ч27м,5 и склонение δ= + 14°35". В среднюю гринвичскую полночь 29 апреля 1976 г. звездное время s0=14ч28м19c.

Данные: пункт наблюдения, λ = 2ч58м,0, φ = +40°14", T=15ч29м,8, Τ-Tм=1ч; s0 = 14ч28м19c = 14ч28м,3; Солнце, α=2ч27м,5, δ = +14°35".

Решение. В середине затмения московское время Тм = Т-1ч=14ч29м,8, и поэтому среднее гринвичское время T0 = Tм-3ч = 11ч29м,8. С гринвичской полночи прошел интервал времени ΔТ = Т0 = 11ч29м,8, который переводим по таблице 3 в интервал звездного времени ΔS=11ч31м,7, и тогда в момент T0, по формуле (33), звездное время в Гринвиче

S0=s0+ΔS = 14ч28м,3 + 11ч31м,7 = 25ч60м = = 2ч0м,0

а в заданном пункте, по формуле (14), звездное время S = S0+λ=2ч0м,0 + 2ч58м,0 = 4ч58м,0

и, по формуле (13), часовой угол Солнца

t = S-α = 4ч58м, 0-2ч27м, 5 = 2ч30м, 5,

или, переводя по таблице 1, t = 37°37",5 ~ 37°38". По таблицам тригонометрических функций находим:

sin φ = sin 40°14" = +0,6459,

cos φ = cos 40°14" = +0,7634;

sin δ = sin 14°35" = +0,2518,

cos δ = cos 14°35" = +0,9678;

sin t = sin 37°38" = +0,6106,

cos t = cos 37°38" = +0,7919.

По формуле (28) вычисляем

cos z = 0,6459 · 0,2518 + 0,7634 · 0,9678 · 0,7919 = = +0,7477

и по таблицам находим z = 41°36" и sin z = +0,6640. Для вычисления азимута используем формулу (30):

откуда получаем два значения: A = 62°52" и A = 180° - 62°52" = 117°08". При δ<φ значения A и t не слишком резко отличаются друг от друга и поэтому A=62°52".

Следовательно, телескоп был направлен в точку неба с горизонтальными координатами A=62°52" и z = 41°36" (или h = + 48°24").

Преобразование небесных координат и систем счета времени - Пример 2

Вычислить азимуты точек и моменты восхода и захода Солнца, а также продолжительность дня и ночи 21 июня 1975 г. в местности с географическими координатами λ=4ч28м,4 и φ = +59°30", находящейся в пятом часовом поясе, если в полдень этого дня склонение Солнца δ = +23°27", а уравнение времени η = + 1м35с.

Данные: Солнце, δ = +23°27"; η = +1м35с = +1м,6; место, λ=4ч28м,4, φ = 59°30", n = 5.

Решение. Учитывая среднюю рефракцию в горизонте ρ = 35" и угловой радиус солнечного диска r =16", находим, что в момент восхода и захода Солнца центр солнечного диска находится под горизонтом, на зенитном расстоянии

z = 90° + ρ + r = 90°51",

sin z = +0,9999, cos z = -0,0148, sin δ = + 0,3979,

cos δ = +0,9174, sin φ = +0,8616, cos φ = +0,5075.

По формуле (28) находим:

и по таблицам

t = ± (180°-39°49",3) = ±140°10",7 и

sin t = ±0,6404.

По таблице 2 получим, что при восходе Солнца его часовой угол t1 = -140°10",7 = -9ч20м,7, а при заходе t2 = +140°10",7 = +9ч20м,7, т. е. по истинному солнечному времени, согласно формуле (17), Солнце восходит в

T 1 = 12ч + t1 = 12ч-9ч20м,7 = 2ч39м,3

и заходит в

T 2 =12ч + t2 = 12ч+9ч20м,7 = 21ч20м,7,

что, по формуле (16), соответствует моментам по сред нему времени

Tλ1 = T 1 + η = 2ч39м,3 + 1м,6=2ч41м и

Τλ2 = T 2 + η = 21ч20м,7+1м,6 = 21ч22м.

По формулам (19), (20) и (21) те же моменты по поясному времени: восход

Tn1 = Tλ1- λ+n = 2ч41м - 4ч28м + 5ч = 3ч13м

и заход Tn2 = Tλ2 - λ+n = 21ч22м - 4ч28м + 5ч = 21ч54м,

а по декретному времени:

восход Tд1=4ч13м и заход Tд2 = 22ч54м.

Продолжительность дня τ = Тд2-Тд1 = 22ч54м-4ч13м = 18ч41м.

В момент нижней кульминации высота Солнца

hн = δ- (90°-φ) = +23°27" - (90°-59°30") = -7°03", т. е. вместо обычной длится белая ночь.

Азимуты точек восхода и захода Солнца вычисляются по формуле (30):

что дает A = ±(180°-36°,0) = ±144°,0, так как азимуты и часовые углы Солнца находятся в одном квадранте. Следовательно, Солнце восходит в точке истинного горизонта с азимутом A1 = -144°,0 = 216°,0 и заходит в точке с азимутом A2 = +144°,0, расположенных в 36° по обе стороны от точки севера.

Задача 90. Через какие интервалы среднего времени чередуются одноименные и разноименные кульминации звезд?

Задача 91. Через сколько времени после верхней кульминации Денеба наступит верхняя кульминация звезды γ Ориона, а затем - снова верхняя кульминация Денеба? Прямое восхождение Денеба 20ч39м44с, а γ Ориона 5ч22м27с. Искомые интервалы выразить в системах звездного и среднего времени.

Задача 92. В 14ч15м10с по среднему времени звезда Сириус (α Большого Пса) с прямым восхождением 6ч42м57с находилась в нижней кульминации. В какие ближайшие моменты времени после этого звезда Гемма (α Северной Короны) будет находиться в верхней кульминации и когда ее часовой угол будет равен 3ч16м0с? Прямое восхождение Геммы 15ч32м34с.

Задача 93. В 4ч25м0с часовой угол звезды с прямым восхождением 2ч12м30с был равен -34°26",0. Найти прямое восхождение звезд, которые в 21ч50м0с будут находиться в верхней кульминации и в нижней кульминации, а также тех звезд, часовые углы которых станут равными - 1ч13м20с и 5ч42м50с.

Задача 94. Чему равно приближенное значение звездного времени в среднюю, поясную и декретную полночь Ижевска (λ = 3ч33м, n = 3) 8 февраля и 1 сентября?

Задача 95. Примерно в какие дни года звезды Сириус (α = 6ч43м) и Антарес (α = 16ч26м) находятся в верхней и нижней кульминации в среднюю полночь?

Задача 96. Определить звездное время в Гринвиче в 7ч28м16с 9 января (s0 = 7ч11м39c)* и в 20ч53м47с 25 июля (s0 = 20ч08м20с).

Задача 97. Найти звездное время в средний, поясной и декретный полдень, а также в среднюю, поясную и декретную полночь в Москве (λ = 2ч30м17с, n=2) 15 января (s0=7ч35м18c).*

Задача 98. Решить предыдущую задачу для Красноярска (λ = 6ч11м26с, n = 6) и Охотска (λ = 9ч33м10с, n=10) в день 8 августа (s0=21ч03м32c).

Задача 99. Вычислить часовые углы звезды Деиеба (α Лебедя) (α = 20ч39м44с) в Гринвиче в 19ч42м10с 16 июня (S0=17ч34м34с) и 16 декабря (S0=5ч36м04c).

Задача 100. Вычислить часовые углы звезд α Андромеды (α = 0ч05м48с) и β Льва (α= 11ч46м31с) в 20ч32м50с 3 августа (s0=20ч43M40c) и 5 декабря (s0=4ч52M42c) во Владивостоке (λ=8ч47м31с, n = 9).

Задача 101. Найти часовые углы звезд Бетельгейзе (α = 5ч52м28с) и Спики (α =13ч22м33с) в 1ч52м36с 25 июня (s0=18ч06м07c) и 7 ноября (s0=2ч58м22c) в Ташкенте (λ=4ч37м11с, n=5).

Задача 102. В какие моменты времени в Гринвиче находятся в верхней кульминации звезда Поллукс (α = 7ч42м16с), а в нижней кульминации звезда Арктур (α =14ч13м23с) 10 февраля (s0=9ч17м48c) и 9 мая (s0=15ч04м45c)?

Задача 103. Найти моменты верхней и нижней кульминации 22 марта (s0 = 11ч55м31c) и 22 июня (s0 = 17ч58м14c) звезд Капеллы (α = 5ч13м00с) и Беги (α = 18ч35м15с) на географическом меридиане λ = 3ч10м0с (n = 3). Моменты указать по звездному, среднему, поясному и декретному времени.

Задача 104. В какие моменты времени 5 февраля (s0 = 8ч58м06с) и 15 августа (s0 = 21ч31м08c) часовые углы звезд Сириуса (α = 6ч42м57с) и Альтаира (α = 19ч48м21с) в Самарканде (λ = 4ч27м53с, n = 4) равны 3ч28м47с?

Задача 105. В какие моменты времени 10 декабря (s0 =5ч12м24с) часовые углы звезд Альдебарана (α = 4ч33м03с) и β Лебедя (α = 19ч28м42с) в Тбилиси (λ = 2ч59м11с, n = 3) и в Охотске (λ = 9ч33м10с, n=10) соответственно равны +67°48" и -24°32"?

Задача 106. На каких географических меридианах звезды α Близнецов и γ Большой Медведицы находятся в верхней кульминации 20 сентября (s0=23ч53м04c) в 8ч40м26с по времени Иркутска (n=7)? Прямое восхождение этих звезд соответственно равно 7ч31м25с и 11ч51м13с.

Задача 107. Определить горизонтальные координаты звезд ε Большой Медведицы (а = 12ч51м50с, δ = +56°14") и Антареса (α = 16ч26м20с, δ = -26°19") в 14ч10м0с по звездному времени в Евпатории (φ = +45°12").

Задача 108. Чему равны горизонтальные координаты звезд Геммы (α = 15ч32м34с, δ = +26°53") и Спики (α = 13ч22м33с, δ = -10°54") 15 апреля (s0 = 13ч30м08c) и 20 августа (s0 = 21ч50м50c) в 21ч30м по декретному времени в пункте с географическими координатами λ = 6ч50м0с (n = 7) и φ = +71°58"?

Задача 109. В какие точки неба, определяемые горизонтальными координатами, необходимо направить телескоп, установленный в пункте с географическими координатами λ = 2ч59м,2 (n = 3) и φ = +41°42", чтобы 4 мая 1975 г. (s0=14ч45м02с) в 22ч40м по поясному времени увидеть

Уран (α = 13ч52м,1, δ = -10°55") и Нептун (α = 16ч39м,3, δ = -20с32")?

Задача 110. В какие моменты времени восходит, кульминирует и заходит и сколько времени находится над горизонтом точка летнего солнцестояния 22 марта (s0 = 11ч55м31с) и 22 июня (s0=17ч58м14c) на центральном меридиане второго часового пояса в местах с географической широтой φ = +37°45" и φ = +68°20"? Моменты выразить по звездному и декретному времени.

Задача 111. Вычислить азимуты и моменты восхода, верхней кульминации, захода и нижней кульминации звезд Кастора (α = 7ч31м25с, δ = +32°00") и Антареса (α = 16ч26м20с, δ = -26°19") 15 апреля (s0=13ч30м08c) и 15 октября (s0=1ч31м37c) в местах земной поверхности с географическими координатами λ =3ч53м33с (n = 4), φ = +37°45" и λ = 2ч12м15с (n = 2), φ = +68°59".

Задача 112. Вычислить азимуты и моменты восхода, верхней кульминации и захода Солнца, его полуденную и полуночную высоту, а также продолжительность дня в даты весеннего равноденствия и обоих солнцестояний в пунктах с географическими координатами λ = 2ч36м,3 (n=2), φ = +59°57", и λ = 5ч53м,9 (n = 6), φ = +69°18". В последовательные даты уравнение времени соответственно равно +7м23с, +1м35с и -2м08с.

Задача 113. В какие моменты времени 30 июля (s0 = 20ч28м03с) в пункте с λ = 2ч58м0с (n=3) и φ = +40°14" нижеперечисленные звезды имеют горизонтальные координаты A и z:

Задача 114. В пункте с географическими координатами λ= 4ч37м11c (n = 5) и φ = + 41°18" 5 августа 1975 г. (s0= 20ч51м42с) были измерены горизонтальные координаты двух звезд: в 21ч10м у первой звезды A = -8°33" и z =49°51", а в 22ч50м у второй звезды A = 46°07" и z = 38°24". Вычислить экваториальные координаты этих звезд.

Ответы - Преобразование небесных координат и систем счета времени

Практическая работа №1

«Определение координат звезд»

(работа с координатной сеткой карты)

Звезда	Созвездие	Интересные факты о звезде
Сириус	α Большого Пса	Самая яркая звезда и самая близкая к Земле (9 световых лет)
Эпсилон	ξ Возничего	Диаметр звезды в 3000 раз больше диаметров Солнца
Склонение δ = Прямое восхождение α =
Альфа	α Геркулеса	Объем в 10 15 раз пре­вышает объем Солнца, а свет до Земли идет 1200 лет
Склонение δ = Прямое восхождение α =
	α Кассиопеи	Вещество звезды в 2 млн. раз плотнее воды
Склонение δ = Прямое восхождение α =
Тay	τ Кита	Наиболее схожая с Солнцем
Склонение δ = Прямое восхождение α =
Ригель	β Ориона	Самая далекая от Зем­ли (1400 св. лет)
Склонение δ = Прямое восхождение α =
Бетельгейзе	α Ориона	Плотность звезды в 30 раз меньше плотности воздуха
Склонение δ = Прямое восхождение α =

Оценка

Теперь познакомимся со способами ориентировки по Солнцу.

1. Полуденная линия всегда направлена с севера на юг. С ее помощью всегда можно определить стороны горизонта.

2. В момент истинного полдня тень от предметов всегда направлена на север, а Солнце находится над точкой юга. Зная время истинного полдня, легко определить стороны гори­зонта.

Зная время истинного полдня, можно ориентировать­ся с помощью часов. Держа часы в горизонтальном положе­нии, направляют часовую стрелку в то место горизонта, над которым находится Солнце. На минутную стрелку внима­ния не обращают. Промежуток между концом часовой стрелки и точкой, показывающей истинный полдень для дан­ного места наблюдения, делят пополам. Направление от центра циферблата через полученную середину укажет на точку юга.

поверхность площадки горизонтальна, нить отвеса сов­падет с проведенной на планке линией.

Установив перпендикулярно к поверхности выбран­ной вами горизонтальной площадки стержень (гномон), часов в одиннадцать отметьте положение конца тени гномона. Радиусом, равным длине этой тени, с центром в основании гномона проредите дугу.

Вы знаете, что до полудня длина тени укорачивается, но после полудня она начинает удлиняться. Проследите, ко­гда тень от гномона, удлиняясь, снова достигнет дуги, и от­метьте эту точку на дуге. Расстояние между полученными точками А и В разделите пополам и середину дуги - точку С соедините с основанием стержня. Это и будет полуденная линия.

Чтобы быть уверенным, что полуденная линия проведена правильно, повторите все сначала, но чуть раньше или поз­же, чем в первый раз. Если обе линии совпадут, значит, полу­денная линия определена правильно.

На следующий день, предварительно сверив часы с сигна­лом точного времени, проследите, в котором часу по местно­му времени тень от гномона совпадет с полуденной линией. Это и будет время истинного полдня, так как именно в этот момент высота Солнца над горизонтом наибольшая, а тень от гномона наименьшая. Вы увидите, что истинный полдень не совпадает с 12 часами - - показанием полдня по ча­сам. Это не удивительно, ведь часы показывают декретное или поясное время, а гномон показывает время полдня по движению Солнца.

Время, определяемое по Солнцу, называется истинным солнечным временем, а промежуток времени между двумя истинными полднями - истинными солнечными сутками.

Понятно, что при ориентировках по Солнцу следует пользоваться солнечным временем.

Наблюдение №2

«Околополярные созвездия»

(наблюдение геометрического пути звезд)

В звездную ночь заметьте расположение околопо­лярных созвездий в северной части неба: Большой Мед­ведицы, Малой Медведицы и Кассиопеи. Зарисуйте их взаимное расположение.

Наблюдайте с этого места расположение этих со­звездий через каждые 2 недели.

Вывод:
	Оценка

Проверочная работа № 1 (самоконтроль)

Созвездия. Звездные карты. Небесные координаты

Вариант 1

1. Определите по звездной карте экваториальные коор­динаты следующих звезд: 1) α Весов; 2) β Лиры.

2. Почему Полярная звезда почти не меняет своего по­ложения относительно горизонта?

Вариант 2

1. Найдите на звездной карте и назовите объекты, имеющие координаты: 1) α = 15 ч 12 мин, δ = - 9°; 2) α - 3 ч 40 мин,

2. В каких точках небесный экватор пересекается с ли­нией горизонта?

Вариант 3

1. Определите по звездной карте экваториальные коор­динаты следующих звезд: 1) α Большой Медведицы; 2) γ Ориона.

2. Как располагается ось мира относительно земной оси? относительно плоскости небесного меридиана?

Вариант 4

1. В каком созвездии находится Луна, если ее координа­ты

α = 20 ч 30 мин, δ = -20°?

2. В каких точках небесный меридиан пересекается с го­ризонтом?

Вариант 5

1. Определите по звездной карте экваториальные коор­динаты следующих звезд: 1) α Персея; 2) β Кита.

2. Чему равна высота точки зенита над горизонтом?

Вариант 6

1. Определите по звездной карте созвездие, в котором находится галактика М 3 1, если ее координаты α = 0 ч 40 мин, δ =+41°.

2. Как проходит плоскость горизонта относительно по­верхности земного шара?

ОРИЕНТИРОВКА ПО ЛУНЕ

Луна, как и звезды, может служить надежным ориентиром, помогающим определить стороны горизон­та. Запомните два способа ориентировки:

1) Полная Луна наибольшую высоту над горизонтом имеет в полночь. В это время она находится над точкой юга и дает достаточно света, чтобы заметить четко тень от предметов. В полночь тень от предметов самая корот­кая и направлена на север. До полуночи тень направлена на северо-запад, после полуночи- на северо-восток.

Вы, наверно, заметили, что ориентировки по Солнцу и Луне в полнолуние очень похожи.

2) Молодая Луна наблюдается в западной части неба сразу после захода Солнца. В течение ночи, описывая дугу в южной стороне неба, Луна опускается к востоку. Наибольшую высоту над горизонтом она имеет в пол­ночь. В этот момент она располагается над точкой юга.

В средних широтах северного полушария горбик молодой Луны во всех фазах смотрит на запад.

ОРИЕНТИРОВКА ПО СОЛНЦУ

Солнце такой же надежный ориентир, как и звезды. Однако, чтобы уметь ориентироваться по Солнцу, необ­ходимо научиться определять солнечное время и поль­зоваться им. Поясним это.

Прежде всего надо определить направление полуден­ной линии. Для этого необходимо выбрать горизонталь­ную площадку (во дворе, на балконе, на подоконнике), куда попадает солнечный свет. Горизонтальность пло­щадки можно проверить с помощью уровня или ватерпа­са. Ватерпас легко изготовить самостоятельно. Возьмите две ровные прямоугольные планки и прибейте одну к другой под прямым углом. Посередине вертикальной планки проведите линию и подвесьте груз на нити. Если

шой Медведицы, как и все звезды неба, совершает су­точный оборот вокруг полюса мира против часовой стрелки с периодом, равным 24 ч.

Представьте себе на небе громадный циферблат с центром в полюсе мира (практически в Полярной звезде) и цифрой 6 над точкой севера. Стрелка таких часов про­ходит от Полярной звёзды через две крайние звезды Большой Медведицы. Перемещение стрелки на одно де­ление небесного Циферблата происходит в течение двух часов.

Чтобы определить время, надо прежде всего вы­числить дату месяца от начала года с десятичными до­лями. Каждые три дня считаются за одну десятую долю месяца. Например, 3 октября соответствует число 10,1. Это число надо сложить с показаниями часов, а сумму умножить на 2. Полученное произведение следует вы­честь из числа 55,3, которое зависит от определенного положения указанных созвездий. Число 55,3 надо запом­нить. Формула для вычисления времени ночи при ведена на рисунке.!

Чтобы изложенное выше стало более понятным, решим задачу: допустим, 18 октября вы заметили, что стрелка звездных часов направлена на цифру 6. В кото­ром часу это было?

Решение. Октябрь-десятый месяц года, следова­тельно, 18 октября соответствует число 10,6. Сложив это число с показанием часов и умножив на два, получим: (10,6 + 6)2 = 32,2. Полученное число надо вычесть из 55,3:.55,3-33,2 = 22,1.

Ответ: наблюдение было проведено в 10 ч 6 мин вечера.

Поупражняйтесь в решении подобных задач.

Наблюдение №3

«Определение географической широты места на­блюдения с помощью эклиметра»

Для наблюдения изготовьте самодельный прибор -эклиметр, из картона радиусом 10 см. На его полукруг­лой части наносятся градусные деления, а в центре диа­метра прикрепляется тонкая, но прочная нить (см. рис.). К концу нити прикрепите бусинку. Если диаметр экли­метра направить на наблюдаемое светило, то нить прой­дет через деление которое будет соответствовать высоте светила над горизонтом h.

1. Созвездия

Знакомиться со звездным небом надо в безоблачную ночь, когда свет Луны не мешает наблюдать слабые звезды. Прекрасна картина ночного неба с рассыпанными по нему мерцающими звездами. Число их кажется бесконечным. Но так только кажется, пока вы не приглядитесь и не научитесь находить на небе знакомые группы звезд, неизменных по своему взаимному расположению. Эти группы, названные созвездия-м и, люди выделили тысячи лет назад. Под созвездием понимают область неба в пределах некоторых установленных границ. Все небо разделено на 88 созвездий, которые можно находить по характерному для них расположению звезд.

Многие созвездия сохраняют свое название с глубокой древности. Некоторые названия связаны с греческой мифологией, например Андромеда , Персей , Пегас , некоторые - с предметами, которые напоминают фигуры, образуемые яркими звездами созвездий: Стрела , Треугольник , Весы и др. Есть созвездия, названные именами животных, например Лев , Рак , Скорпион .

Созвездия на небосводе находят, мысленно соединяя их ярчайшие звезды прямыми линиями в некоторую фигуру, как показано на звездных картах (см. звездную карту в приложении VII, а также рис. 6, 7, 10). В каждом созвездии яркие звезды издавна обозначали греческими буквами * , чаще всего самую яркую звезду созвездия - буквой α, затем буквами β, γ и т. д. в порядке алфавита по мере убывания яркости; например, Полярная звезда есть а созвездия Малой Медведицы .

* (Греческий алфавит дан в приложении II. )

На рисунках 6 и 7 показаны расположение главных звезд Большой Медведицы и фигура этого созвездия, как его изображали на старинных звездных картах (способ нахождения Полярной звезды знаком вам из курса географии).

Невооруженным глазом в безлунную ночь можно видеть над горизонтом около 3000 звезд. В настоящее время астрономы определили точное местоположение нескольких миллионов звезд, измерили приходящие от них потоки энергии и составили списки-каталоги этих звезд.

2. Видимая яркость и цвет звезд

Днем небо кажется голубым оттого, что неоднородности воздушной среды сильнее всего рассеивают голубые лучи солнечного света.

Вне пределов земной атмосферы небо всегда черное, и на нем можно наблюдать звезды и Солнце одновременно.

Звезды имеют разную яркость и цвет: белый, желтый, красноватый. Чем краснее звезда, тем она холоднее. Наше Солнце относится к желтым звездам.

Ярким звездам древние арабы дали собственные имена. Белые звезды: Вега в созвездии Лиры, Альтаир в созвездии Орла (видны летом и осенью), Сириус - ярчайшая звезда неба (видна зимой); красные звезды: Бетельгейзе в созвездии Ориона и Альдебаран в созвездии Тельца (видны зимой), Антарес в созвездии Скорпиона (виден летом); желтая Капелла в созвездии Возничего (видна зимой) * .

* (Названия ярких звезд даны в приложении IV. )

Самые яркие звезды еще в древности назвали звездами 1-й величины, а самые слабые, видимые на пределе зрения,- звездами 6-й величины. Эта старинная терминология сохранилась и в настоящее время. К истинным размерам звезд термин "звездная величина" (обозначается буквой m) отношения не имеет, она характеризует световой поток, приходящий на Землю от звезды. Принято, что при разности в одну звездную величину видимая яркость звезд отличается примерно в 2,5 раза. Тогда разность в 5 звездных величин соответствует различию в яркости ровно в 100 раз. Так, звезды 1-й величины в 100 раз ярче звезд б-й величины. Современные методы наблюдений дают возможность обнаружить звезды примерно до 25-й звездной величины.

Точные измерения показывают, что звезды имеют как дробные, так и отрицательные звездные величины, например: для Альдебарана звездная величина m=1,06, для Беги m=0,14, для Сириуса m= - 1,58, для Солнца m= -26,80.

3. Видимое суточное движение звезд. Небесная Сфера

Из-за осевого вращения Земли звезды нам кажутся перемещающимися по небу. Если стать лицом к южной стороне горизонта и наблюдать суточное движение звезд в средних широтах северного полушария Земли, то можно заметить, что звезды восходят на восточной стороне горизонта, поднимаются выше всего над южной стороной горизонта и заходят на западной стороне, т. е. они движутся слева направо, по ходу часовой стрелки (рис. 8). При внимательном наблюдении можно заметить, что Полярная звезда почти не меняет положения относительно горизонта. Все же другие звезды описывают в течение суток полные круги с центром вблизи Полярной. В этом можно легко убедиться, проделав в безлунную ночь следующий опыт. Фотоаппарат, установленный на "бесконечность", направим на Полярную звезду и надежно укрепим в этом положении. Откроем затвор при полностью открытом объективе на полчаса или час. Проявив полученный таким образом снимок, увидим на нем концентрические дуги - следы путей звезд (рис. 9). Общий центр этих дуг - точка, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Полярная звезда к нему очень близка (рис. 10). Диаметрально противоположная ему точка называется южным полюсом мира. Для наблюдателя северного полушария Земли он находится под горизонтом.

Явления суточного движения звезд удобно изучать, воспользовавшись математическим построением - небесной сферой , т. е. воображаемой сферой произвольного радиуса, центр которой находится в точке наблюдения. На поверхность этой сферы проецируют видимые положения всех светил, а для удобства измерений строят ряд точек и линий (рис. 11). Так, отвесная линия ZCZ", проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита Z. Диаметрально противоположная точка Z" называется надиром. Плоскость (NESW), перпендикулярная отвесной линии ZZ", является плоскостью горизонта - эта плоскость касается поверхности земного шара в точке, где расположен наблюдатель (точка С на рис. 12). Она делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую, все точки которой находятся над горизонтом, и невидимую, точки которой лежат под горизонтом.

Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюca мира (Р и Р") и проходящую через наблюдателя (С), называют осью мира (рис. 11). Ось мира для любого наблюдателя всегда будет параллельна оси вращения Земли (рис. 12). На горизонте под северным полюсом мира лежит точка севера N (см. рис. 11 и 12), диаметрально противоположная ей точка S - точка юга. Линия NCS называется полуденной линией (рис. 11), так как вдоль нее на горизонтальной плоскости в полдень падает тень от вертикально поставленного стержня. (Как на местности провести полуденную линию и как по ней и по Полярной звезде ориентироваться по сторонам горизонта, вы изучали в. V классе в курсе физической географии.) Точки востока Е и запада W лежат на линии горизонта. Они отстоят от точек севера N и юга S на 90°. Через точку N, полосы мира, зенит Z и точку S проходит плоскость небесного меридиана (см. рис. 11), совпадающая для наблюдателя С с плоскостью его географического меридиана (см. рис. 12). Наконец, плоскость (QWQ"E), проходящая через центр сферы (точку С) перпендикулярно оси мира, образует плоскость небесного экватора , параллельную плоскости земного экватора (см. рис. 12). Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: северное с вершиной в северном полюсе мира и южное с вершиной в южном полюсе мира.

4. Звездные карты и небесные координаты

Чтобы сделать звездную карту, изображающую созвездия на плоскости, надо знать координаты звезд. Координаты звезд относительно горизонта, например высота, хотя и наглядны, но непригодны для составления карт, так как все время меняются. Надо использовать такую систему координат, которая вращалась бы вместе со звездным небом. Такой системой координат является экваториальная система , она так названа потому, что экватор служит той плоскостью, от которой и в которой производятся отсчеты координат. В этой системе одной координатой является угловое расстояние светила от небесного экватора, называемое склонением δ (рис. 13). Оно меняется в пределах ±90° и считается положительным к северу от экватора и отрицательным к югу. Склонение аналогично географической широте.

Вторая координата аналогична географической долготе и называется прямым восхождением α.

Прямое восхождение светила М измеряется углом между плоскостями больших кругов , один проходит через полюсы мира и данное светило М, а другой - через полюсы мира и точку весеннего равноденствия , лежащую на экваторе (см. рис. 13). Так назвали эту точку потому, что в ней Солнце бывает (на небесной сфере) весной 20-21 марта, когда день равен ночи.

Прямое восхождение отсчитывают по дуге небесного экватора от точки весеннего равноденствия против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Оно изменяется в пределах от 0 до 360° и называется прямым восхождением потому, что звезды, расположенные на небесном экваторе, восходят (и заходят) в порядке возрастания их прямого восхождения. Поскольку это явление связано с вращением Земли, то прямое восхождение принято выражать не в градусах, а в единицах времени. За 24 ч Земля (а нам кажется, что звезды) совершает один оборот - 360°. Следовательно, 360° соответствуют 24 ч, тогда 15°-1 ч, 1°-4 мин, 15"-1 мин, 15"-1 с. Например, 90° составляют 6 ч, а 7 ч 18 мин - 109°30".

В единицах времени прямое восхождение обозначается на координатной сетке звездных карт, атласов и глобусов, в том числе и на карте, приложенной к учебнику и "Школьному астрономическому календарю".

Упражнение 1

1. Что характеризует звездная величина?

2. Есть ли различие между северным полюсом мира и точкой севера?

3. Выразите 9 ч 15 мин 11 с в градусной мере.

Задание 1

1. По приложению VII ознакомьтесь с обращением и монтажом подвижной карты звездного неба.

2. По таблице координат ярких звезд, данной в приложении IV, найдите на звездной карте некоторые из указанных звезд.

3. По карте отсчитайте координаты нескольких ярких звезд и проверьте себя, используя приложение IV.