Сокровища звездного неба

Нетрудно сообразить, что математический горизонт не совпадает с видимым, или наблюдаемым горизонтом. Последний состоит из точек, в которых луч зрения наблюдателя касается земной поверхности. Так как плоскость математического горизонта расположена над земной поверхностью, то математический горизонт всегда слегка «приподнят» над видимым горизонтом.

В дальнейшем для упрощения чертежей мы на рисунках небесной сферы не будем изображать ни Земли, ни наблюдателя, хотя их присутствие подразумевается.

Введенные понятия вертикальной линии и математического горизонта позволят нам теперь разобраться в простейших видимых движениях небесных светил, в частности звезд.

Общеизвестно, что наблюдаемое нами ежедневно движение Солнца по небосводу есть иллюзия. На самом деле почти равномерно вращается земной шар, и его вращение является причиной суточного движения Солнца, периодической смены дня и ночи.

Вращение Земли вызывает видимое суточное движение не только Солнца, но и всех других небесных светил. В этом легко убедиться путем несложных наблюдений.

Когда Солнце скроется за горизонт и наступит звездная ночь, обратите внимание на какую-нибудь яркую звезду в южной части неба. Заметьте ее расположение по отношению к какому-нибудь земному предмету, а затем повторите (с того же места!) наблюдение через полчаса или через час. Вы обнаружите, что наблюдаемая вами звезда заметно сместилась на небосводе. Легко проверить, что и все остальные звезды испытали при этом подобное же смещение. Следовательно, все звездное небо, как единое целое, кажется вращающимся вокруг Земли.

Возьмем теперь фотографический аппарат, установим его объектив на «бесконечность» и, укрепив неподвижно, направим его в северную часть звездного неба, туда, где виднеется Полярная звезда. Произведем снимок звезд с выдержкой около часа. Звезды благодаря своему видимому движению изобразятся концентрическими дугами, общий центр которых близок к Полярной звезде.

Таким образом, на небосводе или, точнее, на небесной сфере есть неподвижная точка вокруг которой, как нам кажется, движутся все наблюдаемые нами звезды. Она называется северным полюсом мира. Противоположная, также неподвижная точка небесной сферы называется южным полюсом мира (рис. 14).

рис .14.

 Прямая, соединяющая оба полюса мира, получила название оси мира. При наблюдении звездного неба создается обманчивое впечатление, что все звезды укреплены на какой-то невидимой прозрачной хрустальной сфере (так думали древние) и эта сфера медленно вращается вокруг оси мира, завершая полный оборот за сутки.

Если через центр небесной сферы провести плоскость, перпендикулярную к оси мира, то она пересечет небесную сферу по линии, которая - называется небесным экватором. Небесный экватор делит небо на два полушария. То из них, в котором находится Полярная звезда, называется северным, а противоположное — южным. Нетрудно сообразить, что небесный экватор имеет такой же радиус, как и небесная сфера. Подобные окружности на поверхности любой сферы называются большими кругами данной сферы.

Видимые пути звезд в их кажущемся движении по небосводу параллельны небесному экватору. То же можно сказать и о видимых суточных путях Солнца и Луны.

Проведем мысленно плоскость через три точки: глаз наблюдателя, зенит и северный полюс мира. Она пересечет небесную сферу по большому кругу, который называется небесным меридианом. Небесный меридиан пересекает математический горизонт в двух точках, из которых ближайшая к северному полюсу мира называется точкой севера, а противоположная — точкой юга. Точки горизонта, отстоящие в обе стороны от этих точек на 90°, называются точками востока и запада. Очевидно, именно в этих точках с математическим горизонтом пересекается небесный экватор.

Прямая, соединяющая точки севера и юга, называется полуденной линией. Легко убедиться, что в полдень тени от всех предметов падают по направлению этой линии.

Наблюдая видимое движение звезд в южной части небосвода, можно заметить, что, проходя через небесный меридиан, они занимают при этом наивысшее положение над горизонтом. Наоборот, на участке небесного меридиана между северным полюсом мира и точкой севера звезда, пересекая небесный меридиан, оказывается в этот момент в наинизшем положении по отношению к горизонту. Первое из этих явлений называется верхней кульминацией звезды (или вообще какого-нибудь светила), а второе — его нижней кульминацией.

Таким образом, кульминацией светила называется его прохождение через небесный меридиан.

Продолжая наблюдения звездного неба, можно заметить, что звезды (для наблюдателя, находящегося в умеренных широтах) можно разделить на три группы. К первой из них отнесем все те звезды, которые в нижней кульминации проходят выше точки севера. Очевидно, что они никогда не пересекают линию горизонта и потому образуют группу незаходящих звезд (рис. 15).

рис. 15

Есть, разумеется, и такие звезды, верхняя кульминация которых происходит под горизонтом, ниже точки юга. Они принадлежат к группе невосходящих звезд. Наконец, между рассмотренными двумя зонами неба располагается область, в которой все звезды дважды в сутки (при восходе и заходе) пересекают линию горизонта. Они составляют группу восходящих и заходящих звезд.

Как уже говорилось, все звезды при своем видимом суточном Движении, вызванном осевым вращением Земли, перемещаются на небесной сфере параллельно небесному экватору. Так как при этом угловое расстояние любой звезды от небесного экватора остается постоянным, естественно определять положение звезд на небесной сфере не относительно горизонта, а по отношению к небесному экватору. Угловое расстояние звезды от небесного экватора, обозначаемое греческой буквой δ, называется ее склонением.

Таким образом, склонением небесного светила называется угол между направлением из центра небесной сферы на данное светило и плоскостью небесного экватора.

Полуокружности, соединяющие полюсы мира, называются кругами склонения. Через данное светило всегда проходит один из кругов склонения.

Склонение измеряется в градусах, минутах и секундах дуги. Условились считать склонение положительным для светил, находящихся в северном полушарии неба, и отрицательным для светил в его южном полушарии. Легко сообразить, что все точки небесного экватора имеют склонение, равное нулю, а полюсы мира +90° (северный полюс) и —90° (южный полюс).

Одно склонение еще не может полностью характеризовать положение светила на небесной сфере. Необходима вторая координата, которая вместе со склонением однозначно характеризовала бы положение светила на небесной сфере.

Эта вторая координата названа астрономами прямым восхождением и обозначается греческой буквой α. Поясним, как она определяется.

На небесном экваторе есть точка, в которой Солнце ежегодно бывает в день весеннего равноденствия, 20 или 21 марта. Поэтому данная точка, принимаемая за начало отсчета в экваториальной системе координат, называется точкой весеннего равноденствия. Ее обозначают особым условным значком γ (который не следует путать с греческой буквой у).

Проведем через полюсы мира и данное светило круг склонения. Как видно из рис. 16, прямое восхождение светила равно углу между направлением из центра небесной сферы на точку весеннего равноденствия и плоскостью круга склонения данного светила.

рис. 16

Прямое восхождение светила отсчитывается в направлении против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса мира.

Хотя прямое восхождение, как и склонение светила, является некоторым углом, этот угол по ряду причин удобнее измерять не в градусах, минутах и секундах дуги, а в единицах времени.