Для чего в астрономии используется небесная сфера

Небесная сфера

Небе́сная сфе́ра — воображаемая сфера произвольного радиуса, на которую проецируются небесные тела: служит для решения различных астрометрических задач. За центр небесной сферы принимают глаз наблюдателя; при этом наблюдатель может находиться как на поверхности Земли, так и в других точках пространства (например, он может быть отнесён к центру Земли). Для наземного наблюдателя вращение небесной сферы воспроизводит суточное движение светил на небе.

Каждому небесному светилу соответствует точка небесной сферы, в которой её пересекает прямая, соединяющая центр сферы с центром светила. При изучении положений и видимых движений светил на небесной сфере выбирают ту или иную систему сферических координат. Расчёты положений светил на небесной сфере производятся с помощью небесной механики и сферической тригонометрии.

Содержание

История

Представление о небесной сфере возникло в глубокой древности; в основу его легло зрительное впечатление о существовании куполообразного небесного свода. Это впечатление связано с тем, что в результате огромной удалённости небесных светил человеческий глаз не в состоянии оценить различия в расстояниях до них, и они представляются одинаково удалёнными. У древних народов это ассоциировалось с наличием реальной сферы, ограничивающей весь мир и несущей на своей поверхности многочисленные звёзды. Таким образом, в их представлении небесная сфера была важнейшим элементом Вселенной. С развитием научных знаний такой взгляд на небесную сферу отпал. Однако заложенная в древности геометрия небесной сферы в результате развития и совершенствования получила современный вид, в котором и используется в астрометрии.

Элементы небесной сферы

Отвесная линия и связанные с ней понятия

Отвесная линия — прямая, проходящая через центр небесной сферы и точку наблюдения на поверхности Земли. Отвесная линия пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — зените над головой наблюдателя и надире под ногами наблюдателя.

Истинный горизонт — большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна к отвесной линии. Истинный горизонт делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую полусферу с вершиной в зените и невидимую полусферу с вершиной в надире. Истинный горизонт не совпадает с видимым горизонтом вследствие приподнятости точки наблюдения над земной поверхностью, а также по причине искривления лучей света в атмосфере.

Круг высоты или вертикал светила — большой полукруг небесной сферы, проходящий через светило, зенит и надир. Альмукантара́т (араб. «круг равных высот») — малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости математического горизонта. Круги высоты и альмукантараты образуют координатную сетку, задающую горизонтальные координаты светила.

Суточное вращение небесной сферы и связанные с ним понятия

Ось мира — воображаемая линия, проходящая через центр мира, вокруг которой происходит вращение небесной сферы. Ось мира пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — северном полюсе мира и южном полюсе мира. Вращение небесной сферы происходит против часовой стрелки вокруг северного полюса, если смотреть на небесную сферу изнутри.

Небесный экватор — большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и проходит через центр небесной сферы. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное и южное.

Круг склонения — большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира.

Суточная параллель — малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора. Видимые суточные движения светил совершаются по суточным параллелям. Круги склонения и суточные параллели образуют на небесной сфере координатную сетку, задающую экваториальные координаты светила.

Термины, рождаемые в пересечениях понятий «Отвесная линия» и «Вращение небесной сферы»

Небесный экватор пересекается с математическим горизонтом в точке востока и точке запада. Точкой востока называется та, в которой точки вращающейся небесной сферы восходят из-за горизонта. Полукруг высоты, проходящий через точку востока, называется первым вертикалом.

Небесный меридиан — большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через отвесную линию и ось мира. Небесный меридиан делит поверхность небесной сферы на два полушария: восточное полушарие и западное полушарие.

Полуденная линия — линия пересечения плоскости небесного меридиана и плоскости математического горизонта. Полуденная линия и небесный меридиан пересекают математический горизонт в двух точках: точке севера и точке юга. Точкой севера называется та, которая ближе к северному полюсу мира.

Годовое движение Солнца по небесной сфере и связанные с ним понятия

Эклиптика — большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годовое движение Солнца. Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26′.

Ось эклиптики — диаметр небесной сферы, перпендикулярный плоскости эклиптики. Ось эклиптики пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — северном полюсе эклиптики, лежащем в северном полушарии, и южном полюсе эклиптики, лежащем в южном полушарии. Северный полюс эклиптики имеет экваториальные координаты R.A. = 18h00m, Dec = +66°33′, и находится в созвездии Дракона.

Круг эклиптической широты, или просто круг широты — большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы эклиптики.

Любопытные факты

Источник

Небесная сфера ее основные элементы: точки, линии, плоскости

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.

Небесная сфера и положение наблюдателя. Если наблюдатель сдвинется, то сдвинется и вся видимая им сфера

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 и стороны света

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 или земная ось

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 на небесной сфере

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

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.

часовой круг светила

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

Суточная параллель светила

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”

Источник

Небесная сфера

Небесная сфера разделена земным экватором на северную и южную полусферы.

Небе́сная сфе́ра — воображаемая вспомогательная сфера произвольного радиуса, на которую проецируются небесные светила:служит для решения различных астрометрических задач. За центр небесной сферы, как правило, принимают глаз наблюдателя. Для находящегося на поверхности Земли наблюдателя вращение небесной сферы воспроизводит суточное движение светил на небе.

Представление о Небесной сфере возникло в глубокой древности; в основу его легло зрительное впечатление о существовании куполообразного небесного свода. Это впечатление связано с тем, что в результате огромной удалённости небесных светил человеческий глаз не в состоянии оценить различия в расстояниях до них, и они представляются одинаково удалёнными. У древних народов это ассоциировалось с наличием реальной сферы, ограничивающей весь мир и несущей на своей поверхности многочисленные звёзды. Таким образом, в их представлении небесная сфера была важнейшим элементом Вселенной. С развитием научных знаний такой взгляд на небесную сферу отпал. Однако заложенная в древности геометрия небесной сферы в результате развития и совершенствования получила современный вид, в котором и используется в астрометрии.

Радиус небесной сферы может быть принят каким угодно: в целях упрощения геометрических соотношений его полагают равным единице. В зависимости от решаемой задачи центр небесной сферы может быть помещен в место:

Каждому светилу на небесной сфере соответствует точка, в которой её пересекает прямая, соединяющая центр небесной сферы со светилом (с его центром). При изучении взаимного расположения и видимых движений светил на небесной сфере выбирают ту или иную систему координат), определяемую основными точками и линиями. Последние обычно являются большими кругами небесной сферы. Каждый большой круг сферы имеет два полюса, определяющиеся на ней концами диаметра, перпендикулярного к плоскости данного круга.

Содержание

Названия важнейших точек и дуг на небесной сфере

Отвесная линия

Зенит и надир

Отвесная линия пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — зени́те, над головой наблюдателя, и нади́ре — диаметрально противоположной точке.

Математический горизонт

Ось мира

Ось ми́ра — ось видимого вращения небесной сферы, паралельная оси Земли.

Полюсы мира

Ось мира пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — се́верном по́люсе ми́ра и ю́жном по́люсе ми́ра. Северным полюсом называется тот, со стороны которого вращение небесной сферы происходит по часовой стрелке, если смотреть на сферу извне.

Если смотреть на небесную сферу изнутри, (что мы обычно и делаем, наблюдая звёздное небо), то в окрестности северного полюса мира её вращение происходит против часовой стрелки, а в окрестности южного полюса мира —- по часовой стрелке.

Небесный экватор

Небе́сный эква́тор — большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира. Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: се́верное полуша́рие, с вершиной в северном полюсе мира, и ю́жное полуша́рие, с вершиной в южном полюсе мира.

Точки востока и запада

Небесный экватор пересекается с математическим горизонтом в двух точках: то́чке восто́ка и то́чке за́пада. Точкой востока называется та, в которой точки вращающейся небесной сферы пересекают математический горизонт, переходя из невидимой полусферы в видимую.

Небесный меридиан

Небе́сный меридиа́н — большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через отвесную линию и ось мира. Небесный меридиан делит поверхность небесной сферы на два полушария — восто́чное полуша́рие, с вершиной в точке востока, и за́падное полуша́рие, с вершиной в точке запада.

Полуденная линия

Полу́денная ли́ния — линия пересечения плоскости небесного меридиана и плоскости математического горизонта.

Точки севера и юга

Небесный меридиан пересекается с математическим горизонтом в двух точках: то́чке се́вера и то́чке ю́га. Точкой севера называется та, которая ближе к северному полюсу мира.

Эклиптика

Экли́птика — траектория видимого годичного движения Солнца по небесной сфере. Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26′.

Точки равноденствия

Точки солнцестояния

Точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствия на 90°, называются то́чкой ле́тнего солнцестоя́ния (в северном полушарии) и то́чкой зи́мнего солнцестоя́ния (в южном полушарии).

Ось эклиптики

Ось экли́птики — диаметр небесной сферы, перпендикулярный плоскости эклиптики.

Полюсы эклиптики

Ось эклиптики пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — се́верном по́люсе экли́птики, лежащем в северном полушарии, и ю́жном по́люсе экли́птики, лежащем в южном полушарии.

Галактические полюсы и галактический экватор

α = 192,85948° β = 27,12825°

называется се́верным галакти́ческим по́люсом, а диаметрально противоположная ей точка — ю́жным галакти́ческим по́люсом.

Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна линии, соединяющей галактические полюсы, называется галакти́ческим эква́тором.

Названия дуг на небесной сфере, связанные с положением светил

Альмукантарат

Альмукантара́т — араб. круг равных высот

Альмукантарат светила — малый круг небесной сферы, проходящий через светило, плоскость которого параллельна плоскости математического горизонта.

Вертикальный круг

Круг высоты́ или вертика́льный круг или вертика́л светила — большой полукруг небесной сферы, проходящий через зенит, светило и надир.

Суточная параллель

Су́точная паралле́ль светила — малый круг небесной сферы, проходящий через светило, плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора. Видимые суточные движения светил совершаются по суточным параллелям.

Круг склонения

Круг склоне́ния светила — большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и светило.

Круг эклиптической широты

Круг эклипти́ческой широты́, или просто круг широты светила — большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы эклиптики и светило.

Круг галактической широты

Круг галакти́ческой широты́ светила — большой полукруг небесной сферы, проходящий через галактические полюсы и светило.

См. также

ca:Esfera celeste cs:Nebeská sféra da:Himmelkuglen de:Himmelskugel en:Celestial sphere es:Esfera celeste fi:Taivaankansi fr:Sphère céleste he:כיפת השמים io:Cielala sfero it:Sfera celeste ja:天球 nl:Hemelbol pl:Sfera niebieska pt:Esfera celeste sv:Stjärnhimmel th:ทรงกลมฟ้า zh:天球

Источник

Небесная астрономия

Сферическая или небесная астрономия использует небесную механику и сферическую тригонометрию для расчетов небесных координат.

Определение небесной сферы

Обращение небесной сферы дня наблюдателя показывает суточный ход звезд на небе. У всех светящихся объектов, расположенных на небесной сфере, имеется точка, через которую проходит соединяющий центры небесного тела и сферы луч. Для изучения хода звезд и их расположения на небесной сфере используются сферические координаты.

Еще в глубокой древности появилось представление о небесной сфере благодаря тому, что небосвод представляли в виде купола.

Рисунок 1. Восприятие небесной сферы у древних

Части небесной сферы

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Термины, относящиеся к годовому ходу Солнца

• Эклиптика – большой круг небесной сфере, где наблюдается годовой ход Солнца.
• Точки весеннего и осеннего равноденствия – места пересечения эклиптики и небесного экватора.
• Линия равноденствия – прямая, которая объединяет точки равноденствия.
• Точки летнего и зимнего солнцестояния расположены на линии, перпендикулярной линии равноденствия.
• Ось эклиптики – диаметр небесной сферы, расположенный перпендикулярно плоскости эклиптики. На эклиптической кривой находятся северный и южный полюсы.

Рисунок 2.Элементы небесной сферы

Небесная механика

Небесная механика – это раздел астрономии, который изучает ход небесных объектов в Солнечной системе и всех событий, связанных с ним, используя законы и правила классической механики.

К ньютоновским законам, применяемых в небесной механике, относится закон инерции, закон силы и закон противодействия. Также используются все три кеплеровских закона.

Сферическая тригонометрия

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Область тригонометрии, которая изучает зависимость между угловыми величинами и размерам сторон геометрических фигур, называющихся сферическими треугольниками. Основателем сферической тригонометрии является древнегреческий математик и астроном Гиппарх. Значительный вклад в развитие этого раздела астрономии внесли Менелай Александрийский и Клавдий Птолемей.

Тем не менее, лишь в Средние века сферическая тригонометрия выделилась в отдельную науку. Это произошло благодаря масштабным трудам исламских астрономов Сабита ибн Корры, Ибн Ирака, Абу-л-Вафы и Кушьяра ибн Лаббана.

Именно они ввели основные математические операторы, изложили и подтвердили доказательство сферической теоремы синусов и сделали ряд других важных открытий. В дальнейшем над развитием сферической тригонометрии работали такие знаменитые ученые, как Региомонтан, Мавролико и Коперник.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы

Источник