Системы небесных координат

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 1. Системы небесных координат

Разработано несколько систем небесных координат, они используются для разных целей. Все системы небесных координат двумерные. В качестве координат используются углы. Аналогом систем небесных координат является географическая система координат на поверхности Земли. Начнем рассмотрение с нее.

Географическая система координат

Географическая система координат - это система координат на поверхности Земли, она привязана к центру массы Земли. При этом реальным рельефом Земли пренебрегают, считая ее поверхность абсолютно гладкой. Определим понятия, необходимые для того, чтобы ввести географическую систему координат.

Ось вращения - воображаемая прямая, вокруг которой вращается Земля. Ось вращения пересекает поверхность Земли в серверном и южном полюсах.

Земной экватор - большой круг на поверхности Земли, плоскость которого перпендикулярна оси вращения.

Географический меридиан - большой круг на поверхности Земли, проходящий через северный и южный полюсы.

Нулевой меридиан - это меридиан, проходящий через выбранный нуль-пункт, в качестве которого приняли обсерваторию Гринвич в Англии.

Отвесная линия - прямая, по которой направлена сила тяжести в данной точке.

Теперь можно ввести географические координаты:

Географическая широта, ц - угол между плоскостью земного экватора и отвесной линией, проходящей через данную точку, измеряется в градусах, угловых минутах и секундах.

Географическая долгота, л - двухгранный угол между плоскостями нулевого меридиана и меридиана, проходящего через данную точку.

Различают астрономическую, геоцентрическую и геодезическую широту. Различие между астрономической, геоцентрической и геодезической широтой, вызвано неоднородным распределением масс внутри Земли и тем, что Земля - не шар, а эллипсоид вращения. Полярное сжатие Земли невелико, если обозначить

а - экваториальный радиус Земли,

b - полярный радиус,

то полярное сжатие, е = 1 - а/b = 1/298.

Еще точнее называть Землю геоидом. Поэтому центр масс Земли не совпадает с центром сфероида. Выше дано определение для астрономической географической широты.

ц1 - геоцентрическая широта - угол между плоскостью земного экватора и радиус-вектором сфероида, проходящим через данную точку на поверхности.

ц2 - геодезическая широта - угол между плоскостью земного экватора и нормалью к геоиду в данной точке.

Небесная сфера

Введем понятия, необходимые для определения систем небесных координат.

Небесная сфера - это воображаемая сфера с бесконечным радиусом с центром в точке наблюдения.

Отвесная линия - прямая, проходящая через центр небесной сферы и совпадающая с направлением силы тяжести в точке наблюдения.

Зенит и надир - точки пересечения отвесной линии с небесной сферой.

Истинный горизонт - большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна отвесной линии.

Рис.1.2. Элементы небесной сферы

Восход и заход - точки и моменты времени прохождение светила через истинный горизонт.

Ось мира - прямая, вокруг которой вращается небесная сфера.

Полюсы мира - точки пересечения оси мира с небесной сферой.

Небесный экватор - большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира.

Небесный меридиан - большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира, зенит и надир.

Горизонтальная система небесных координат

Горизонтальная система небесных координат - это система, в которой положение светил определяется относительно истинного горизонта и небесного меридиана.

Рис.1.3. Горизонтальная система координат

В этой системе координаты светил меняются со временем суток и в течение года, отражая вращение и орбитальное движение Земли, кроме того, координаты светил зависят от места наблюдения. Поэтому горизонтальная система координат используется для планирования и проведения наблюдений, для наведения телескопа и слежения за движением небесных объектов. В горизонтальной системе небесных координат в качестве координат используют два угла: высоту и азимут.

Небесный меридиан пересекается с истинным горизонтом в двух точках: точке севера, N, и точке юга, S.

Высота светила, h - угол между направлением на светило и плоскостью истинного горизонта, измеряется в градусах от 0 до 90?.

Вертикальный круг - большой круг небесной сферы, проходящий через светило, зенит и надир. Высота светила определяется его положением на вертикальном круге. Альтернативной координатой может служить зенитное расстояние, Z, которое определяется их условия:

Z + h = 90?

Азимут, А - угол между направлением на юг и линией пересечения плоскости истинного горизонта с вертикальным кругом, проходящим через светило. Можно дать другое, равноценное определение:

Азимут - дуга истинного горизонта между точкой юга и точкой пересечений вертикального круга с истинным горизонтом.

Азимут измеряется в градусах, от 0 до 360?.

Первая экваториальная система координат

В это системе координаты светил тоже меняются со временем и с местом наблюдения, т.к. координаты определяются отклонением от небесного экватора и небесного меридиана.

Рис.1.4. Первая экваториальная система координат

Небесный экватор пересекается с небесным меридианом в 2-х точках, которые называются верхней, Q, и нижней, Q', точками экватора. Верхняя ближе к зениту, а нижняя - к надиру.

Координаты: склонение, д, и часовой угол, t.

Склонение, д - угол между направлением на светило и плоскостью небесного экватора, измеряется в градусах, угловых минутах и угловых секундах от 0 до +90? в северном полушарии и от 0 до -90? в южном полушарии небесной сферы.

Круг склонения или часовой круг - большой круг небесной сферы, проходящий через полюса мира и светило.

Часовой угол, t - дуга небесного экватора между верхней точкой экватора и точкой пересечения часового круга, проходящего через светило, с небесным экватором. Измеряется в часах, минутах и секундах, от 0 до 24h.

Вторая экваториальная система координат

В этой системе координат координаты не меняются со временем и не зависят от места наблюдения, ибо они определяются относительно небесного экватора и эклиптики.

Эклиптика - большой круг небесной сферы, по которому движется Солнце в течение года. Плоскость эклиптики наклонена относительно плоскости небесного экватора на 23°27'. Точки пересечения небесного экватора и эклиптики называются точками весеннего и осеннего равноденствия. небесный координата эклиптический галактический

Рис.1.5 Эклиптика и эклиптические координаты

В качестве координат в этой системе выбраны склонение, д, и прямое восхождение, б.

Прямое восхождение, б - дуга небесного экватора от точки весеннего равноденствия до точки пересечения часового круга, проходящего через светило с небесным экватором. Измеряется в часах, минутах и секундах от 0 до 24h.

Рис. 1.6. Вторая экваториальная система координат

Звездные карты, атласы и каталоги делают во 2-й экваториальной системе координат. Первая экваториальная система координат используется только для вспомогательных целей, поэтому, пользуясь второй экваториальной системой слово «вторая» обычно отбрасывают.

Для решения специальных астрономических задач используют другие системы небесных координат. Назовем две из них:

Эклиптическая система координат используется для изучения Солнечной системы. В этой системе координат положение светил определяется относительно эклиптики и точки весеннего равноденствия.

Галактическая система координат используется для изучения Галактики. В этой системе положение светил определяется относительно экваториальной плоскости Галактики и оси ее вращения.

Размещено на Allbest.ru