Небесная сфера основные линии на ней

Небесная сфера основные линии на ней

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.

1. 3енит и горизонт. Зенит есть наивысшая точка над головой наблюдателя. Плоскость, перпендикулярная к отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью.

2. Полюсы и ось мира.Ось суточного вращения небесной сферы называется осью мира.

Точки пересечения небесной сферы с осью мира называются полюсами мира. Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира (на расстоянии около 1°). Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы. Вблизи него никакой яркой звезды нет.

3. Небесный экватор. Плоскость, перпендикулярная к оси мира и проходящая через центр небесной сферы, называется плоскостью небесного экватора, а линия пересечения ее с небесной сферой - небесным экватором.Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария - северное и южное.

4. Небесный меридиан и полуденная линия.Плоскостью небесного меридиана называется плоскость, проходящая через точку зенита, центр небесной сферы и полюс мира. Пересекаясь с небесной сферой, эта плоскость образует линию небесного меридиана. Вертикальная плоскость, проходящая через Полярную звезду и через наблюдателя, приблизительно будет плоскостью меридиана. В любом месте Земли плоскость небесного меридиана совпадает с плоскостью географического меридиана этого же места.

Полуденной линией называется линия пересечения плоскостей меридиана и горизонта. Эта линия названа так потому, что в полдень тени от вертикальных предметов падают как раз по этому направлению

5. Точки горизонта. Горизонт пересекается с небесным меридианом в точках севера N и юга S, а с небесным экватором - в точках востока Е и запада W. Если мы встанем лицом к полюсу мира (к Полярной звезде), то на горизонте прямо под ним будем иметь точку севера, за спиной - точку юга, справа - точку востока и слева - точку запада. Помня это, мы всегда сможем ориентироваться на местности.

На этом чертеже С - центр небесной сферы, в котором находится глаз наблюдателя, ZCZ' - отвесная линия, Z - зенит, Z' - надир (противоположная зениту точка небесной сферы),

РР - ось мира, Р - северный полюс мира, Р' - южный полюс мира, EAWQ - небесный экватор, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, ESWN - горизонт, S - точка юга, N - точка севера, Е - точка востока и W - точка запада. Над горизонтом видна ровно половина небесной сферы и половина небесного экватора, а также то, что в точках Е и W (отстоящих от точек S и N на 90°) горизонт и экватор, пересекаясь, делят друг друга пополам.

Линия NS есть полуденная линия, а большой круг NPZASP' - небесный меридиан.

Годовое движение Солнца

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

Две точки, в которых эклиптика пересекается с небесным экватором, называются точками равноденствия. В точке весеннего равноденствия Солнце в своём годовом движении переходит из южного полушария небесной сферы в северное; в точке осеннего равноденствия — из северного полушария в южное. Прямая, проходящая через эти две точки, называется линией равноденствий. Две точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствия на 90° и тем самым максимально удалённые от небесного экватора, называются точками солнцестояния. Точка летнего солнцестояния находится в северном полушарии, точка зимнего солнцестояния — в южном полушарии. Эти четыре точки обозначаются символами зодиака, соответствующими созвездиям, в которых они находились во времена Гиппарха^[2] (в результате предварения равноденствий эти точки сместились и ныне находятся в других созвездиях): весеннего равноденствия — знаком Овна (♈), осеннего равноденствия — знаком Весов (♎), зимнего солнцестояния — знаком Козерога (♑), летнего солнцестояния — знаком Рака (♋).

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, а южный полюс — R.A. = 6h00m, Dec = −66°33' в созвездии Золотой Рыбы.

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

Основы измерения времени

На наблюдениях суточного вращения небесного свода и годичного движения Солнца, т.е. на вращении Земли вокруг оси и на обращении Земли вокруг Солнца, основано измерение времени.

Продолжительность основной единицы времени, называемой сутками, зависит от избранной точки на небе. В астрономии за такие точки принимаются: а) точка весеннего равноденствия; б) центр видимого диска Солнца (истинное Солнце); в) «среднее солнце» — фиктивная точка, положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени.

Определяемые этими точками три различные единицы времени называются соответственно звездными, истинными солнечными и средними солнечными сутками, а время, ими измеряемое, — звездным, истинным солнечным и средним солнечным временем.

Тропическим годом называется промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра истинного Солнца через точку весеннего равноденствия.

Звездные сутки. Звездное время. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же географическом меридиане называется звездными сутками.

За начало звездных суток на данном меридиане принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.

Угол, на который Земля повернется от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до какого-нибудь другого момента, равен часовому углу точки весеннего равноденствия в этот момент. Следовательно, звездное время s на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу точки весеннего равноденствия t , выраженному в часовой мере. Звездное время в любой момент равно прямому восхождению какого-либо светила плюс его часовой угол.

В момент верхней кульминации светила его часовой угол t = 0

В момент нижней кульминации светила его часовой угол t = 12h

Среднее солнце

в астрономии введены понятия двух фиктивных точек — среднего эклиптического и среднего экваториального солнца. Среднее эклиптическое солнце равномерно движется по эклиптике со средней скоростью Солнца и совпадает с ним около 3 января и 4 июля. в каждый момент времени прямое восхождение среднего экваториального солнца равно долготе среднего эклиптического солнца. Их же прямые восхождения одинаковы только четыре раза в году, а именно, в моменты прохождения ими точек равноденствий и в моменты прохождения средним эклиптическим солнцем точек солнцестояний. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями среднего экваториального солнца на одном и том же географическом меридиане называется средними солнечными сутками, или просто средними сутками. Из определения среднего экваториального солнца следует, что продолжительность средних солнечных суток равна среднему значению продолжительности истинных солнечных суток за год.

Устройство

Части секстанта смонтированы на раме, образованной двумя радиусами и дугой, которая называется лимбом. С помощью секстанта можно измерять углы до 140° влево от нулевого индекса и до 5° вправо, эти отметки находятся на лимбе. На левом радиусе неподвижно установлены малое зеркало и светофильтры. Половина поверхности малого зеркала прозрачна. В вершине рамы на подвижном радиусе, называемом алидадой, укреплено большое зеркало. На другом конце алидады укреплён отсчётный барабан, разделённый на 60-минутные деления. Труба вставляется в специальную стойку на раме секстанта.

Изображение в секстанте совмещает два вида. Первый — вид неба через зеркала. Второй — вид горизонта. Секстант используют, регулируя рычаг и установочный винт до тех пор, пока нижний край изображения светила не коснётся горизонта. Точный момент времени, в который проводится измерение, засекает помощник с часами. Затем угол возвышения считывается со шкалы, верньера и установочного винта, и записывается вместе со временем.

После этого нужно преобразовать данные с помощью некоторых математических процедур. Самый простой метод — нарисовать равновозвышенный круг используемого астрономического объекта на глобусе. Пересечение этого круга с линией навигационного счисления или другим указателем даёт точное местоположение.Секстант — чувствительный инструмент. Если его уронить, то дуга может погнуться. После падения он может потерять точность.

Высот светил

Днём на небе видно только одно светило - Солнце. Тем не менее, по нему можно определить место судна. Для этого используют две разновременные ВЛП.

Из формулы (3.11) следует, что точность обсервованного места падает с уменьшением угла пересечения ВЛП. При ΔА=30° точность обсервации в два раза ниже, чем при Δ А =90°, а при более острых углах - ещё хуже. Поэтому при определении места судна по Солнцу используют его ВЛП, полученные с интервалом времени достаточным, чтобы его азимут изме-нился более, чем на 30°.

Допустим, в некоторый момент времени Т₁в точке со счислимыми координатами (φ₁,λ₁)была измерена высота Солнца, рассчитаны элементы ВЛП и сделана её прокладка (рис. 3.15 ).

Можно утверждать, что в момент Т₁судно находится где-то на этой ВЛП, обозначенной 1,1.

Через некоторое время в момент Т₂ в точке с координатами φ₂,λ₂снова была измерена высота Солнца и рассчитаны элементы ВЛП. Можно утверждать, что в момент Т₂ судно находится где-то на этой ВЛП, обозначенной 2,2.

С другой стороны, каждая точка первой ВЛП за время Т₂ – Т₁переместилась по тому же направлению и на то же расстояние, что и счислимая точка, и вся совокупность возможных мест судна заняла положение 1.1.

Таким образом, можно утверждать, что в момент Т₂место судна находится на пересечении второй ВЛП и перенесённой по счислению первой ВЛП. Как видно из рис. 3.15, перенесение по счислению первой ВЛП сводится к построению её от второй счислимой точки вместе со второй ВЛП.

Заметим, что изменение курса и скорости судна между измерениями высот Солнца ничего не меняет. Главное, чтобы счисление между этими моментами велось с максимальной тщательностью, так как все погрешности счисления войдут в обсервованные координаты. Это обстоятельство заставляет считать место, определенное по Солнцу, счислимо-обсервован-ным.

Принимая обе ВЛП равноточными, СКП счислимо-обсервованного места можно определить по формуле:

где т_р — СКП ВЛП, т_с - СКП счисления.

Средняя квадратическая погрешность счисления зависит отпогрешностей компаса и лага. Она подсчитывается по формуле:

где т_л - СКП лага в %, т_к- СКП компаса в градусах, КУ - курсовой угол Солнца в момент измерения первой высоты, равный А- ИК.

Формула (3.15) показывает, что погрешность счисления возрастает с пройденным расстоянием S, т.е. со временем, и для уменьшения погрешностей счисления высоты Солнца надо брать через короткий промежуток времени. Но за это время не успевает достаточно измениться азимут и, как следует из формулы (3.14), СКП места судна будет большой. Ожидать же разности азимутов 90° тоже нельзя из-за растущих погрешностей счисления. Поэтому выбирают оптимальный вариант, когда разность азимутов около 40°. В этом случае погрешности счисления ещё незначительные, а разность азимутов уже достаточная.

Некоторое представление о времени изменения азимута Солнца на 40° даёт таблица в прил. 10. В ней с точностью до двух минут указано время изменения азимута на 40° до или после кульминации для различных φи δ. Таблица составлена в двух вариантах - для одноимённых и разноимённых φи δ.

Так, например, из этой таблицы видно, что в марте или сентябре (δ=0°) в Черном море (φ=44°) интервал времени между измерениями высот Солнца должен составлять около двух часов. Если высоты измерялись около первого вертикала, табличные значения следует увеличить.

Более точно интервал между ВЛП можно определить с помощью таблиц готовых ответов (ВАС-58, НО-214 и др.) . Для этого по φ, δи t_м.,первой ВЛП в основных таблицах выбирают азимут первой ВЛП и в той же колонке склонения отыскивают азимут, отличный от первого на 40°. Сбоку выбирают часовой угол, соответствующий этому изменённому

азимуту. Разность часовых углов, переведённая во временную меру, и даст искомый интервал.

Небесная сфера основные линии на ней

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.

1. 3енит и горизонт. Зенит есть наивысшая точка над головой наблюдателя. Плоскость, перпендикулярная к отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью.

2. Полюсы и ось мира.Ось суточного вращения небесной сферы называется осью мира.

Точки пересечения небесной сферы с осью мира называются полюсами мира. Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира (на расстоянии около 1°). Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы. Вблизи него никакой яркой звезды нет.

3. Небесный экватор. Плоскость, перпендикулярная к оси мира и проходящая через центр небесной сферы, называется плоскостью небесного экватора, а линия пересечения ее с небесной сферой - небесным экватором.Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария - северное и южное.

4. Небесный меридиан и полуденная линия.Плоскостью небесного меридиана называется плоскость, проходящая через точку зенита, центр небесной сферы и полюс мира. Пересекаясь с небесной сферой, эта плоскость образует линию небесного меридиана. Вертикальная плоскость, проходящая через Полярную звезду и через наблюдателя, приблизительно будет плоскостью меридиана. В любом месте Земли плоскость небесного меридиана совпадает с плоскостью географического меридиана этого же места.

Полуденной линией называется линия пересечения плоскостей меридиана и горизонта. Эта линия названа так потому, что в полдень тени от вертикальных предметов падают как раз по этому направлению

5. Точки горизонта. Горизонт пересекается с небесным меридианом в точках севера N и юга S, а с небесным экватором - в точках востока Е и запада W. Если мы встанем лицом к полюсу мира (к Полярной звезде), то на горизонте прямо под ним будем иметь точку севера, за спиной - точку юга, справа - точку востока и слева - точку запада. Помня это, мы всегда сможем ориентироваться на местности.

На этом чертеже С - центр небесной сферы, в котором находится глаз наблюдателя, ZCZ' - отвесная линия, Z - зенит, Z' - надир (противоположная зениту точка небесной сферы),

РР - ось мира, Р - северный полюс мира, Р' - южный полюс мира, EAWQ - небесный экватор, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, ESWN - горизонт, S - точка юга, N - точка севера, Е - точка востока и W - точка запада. Над горизонтом видна ровно половина небесной сферы и половина небесного экватора, а также то, что в точках Е и W (отстоящих от точек S и N на 90°) горизонт и экватор, пересекаясь, делят друг друга пополам.

Линия NS есть полуденная линия, а большой круг NPZASP' - небесный меридиан.