Астрономія
Система координат.
Положення світил визначається відносно точок і кіл небесної сфери. Для цього використовують небесні координати.
В астрономії застосовується їх кілька, відрізняються тим, що створені відносно різних кіл небесної сфери. Небесні координати відраховують дугами великих кіл або центральних кутів, що охоплюють ці дуги.
Небесні координати - центральні кути або дуги великих кіл небесної сфери, за допомогою яких визначають положення світил відносно основних кіл і точок небесної сфери.
Горизонтальна система координат використовує за основу коло дійсного горизонту. У цій системі координатами є висота h і азимут А.
Висота світила h - кутова відстань світила М від справжнього горизонту, виміряна вздовж вертикального кола
Висота визначається в градусах, хвилинах, секундах. Вона вимірюється в межах від 0 до +90° до зеніту, якщо світило перебуває у видимій частині небесної сфери, і від 0 до -90° до надира, якщо навпаки.
Для вимірювання азимутів за початок відліку беруть точку півдня.
Азимут світила А - кутова відстань, вимірювана вздовж справжнього горизонту від точки півдня до точки перетину горизонту з вертикальним колом, що проходить через світило М.
Азимут відраховується на захід від точки півдня в межах від 0 до 360°.
Цю систему координат використовують під час топографічного знімання та в навігації. У зв'язку з тим, що внаслідок добового обертання небесної сфери висота й азимут світила з часом змінюються, горизонтальні координати мають значення тільки для відомого моменту часу.
Кутову відстань від зеніту до світила, вимірювану вздовж вертикального кола, називають зенітною відстанню z. Вона відраховується в межах від нуля до +180° до надира. Висота і зенітна відстань пов'язані співвідношенням: z + h = 90°.
Небесні координати, у системі яких головним колом є небесний екватор, називають екваторіальною системою координат.
У цій системі координат є схилення δ і пряме піднесення α.
Схилення світила - кутова відстань світила М від небесного екватора, виміряна вздовж кола схилення.
Схилення обчислюється в межах від 0 до + 90° до Північного полюса світу і від 0 до - 90° до Південного полюса. За початкову точку відліку на небесному екваторі приймають точку весняного рівнодення.
Точку, у якій центр Сонця перетинає екватор під час руху з Південної півкулі до Північної, називають точкою весняного рівнодення, протилежну - точкою осіннього рівнодення.
Унаслідок того, що тропічний рік не збігається з тривалістю календарного, момент рівнодення рік у рік зсувається відносно початку календарної доби. Моменти рівнодення настають у простий рік на 5 год 48 хв 46 с пізніше ніж у попередній, а у високосний на 18 год 11 хв 14 с раніше. На сьогодні сонце проходить точку весняного рівнодення 20/21 березня за Гринвічем, а точку осіннього рівнодення 22/23 вересня.
Прямим піднесенням світила α називають дугу небесного екватора від точки весняного рівнодення до кола схилення світила або кут між напрямком на точку весняного рівнодення та площиною кола схилення світила. Пряме піднесення відраховується убік, протилежний добовому обертанню небесної сфери, у межах від 0 до 360° або від 0 до 24 у годинній мірі.
Для завдань, пов'язаних з вимірюванням часу, замість прямого піднесення α вводиться годинний кут t. Годинні кути відраховують убік добового обертання небесної сфери у межах від 0 до 360°. Іноді відраховують у межах від 0 до 180° на захід і від 0 до -180° градусів на схід.
Годинний кут - це кутова відстань, виміряна вздовж небесного екватора, від верхньої точки небесного екватора до кола схилення світила.
Координати зір в екваторіальній системі координат не пов'язані з добовим рухом небесної сфери і змінюються дуже повільно. Через це вони застосовуються для складання зоряних карт і каталогів.
Зоряні карти - це проекції небесної сфери на площину з нанесеними на неї об'єктами в певній системі координат.
Зоряний атлас - це набір Зоряних карт
Висота полюса світу над горизонтом.
Існує залежність між висотою полюса світу і географічною широтою місця спостереження. Кутова висота полюса світу над горизонтом дорівнює географічній широті місця спостереження. Також існує залежність між географічною широтою місця спостереження та відповідними горизонтальними й екваторіальними координатами світила.
З переміщенням спостерігача до Північного полюса Землі Північний полюс світу підійматися над горизонтом. На полюсі землі полюс світу перебуває в зеніті. Зорі тут рухаються по колах, паралельних горизонту, що збігаються з небесним екватором.
На середніх географічних широтах вісь світу і небесний екватор нахилені до горизонту. Тому спостерігаються зорі, які сходять і заходять.
У середніх широтах спостерігаються зорі північних навколо полярних сузір'їв, які ніколи не опускається під горизонт. Їх називають зорями, що не заходять. Зорі південних навколо полярних сузір'їв називають - зорі що не сходять (із широти України).
Визначення географічної широти за астрономічними спостереженнями
Під час свого добового обертання навколо осі світу світила двічі за добу перетинаючи небесний меридіан. Це явище називають кульмінацією.
Розрізняють верхню і нижню кульмінації. У верхній світило при добовому русі перебуває в найвищій точці над горизонтом, найближчій до зеніту. У нижній кульмінації світило більш віддалене від точки зеніту, ніж точка верхньої кульмінації, і настає через половину доби після верхньої кульмінації.
Визначити географічні координати місцевості на Землі можна за допомогою астрономічних спостережень.
Перший спосіб. Визначити географічну широту можна за спостереженням Полярної зорі. Якщо вважати, що Полярна зоря вказує на північний полюс світу, то приблизно висота Полярної зорі над горизонтом дає нам географічну широту місця спостереження. Якщо виміряти висоту Полярної зорі в верхній (hв) і нижній (hн) кульмінація хто одержимо більш точне значення широти місця спостереження : φ = (hв + hн) : 2 Це рівняння справджується для всіх зір що не заходять, у яких верхня і нижня кульмінації перебувають по один бік від зеніту.
Другий спосіб. Визначити географічну широту можна зі спостереження верхньої кульмінації зір : φ = б + - (90° - hв) Знак "+" ставиться, якщо зоря кульмінує до півдня від зеніту, а "-" якщо до півночі.
Третій спосіб. Визначити географічну широту можна зі спостереження зір, що проходять поблизу зеніту: φ = бz.
В астрономічних обсерваторій встановлюють спеціальні телескопи, які фіксують зорі, що проходять у полі зору поблизу зеніту. Схилення зорі що перебуває в зеніті дорівнюватиме географічній широті. У світі створено всесвітню службу широти, завданням якої є дослідження зміни географічної широти.
У природі відбувається біла ніч, полярний день та полярна ніч. У ті дні року, коли Сонце не заходить за горизонт триває полярний день, і навпаки, коли Сонце не сходить над горизонтом триває полярна ніч.
Наявність атмосфери призводить до того, що промінь світла від небесного тіла перш ніж потрапити в око спостерігача проходить крізь земну атмосферу і заломлюється, тим самим зміщуючи видиме положення світила відносно справжнього. Це явище називають астрономічною реєстрацією.
За рахунок рефракції видиме положення світила зміщується відносно справжнього до зеніту. Зміщення ро залежить від висоти світила над горизонтом, а також від температури та тиску. За нормальних умов для світил що спостерігаються на горизонті значення ро приймають рівним 35'. За урахуванням рефракції та видимого радіуса Сонця знаходимо, що дата початку полярного дня відповідає тому дню в році, у який схилення Сонця дорівнює: δʘ = 90° - (φ + ρ + Rʘ). Таких дат буде дві, одна з них визначає початок полярного дня, інша кінець.
Аналогічно, дата початку полярної ночі відповідає тому дню в році у якій схилення Сонця дорівнює: δʘ = φ - 90° + ρ + Rʘ.
Біла ніч настає коли Сонце ненадовго заходить за горизонт. Протягом білої ночі тривають сутінки, це явище можна спостерігати влітку на високих широтах.