Презентация на тему: "небесная сфера. особые точки небесной сферы. небесные координаты.". скачать бесплатно и без регистрации

Содержание

Слайд 1

А.С.А.

Небесная сфера

Когда мы наблюдаем небо, все астрономические объекты кажутся расположенными на куполообразной поверхности, в центре которой находится наблюдатель.

Этот воображаемый купол образует верхнюю половину воображаемой сферы, которую называют «небесной сферой».
Слайд 2

А.С.А.

Элементы небесной сферы
Слайд 3

Z — зенит

Z’ — надир

Истинный горизонт

N – точка севера

S – точка юга

Р – северный полюс мира

Р’ – южный полюс мира

Небесный меридиан

Полуденная линия

Ось мира
Слайд 4

А.С.А.

Горизонтальные координаты

Небесная сфера играет фундаментальную роль при указании положения астрономических объектов.

В горизонтальной системе координат положение объекта определяется относительно горизонта и относительно направления на юг (S).
Слайд 5

А.С.А.

Z

Z’

N

S

P

P’

М

h

Вертикал – круг высоты

А
Слайд 6

А.С.А.

Положение звезды М задается ее высотой h (угловое расстояние от горизонта вдоль большого круга – вертикала) и азимутом А (измеренное к западу угловое расстояние от точки юга до вертикала).

Горизонтальные координаты

Высота изменяется:от 0° до +90° (над горизонтом) от 0° до -90° (под горизонтом)

Азимут изменяется:от 0° до 360°
Слайд 7

А.С.А.

Кульминации небесных тел

Кульминация – прохождение светила через небесный меридиан.

Двигаясь вокруг оси мира, светила описывают суточные параллели.
Слайд 8

А.С.А.

N

S

P

P’
Слайд 9

А.С.А.

Кульминации небесных тел

В течении суток происходит две кульминации: верхняя и нижняя

У незаходящего светила обе кульминации над горизонтом.У невосходящего светила обе кульминации под горизонтом.
Слайд 10

А.С.А.

Экваториальные координаты

Из-за вращения Земли звезды постоянно перемещаются относительно горизонта и сторон света, а их координаты в горизонтальной системе изменяются.

Но для некоторых задач астрономии система координат должна быть независимой от положения наблюдателя и времени суток. Такую систему называют «экваториальной».
Слайд 11

P

P’

Небесный экватор

W

E

N

S

Круг склонения

ɤ

Точка весеннего равноденствия

— склонение

α

α – прямое восхождение
Слайд 12

А.С.А.

Эклиптика — видимый путь Солнца по небесной сфере.

21 марта эклиптика пересекает небесный экватор в точке весеннего равноденствия
Слайд 13

А.С.А.

«Прямое восхождение» измеряется от точки весеннего равноденствия до круга склонения звезды.

«Склонение» звезды измеряется ее угловым расстоянием к северу или югу от небесного экватора.

«Прямое восхождение» изменяется от 0° до 360° или от 0 до 24 часов.
Слайд 14

Эклиптика

Пересечение этой плоскости с небесной сферой дает круг – эклиптику, видимый путь Солнца за год.

Ось вращения Земли наклонена примерно на 23,5° относительно перпендикуляра, проведенного к плоскости эклиптики.
Слайд 15

Каждый год в июне Солнце высоко поднимается на небе в Северном полушарии, где дни становятся длинными, а ночи короткими.

Переместившись на противоположную сторону орбиты в декабре у нас на севере дни становятся короткими, а ночи – длинными.

22 июня – день летнего солнцестояния

22 декабря – день зимнего солнцестояния

21 марта – день весеннего равноденствия

23 сентября – день осеннего равноденствия
Слайд 16

А.С.А.

Эклиптика

Всю эклиптику Солнце проходит за год, перемещаясь за сутки на 1°, побывав в течение месяца в каждом из 12 зодиакальных созвездий.

Посмотреть все слайды

ВВЕДЕНИЕ

Из всех картин природы, развертывающихся перед нашими глазами, самая величественная — картина звездного неба. Мы можем облететь или объехать весь земной шар, наш мир, в котором мы живем. Звездное же небо — это необозримое, бесконечное пространство, заполненное другими мирами. Каждая звездочка, даже еле заметно мерцающая в темном небе, представляет собой огромное светило, часто более горячее и яркое, чем Солнце. Только все звезды находятся очень далеко от нас и потому светятся слабо.

Земля – одно из бесчисленных небесных тел. Чтобы лучше изучить Землю, надо знать и то, что происходит на небе. Поэтому уже в древние времена появилась практическая необходимость в науке о небесных явлениях. Древние люди не знали ни точных механических часов, ни компаса. Их заменяло звездное небо. Луна пригодилась звездочетам для счета месяцев. Звезды вдали от родных берегов указывали мореходам направления на север, восток, юг и запад. Они служили маяками на морях и в пустынях. Их так и называли – путеводные звезды.

И чем больше вопросов задавал человек Природе, тем больше ответов могла дать ему наука о небе и его тайнах — астрономия. «Астрон» в переводе с греческого значит «земля», «номос» — закон, а слово «астрономия» можно перевести как « учение о звездных законах». Ученые смогли определить расстояния до звезд, узнать вес Солнца и его химический состав, предсказать будущие затмения Луны и Солнца, время появления хвостатых светил — комет. Но прошли многие века, прежде чем это удалось сделать.

Элементы небесной сферы

Прецессия равноденствий планеты
Земля, благодаря которой возможна смена
времён года

2.1. 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.

Математический горизонт —
большой круг небесной сферы, плоскость
которого перпендикулярна к отвесной
линии. Математический горизонт делит
поверхность небесной сферы на две
полусферы: видимую полусферу с
вершиной в зените и невидимую полусферу
с вершиной в надире. Математический
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.

2.2. 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. 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.

2.3. 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, называетсяпервым 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.

2.4. Годовое движение Солнца по небесной
сфере и связанные с ним понятия

P,P’ — полюсы мира, T,T’ — точки
равноденствия, E,C — точки солнцестояния,
П,П’ — полюса эклиптики, PP’ — ось
мира, ПП’ — ось эклиптики, ATQT’- небесный
экватор, ETCT’ — эклиптика

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. Вточке весеннего равноденствия
Солнце в своём годовом движении переходит
из южного полушария небесной сферы в
северное; в точке осеннего равноденствия —
из северного полушария в южное. 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.

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.

НЕБЕСНЫЕ КООРДИНАТЫ

Системы небесных координат используются в астрономии для описания положения светил на небе или точек на воображаемой небесной сфере. Координаты светил или точек задаются двумя угловыми величинами (или дугами), однозначно определяющими положение объектов на небесной сфере. Таким образом, системы небесных координат являются сферическими системами координат, в которых третья координата — расстояние — часто неизвестна и не играет роли. Эти системы отличаются друг от друга выбором основной плоскости и началом отсчёта.

В зависимости от стоящей задачи, может быть более удобным использовать ту или иную систему. Наиболее часто используются горизонтальная и экваториальные системы координат. Реже — эклиптическая, галактическая и другие.

Примечания и ссылки

Заметки

Наш 24-часовой отсчет времени (среднее солнечное время) соответствует немного большему, чем один оборот Земли относительно звезды, из-за смещения ее орбиты вокруг Солнца.

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

Горизонтальные координаты

Угловым расстоянием называется расстояние между объектами на небе, измеряемое углом, который образован лучами, идущими к объекту из точки наблюдения. Угловое расстояние светила от горизонта называют высотой светила над горизонтом. Положение светила относительно сторон горизонта называется азимутом. Отсчет ведется от юга по часовой стрелке. Азимут
и высоту светила над горизонтом измеряют теодолитом. В угловых единицах выражают не только расстояния между небесными объектами, но и размеры самих объектов. Угловое расстояние полюса мира от горизонта равно географической широте местности.

5.Суточное вращение небесной сферы на разных широтах исвязанные с ним явления. Суточное движение Солнца. Смена сезонов и тепловыепояса.

Измерения
высоты Солнца в полдень (т.е. в момент
его верхней кульминации) на одной и той
же географической широте показали, что
склонение Солнца d
в течение года изменяется в пределах
от +23 0 36″
до –23 0 36″,
два раза проходя через нуль.

Прямое
восхождение Солнца a
на протяжении года также постоянно
изменяется от 0 до 360 0
или от 0 до 24 h .

Рассматривая
непрерывное изменение обеих координат
Солнца, можно установить, что оно
перемещается среди звёзд с запада на
восток по большому кругу небесной сферы,
который называется эклиптикой
.

20-21
марта Солнце находится в точке ¡,
его склонение δ
= 0 и прямое восхождение a
= 0.
В этот день (весеннего равноденствия)
Солнце восходит точно в точке E
и
заходит в точке W
.
Максимальная высота центра Солнца над
горизонтом в полдень этого дня (верхняя
кульминация):
h

= 90 0
– φ
+ δ
= 90 0
– φ

Затем
Солнце сдвинется по эклиптике ближе к
точке E,
т.е. δ
> 0 и a
> 0.

21-22
июня Солнце находится в точке E,
его склонение максимально δ
= 23 0 26″,
а прямое восхождение a
= 6 h .
В полдень этого дня (летнего
солнцестояния) Солнце поднимается на
максимальную высоту над горизонтом:
h

= 90 0
– φ
+ 23 0 26″

Т.о.,
в средних широтах Солнце НИКОГДА не
бывает в зените

Широта
Минска φ
= 53 0 55″

Затем
Солнце сдвинется по эклиптике ближе к
точке d,
т.е. δ
начнёт уменьшаться

Около
23 сентября Солнце придёт в точку d,
его склонение δ
= 0, прямое восхождение a
= 12 h .
Этот день (начало астрономической
осени) называется днём осеннего
равноденствия.

22-23
декабря Солнце окажется в точке E»,
его склонение минимально δ
= – 23 0 26″,
а прямое восхождение a
= 18 h .

Максимальная
высота над горизонтом: h

= 90 0
– φ
– 23 0 26″

Изменение
экваториальных координат Солнца в
течение года происходит неравномерно.

Склонение
изменяется быстрее всего при движении
Солнца вблизи точек равноденствий, и
медленнее всего – вблизи точек
солнцестояний.

Прямое
восхождение, наоборот, медленнее
изменяется вблизи точек равноденствий,
и быстрее – вблизи точек солнцестояний.

Видимое
движение Солнца по эклиптике связано
с действительным движением Земли по
своей орбите вокруг Солнца, а также с
тем фактом, что ось вращения Земли не
перпендикулярна плоскости её орбиты,
а составляет угол
ε
= 23 0 26″.

Если
бы ε
= 0, то на любой широте в любой день года
день был бы равен ночи (без учёта рефракции
и размера Солнца).

Полярные
дни, длящиеся от 24 h
до полугода и соответствующие ночи,
наблюдаются за полярными кругами, широты
которых определяются условиями:

φ
= ±(90 0
– ε)
= ± 66 0 34″

Положение
оси мира и, следовательно, плоскости
небесного экватора, а также точек ¡
и d
не постоянно, а периодически изменяется.

Вследствие
прецессии земной оси ось мира описывает
конус вокруг оси эклиптики с углом
раствора ~23,5 0
за 26 000 лет.

Вследствие
возмущающего действия планет кривые,
описываемые полюсами мира, не замыкаются,
а стягиваются в спираль.

Т.к.
и плоскость небесного экватора, и
плоскость эклиптики медленно изменяют
свое положение в пространстве, то точки
их пересечения (¡
и d)
медленно перемещаются к западу.

Скорость
перемещения (общая годовая прецессия
в эклиптике) за год:
l

= 360 0 /26
000 = 50,26″».

Общая
годовая прецессия в экваторе:
m

= l

cos
ε
= 46,11″».

В
начале нашей эры точка весеннего
равноденствия находилась в созвездии
Овна, от которого и получила своё
обозначение (¡),
а точка осеннего равноденствия – в
созвездии Весов (d).
С тех пор точка ¡
переместилась в созвездие Рыб, а точка
d
– в созвездие Девы, но их обозначения
остались прежними.

Изменение вида звездного неба в зависимости от места, времени суток и года

На движение небесной сферы в первую очередь влияет то, когда и откуда происходят наблюдения. Так, например, если наблюдатель находится в точке зенита, то видимые звезды для него никогда не изменятся. Они будут вращаться вокруг зенита и ни одна звезда не зайдет и не поднимется из-за горизонта. Именно поэтому с каждого из полюсов доступно лишь одно полушарие небосвода, а звезды второго будут все время скрыты.

Однако, не только суточный цикл планеты влияет на движение звезд. Земля также движется и вокруг Солнца, что тоже накладывает свой отпечаток. Каждый день траектория движения Солнца по небу немного изменяется. Ученые выяснили, что это изменение равно 4 угловым секундам, при скорости поворота планеты 1уг.сек/мин становится очевидно, что каждый день становится на 4 минуты длиннее или короче в зависимости от полушария. Для астрономов же это значит, что звездные сутки короче солнечных на 4 минуты.

Это также говорит о том, что каждую ночь созвездия, восходящие на небе смещаются по направлению с востока на запад на 4 угловых секунды вместе с солнцем. Таким образом каждый месяц длительность светового дня изменяется примерно на 1,5-2 часа, а, созвездия, которые можно было наблюдать на небе, полностью проходят путь через всю небесную сферу, уступая место следующим. Через год, когда планета делает полный оборот вокруг Солнца, этот цикл замыкается и начинается заново.

Видео: Небесная сфера

4.Системы небесных координат (горизонтальная, первая ивторая экваториальные, эклиптическая).

Поскольку
радиус небесной сферы произволен,
положение светила на небесной сфере
однозначно определяется двумя угловыми
координатами, если задана основная
плоскость и начало отсчёта.

В
сферической астрономии используются
следующие системы небесных координат:

Горизонтальная,
1-я экваториальная,2-я экваториальная,
Эклиптическая

Горизонтальная
система координат

Основная
плоскость – плоскость математического
горизонта

1)ÐmOM

= h
(высота)

0
£
h

£
90 0

–90 0
£
h

£
0

или
ÐZOM

= z
(зенитное
расстояние)

0
£
z

£
180 0

z

+ h

= 90 0

2)
ÐSOm

= A
(азимут)

0
£
A

£
360 0

1-я
экваториальная система координат

Основная
плоскость – плоскость небесного экватора

1)
ÐmOM

= d(склонение)

0
£
d£
90 0

–90 0
£
d£
0

или
ÐPOM

= p
(полюсное
расстояние)

0
£
p

£
180 0

p

+ d=
90 0

2)
ÐQOm

= t
(часовой
угол)

0
£
t

£
360 0

или
0 h
£
t

£
24 h

Все
горизонтальные координаты (h
,
z
,
A
)
и часовой угол t

первой экваториальной СК непрерывно
изменяются в процессе суточного вращения
небесной сферы.