Как располагаются суточные пути звезд. Астрономические опыты

Небесная сфера

Долгие века "земная твердь" считалась образцом незыблемости и неподвижности. Нет ничего удивительного, что эта ошибка продержалась так долго, ведь все наши чувства говорят о неподвижности Земли и вращении вокруг нее "небесного свода" со звездами, Солнцем и Луной. Но и сейчас в астрономии, как память о тех давних временах, используется понятие небесной сферы - воображаемой бесконечно большой сферы, в центре которой находится наблюдатель и на поверхности которой отображаются движения небесных светил.

Конечно, самым заметным является суточное вращение неба - утром встает Солнце, проходит по небу и опускается за горизонт, звезды, которые вечером видны на востоке, к полуночи высоко поднимаются на юге а затем опускаются к западу, снова встает Солнце... Кажется, что небо вращается вокруг невидимой оси, расположенной около Полярной звезды.

Движение звезд вокруг Полюса мира. Фото А. Миронова

Но суточное вращение неба очень зависит от нашего положения на земном шаре - если мы окажемся в южном полушарии, нам будет очень непривычно, что Солнце движется по небу в противоположном направлении - справа налево. Посмотрим подробнее, как изменяется видимое вращение небесного свода в разных местах Земли.

Для начала следует запомнить, что высота Полюса Мира (точки, вокруг которой происходит вращение неба) над горизонтом всегда равна географической широте места наблюдения. Значит, на северном полюсе Полярная звезда будет находиться в зените, а все светила будут в суточном вращении двигаться слева направо параллельно горизонту, никогда не восходя и не заходя. Находясь на полюсе, мы могли бы увидеть звезды только одного полушария, зато в любую ночь.

Напротив, для наблюдателя на экваторе не существует невосходящих звезд (впрочем, как и незаходящих) - все звезды неба доступны для наблюдений, они восходят вертикально в восточной части горизонта и ровно через 12 часов заходят в западной части неба.

В средних широтах часть звезд в окрестностях полюса никогда не опускается под горизонт, но такая же область неба вокруг противоположного полюса никогда не доступна для наблюдений, остальные же звезды, полосой расположенные с обеих сторон небесного экватора, восходят и заходят в течение суток.

Примерно так же будет выглядеть и движение светил в средних широтах южного полушария с той только разницей, что будет виден над горизонтом южный Полюс Мира, вокруг которого звезды вращаются по часовой стрелке, а знакомые нам экваториальные созвездия, перевернутые "вверх ногами", выше всего поднимаются в северной части неба и двигаются справа налево.

Движение Солнца и сутки

Говоря о движении звезд, мы не интересовались расстоянием до них и движением Земли вокруг Солнца - расстояния до звезд огромны и изменения их положений из-за годового движения Земли очень малы и могут быть измерены только очень точными инструментами. Совсем другое дело - Солнце. Движение Земли по орбите приводит к видимому движению Солнца среди звезд. Путь, который проходит Солнце на небе в течение года называют эклиптикой. Так как земная ось наклонена на 23,5°, то при обращении Земли вокруг Солнца к нему оказывается повернуто то северное, то южное полушарие - этим и объясняется смена сезонов на нашей планете.

Когда к Солнцу повернуто северное полушарие - там наступает лето, Солнце в своем видимом пути по эклиптике оказывается в северной ее части и у нас, в северном полушарии, выше поднимается над горизонтом. На северном полюсе на полгода Солнце становится незаходящим светилом - там наступает полярный день. Немного южнее полярный день длится уже меньше и на широте полярного круга (66,5° - полярный круг отстоит на 23,5° от полюса) Солнце не заходит всего лишь несколько дней в середине лета, вблизи дня летнего солнцестояния (22 июня). Зимой на полюсе почти полгода не восходит Солнце (немного меньше из-за рефракции), южнее полярная ночь становится все короче и вне полярного круга Солнце даже в середине зимы встает над горизонтом.

В средних и экваториальных широтах Солнце всегда восходит и заходит, продолжительность дня сильно зависит не только от времени года, но и от широты - чем ближе к экватору, тем меньше отличается продолжительность дня зимой и летом и тем ближе продолжительность дня и ночи к 12 часам. Но только на экваторе продолжительность дня и ночи всегда постоянна. Продолжительность сумерек тоже зависит от широты - в экваториальных широтах Солнце садится перпендикулярно горизонту и сумерки самые короткие, а на широте Санкт-Петербурга в середине лета они продолжаются от захода Солнца до его восхода - это и есть знаменитые белые ночи.

От широты зависит, как высоко может подняться Солнце над горизонтом - в день солнцестояния эта высота составит 90°-φ+23,5°.

Кстати, очень распространено ошибочное мнение, что на экваторе Солнце в полдень всегда бывает в зените - это не так, в любой точке Земли, лежащей между линий тропиков (от 23,5°ю.ш. до 23,5°с.ш.) точно через зенит Солнце проходит лишь дважды в году, на экваторе - в дни равноденствий, а на линиях тропиков - только раз в году, в день летнего солнцестояния на северном тропике и в день зимнего солнцестояния - на южном.

Движение Земли вокруг Солнца приводит к еще одному важному явлению - продолжительность солнечных суток (промежуток времени между двумя полуднями) не совпадает с сутками звездными (промежутком времени между прохождением через меридиан какой-либо звезды). Дело в том, что Земле необходимо дополнительное время, чтобы повернуться на угол, который она проходит за сутки по своей орбите. Более того, продолжительность солнечных суток непостоянна (см. статью Уравнение времени). Легко сделать приблизительную прикидку - за сутки земля проходит 1/365 часть своей орбиты или чуть меньше 1°, а если Земля совершает оборот вокруг своей оси (360°) приблизительно за 24 часа, то на 1° она повернется примерно за 4 минуты. Действительно, звездные сутки составляют 23 часа 56 минут 4 секунды.

Луна

Наш спутник с древних времен служил людям для счета времени, и это не случайно - изменение фаз Луны легко наблюдать и продолжительность месяца определить несложно, к тому же месяц стал очень удобной промежуточной единицей измерения времени между сутками и годом. Кстати, всем привычная семидневная неделя тоже связана с Луной - 7 суток это примерно четверть месяца (и фазы Луны тоже отмеряют четвертями). Большинство древних календарей были лунными и лунно-солнечными.

Конечно, первое, что бросается в глаза при наблюдениях Луны - это изменение ее вида в течение месяца от тонкого серпа, который можно заметить сразу после захода Солнца спустя 2-3 суток после новолуния, к фазе первой четверти (в северном полушарии освещена правая половина диска Луны), далее к полнолунию, последней четверти (освещена левая половина диска) и, наконец, к новолунию, когда Луна сближается с Солнцем и исчезает в его лучах. Смена фаз объясняется изменением положения Луны относительно Солнца при обращении ее вокруг Земли, полный цикл изменения фаз - оборот относительно Солнца или синодический месяц продолжается около 29,5 суток. Период обращения относительно звезд (сидерический месяц) немного меньше и составляет 27,3 суток. Как видите, в году содержится нецелое число месяцев, поэтому лунно-солнечные календари используют специальные правила чередования 12-месячных и 13-месячных лет, из-за этого они довольно сложны и сейчас в большинстве стран вытеснены григорианским календарем, никак не связанным с Луной - в память о его предшественниках остались лишь месяцы (правда, более продолжительные, чем лунные) и недели...

В движении Луны есть еще одна интересная особенность - период ее вращения вокруг своей оси совпадает с периодом обращения вокруг Земли, поэтому наш спутник всегда повернут к Земле одним полушарием. Но нельзя сказать, что мы можем видеть только половину поверхности Луны - из за неравномерности орбитального движения Луны и наклона ее орбиты к экватору Земли, относительно земного наблюдателя Луна немного поворачивается как по широте, так и по долготе (это явление называется либрацией) и мы можем видеть краевые зоны диска - в сумме наблюдениям доступно около 60% лунной поверхности.

Жан Эффель, "Сотворение мира"
-Нелегко завести вселенную!

Знакомиться со звездным небом надо в безоблачную ночь, когда свет Луны не мешает наблюдать слабые звезды. Прекрасна картина ночного неба с рассыпанными по нему мерцающими звездами. Число их кажется бесконечным. Но так только кажется, пока вы не приглядитесь и не научитесь находить на небе знакомые группы звезд, неизменных по своему взаимному расположению. Эти группы, названные созвездиями, люди выделили тысячи лет назад. Под созвездием понимают всю область неба в пределах некоторых установленных границ. Все небо разделено на 88 созвездий, которые можно находить по характерному для них расположению звезд.

Многие созвездия сохраняют свое название с глубокой древности. Некоторые названия связаны с греческой мифологией, например Андромеда, Персей, Пегас, некоторые - с предметами, которые напоминают фигуры, образуемые яркими звездами созвездий (Стрела, Треугольник, Весы и др.). Есть созвездия, названные именами животных (например, Лев, Рак, Скорпион).

Созвездия на небосводе находят, мысленно соединяя их ярчайшие звезды прямыми линиями в некоторую фигуру, как показано на звездных картах (см. рис. 4, 8, 10, а также звездную карту в приложении). В каждом созвездии яркие звезды издавна обозначали греческими буквами, чаще всего самую яркую звезду созвездия - буквой а, затем буквами и т. д. в порядке алфавита по мере убывания яркости; например, Полярная звезда есть а созвездия Малой Медведицы

На рисунках 4 и 8 показаны расположение главных звезд Большой Медведицы и фигура этого созвездия, как его изображали на старинных звездных картах (способ нахождения Полярной звезды знаком вам из курса географии).

Рис. 8. Фигура созвездия Большой Медведицы (со старинной звездной карты), его современные границы указаны пунктиром.

Невооруженным глазом в безлунную ночь можно видеть над горизонтом около 3000 звезд. В настоящее время астрономы определили точное местоположение нескольких миллионов звезд, измерили приходящие от них потоки энергии и составили списки-каталоги этих звезд.

2. Яркость и цвет звезд.

Днем небо кажется голубым оттого, что неоднородности воздушной среды сильнее всего рассеивают голубые лучи солнечного света.

Вне пределов земной атмосферы небо всегда черное, и на нем можно наблюдать звезды и Солнце одновременно.

Звезды имеют разную яркость и цвет: белый, желтый, красноватый. Чем краснее звезда, тем она холоднее. Наше Солнце относится к желтым звездам. Ярким звездам древние арабы дали собственные имена.

Белые звезды: Вега в созвездии Лиры, Альтаир в созвездии Орла (видны летом и осенью). Сириус - ярчайшая звезда неба (видна зимой); красные звезды: Бетельгейзе в созвездии Ориона и Альдебаран в созвездии Тельца (видны зимой), Антарес в созвездии Скорпиона (виден летом); желтая Капелла в созвездии Возничего (видна зимой).

Самые яркие звезды еще в древности назвали звездами 1-й величины, а самые слабые, видимые на пределе зрения для невооруженного глаза, - звездами 6-й величины. Эта старинная терминология сохранилась и в настоящее время. К истинным размерам звезд термин «звездная величина» отношения не имеет, она характеризует световой поток, приходящий на Землю от звезды. Принято, что при разности в одну звездную величину яркость звезд отличается примерно в 2,5 раза. Разность в 5 звездных величин соответствует различию в яркости ровно в 100 раз. Так, звезды 1-й величины в 100 раз ярче звезд 6-й величины.

Современные методы наблюдений дают возможность обнаружить звезды примерно до 25-й звездной величины. Измерения показали, что звезды могут иметь дробные или отрицательные звездные величины, например: для Альдебарана звездная величина для Веги для Сириуса для Солнца

3. Видимое суточное движение звезд. Небесная сфера.

Из-за осевого вращения Земли звезды нам кажутся перемещающимися по небу. При внимательном наблюдении можно заметить, что Полярная звезда почти не меняет положения относительно горизонта.

Рис. 9. Фотография околополярной области неба, снятая неподвижной камерой с экспозицией около часа.

Рис. 10. Созвездия в окрестности Полярной звезды.

Все же другие звезды описывают в течение суток полные круги с центром вблизи Полярной. В этом можно легко убедиться, проделав следующий опыт. Фотоаппарат, установленный на «бесконечность», направим на Полярную звезду и надежно укрепим в этом положении. Откроем затвор при полностью открытом объективе на полчаса или час. Проявив сфотографированный таким образом снимок, увидим на нем концентрические дуги - следы путей звезд (рис. 9). Общий центр этих дуг - точка, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Полярная звезда к нему очень близка (рис. 10). Диаметрально противоположная ему точка называется южным полюсом мира. В северном полушарии он находится под горизонтом.

Явления суточного движения звезд удобно изучать, воспользовавшись математическим построением - небесной сферой, т. е. воображаемой сферой произвольного радиуса, центр которой находится в точке наблюдения. На поверхность этой сферы проецируют видимые положения всех светил, а для удобства измерений строят ряд точек и линий (рис. 11). Так, отвесная линия проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой - в точке зенита Диаметрально противоположная точка называется надиром. Плоскость перпендикулярная отвесной линии является плоскостью горизонта - эта плоскость касается поверхности земного шара в точке, где расположен наблюдатель (точка С на рис. 12). Она делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую, все точки которой находятся над горизонтом, и невидимую, точки которой лежат под горизонтом.

Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюса мира (Р и Р) и проходящую через наблюдателя называют

Рис. 11. Основные точки и линии небесной сферы.

Рис. 12. Соотношение между линиями и плоскостями на небесной сфере и на земном шаре.

осью мира (рис. 11). Ось мира для любого наблюдателя всегда будет параллельна оси вращения Земли (рис. 12). На горизонте под северным полюсом мира лежит точка севера N (рис. 11 и 12), диаметрально противоположная ей точка S - точка юга. Линия NS называется полуденной линией (рис. 11), так как по ней на горизонтальной плоскости в полдень падает тень от вертикально поставленного стержня. (Как на местности провести полуденную линию и как по ней и по Полярной звезде ориентироваться по сторонам горизонта, вы изучали в V классе в курсе физической географии.) Точки востока Е и запада W лежат на линии горизонта. Они отстоят от точек севера N и юга S на

Рис. 13. Суточные пути светил относительно горизонта для наблюдателя, находящегося: а - на полюсе Земли; б - в средних географических широтах; в - на экваторе.

на 90°. Через точку полюсы мира, зенит и точку S проходит плоскость небесного меридиана (рис. 11), совпадающая для наблюдателя С с плоскостью его географического меридиана (рис. 12). Наконец, плоскость проходящая через наблюдателя (точку С) перпендикулярно оси мира, образует плоскость небесного экватора, параллельную плоскости земного экватора (рис. 11). Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: северное с вершиной в северном полюсе мира и южное с вершиной в южном полюсе мира.

4. Определение географической широты.

Обратимся к рисунку 12.

Угол (высота полюса мира над горизонтом) равен углу (географическая широта места), как углы со взаимно перпендикулярными сторонами Равенство этих углов дает простейший способ определения географической широты местности угловое расстояние полюса мира от горизонта равно географической широте местности. Чтобы определить географическую широту местности, достаточно измерить высоту полюса мира над горизонтом.

5. Суточное движение светил на различных широтах.

Теперь мы знаем, что с изменением географической широты места наблюдения меняется ориентация оси вращения небесной сферы относительно горизонта. Рассмотрим, какими будут видимые движения небесных светил в районе Северного полюса, на экваторе и на средних широтах Земли.

На полюсе Земли полюс мира находится в зените, и звезды движутся по кругам, параллельным горизонту (рис. 13, а). Здесь звезды не заходят и не восходят, их высота над горизонтом неизменная.

На средних широтах существуют как восходящие и заходящие звезды, так и те, которые никогда не опускаются под горизонт (рис. 13, б). Например, околополярные созвездия (рис. 10) на географических широтах СССР никогда не заходят. Созвездия, расположенные дальше от северного полюса мира, показываются ненадолго над горизонтом. А созвездия, лежащие еще дальше к югу, являются невосходящими (рис. 14).

Рис. 14. Видимые суточные пути светил относительно горизонта в северной стороне неба.

Рис. 15. Верхние и нижние кульминации светил.

днем (рис. 13, в). Для наблюдателя на экваторе все звезды восходят и заходят перпендикулярно плоскости горизонта Каждая звезда здесь проводит над горизонтом ровно половину своего пути.

Для наблюдателя на экваторе Земли северный полюс мира совпадает с точкой севера, а южный полюс мира - с точкой юга (рис. 13, в). Ось мира для него расположена в плоскости горизонта.

6. Кульминации.

Полюс мира при кажущемся вращении неба, отражающем вращение Земли вокруг оси, занимает неизменное положение над горизонтом на данной широте (рис. 12). Звезды за сутки описывают над горизонтом вокруг оси мира круги, параллельные экватору. При этом каждое светило за сутки дважды пересекает небесный меридиан (рис. 15).

Явления прохождения светил через небесный меридиан называются кульминациями. В верхней кульминации высота светила максимальна, в нижней кульминации - минимальна. Промежуток времени между кульминациями равен полсуткам.

У не заходящего на данной широте светила М (рис. 15) видны (над горизонтом) обе кульминации, у звезд, которые восходят и заходят, нижняя кульминация происходит под горизонтом, ниже точки севера У светила находящегося далеко к югу от небесного экватора, обе кульминации могут быть невидимы.

Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а момент нижней кульминации - истинной полночью. В истинный полдень тень от вертикального стержня падает вдоль полуденной линии.

Все же другие звезды описывают в течение суток полные круги с центром вблизи Полярной. В этом можно легко убедиться, проделав следующий опыт. Фотоаппарат, установленный на «бесконечность», направим на Полярную звезду и надежно укрепим в этом положении. Откроем затвор при полностью открытом объективе на полчаса или час. Проявив сфотографированный таким образом снимок, увидим на нем концентрическ

ие дуги – следы путей звезд. Общий центр этих дуг – точка, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Полярная звезда к нему очень близка. Диаметрально противоположная ему точка называется южным полюсом мира. В северном полушарии он находится под горизонтом.

Явления суточного движения звезд удобно изучать, воспользовавшись математическим построением – небесной сферой, т.е. воображаемой сферой произвольного радиуса, центр которой находится в точке наблюдения. На поверхность этой сферы проецируют видимые положения всех светил, а для удобства измерений строят ряд точек и линий. Так, отвесная линия ZCZ΄ проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита Z. Диаметрально противоположная точка Z΄ называется надиром. Плоскость (NESW), перпендикулярная отвесной линии ZZ΄ является плоскостью горизонта – эта плоскость касается поверхности земного шара в точке, где расположен наблюдатель. Она делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую, все точки которой находятся над горизонтом, и невидимую, точки которой лежат под горизонтом.

Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюса мира (Р и Р") и проходящую через наблюдателя (С), называют осью мира. Ось мира для любого наблюдателя всегда будет параллельна оси вращения Земли. На горизонте под северным полюсом мира лежит точка севера N, диаметрально противоположная ей точка S – точка юга. Линия NS называется полуденной линией, так как по ней на горизонтальной плоскости в полдень падает тень от вертикально поставленного стержня. (Как на местности провести полуденную линию и как по ней и по Полярной звезде ориентироваться по сторонам горизонта, вы изучали в V классе в курсе физической географии.) Точки востока Е запада W лежат на линии горизонта. Они отстоят от точек севера N и юга S на 90°. Через точку N, полюсы мира, зенит Z и точку S проходит плоскость небесного меридиана, совпадающая для наблюдателя С с плоскостью его географического меридиана. Наконец, плоскость (AWQE), проходящая через наблюдателя (точку С) перпендикулярно оси мира, образует плоскость небесного экватора, параллельную плоскости земного экватора. Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: северное с вершиной в северном полюсе мира и южное с вершиной в южном полюсе мира.

Суточное движение светил на различных широтах

Теперь мы знаем, что с изменением географической широты места наблюдения меняется ориентация оси вращения небесной сферы относительно горизонта. Рассмотрим, какими будут видимые движения небесных светил в районе Северного полюса, на экваторе и на средних широтах Земли.

На полюсе Земли полюс мира находится в зените, и звезды движутся по кругам, параллельным горизонту. Здесь звезды не заходят и не восходят, их высота над горизонтом неизменная.

На средних широтах существуют как восходящие и заходящие звезды, так и те, которые никогда не опускаются под горизонт (рис. 13, б). Например, околополярные созвездия на географических широтах СССР никогда не заходят. Созвездия, расположенные дальше от северного полюса мира, посуточные пути светил отказываются ненадолго над горизонтом. А созвездия, лежащие еще дальше к югу, являются не восходящим.

Но чем дальше продвигается наблюдатель к югу, тем больше южных созвездий он может видеть. На земном экваторе за сутки можно было бы увидеть созвездия всего звездного неба, если бы не мешало Солнце днем. Для наблюдателя на экваторе все звезды восходят и заходят перпендикулярно плоскости горизонта. Каждая звезда здесь проводит над горизонтом ровно половину своего пути. Для наблюдателя на экваторе Земли северный полюс мира совпадает с точкой севера, а южный полюс мира – с точкой юга. Ось мира для него расположена в плоскости горизонта.

Кульминации

Полюс мира при кажущемся вращении неба, отражающем вращение Земли вокруг оси, занимает неизменное положение над горизонтом на данной широте. Звезды за сутки описывают над горизонтом вокруг оси мира круги, параллельные экватору. При этом каждое светило за сутки дважды пересекает небесный меридиан.

Явления прохождения светил через небесный меридиан называются кульминациями. В верхней кульминации высота светила максимальна, в нижней кульминации – минимальна. Промежуток времени между кульминациями равен полсуткам.

У не заходящего на данной широте светила М видны (над горизонтом) обе кульминации, у звезд, которые восходят и заходят, М1 и М2 нижняя кульминация происходит под горизонтом, ниже точки севера. У светила М3, находящегося далеко к югу от небесного экватора, обе кульминации могут быть невидимы. Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а момент нижней кульминации – истинной полночью. В истинный полдень тень от вертикального стержня падает вдоль полуденной линии.

4. Эклиптика и «блуждающие» светила-планеты

В данной местности каждая звезда кульминирует всегда на одной и той же высоте над горизонтом, потому что ее угловое расстояние от полюса мира и от небесного экватора не меняется. Солнце же и Луна меняют высоту, на которой они кульминируют.

Если по точным часам замечать промежутки времени между верхними кульминациями звезд и Солнца, то можно убедиться, что промежутки между кульминациями звезд на четыре минуты короче, чем промежутки между кульминациями Солнца. Значит, за время одного оборота небесной сферы Солнце успевает сдвинуться относительно звезд к востоку – в сторону, противоположную суточному вращению неба. Этот сдвиг составляет около 1°, так как небесная сфера делает полный оборот – 360° за 24 ч. За 1 ч, равный 60 мин, она поворачивается на 15°, а за 4 мин – на 1°. За год Солнце описывает большой круг на фоне звездного неба.

Кульминации Луны запаздывают ежесуточно уже не на 4 мин, а на 50 мин, так как Луна делает один оборот навстречу вращению неба за месяц.

Планеты перемещаются медленнее и более сложным образом. Они движутся на фоне звездного неба то в одну, то в другую сторону, иногда медленно выписывая петли. Это обусловлено сочетанием их истинного движения с движениями Земли. На звездном небе планеты (в переводе с древнегреческого «блуждающие») не занимают постоянного места, так же как Луна и Солнце. Если составить карту звездного неба, то указать на ней положение Солнца, Луны и планет можно лишь для определенного момента.

Видимое годовое движение Солнца происходит по большому кругу небесной сферы, называемому эклиптикой.

Перемещаясь по эклиптике, Солнце дважды пересекает небесный экватор в так называемых равноденственных точках. Это бывает около 21 марта и около 23 сентября, в дни равноденствий. В эти дни Солнце находится на небесном экваторе, а он всегда делится плоскостью горизонта пополам. Поэтому пути

Суточный путь Солнца. Каждый день, поднимаясь из-за горизонта в восточной стороне неба, Солнце проходит по небу и вновь скрывается на западе. Для жителей Северного полушария это движение происходит слева направо, для южан - справа налево. В полдень Солнце достигает наибольшей высоты, или, как говорят астрономы, кульминирует. Полдень - это верхняя кульминация, а бывает еще и нижняя - в полночь. В наших средних широтах нижняя кульминация Солнца не видна, так как она происходит под горизонтом. А вот за Полярным кругом, где Солнце летом иногда не заходит, можно наблюдать и верхнюю, и нижнюю кульминации. На географическом полюсе суточный путь Солнца практически параллелен горизонту. Появившись в день весеннего равноденствия, Солнце четверть года поднимается все выше и выше, описывая круги над горизонтом. В день летнего солнцестояния оно достигает максимальной высоты (23,5?).

Следующие четверть года, до осеннего равноденствия, Солнце спускается. Это полярный день. Затем на полгода наступает полярная ночь. В средних широтах на протяжении года видимый суточный путь Солнца то сокращается, то увеличивается. Наименьшим он оказывается в день зимнего солнцестояния, наибольшим - в день летнего солнцестояния. В дни равноденствий Солнце находится на небесном экваторе. В это же время оно восходит в точке востока и заходит в точке запада. В период от весеннего равноденствия до летнего солнцестояния место восхода Солнца немного смещается от точки восхода влево, к северу. А место захода удаляется от точки запада вправо, хотя тоже к северу. В день летнего солнцестояния Солнце появляется на северо-востоке, а в полдень оно кульминирует на максимальной за год высоте. Заходит Солнце на северо-западе. Затем места восхода и захода смещаются обратно к югу. В день зимнего солнцестояния Солнце восходит на юго-востоке, пересекает небесный меридиан на минимальной высоте и заходит на юго-западе. Следует учитывать, что вследствие рефракции (то есть преломления световых лучей в земной атмосфере) видимая высота светила всегда больше истинной. Поэтому восход Солнца происходит раньше, а заход - позже, чем это было бы при отсутствии атмосферы. Итак, суточный путь Солнца представляет собой малый круг небесной сферы, параллельный небесному экватору. В то же время в течении года Солнце перемещается относительно небесного экватора то к северу, то к югу. Дневная и ночная части его пути неодинаковы. Они равны только в дни равноденствий, когда Солнце находится на небесном экваторе.

Годичный путь Солнца Выражение "путь Солнца среди звезд" кому-то покажется странным. Ведь днем звезд не видно. Поэтому нелегко заметить, что Солнце медленно, примерно на 1? за сутки, перемещается среди звезд справа налево. Зато можно проследить, как в течение года меняется вид звездного неба. Все это - следствие обращения Земли вокруг Солнца. Путь видимого годичного перемещения Солнца на фоне звезд именуется эклиптикой (от греческого "эклипсис" - "затмение"), а период оборота по эклиптике - звездным годом. Он равен 265 суткам 6 часам 9 минутам 10 секундам, или 365, 2564 средних солнечных суток. Эклиптика и небесный экватор пересекаются под углом 23?26" в точках весеннего и осеннего равноденствия. В первой из этих точек Солнце обычно бывает 21 марта, когда оно переходит из южного полушария неба в северное. Во второй - 23 сентября, при переходе их северного полушария в южное. В наиболее удаленной к северу точке эклиптике Солнце бывает 22 июня (летнее солнцестояние), а к югу - 22 декабря (зимнее солнцестояние). В високосный год эти даты сдвинуты на один день. Из четырех точек эклиптики главной является точка весеннего равноденствия. Именно от нее отсчитывается одна из небесных координат - прямое восхождение. Она же служит для отсчета звездного времени и тропического года - промежутка времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Тропический год определяет смену времен года на нашей планете. Так как точка весеннего равноденствия медленно перемещается среди звезд вследствие прецессии земной оси, продолжительность тропического года меньше продолжительности звездного. Она составляет 365,2422 средних солнечных суток. Около 2 тысяч лет назад, когда Гиппарх составил свой звездный каталог (первый дошедший до нас целиком), точка весеннего равноденствия находилась в созвездии Овна. К нашему времени она переместилась почти на 30?, в созвездие Рыб, а точка осеннего равноденствия - из созвездия Весов в созвездие Девы.

Но по традиции точки равноденствий обозначаются прежними знаками прежних "равноденственных" созвездий - Овна и Весов. То же случилось и с точками солнцестояния: летнее в созвездии Тельца отмечается знаком Рака, а зимнее в созвездие Стрельца - знаком Козерога. И наконец, последнее, что связано с видимым годичным движением Солнца. Половину эклиптики от весеннего равноденствия до осеннего (с 21 марта по 23 сентября) Солнце проходит за 186 суток. Вторую половину, от осеннего равноденствия да весеннего, - за 179 суток (180 в високосный год). Но ведь половинки эклиптики равны: каждая по 180?. Следовательно, Солнце движется по эклиптике неравномерно. Эта неравномерность объясняется изменением скорости движения Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца. Неравномерность движения Солнца по эклиптике приводит к разной длительности времен года. Для жителей северного полушария, например, весна и лето на шесть суток продолжительнее осени и зимы. Земля 2-4 июня расположена от Солнца на 5 миллионов километров дольше, чем 2-3 января, и движется по своей орбите медленнее в соответствии со вторым законом Кеплера. Летом Земля получает от Солнца меньше тепла, но зато лето в Северном полушарии продолжительнее зимы. Поэтому в Северном полушарии Земли теплее, чем в Южном.

Проверочная работа №2 (самоконтроль)

Определение географической широты

по астрономи­ческим наблюдениям

Вариант 1

1. На какой высоте происходит в Ленинграде, географиче­ская широта которого равна 60°, верхняя кульминация звезды Альтаир?

2. Светило восходит в точке востока. Где оно будет через 12 ч?

Вариант 2

1. Каково склонение звезды, если она кульминирует в Моск­ве, географическая широта которой равна 56°, на высоте 63°?

2. Как располагаются суточные пути звезд относитель­но небесного экватора?

Вариант 3

1. Какова географическая широта места наблюдения, если звезда Регул наблюдалась в верхней кульминации на высоте 57°?

2. Где на Земле не видно никаких звезд южного полушария неба?

Вариант 4

1. На какой высоте происходит верхняя кульминация звезды Спика в городе, географическая широта которого составляет 50°?

2. Как относительно горизонта располагаются суточные пути звезд для наблюдателя, находящегося на полюсе Земли?

Вариант 5

1. Каково склонение звезды, если ее верхняя кульминация в Ереване, географическая широта которого равна 40°, проис­ходит на высоте 37°?

2. Какой круг небесной сферы все звезды пересекают дважды в сутки, если наблюдения ведутся в средних широтах"."

Вариант б

1. Какова географическая широта места наблюдения, если звезда Бетельгейзе наблюдалась в верхней кульминации на высоте 48°?

2. Как располагается ось мира относительно земной оси? относительно плоскости горизонта?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Во сколько раз звезда 3,4 звездной величины слабее, чем Сириус, имеющий видимую звездную величину -1,6?

2. Чему равна абсолютная звездная величина Сириуса, если расстояние до нее 2,7 пс?

3. Какова светимость Беги? Абсолютную звездную ве­личину Солнца принять равной 4,8.

1. Во сколько раз звезда, имеющая видимую звездную величину - 3, ярче звезды второй величины?

2. Вычислить абсолютную звездную величину Беги, ес­ли расстояние до нее 8,1 пс?

3. Какова светимость Сириуса? Абсолютную звездную величину Солнца принять равной 4,8.

Оценка

II Строение Солнечной системы

(небесная механика)

Проверочная работа №3 (самоконтроль)

Законы Кеплера Вариант 1

1. Чем) равна большая пол) ось орбиты Урана, если звездный пе­риод обращения этой планеты вокруг Солнца составляет 84 года?

2. Как меняется значение скорости движения планеты при ее пере­мещении от афелия к перигелию?

Вариант 2

1.Большая полуось орбиты Сатурна 9,5 а. е. Каков звездный пери­од его обращения вокруг Солнца?

2.В какой точке эллиптической орбиты кинетическая энергия ис­кусственного спутника Земли (ИСЗ) максимальна и в какой - ми­нимальна?

Вариант 3

1. Большая полуось орбиты Юпитера 5 а. е. Каков звездный период его обращения вокруг Солнца?

2. В какой точке эллиптической орбиты потенциальная энергия искусственного спутника Земли (ИСЗ) минимальна и в какой -максимальна?

Вариант 4

1.Звездный период обращения Юпитера вокруг Солнца составляет 12 лет. Каково среднее расстояние Юпитера до Солнца?

2. В какой точке орбиты планеты ее кинетическая энергия макси­мальна, в какой - минимальна?

Вариант 5

1.Большая полуось орбиты Марса 1,5 а. е. Чем) равен звездный период его обращения вокруг Солнца?

2.Как меняется значение скорости движения планеты при ее пере­мещении от перигелия к афелию?

Вариант 6

1. Большая полуось орбиты Венеры 0,7 а. е. Чем) равен звездный период ее обращения вокруг Солнца?

2. Как происходит видимое движение планет?

Творческое задание:

Определите свой возраст на планете

__________________________________________________________

Проверочная работа №6 (самоконтроль)

«Определение расстояний до звезд»

1. Расстояние до звезды Бетельгейзе 652 св.года. Чему равен ее параллакс?

2. Параллакс Проциона 0,28". Сколько времени идет свет от этой звезды до Земли?

3. Параллакс звезды равен 0,5" Определить, во сколько раз эта звезда дальше от нас, чем Солнце.

4. Параллакс Альтаира равен 0,20". Расстояние до Веги 29 световых лет. Какая из этих звезд дальше от нас и во сколько раз?

2) Назвать цвет следующих звезд по их спектральному

3) Какие звезды относятся к следующим классам свети­мости звезд

Оценка

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Проверочная работа №4 (самоконтроль)

Конфигурации и условия видимости планет

Вариант 1

1.Через какой промежуток времени повторяются моменты максимальной удаленности Венеры от Земли, если ее звезд­ный период равен 225 сут?

2. Какие планеты могут наблюдаться в противостоянии? Ка­кие не могут?

Вариант 2

1.Через какой промежуток времени повторяются противо­стояния Марса, если звездный период его обращения вокруг Солнца равен 1,9 года?

2. Какие планеты не могут находиться в нижнем соединении?

Вариант 3

1.Чему равен звездный период обращения Венеры вокруг Солнца, если ее верхние соединения с Солнцем повторяют­ся через 1,6 года?

2. В какой конфигурации и почему удобнее всего наблюдать Марс?

Вариант 4

1.Чему равен звездный период обращения Юпитера, если его синодический период равен 400 сут?

2. Какие планеты могут находиться в верхнем соединении?

Вариант 5

1.Определите синодический период обращения Меркурия, зная, что его звездный период обращения вокруг Солнца ра­вен 0.24 года.

2. В какой из конфигураций могут быть и внутренние и внешние планеты?

Вариант 6

1.Какой будет звездный период обращения внешней планеты вокруг Солнца, если ее противостояния будут повторяться через 1,5 года?

2.Какие планеты могут быть видны рядом с Луной во время полнолуния?

Вывод:
	Оценка

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20