Доклад на тему звездные карты и координаты

Обновлено: 03.07.2024

Система небесных координат используется 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, система небесных координат является сферической системой координат, в которой третья координата – расстояние – часто неизвестна и не играет роли.

Системы небесных координат отличаются друг от друга выбором основной плоскости (см. Фундаментальная плоскость) и началом отсчёта. В зависимости от стоящей задачи, может быть более удобным использовать ту или иную систему. Наиболее часто используются горизонтальная и экваториальная системы координат. Реже – эклиптическая, галактическая и другие.

1. История звездной карты

Звёздная карта — изображение звёздного неба или его части, показывающее расположенные на ней объекты (звёзды, планеты, кометы и т. п.) в определенной системе условных знаков. Как и географическая карта, звёздная карта снабжается координатной сеткой в экваториальной системе небесных координат. Различают рисованные и фотографические карты звёздного неба.

Набор звёздных карт, содержащих смежные участки неба, называется звёздным атласом.

Звёздная карта предназначена для отождествления астрономических объектов на небе с объектами в каталогах, поиска объектов по их координатам. С помощью звёздной карты также могут быть определены приблизительные координаты небесных объектов.

Карты звездного неба в том виде, в котором мы их используем сейчас, появились лишь в начале XX в., когда астрономами всего мира было принято решение раз и навсегда поделить звездное небо на 88 созвездий. До этого различные народы в разные времена по-своему делили небо на созвездия.

Первым, кто создал звездный каталог, был древнегреческий астроном Клавдий Птолемей (II в.). В его каталоге было 48 созвездий и более тысячи звезд.

С начала эпохи географических открытий, когда мореплаватели своими глазами могли наблюдать небо Южного полушария, звездные карты постоянно пополнялись новыми созвездиями, а старые — часто получали другие имена.

В связи с постоянным движением Земли положение созвездий на небе меняется в зависимости от времени года. Более того, в разных полушариях видны различные созвездия. Эти сведения обязательно учитываются при составлении карт звездного неба.

В настоящее время все профессиональные астрономы пользуются в основном электронными каталогами звёзд. Визуальные изображения различных областей звёздного неба с их современными границами также строятся на экране компьютера при помощи специальных графических редакторов. Звёздные карты в их традиционном, книжном исполнении сохраняются, в основном, для учебных целей, а также используются многочисленными любителями астрономии.

Среди профессиональных атласов, изданных в последние годы, особо выделяется "Millennium Star Atlas", состоящий из трёх книг весьма солидного формата. Карты этого атласа содержат все звёзды до 11-й величины и, что особенно примечательно, для "неподвижных" звёзд, собственное движение которых известно астрономам, стрелкой показано их смещение на ближайшую тысячу лет.

Сравнивая карту одной и той же области неба (обратите внимание на излом ковша Большой Медведици) этого атласа с картой "Новой Уранометрии", основного атласа середины прошлого века, можно составить представление о том, как изменился ее вид в течение последних ста пятидесяти лет.

2. Небесные координаты

НЕБЕСНЫЕ КООРДИНАТЫ, числа, описывающие положение светила на небесной сфере. Как правило, используют сферические системы координат, в которых положение на заданной сфере описывается двумя угловыми величинами. Если расстояния до светил известны, то применимы также декартовы системы координат, но обычно вместо расстояния указывается параллакс небесного светила. При высокоточных измерениях требуется учитывать эффекты общей теории относительности. В этом случае положение светила описывается относительно систем отсчёта, являющихся совокупностью координатных осей и шкалы времени (время рассматривается как четвёртая координата небесного тела).

топоцентрические (наблюдатель находится на поверхности Земли),
геоцентрические (наблюдатель – в центре масс Земли),
барицентрические (наблюдатель – в центре масс Солнечной системы)
объектоцентрические (наблюдатель – в центре масс планеты, спутника и т. п.).

Для определения системы координат необходимо задать её начало (как правило, это положение наблюдателя) и направление осей. Затем выбирается основная плоскость системы, проходящая через начало координат. От основной плоскости отсчитывается одна из сферических координат. Системы координат, применяемые в астрономии, получили названия по основной плоскости системы: горизонтальная, экваториальная, эклиптическая и галактическая.

2.1. Горизонтальная система координат

Системы небесных координат: а – горизонтальная, б – экваториальная, в – эклиптическая, г – галактическая. N, S, W, E – точки севера, юга, запада, востока; Z – зенит.

Выбранным направлением в этой системе является направление отвесной линии; основная плоскость системы перпендикулярна отвесной линии. Небесные координаты светила в этой системе являются зенитное расстояние z и азимут A (рис., а). Вместо z часто используется др. координата: высота h светила над горизонтом, причём z+h=90°. Если светило находится над горизонтом, то его зенитное расстояние изменяется от 0° (светило в зените) до 90° (светило в плоскости горизонта). Если z>90° (h

На этом уроке мы с вами поговорим о видимом суточном движении звёзд. Вспомним некоторые основные точки, линии и плоскости небесной сферы. Рассмотрим систему координат, которая служит для указания положения светил на небе. А также познакомимся с картами звёздного неба и научимся определять по карте координаты звёзд.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Небесные координаты и звёздные карты"

Все мы не раз с вами видели, как каждое утро в восточной стороне неба восходит Солнце. Оно появляется из-за далёких предметов или неровностей земной поверхности. Затем постепенно поднимается над горизонтом и, наконец, в полдень достигает наивысшего положения на небе. В это момент человек, находящийся в северном полушарии Земли, будет видеть Солнце на юге, а находящийся в южном полушарии — на севере. После полудня Солнце постепенно опускается, приближаясь к горизонту, и заходит в западной части неба.

Такое же движение по небу в течение суток можно заметить и у других светил: Луны, звёзд и планет. В целом нам кажется, что небосвод вращается как единое целое вокруг некоторой оси, называемой нами осью мира.

При наблюдении звёзд ясной ночью в северной части неба, можно увидеть, как они, двигаясь с востока на запад, описывают концентрические круги, центр которых располагается около Полярной звезды (альфа Малой Медведицы). Эта точка называется северным полюсом мира. В южном полушарии можно найти диаметрально противоположную ей точку — южный полюс мира. Давайте также вспомним, что большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и светило, называется кругом склонения.

А большой круг, проходящий через центр небесной сферы и перпендикулярный оси мира, называется небесным экватором. Он делит небесную сферу на две части: Северное полушарие с вершиной в Северном полюсе мира и Южное — с вершиной в Южном полюсе мира.

Помимо этого, на небесной сфере принято указывать и видимый годовой путь Солнца среди звёзд. Он называется эклиптикой. Она наклонена к небесному экватору под углом 23 о 27' и пересекает его в двух точках — точке весеннего (около 21 марта) и осеннего (около 23 сентября) равноденствия.

Сейчас же мы знаем, что вращения небосвода — это кажущееся явление, вызванное вращением Земли вокруг своей оси с запада на восток.

Видимое движение светил, происходящее из-за вращения Земли вокруг оси, называется суточным движением, а период вращения Земли вокруг оси — сутками.

На одном из первых уроков мы с вами говорили о том, что наблюдателю, находящемуся на поверхности Земли, кажется, что все звёзды расположены на некоторой сферической поверхности неба и одинаково удалены от него. Напомним, что такая воображаемая сфера произвольного радиуса была названа небесной сферой.

Для указания положения светил на небе используют систему координат, аналогичную той, которая используется в географии.

Вы уже знаете, что в географии определить положение точки на поверхности Земли нам помогают географические координаты — широта и долгота. Географическая долгота отсчитывается вдоль экватора от начального (Гринвичского) меридиана. А географическая широта — по меридианам от экватора к полюсам Земли.

Такая система координат называется экваториальной.

Аналогичную, экваториальную, систему координат удобно использовать и в астрономии, для указания положения светил на небе. В этой системе координат основным кругом небесной сферы является небесный экватор. А координатами служат склонение и прямое восхождение.

Склонение светила — это угловое расстояние светила от небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения. Обозначается склонение малой греческой буквой δ и оно аналогично географической широте. Единственное отличие состоит в том, что у светил, расположенных к северу от экватора, склонение считается положительным, а расположенных к югу от экватора — отрицательным. При этом за начальную точку отсчёта склонения на небесном экваторе принимается точка весеннего равноденствия.

Вторая координата — прямое восхождение — указывает положение светила на небе. То есть это угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от точки весеннего равноденствия до точки пересечения небесного экватора с кругом склонения светила.

Обозначается склонение малой греческой буквой α. А отсчитывается оно в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы, в пределах от 0 до 360 градусов или от 0 до 24 часов. Хотя в астрономии склонение принято выражать не в градусной мере, а в часовой. Если учесть, что 360 градусам соответствуют 24 часа или 1440 минут, то одному градусу соответствует 4 минуты.

Ответ достаточно прост. Вспомните, что в горизонтальной системе координаты светила на небесной сфере со временем изменяются. Следовательно, они имеют определённое значение только для известного момента времени.

В экваториальной же системе координаты звёзд не связаны с суточным движением небесной сферы и изменяются очень медленно, так как достаточно далеки от нас. Поэтому именно эта система координат применяется для составления звёздных глобусов, карт и каталогов.

Звёздные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в определённой системе координат.

Набор звёздных карт смежных участков неба, покрывающих всё небо или некоторую его часть, называется звёздным атласом.

А в специальных списках звёзд, называемых звёздными каталогами, указываются координаты их места на небесной сфере, звёздная величина и другие параметры. Например, в каталоге опорных звёзд-два, который также известен как Ориентировочный Каталог Космического Телескопа Хаббла, содержится более 945,5 миллионов звёзд.

Давайте остановимся и рассмотрим карту звёздного неба поподробнее. Итак, в центре нашей звёздной карты располагается северный полюс мира. Рядом с ним Полярная звезда.

Сетка экваториальных координат представлена на карте радиально расходящимися от центра лучами и концентрическими окружностями. На краю карты, возле каждого луча, написаны числа, обозначающие прямое восхождение (от 0 до 23 часов).

Луч, от которого начинается отсчёт прямого восхождения, проходит через точку весеннего равноденствия, обозначенную на карте символом овна. Склонение отсчитывается по этим лучам от окружности, которая изображает небесный экватор и имеет обозначение ноль градусов. Остальные окружности также имеют оцифровку, которая показывает, какое склонение имеет объект, расположенный на этой окружности.

В зависимости от звёздной величины звёзды изображают на карте кружками различного диаметра. Те из них, которые образуют характерные фигуры созвездий, соединены сплошными линиями. А границы созвездий обозначены пунктиром.

Теперь давайте посмотрим, как пользоваться звёздной картой. Для этого определим экваториальные координаты Альтаира (это альфа Орла), Сириуса (это альфа Большого Пса) и Веги (это альфа Лиры).

А теперь давайте с вами решим обратную задачу, то есть найдём звезду по её координатам. Итак, пусть склонение звезды равно +35 о , а прямое восхождение — 1 ч 6 м .

Для того, чтобы найти ответ на поставленный вопрос, мы с вами должны выполнить все те же действия, что и в прошлый раз, но только в обратном порядке. То есть сначала на карте мы находим заданное нам прямое восхождение светила. Далее строим мысленный отрезок (или прикладываем линейку) так, чтобы он соединил нашу точку с центром карты звёздного неба. Теперь находим окружность, обозначающую склонение в 30 о и откладываем от неё примерно 5 о вверх. Как видим, мы попали на звезду бета Андромеды.

Стоит отметить, что картой звёздного неба можно пользоваться не только для нахождения координат звёзд, но и для определения вида звёздного неба в интересующий момент времени определённой даты. А также определять моменты восхода и захода звёзд, Солнца или планет.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

ЗВЕЗДЫ И СОЗВЕЗДИЯ

Созвездиями называются определенные участки звёздного неба, разделенные между собой строго установленными границами. Всего – 88 созвездий.

Ковш Большой Медведицы самая известная группа звёзд в Северном полушарии

Все звёзды, видимые на небе невооружённым глазом, Гиппарх во II в. до н.э. разделил на шесть звёздных величин. Самые яркие (их на небе менее 20) - звёзды первой величины. Едва различимые невооружённым глазом – звёзды шестой величины.

В каждом созвездии звёзды обозначаются буквами греческого алфавита в порядке убывания ихяркости. Наиболее яркая в созвездии звезда обозначается буквой α (альфа), вторая по яркости - β (бета) и т.д.

Примерно 300 звёзд получили собственные имена арабского и греческого происхождения.

По ковшу Большой Медведицы легко отыскать на небе Полярную звезду – α Малой Медведицы. Полярная – звезда второй величины и в число самых ярких звёзд неба не входит.

Блеск звезды – величина, характеризующая освещённость, которая создаётся звездой на плоскости, перпендикулярной падающим лучам. Единицей измерения блеска звезды служит звёздная величина.

Звезда первой величины в 2,512 раза ярче звезды второй величины. Звезда второй величины в 2,512 раза ярче звезды третьей величины. Несколько звёзд были отнесены к звёздам нулевой величины, потому что их блеск оказался в 2,512 раза больше, чем у звёзд первой величины.

Задание 1 Рассчитайте, во сколько раз звезда второй звездной величины ярче звезды четвертой величины.

Задание 2 Проведите такой же расчет для звезд первой и шестой величины. Указание. Округлите полученное в результате число до целого.

НЕБЕСНЫЕ КООРДИНАТЫ И ЗВЕЗДНЫЕ КАРТЫ

Невооруженным глазом на всем небе можно видеть примерно 6000 звёзд. Мы видим лишь половину из них, потому что другую половину звездного неба закрывает от нас Земля.

Одни звёзды появляются из-за горизонта (восходят) в восточной части звёздного неба, другие находятся высоко над головой, а третьи скрываются за горизонтом в западной стороне (заходят). Кажущееся вращение звёздного неба вызвано вращением Земли.

На снимке каждая звезда оставила свой след в виде дуги окружности. Общий центр всех дуг находится неподалеку от Полярной звезды. Точка в которую направлена ось вращения Земли называется – Северный полюс мира.

Если бы удалось сфотографировать пути звезд на небе за сутки, то на фотографии получились бы полные окружности – 360°. Сутки – это период полного оборота Земли вокруг своей оси. За час Земля повернется на 1/24 часть окружности, т.е. на 15°.

Положение точки на Земле однозначно определяется географическими координатами –долготой (λ) и широтой (φ). Положение светила на небе однозначно определяется экваториальными координатами –прямым восхождением (α) и склонением (δ)

Экваториальные координаты аналогичны географическим координатам (географическая широта и долгота – соответственно склонение и прямое восхождение, земная параллель – небесная параллель, Гринвичский меридиан – нулевой круг склонения). Но если географические координаты рассматриваются на реальной земной сферической поверхности, то экваториальные координаты – на воображаемой поверхности небесной сферы.

В экваториальной системе координат положение звезды связано с небесным экватором (пересечение плоскости земного экватора с небесной сферой), Северным и Южным полюсами мира (точки пересечения земной оси с небесной сферой) и эклиптикой (видимый путь Солнца, пересекающего небесный экватор в марте в точке весеннего равноденствия).

Положение звезды Х указывается координатами – прямым восхождением α (угловое расстояние вдоль небесного экватора от точки весеннего равноденствия ϓ до направления на звезду) и склонением δ (угловое расстояние от небесного экватора вдоль большого круга, проходящего через полюсы мира). Прямое восхождение измеряется в часах и может быть только положительной величиной, склонение – в градусах и может принимать как положительное, так и отрицательное значение.

Величина прямого восхождения одного и того же светила не меняется вследствие суточного вращения небосвода и не зависит от места наблюдений на поверхности Земли. Из-за вращения Земли 15° соответствует 1 ч, а 1° – 4 мин, поэтому прямое восхождение равное 12 ч. составляет 180°, а 7 ч 40 мин – 115°.

Склонение считается положительным у светил, расположенных к северу от небесного экватора, отрицательным – у расположенных к югу от него.

Экваториальные координаты звезд не меняются столетиями, поэтому система экваториальных координат используется при создании звёздных глобусов, карт и атласов. На звёздном глобусе изображаются не только звёзды, но и сетка экваториальных координат.

Пользоваться звёздным глобусом не всегда удобно, поэтому в астрономии широкое распространение получили карты и атласы звёздного неба.

Вопросы и задания 1. Опишите, как координаты Солнца будут меняться в процессе его движения над горизонтом в течение суток. 2. По своему линейному размеру диаметр Солнца больше диаметра Луны примерно в 400 раз. Почему угловые диаметры почти равны? 3. Почему при наблюдениях в телескоп светила уходят из поля зрения? 4. Рассчитайте, во сколько раз звезда второй звёздной величины ярче звезды четвертой величины. 5. Проведите такой же расчет для звезд первой и шестой величины. 6. Считая, что разница в звёздных величинах Солнца и Сириуса составляет 25, рассчитайте, во сколько раз от Солнца приходит больше энергии, чем от самой яркой звезды ночного неба. 7. Выразите в часовой мере 90°, 103°. 8. Выразите в угловой мере прямое восхождение, равное 5ч 24мин, 18ч 36мин. 9. Угловое расстояние Сириуса (α Большого Пса) от Полярной звезды составляет 106°. Положительное или отрицательное склонение имеет Сириус?

Движение небесных тел. Небесные координаты и звёздные карты

Небесные координаты и звёздные карты

Невооруженным глазом на всем небе можно видеть примерно 6000 звезд, но мы видим лишь половину из них, потому что другую половину звездного неба закрывает от нас Земля. Вследствие ее вращения вид звездного неба меняется. Одни звезды только еще появляются из-за горизонта (восходят) в восточной его части, другие в это время находятся высоко над головой, а третьи уже скрываются за горизонтом в западной стороне (заходят). При этом нам кажется, что звездное небо вращается как единое целое. Теперь каждому хорошо известно, что вращение небосвода - явление кажущееся, вызванное вращением Земли. Картину того, что в результате суточного вращения Земли происходит со звездным небом, позволяет запечатлеть фотоаппарат.

Если бы удалось сфотографировать пути звезд на небе за целые сутки, то на фотографии получились бы полные окружности - 360°. Ведь сутки - это период полного оборота Земли вокруг своей оси. За час Земля повернется на 1/24 часть окружности, т. е. на 15°. Следовательно, длина дуги, которую звезда опишет за это время, составит 15°, а за полчаса - 7,5°. Для указания положения светил на небе используют систему координат, аналогичную той, которая используется в географии, - систему экваториальных координат. Как известно, положение любого пункта на земном шаре можно указать с помощью географических координат - широты и долготы. Географическая долгота (ф) отсчитывается вдоль экватора от начального (Гринвичского) меридиана, а географическая широта (L) - по меридианам от экватора к полюсам Земли.

Обычно на звездном глобусе изображаются не только звезды, но и сетка экваториальных координат. По сути дела, звездным глобусом является модель небесной сферы, которая используется на уроках астрономии в школе. На этой модели нет изображений звезд, но зато представлены ось мира, небесный экватор и другие круги небесной сферы. Пользоваться звездным глобусом не всегда удобно, поэтому в астрономии (как и в географии) широкое распространение получили карты и атласы. Карту земной поверхности можно получить, если все точки глобуса Земли спроектировать на плоскость (поверхность цилиндра или конуса). Проведя ту же операцию со звездным глобусом, можно получить карту звездного неба. Познакомимся с простейшей подвижной звездной картой. Расположим плоскость, на которой мы хотим получить карту, так, чтобы она касалась поверхности глобуса в точке, где находится северный полюс мира. Теперь надо спроектировать все звезды и сетку координат с глобуса на эту плоскость. Получим карту, подобную географическим картам Арктики или Антарктики, на которых в центре располагается один из полюсов Земли.

Читайте также: