Высота полюса мира над горизонтом кратко

Обновлено: 05.07.2024

§ 5. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ШИРОТЫ

1. Высота полюса мира и географическая широта места наблюдения. В одно и то же время вид звездного неба на различных географических широтах неодинаков. Так, например, в Москве высота Полярной звезды около 56°, в Мурманске 68°, во Владивостоке 43°. Поскольку Полярная звезда отстоит от северного полюса мира примерно на 1° (ее склонение δ≈ 89°16'), то и высота полюса мира на разных широтах будет различной. Докажем, что всюду высота полюса мира ( h_p ) равна географической широте места наблюдения (φ). Для этого рассмотрим рисунок 15.

В точке О на поверхности Земли находится наблюдатель. AO ₁ D = φ — географическая широта места наблюдения (О). Продолжив радиус Земли OO ₁ , получим направление отвесной линии OZ . Плоскость горизонта, как вы знаете, перпендикулярна отвесной линии и проходит через точку, в которой находится наблюдатель. Следовательно, касательная SN —полуденная линия. Наблюдатель видит северный полюс мира в направлении ОР (ось мира параллельна оси Земли). PON — высота полюса мира ( h_p . ). Легко видеть, что PON = AO ₁ O (как углы с соответственно перпендикулярными сторонами). Следовательно,

h_p = φ , (2)

т. е. высота полюса мира равна географической широте места наблюдения. Поэтому приближенно географическую широту места наблюдения можно определить, измерив высоту Полярной звезды.

Рис. 15. Высота полюса мира равна географической широте.

Рис. 16. Небесная сфера в проекции на плоскость меридиана.

2. Суточное движение звезд на разныхширотах. Мы знаем (§ 3.3), как происходит суточное вращение звезд на средних широтах (0°

Географическая широта Северного полюса Земли φ = 90°. Значит, там северный полюс мира находится в зените ( h_p = 90°), небесный экватор совпадает с горизонтом, а звезды описывают свои суточные пути над горизонтом, двигаясь параллельно ему, и не заходят. Полярную звезду наблюдатель будет видеть у себя над головой.

Географическая широта точек земного экватора φ= 0°. Полярная звезда видна там вблизи горизонта ( h_p = 0°). Плоскость небесного экватора перпендикулярна к плоскости горизонта. Все звезды на земном экваторе восходят и заходят, а их суточные пути расположены отвесно по отношению к горизонту. Следовательно, уже по расположению суточных параллелей по отношению к горизонту можно получить представление о географической широте места.

3*. Связь между δ, z (или h ) и φ. Некоторые важные для практических целей соотношения легко получить, проецируя сферу на плоскость небесного меридиана (рис. 16). В точке M ₁ находится светило, верхняя кульминация которого происходит к югу от зенита (склонение светила δ₁ а зенитное расстояние z ₁ ). ,так как , а Поскольку то

Учитывая, что (1), равенство (3) можно представить в виде:

Теперь рассмотрим светило, верхняя кульминация которого происходит к северу от зенита (например в точке ). Находим, что, , а . Так как то:

или с учетом зависимости (1)

Из формул (3') и (4') следует, что, измерив в момент верхней кульминации высоту (зенитное расстояние) светила и взяв из каталога склонение этого светила, можно вычислить географическую широту места наблюдения. Формулы (3) и (4) легко объединить в одну:

Если же географическая широта известна, то легко вычислить высоту светила в верхней кульминации:

(для светила, кульминирующего к югу от зенита);

(для светила, кульминирующего к северу от зенита).

Пример 1. Какой наибольшей высоты достигает Вега (δ = +38°47') в Москве (φ= 55° 45')?

Рассмотрим, какова высота полюса мира над горизонтом, по рисунку 2.5, где часть небесной сферы и земной шар изображены в проекции на плоскость небесного меридиана. Пусть OP — ось мира, параллельная оси Земли; OQ — проекция части небесного экватора, параллельного экватору Земли; OZ — отвесная линия. Тогда высота полюса мира над горизонтом h_P = ∠ PON, а географическая широта ϕ = ∠ Q₁O₁O. Очевидно, что эти углы (PON и Q₁O₁O) равны между собой, поскольку их стороны взаимно перпендикулярны (OO₁ ⊥ ON, а OQ ⊥ OP). Распространяя это на Южное полушарие Земли, из которого виден Южный полюс мира, получаем правило: высота видимого полюса мира над горизонтом равна модулю географической широты места наблюдения h_P = |ϕ|. Таким образом, географическую широту пункта наблюдения можно определить, если измерить высоту полюса мира над горизонтом.

Рис. 2.5. Высота полюса мира над горизонтом

Рис. 2.6. Суточное движение светил на полюсе Земли

В зависимости от места наблюдателя на Земле меняется вид звёздного неба и характер суточного движения звёзд.

Проще всего разобраться в том, что и как происходит, на полюсах Земли. Полюс — такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной линией, а небесный экватор — с горизонтом (рис. 2.6). Для наблюдателя, находящегося на Северном полюсе, Полярная звезда видна близ зенита. Здесь над горизонтом находятся только звёзды Северного полушария небесной сферы (с положительным склонением). На Южном полюсе, наоборот, видны только звёзды с отрицательным склонением. В обоих случаях, двигаясь вследствие вращения Земли параллельно небесному экватору, звёзды остаются на неизменной высоте над горизонтом, не восходят и не заходят.

Рис. 2.7. Суточное движение светил в средних широтах

Рис. 2.8. Высота светила в кульминации

Отправимся с Северного полюса в привычные средние широты. Высота Полярной звезды над горизонтом будет постепенно уменьшаться, одновременно угол между плоскостями горизонта и небесного экватора будет увеличиваться. Как видно из рисунка 2.7, в средних широтах (в отличие от Северного полюса) лишь часть звёзд Северного полушария неба никогда не заходит. Часть звёзд Южного полушария при этом никогда не восходит. Все остальные звёзды как Северного, так и Южного полушария восходят и заходят.

Рис. 2.5. Высота полюса мира над горизонтом

Рис. 2.6. Суточное движение светил на полюсе Земли

Рис. 2.7. Суточное движение светил в средних широтах

Рис. 2.8. Высота светила в кульминации

Человек, который никогда не ошибался, никогда не пробовал сделать что-нибудь новое.

Альберт Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Учу детей тому, как надо учиться

Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.

Урок 02. Звезды и созвездия. Небесные координаты и звездные карты.

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся

Объем часов

Уровень освоения

Звезды и созвездия. Небесные координаты и звездные карты.

Звезды и созвездия. Видимая звездная величина. Небесная сфера. Особые точки небесной сферы. Небесные координаты. Звездные карты. Видимое движение звезд на различных географических широтах. Связь видимого расположения объектов на небе и географических координат наблюдателя. Кульминация светил.

Воспроизведение определений терминов и понятий (созвездие, высота и кульминация звезд). Объяснение наблюдаемых невооруженным глазом движения звезд на различных географических широтах.

Тема 2.1. Звезды и созвездия. Небесные координаты и звездные карты.

2.1.1. Звезды и созвездия. Видимая звездная величина

Невооруженным глазом видно на небе большое количество звезд. Их так много, что, кажется, не сосчитать, однако звезд, которые видны невооруженным глазом, около трех тысяч. В общем случае на небе можно насчитать до 2500-3000 звезд (в зависимости от вашего зрения) – а всего видимых звезд около 6000.

Вероятно, еще на заре цивилизации люди, стремясь как-то разобраться во множестве звезд и запомнить их расположение, мысленно объединяли их в определенные фигуры. Тысячи лет назад люди глядели на небо, считали звезды и мысленно соединяли их в разнообразные фигуры (созвездия), называя их именами персонажей древних мифов и легенд, животных и предметов.

У разных народов имелись свои мифы и легенды о созвездиях, свои названия, разное их количество. Деления были чисто условны, рисунки созвездия редко соответствовали названной фигуре, однако это существенно облегчало ориентирование по небу. Даже босоногие мальчики в древней Халдее или Шумерах знали небо лучше любого из нас.

Созвездия - это определенные участки звездного неба, разделенные между собой строго установленными границами. Созвездия - область неба с характерной группой звезд и всеми звездами, находящимися внутри его границ. Соседство звезд, кажущиеся, в проекции на небесную сферу.

Старейшие по названиям считаются созвездия зодиакальные – пояс, вдоль которого происходит годичное движение Солнца, а также видимые пути Луны и планет. Так созвездия Телец – было известно > 4000 лет назад, так как в это время в этом созвездии находилась точка весеннего равноденствия.

У разных народов и в разное время был разный принцип деления звезд.

4 век до н.э. был список 809 звезд входящих в 122 созвездия.
18 век – Монголия – было 237 созвездий.
2 век – Птолемей (“Альмагеста”) – описано 48 созвездий.
15-16 век – период великих морских путешествий – описано 48 созвездий южного неба.
В Русском звездном атласе Корнелия Рейссига, изданном в 1829г содержались 102 созвездия.

Созвездия Южного полушария автор Гевелий Ян, Уранография 1690 год

Атласы звёздного неба XVII века

Путаница с созвездиями прекращена в 1922г Международный астрономический союз разделил все небо на 88 созвездий, а границы окончательно установлены в 1928 году.

Среди всех 88 созвездий известное каждому Большая Медведица — одно из самых крупных.

Смотря на небо, нетрудно заметить, что звезды различны по яркости, или, как говорят астрономы, по блеску.

Видимые на небе невооруженным глазом звезды астрономы еще до нашей эры разделили на шесть величин. В 125г до НЭ Гиппарх (180-125, Греция) вводит деление звезд на небе по видимой яркости на звездные величины, обозначив самые яркие - первой звездной величины (1m), а еле видимые – 6m (т. е. разность в 5 звездных величин).

Звездная величина - видимая яркость (блеск) звезды. Звездная величина характеризует не размеры, а только блеск звезд. Чем слабее звезда, тем больше число, обозначающее ее звездную величину.

Когда ученые стали располагать приборами для измерения величины потока света, приходящего от звезд, оказалось, что от звезды первой величины света приходит в 2,5 раза больше, чем от звезды второй величины, от звезды второй величины в 2,5 раза больше, чем от звезды третьей величины, и т. д. Несколько звезд были отнесены к звездам нулевой величины, потому что от них света приходит в 2,5 раза больше, чем от звезд первой величины. А самая яркая звезда всего неба — Сириус (α Большого Пса) получила даже отрицательную звездную величину -1,5.

Было установлено, что поток энергии от звезды первой величины в 100 раз больше, чем от звезды шестой величины. К настоящему времени звездные величины определены для многих сотен тысяч звезд.

Звезды 1-й звездной величины - 1m, наиболее яркие назвали.

Звезды 2-й звездной величины - 2m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 1-й величины

Звезды 3-й звездной величины - 3m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 2-й величины

Звезды 4-й звездной величины - 4m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 3-й величины

Звезды 5-й звездной величины - 5m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 4-й величины

Звезды 6-й звездной величины - 6m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 5-й величины. Самые слабые по блеску из доступных невооруженному глазу Они слабее звезд 1-й звездной величины в 100 раз.

Всего на небе 22 звезды 1-й звездной величины, но блеск их не одинаков: одни из них несколько ярче 1-й величины, другие слабее. Так же обстоит дело со звездами 2-й, 3-й и последующих величин, поэтому для точного определения блеска той или иной пришлось ввести дробные числа. Измерения светового потока от звезд позволяют теперь определить их звездные величины с точностью до десятых и сотых долей.

Самая яркая звезда северного полушария неба Вега имеет блеск 0,14 звездной величины, а самая яркая звезда всего неба Сириус - минус 1,58 звездной величины, Солнце - минус 26,8.

Самые яркие звезды или наиболее интересные объекты из числа более слабых звезд получили собственные имена арабского и греческого происхождения (более 300 звезд имеют имена).

В 1603г Иоганн Байер (1572-1625, Германия) публикует каталог всех видимых звезд и впервые вводит их обозначение буквами греческого алфавита в порядке уменьшения блеска (наиболее яркие). Самые яркие – α, затем β, γ, δ, ε и т.д.

В каждом созвездии звезды обозначаются буквами греческого алфавита в порядке убывания их яркости. Наиболее яркая в этом созвездии звезда обозначается буквой α, вторая по яркости - β и т. д.

Звезды различаются не только по блеску, но и по цвету.

Они могут быть белыми, желтыми, красными. Чем краснее звезда, тем она холоднее. Солнце относится к желтым звездам.

С изобретением телескопа ученые получили возможность увидеть более слабые звезды, от которых приходит света гораздо меньше, чем от звезд шестой величины. Шкала звездных величин все дальше и дальше уходит в сторону их возрастания по мере того, как увеличиваются возможности телескопов. Так, например, хаббловский космический телескоп позволил получить изображение предельно слабых объектов - до тридцатой звездной величины.

Если Вы являетесь автором материалов или обладателем авторских прав, и Вы возражаете против его использования на моем интернет-ресурсе - пожалуйста, свяжитесь со мной. Информация будет удалена в максимально короткие сроки.

Спасибо тем авторам и правообладателям, которые согласны на размещение своих материалов на моем сайте! Вы вносите неоценимый вклад в обучение, воспитание и развитие подрастающего поколения.

Для определения видимого положения небесных тел и изучения их движения в астрономии вводится понятие небесная сфера. Сфера имеет произвольные размеры и произвольный центр. В её центр в точке О помещён наблюдатель, а вращение сферы повторяет вращение небесного свода. Прямая ZOZ′ обозначает отвесную линию для наблюдателя, где бы он не находился. Верхняя точка над головой наблюдателя Z называется Зенит, а противоположная её точка Z′ - называется Надир. Большой круг SWNE перпендикулярен отвесной линии называется истинным горизонтом или математический горизонт. Математический горизонт делит сферу на две половины, видимую и невидимую для наблюдателя. Линия РР′ - называется ось мира, вокруг этой оси происходит вращение небесной сферы. Плоскость ЕQWQ′ перпендикулярна к оси мира называется небесный экватор. Он делит небесную сферу на два полушария – северное и южное. Большой круг небесной сферы PZQSP′Z′Q′N называется небесным меридианом. Небесный меридиан делит небесную сферу на Восточное и Западное полушарие. Линия NOS называется полуденной линией.

Положение основных элементов небесной сферы относительно друг друга зависит от географической широты места наблюдателя. Под углом к плоскости математического горизонта расположена ось мира РР′. Положения светил на небе определяется по отношению к основным плоскостям и связанным с ними линиями и точками небесной сферы и выражается количественно двумя величинами (центральными углами или дугами больших кругов) которые называются небесными координатами.

2 Горизонтальная система координат

Основной плоскостью горизонтальной системы координат является математический горизонт NWSE , а отчёт ведётся от Z зенита и от одной из точек математического горизонта. Одной координатной является зенитное расстояние z (Зенитное расстояние к югу zв = φ – δ; к северу zн = 180 - φ – δ) или высота светила над горизонтом h . Высотой h светила М называется высота вертикального круга mМ от математического горизонта до светила, или центральный угол mOM между плоскостью математического горизонта и направлением на светило М. Высоты отсчитываются от 0 до 90 к зениту и от 0 до -90 к надиру. Зенитным расстоянием светила называется дуга вертикального круга ZM от светила до зенита. z + h = 90 (1). Положение самого вертикального круга определяется дугой координатной – азимутом А. Азимутом А называется дуга математического горизонта Sm от точки юга S до вертикального круга, проходящего через светило. Азимуты отсчитывается в сторону вращения небесной сферы, т.е. к западу от точки юга, в пределах от 0 до 360. Система координат используется для непосредственных определений видимых положений светил с помощью угломерных инструментов.

3 Первая экваториальная система координат

Начало отсчёта – точка небесного экватора Q. Одной координатной является склонение. Склонением называется дуга mM часового круга PMmP′ от небесного экватора до светила. Отсчитываются от 0 до +90 к северному полюсу и от 0 до -90 к южному. p + = 90 . Положение часового круга определяется часовым углом t. Часовым углом светила М называется дуга небесного экватора Qm от верхней точки Q небесного экватора до часового круга PMmP′, проходящего через светило. Часовые углы отсчитываются в сторону суточного обращения небесной сферы, к западу от Q в пределах от 0 до360 или от 0 до 24 часов. Система координат используется в практической астрономии для определения точного времени и суточного вращения неба. Определяет Суточное движение Солнца, Луны и других светил.

4 Вторая экваториальная система координат

Одной координатной является склонение , другой прямое восхождение α. Прямое восхождение α светила М называется дуга небесного экватора ♈m от точки весеннего равноденствия ♈ до часового круга, проходящего через светило. Отсчитывается в сторону противоположную суточному вращению в пределах от 0 до до 360 или от 0 до 24 часов. Система используется для определения звёздных координат и составления каталогов. Определяет годичное движение Солнца и других светил.

5 Высота полюса мира над горизонтом, высота светила в меридиане

Высота полюса мира над горизонтом всегда равна астрономической широте места наблюдателя:

Если склонение светила меньше географической широты, то оно кульминирует к югу от зенита на z= φ – δ или на высоте h= 90– φ + δ
Если склонение светила равно географической широте, то оно кульминирует в зените и z= 0, а h= + 90
Если склонение светила больше географической широты, то оно кульминирует к северу от зенита на z=с – φ или на высоте h= 90+ φ – с

6 Условия для восхода и заката светил

Для наблюдателя на полюсах будут только незаходящие светила.

Явление пересечения светилом небесного меридиана называется кульминацией светила.

Если светило пересекает верхнюю часть меридиана – наступает верхняя кульминация, если нижнюю – нижняя кульминация.

Для наблюдателя на полюсах будут только незаходящие светила.

Явление пересечения светилом небесного меридиана называется кульминацией светила.

1. Высота полюса и географическая широта. Перемещаясь по Земле с севера на юг, мы убеждаемся, что Полярная звезда становится все ближе к горизонту. Можно доказать, что угловая высота полюса мира над горизонтом, или, короче, высота полюса мира, равна географической широте места наблюдения.

На рисунке 40 земной шар изображен в сечении плоскостью меридиана места наблюдения. Наблюдатель из точки М увидит полюс мира по направлению оси мира МР', параллельной оси Земли ТР. Касательная к земному шару плоскость горизонта изобразится на нашем чертеже прямой линией SMN, касательной в точке М к кругу, изображающему земной шар; AQ - экватор Земли, TZ - отвесная линия в точке М, и потому угол ATM представляет географическую широту ф точки М.

Рисунок 40 - Наклон оси мира к горизонту равен географической широте места наблюдения.

Угол P'MN между осью мира и плоскостью горизонта представляет высоту полюса мира. Острые углы P'MN и ATM (то есть географическая широта) равны, как углы с взаимно перпендикулярными сторонами.

Мы видим, что практически можно определить географическую широту места, измерив высоту полюса мира. Для этого надо измерить высоту Полярной звезды в верхней или в нижней кульминациях и учесть поправку на расстояние Полярной звезды от полюса мира.

2. Вид звездного неба в зависимости от положения наблюдателя на Земле. Как мы только что видели, наклон оси мира к горизонту (высота полюса) равен географической широте места наблюдения. Это надо иметь в виду, вычерчивая небесную сферу для определенной местности; расположение точек и линий небесной сферы относительно горизонта будет зависеть от широты местности (Рисунок 41).

Рисунок 41 - Области пространства, видимые над горизонтом при положении наблюдателя: слева - в некоторой точке северного полушария Земли, справа - в некоторой точке южного полушария.

На основании сказанного легко установить следующее.

В средних широтах, например в СССР, ось мира и небесный экватор наклонны к горизонту, поэтому и суточные пути звезд также наклонны относительно горизонта (Рисунок 42). Звезды, отстоящие от полюса мира не дальше, чем на ф градусов (ф - географическая широта), то есть склонение которых больше, чем 90°- ф, являются незаходящими. Звезды, находящиеся от полюса мира дальше, чем на ф градусов, являются восходящими и заходящими. Звезды южного полушария, лежащие на небесной сфере южнее (ниже) малого круга, параллельного экватору и проходящего через точку S, никогда не восходят: на широте ф они невидимы.

Рисунок 42 - Суточные пути звезд относительно горизонта для наблюдателя, находящегося: а - в средних широтах, б - на экваторе, в - на полюсе Земли.

На экваторе Земли ось мира лежит в плоскости горизонта и совпадает с полуденной линией, а полюсы мира - с точками севера и юга (Рисунок 42). Небесный экватор становится перпендикулярным к горизонту й проходит через зенит Z. Суточные пути всех звезд перпендикулярны к горизонту, и каждая из них полсуток бывает над горизонтом и полсуток под горизонтом. Не восходящих звезд там нет, как нет и незаходящих. В частности, привычная для нас незаходящая Большая Медведица является там заходящим созвездием.

На полюсах Земли небесный экватор совпадает с горизонтом, а ось мира - с отвесной линией. Точки востока и запада, как точки пересечения экватора и горизонта, становятся неопределенными. Меридиан, проходящий через ось мира и отвесную линию, тоже становится неопределенным, а вместе с ним теряют смысл и такие понятия, как точки юга, севера, востока и запада.

На Северном полюсе Земли Полярная звезда сияет близ зенита, суточные пути звезд параллельны горизонту, ни одна звезда не заходит и ни одна не восходит; звезд южного полушария не видно.

Читайте также: