Высота полюса мира над горизонтом реферат

Обновлено: 30.06.2024

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 hP = ∠ 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 hP = |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.

Выйдем на открытую равнину – над нами поднимается небо в виде купола, который как будто бы там далеко прикасается к земле. Это видимое слияние небосклона с землёй происходит во всех направлениях в одинаковом от нас расстоянии. Мы находимся в центре круга, который называется видимым горизонтом.
И где бы на земле мы ни были, везде горизонт будет круг. Поднимемся на гору – горизонт будет шире, но это будет тоже круг.
На нашем небосводе присутствует огромное количество небесных тел: планеты, звёзды, спутники и пр. Видимое перемещение светил относительно горизонта происходит всегда таким образом, как будто они все были прикреплены к небесному своду, и этот свод, как одно целое, вращается около некоторой оси. Если провести мысленно линию, которая будет перпендикулярна плоскостям, то мы можем получить оси мира. Точки пересечения этой линии с небесным сводом неподвижны, и они называются полюсам.
Полюса мира и экватор – основные элементы, по которым определяется положение точек на земной поверхности. Это очень важно в современном мире, т.к. по ним можно определить местоположение корабля, самолета, того или иного объекта, который может быть важен стратегически, важен для военного дела, промышленности, логистики и так далее. Именно поэтому важно уметь правильно определять высоту горизонта над полюсом.
В данной работе мы ознакомимся с такими понятиями, как полюс, горизонт, а так же узнаем о высоте полюса.


Основные понятия. Полюса, горизонт, плоскость горизонта.
Полюсов всего два: северный и южный. Выше нашего горизонта располагается северный полюс, а ниже горизонта – южный полюс. Полюсы на небе не отмечены. Это воображаемые точки. Но около нашего северного полюса находится яркая звезда – альфа созвездия Малой Медведицы, которая потому и называется Полярной звездой. Точка, которая находится над головой наблюдателя, называется зенитом. Плоскость, которая проходит через зенит, полюс и глаз наблюдателя называется меридианом. Это очень важная плоскость. Проходя через неё, светило достигает в своем суточном движении наибольшей и наименьшей высоты над горизонтом.
Большой круг, перпендикулярный оси мира, называется небесным экватором. Он разделяет небо на два полушария: северное и южное. Небесный экватор пересекает горизонт как раз в точках востока и запада.
Высоты того или иного объекта считаются от горизонта до зенита в пределах от 00 до 900.
Для точного определения координат земных точек необходимо точное знание склонений тех небесных светил, по которым производятся наблюдения. Склонение светила есть угол между экватором и светилом, и, соответственно, зависит от положения экватора, или от высоты полюса. Наблюдения показали, что полюс мира не находится в абсолютно неподвижном состоянии, а непрерывно меняет своё положение, описывая периодически (примерно в 400 дней) неправильный эллипс с осями в 0,2 – 0,4” угловых. Очень тщательную работу по определению изменения положения полюса мира произвёл астроном Штернберг в 1902 году на обсерватории Московского университета.
Плоскость, которая соприкасается с земной поверхностью в данной точке, называется плоскостью горизонта данной точки. Угол между плоскостью горизонта и полюсом мира называется высотой полюса.
Как мы говорили ранее, то определение высоты полюса над горизонтом важно для определения местоположения того или иного объекта на поверхности земли. Например, для определения положения места судна на море нужны географические координаты (широта, долгота).
Географическая широта – угол при центре Земли между плоскостью экватора и отвесной линией в данной точке, измеряемой дугой меридиана от экватора до параллели данной точки в северном или южном направлении от 00 до 900. Географическая долгота – двугранный угол между плоскостями Гринвичского меридиана и местного географического меридиана, измеряемый меньшей дугой экватора и отсчитываемый от Гринвичского меридиана к востоку или западу от 00 до 1800.
Основное направление даёт вертикальная, или отвесная, линия, по которой направлена сила тяжести в данном месте

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

Выйдем на открытую равнину – над нами поднимается небо в виде купола, который как будто бы там далеко прикасается к земле. Это видимое слияние небосклона с землёй происходит во всех направлениях в одинаковом от нас расстоянии. Мы находимся в центре круга, который называется видимым горизонтом.
И где бы на земле мы ни были, везде горизонт будет круг. Поднимемся на гору – горизонт будет шире, но это будет тоже круг.
На нашем небосводе присутствует огромное количество небесных тел: планеты, звёзды, спутники и пр. Видимое перемещение светил относительно горизонта происходит всегда таким образом, как будто они все были прикреплены к небесному своду, и этот свод, как одно целое, вращается около некоторой оси. Если провести мысленно линию, которая будет перпендикулярна плоскостям, то мы можем получить оси мира. Точки пересечения этой линии с небесным сводом неподвижны, и они называются полюсам.
Полюса мира и экватор – основные элементы, по которым определяется положение точек на земной поверхности. Это очень важно в современном мире, т.к. по ним можно определить местоположение корабля, самолета, того или иного объекта, который может быть важен стратегически, важен для военного дела, промышленности, логистики и так далее. Именно поэтому важно уметь правильно определять высоту горизонта над полюсом.
В данной работе мы ознакомимся с такими понятиями, как полюс, горизонт, а так же узнаем о высоте полюса.

Полярная звезда
Поля́рная звезда́ (α Малой Медведицы, также Киносура) — звезда +2,0m звёздной величины, расположенная вблизи Северного полюса мира. Это сверхгигант спектрального класса F7Ib. Расстояние до Земли — 431 световой год.
В настоящую эпоху Полярная находится менее, чем в 1° от Северного полюса мира, и поэтому почти неподвижна при суточном вращении звёздного неба. Она очень удобна для ориентирования — направление на неё практически совпадает с направлением на север, а высота над горизонтом равна географической широте места наблюдения. Из-за прецессии земной оси положение Северного полюса мира меняется, ближе всего Полярная звезда подойдёт к нему около 2100 г. — на расстояние приблизительно 30'. В южном полушарии нет яркой полярной звезды.
Полярная звезда постоянно находится над северной точкой горизонта в Северном полушарии, что позволяет применять её для ориентации на местности.
Разберёмся, как найти Полярную звезду на небе

Определение географической широты в древние времена. В древние времена, и особенно в эпоху Великих географических открытий, определение координат места было необходимой и первоочередной задачей. На каждом корабле был астроном, который с помощью простейших инструментов был способен определить широту и долготу местонахождения судна.

Долгое время для определение координат использовали якобсштаб – инструмент, представляющий собой длинную градуированную планку, снабженную более короткой подвижной поперечной перекладиной. При визированиии нужно было приставить конец планки к глазу, а поперечную перекладину двигать до тех пор, пока ее нижний конец не коснется горизонта, а верхний – данной звезды или Солнца. Таким образом определялась высота светила, а с ее помощью – широта места и время. Якобсштаб использовался до середины XVIII в., пока не был вытеснен зеркальным секстантом – астрономический угломерный инструмент, состоящий из зрительной трубы, двух зеркал, светофильтров и шкалы. Секстант был настолько важен для мореплавателей, что его даже поместили на небо, назвав этим словом созвездие.

Система географических координат на поверхности Земли. Земной шар делится плоскостью экватора на два равных полушария –Северное и Южное. Плоскость экватора перпендикулярна к оси вращения Земли. Ось вращения пересекается с земной поверхностью в Северном и Южном полюсах Земли.

Если мысленно пересечь земной шар плоскостями, параллельными экватору, получаются окружности – параллели. Земной шар можно мысленно пересечь перпендикулярными к экватору и проходящими через земную ось плоскостями, которые носят название плоскостей меридианов, а линии, образованные их пересечением с поверхностью земного шара называются меридианами. Любая точка на поверхности земного шара может быть задана двумя координатами. Одна координата называется долготой и отсчитывается от нулевого, условно принятого меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию. Вторая координата называется широтой и отсчитывается от земного экватора к полюсам.

Высота полюса мира над горизонтом. Высота полюса мира над горизонтом h p = Ð PCN , а географическая широта места j = Ð COR . Эти два угла ( Ð PCN и Ð COR ) равны как углы со взаимно перпендикулярными сторонами: [ОС] ^ [ CN ],[ OR ] ^ [ CP ]. Равенство этих углов дает простейший способ определения географической широты местности j : угловое расстояние полюса мира от горизонта равно географической широте местности. Чтобы определить географическую широту местности, достаточно измерить высоту полюса мира над горизонтом, так как:


Суточное движение светил на различных широтах. С изменением географической широты места наблюдения меняется ориентация оси вращения небесной сферы относительно горизонта. Необходимо рассмотреть, 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 географических широтах существуют как восходящие и заходящие звезды, так и те, которые никогда не опускаются под горизонт. Например, околополярные созвездия на географических широтах СССР никогда не заходят. Созвездия, расположенные дальше от северного полюса мира, показываются ненадолго над горизонтом. А созвездия, лежащие около южного полюса мира, являются невосходящими.

Но чем дальше продвигаешься к югу, тем больше можно увидеть южных созвездий. На земном экваторе, если бы днем не мешало Солнце, за сутки можно было бы увидеть созвездия всего земного неба.

Для наблюдателя на экваторе все звезды восходят и заходят перпендикулярно плоскости горизонта. Каждая звезда здесь проходит над горизонтом ровно половину своего пути. Северный полюс мира для него совпадает с точкой севера, а южный полюс мира – с точкой юга. Ось мира расположена в плоскости горизонта.

Высота светил в 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 небесному 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 половине суток.

У не заходящего на данной широте j светила М видны обе кульминации, у звезд, которые восходят и заходят, нижняя кульминация происходит под горизонтом, ниже точки севера. У светила М 4 , 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.

Найдем зависимость между высотой h светила М в верхней кульминации, его склонением d и широтой местности j . ZZ / - отвесная линия, РР / - ось мира, QQ / - проекция небесного экватора, NS – линия горизонта на плоскость небесного меридиана ( PZSP / N ).

Высота полюса мира над горизонтом равна географической широте места, т. е. h p = j . Следовательно, угол между полуденной линией NS и осью мира РР / равен широте местности j , т.е. Ð PON = h p = j . Очевидно, что наклон плоскости небесного экватора к горизонту, измеряемый Ð QOS , будет равен 90 0 - j , так как Ð QOZ = Ð PON как углы с взаимно перпендикулярными сторонами. Тогда звезда М со склонением d , кульминирующая к югу от зенита, имеет в верхней кульминации высоту

Из этой формулы видно, что географическую широту можно определить, измеряя высоту любого светила с известным склонением d в верхней кульминации. При этом следует учитывать, что если светило в момент кульминации находится к югу от экватора, то его склонение отрицательно.

Звезды северного и южного полушария. Верхняя и нижняя кульминации светил. Формула определения географической широтой по высоте светила в кульминации. Небесный меридиан, эклиптика и зодиакальные созвездия. Небесные координаты, звёздные карты и глобус.

Рубрика Астрономия и космонавтика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 13.05.2009
Размер файла 877,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат на тему:

Суточное вращение Земли и движение светил

Суточное движение светил

Все светила перемещаются по небу, совершая один оборот за сутки. Связано это с вращением Земли. Однако двигаются они по-разному. Для наблюдателя, находящегося на Северном полюсе, над горизонтом находятся звезды только северного полушария неба. Они вращаются вокруг Полярной звезды и не заходят за горизонт. Наблюдатель, находящийся на Южном полюсе, видит только звезды южного полушария. На экваторе могут наблюдаться все звезды, расположенные и в северном, и в южном полушариях неба.

Звезды бывают заходящими и восходящими на данной широте места наблюдения, а также невосходящими и незаходящими. Например, в России не видны звезды созвездия Южный Крест - это созвездие, на наших широтах невосходящее. А созвездия Дракона, Малой Медведицы - незаходящие созвездия. Прохождение светила через меридиан называется кульминацией. В верхней кульминации высота светила h максимальна, в нижней кульминации - минимальна. Промежуток между кульминациями светил равен 12 часам (половине суток).

Верхняя и нижняя кульминации светил

Высота светил в верхней кульминации h = 90° - ц + д. Высота светил в нижней кульминации h = ц + д - 90°. Солнце, как и всякое другое светило, каждый день поднимается из-за горизонта в восточной стороне неба и заходит на западе. В полдень по местному времени оно достигает наибольшей высоты; нижняя кульминация случается в полночь. В полярных областях Солнце летом не заходит за горизонт, и его нижнюю кульминацию можно наблюдать. В средних широтах на протяжении года видимый суточный путь Солнца то сокращается, то увеличивается. Наименьшим он будет в день зимнего солнцестояния (приблизительно 22 декабря), наибольшим - в день летнего солнцестояния (приблизительно 22 июня). В дни весеннего и осеннего равноденствий (соответственно 21 марта и 23 сентября) продолжительность дня равна продолжительности ночи, т.к. Солнце находится на небесном экваторе: оно восходит в точке востока и заходит в точке запада.

Движение светил по небу

При своем суточном движении светила дважды пересекают небесный меридиан - над точками юга и севера. Момент пересечения небесного меридиана называется кульминацией светила. В момент верхней кульминации над точкой юга светило достигает наибольшей высоты над горизонтом. Как известно, высота полюса мира над горизонтом (угол РОN): hp = ф. Тогда угол между горизонтом (NS) и небесным экватором (QQ1) будет равен 180° - ф - 90° = 90° - ф. Угол MOS, который выражает высоту светила М в кульминации, представляет собою сумму двух углов: Q1OS и MOQ1. Величину первого из них мы только что определили, а второй является не чем иным, как склонением светила М, равным 8. Таким образом, мы получаем следующую формулу, связывающую высоту светила в кульминации с его склонением и географической широтой места наблюдения:

Зная склонение светила и определив из наблюдений его высоту в кульминации, можно узнать географическую широту места наблюдения. Продолжим наше воображаемое путешествие и отправимся из средних широт к экватору, географическая широта которого 0°. Как следует из только что выведенной формулы, здесь ось мира располагается в плоскости горизонта, а небесный экватор проходит через зенит. На экваторе в течение суток все светила побывают над горизонтом.

Перемещение Солнца на фоне звезд - явление кажущееся. Происходит оно вследствие годичного обращения Земли вокруг Солнца. Поэтому эклиптика представляет собой тот круг небесной сферы, по которому она пересекается с плоскостью земной орбиты. За сутки Земля проходит примерно 1/365 часть своей орбиты. Вследствие этого Солнце перемещается на небе примерно на 1° за каждые сутки. Промежуток времени, в течение которого оно обходит полный круг по небесной сфере, назвали годом. Из курса географии вам известно, что ось вращения Земли наклонена к плоскости ее орбиты под углом 66°30'. Следовательно, земной экватор имеет по отношению к плоскости орбиты наклон, равный 23°30'. Таков наклон эклиптики к небесному экватору, который она пересекает в двух точках: весеннего и осеннего равноденствий.

В эти дни (обычно - 21 марта и 23 сентября) Солнце находится на небесном экваторе и имеет склонение 0°. Оба полушария Земли освещаются Солнцем одинаково: граница дня и ночи проходит точно через полюса, и день равен ночи во всех пунктах Земли. В день летнего солнцестояния (22 июня) Земля повернута к Солнцу своим Северным полушарием. Здесь стоит лето, на Северном полюсе - полярный день, а на остальной территории полушария дни длиннее ночи. В день летнего солнцестояния Солнце поднимается над плоскостью земного (и небесного) экватора на 23°30'. В день зимнего солнцестояния (22 декабря), когда Северное полушарие освещается хуже всего, Солнце находится ниже небесного экватора на такой же угол 23°30'. В зависимости от положения Солнца на эклиптике меняется его высота над горизонтом в полдень - момент верхней кульминации. Измерив полуденную высоту Солнца и зная его склонение в этот день, можно вычислить географическую широту места наблюдения. Этот способ издавна использовался для определения местоположения наблюдателя на суше и на море.

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.

Подобные документы

Предмет астрономии. Источники знаний в астрономии. Телескопы. Созвездия. Звездные карты. Небесные координаты. Работа с картой. Определение координат небесных тел. Кульминация светил. Теорема о высоте полюса мира. Измерение времени.

учебное пособие [528,1 K], добавлен 10.04.2007

Предмет и задачи астрономии. Особенности астрономических наблюдений. Принцип действия телескопа. Видимое суточное движение звезд. Что такое созвездие, его виды. Эклиптика и "блуждающие" светила-планеты. Звездные карты, небесные координаты и время.

реферат [40,5 K], добавлен 13.12.2009

Карлик Проксима, компонент тройной системы Альфа Центавра - ближайшая к Солнцу звезда. История изучения Млечного Пути. Параллакс – видимое смещение звезды на фоне более далеких светил. Карты звездного неба. Зодиакальные созвездия в нашей Вселенной.

презентация [3,1 M], добавлен 07.03.2011

Небесная сфера и система координат на ней. Анализ положения небесных светил в пространстве. Геоцентрические координаты светил. Изменение координат во времени. Характеристика связи между координатами точки места наблюдения и координатами светил на сфере.

контрольная работа [1,0 M], добавлен 25.03.2016

Звезды - светящиеся небесные тела. Использование их расположения для навигации и ориентирования. Проведение астрономических исследований. "Градусники" для измерения звездных температур. Гиганты и карлики в мире звезд. Движение Земли по созвездиям зодиака.

презентация [730,7 K], добавлен 16.05.2013

Доказательства осевого вращения Земли, его значение для географической оболочки. Особенности солнечных и звездных суток. Направление движения и скорость орбитального вращения. Изменение освещения и нагревания северного и южного полушарий по сезонам года.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 10.02.2014

Порядок построения вспомогательной небесной сферы и нанесения светил на ней. Системы сферических координат светил. Высотная линия положения и её элементы. Местное, декретное, летнее и судовое время, их связь с Гринвичским временем. Навигационный секстан.

Читайте также: