Чем объясняется суточное вращение небосвода в астрономии кратко

Обновлено: 03.07.2024

Наблюдая видимую картину вращения Солнца и всего небосвода с востока на запад каждые сутки, люди в старину думали, кто Земля стоит неподвижно, а вокруг нее вращается небо.

Такое неверное представление сохранялось до XVI в., пока великий польский ученый Н. Коперник не установил, что это обман зрения: вращается не небо с Солнцем и звездами, как нам кажется, а мы сами вращаемся вместе с Землей, которая делает полный оборот вокруг своей воображаемой оси за сутки.

Вероятно, вам случалось не раз наблюдать такую картину: вы сидите в поезде и ждете его отправления. Рядом стоит другой поезд, направляющийся в ту же сторону, что и ваш поезд.

Однако, как только мимо пройдет последний вагон соседнего поезда, вы убедитесь, что ваш поезд продолжает стоять. Произошел обман зрения.

То же самое происходит и с кажущимся движением небосвода. Не с востока на запад (т. е. по часовой стрелке) движутся все светила за сутки — это нам только кажется, — а на самом деле Земля вращается вместе с нами в противоположном направлении, т. е. с запада на восток, или против часовой стрелки (если смотреть на нее сверху, со стороны Северного полюса).

Делая один оборот вокруг своей оси за сутки, Земля дает нам возможность увидеть освещенную Солнцем часть небесного свода и темную, на которой хорошо видны звезды. Полный оборот вокруг оси (360°) Земля совершает в течение суток; следовательно, Земля поворачивается в течение часа на 15°.

Благодаря суточному вращению Земли на ней происходит смена дня и ночи. В каждый момент одна половина Земли обращена к Солнцу, и на ней - день. На другой, не освещенной Солнцем стороне Земли — ночь.

Поэтому время на всем земном шаре не может быть всюду одинаковым. В каждом месте существует свое, местное время. Когда в Москве вечер, то на противоположной стороне земного шара, т. е. на 180° к востоку или западу от Москвы, в этот момент будет утро.

Смену дня и ночи, а также местное время легче уяснить на глобусе. Вечером, когда наступит темнота, на некотором расстоянии от глобуса и на одном уровне с его серединой поставим яркую лампу. Эта лампа будет изображать Солнце. Мы ясно увидим, что одна половина глобуса освещена, а другая находится в тени. Медленно поворачивая глобус вокруг оси в направлении против движения часовой стрелки, мы убедимся, что граница света и тени при вращении глобуса перемещается: постепенно освещаются новые и новые части материков и океанов. С одной стороны глобуса материки и океаны погружаются в тень: там наступает ночь, тогда как на другой они выходят к свету: здесь наступает день.

Если на какой-нибудь параллели глобуса через каждые 15° к востоку или западу вколоть булавки, расположив их перпендикулярно к поверхности глобуса, например на широте Ленинграда (около 60° с. ш.), то при вращении глобуса можно будет легко определить тот момент, когда в месте, отмеченном булавкой, наступит полдень. Когда тень, отбрасываемая булавкой, упадет прямо на меридиан данного места, тогда по местному времени там будет полдень.

В самом деле, в этот момент наша лампа — Солнце- будет располагаться на полуденной линии: север — юг. В этот же момент в других местах, отмеченных булавками, местное время будет отличаться от полудня на столько часов, на сколько булавок нужно пройти от места, где сейчас полдень. При этом на восток время будет больше полудня, а на запад — меньше.

Время и небесная сфера. Вращение Земли и движение светил по небосводу.

Вращение Земли и движение светил по небосводу. На небе есть звезда, называемая Полярной звездой, вокруг которой в течение суток вращаются другие звезды. В чем причины этого вращения?

Все дело в том, что Земля вращается вокруг своей оси. Ось вращения Земли практически не меняет направления в пространстве. Вращение Земли вызывает у наблюдателя иллюзию вращения небесной сферы. Любой наблюдатель видит лишь половину небесной сферы, другая половина от него заслоняется земным шаром. Звезды в течение суток описывают круги с центром недалеко от Полярной звезды.

Небесная сфера выглядит для нас так, словно вращается вокруг оси РР'. Ось мира пересекает небесную сферу в точках Р и Р' – полюсах мира. Северный полюс мира Р – тот, при наблюдении которого с Земли вращение небесной сферы происходит по часовой стрелке. Южный полюс мира Р' – тот, при наблюдении которого с Земли вращение небесной сферы происходит против часовой стрелки.

Притяжение Солнца и Луны заставляет земную ось прецессировать так же, как прецессирует ось наклонившегося быстро вращающегося волчка под действием силы тяжести.

Смещение полюса мира в результате прецессии. Луна и Солнце своим притяжением стремятся повернуть ось планеты: возникает явление прецессии. Ось Земли вращается относительно далеких звезд, делая полный оборот примерно за 26 тысяч лет (т.н. платонический год). При этом она описывает окружность радиусом 23,5° с центром в полюсе эклиптики, находящимся в созвездии Дракона. Прецессия впервые была обнаружена во II в. до н.э. Гиппархом, который нашел, что координаты звезд несколько изменились по сравнению с теми, что были сто лет назад. 13 тысяч лет назад полюс мира указывал на Вегу. На территории Восточно-европейской равнины можно было увидеть Центавр и Южный Крест. Дальше титул Полярной поочередно присваивался π, η и τ Геркулеса, звездам Тубан и Кохаб. Римляне вовсе не имели Полярной звезды, а Кохаб и Киносуру (α Малой Медведицы) называли Стражами. α Малой Медведицы стала полярной звездой примерно в 1100 году, а ближе всего к ней полюс пройдет в 2100 году. Приблизительно в 3200 году полярными станут звезды созвездия Цефей, затем они уступят первенство Денебу и Веге.

Почему Солнце встаёт на востоке, а садится на западе? В древности египтяне думали, что бог Солнца Ра пересекает небосвод на своей колеснице с востока на запад и причина такого передвижения светила именно в этом. Но теперь мы знаем, что на самом деле этот эффект даёт осевое, или суточное вращение Земли с запада на восток.

Движение Солнца и внутренних планет по Гераклиду Понтийскому: традиционная интерпретация (вверху) и интерпретация ван дер Вардена (внизу).
Автор: Dmitri Klimushkin

Доводы в пользу неподвижности нашей планеты приводил Аристотель; его слова были настолько значимыми, что им верили долгие столетия. В статичности планеты был уверен и Птолемей, обобщивший и упорядочивший представления о том, что Земля – центр Вселенной.

Громче заговорили о том, что суточное вращение Земли существует со времени Николая Коперника, предложившего гелиоцентрическую систему мира, в которой Земля не была неподвижной, как в геоцентрической системе Птолемея. Согласно системе Коперника:

она движется вокруг неподвижного Солнца, проходя свой путь приблизительно за земной год;
наша планета в течение суток обращается вокруг воображаемой оси. Точки, где окончания этой оси пересекают поверхность Земли, называются полюсами – Северным и Южным;
Земля сохраняет свой наклон постоянным, северный конец оси всегда направлен к Полярной звезде, а южный – к созвездию Октанта;
Земля имеет слишком маленький по отношению к расстоянию до Солнца размер. А расстояние радиуса орбиты мало по сравнению с расстоянием до других звёзд.

Однако неоспоримой истиной суточное вращение Земли стало только в XIX в., после проведения опыта с качающимся маятником Жаном Фуко (1851 г).

Какие типы вращения Земли существуют?

Земля отнюдь не неподвижна. Она медленно трансформирует свою форму, извергается вулканами и гейзерами, меняет местами пазлы материков. В Космических масштабах она совершает 4 типа движения и достигает при этом немыслимой (с точки зрения человека) скорости:

Суточное вращение Земли

Если смотреть на нашу планету с северного полюса эклиптики или с Полярной звезды, то она оборачивается против часовой стрелки с запада на восток, в том же направлении, что и вокруг Солнца. Мы помним, что Земля – почти шар, а это 360° (длина окружности) и что она совершает суточный оборот примерно за 24 часа. Если мы разделим 360 на 24, то получим 15° – это и есть угловая скорость Земли за 1 час и соответственно расстояние между соседними меридианами.

Но скорость, с который движется точка земной поверхности в единицу времени, не везде одинакова, она зависит от широты местности. На экваторе объекты Земли вращаются со скоростью 455 м/с, на широте в 65° скорость снижается до 195 м/с, а полюса и вовсе неподвижны. Получается, что скорость на одной параллели одинакова, а на одном меридиане нет, она уменьшается от экватора к полюсам. Выходит, что экватор движется быстрее всей остальной поверхности Земли, а полюса стоят на месте.

Суточное вращение Земли

Физические доказательства суточного вращения Земли

Главное неоспоримое математическое доказательство того, что суточное вращение Земли есть – это маятник Фуко. По закону физики тело сохраняет постоянной плоскость качания относительно Мирового пространства. Когда под маятник был помещён круг с делениями, обнаружилось, что положение пластин по отношению к Земле меняется, а маятник сохраняет плоскость качания, значит, вращается Земля.

Если тот же опыт провести на полюсе, то положение маятника по отношению к пластинам останется неизменным, однако наблюдающему за ним человеку будет казаться, что маятник смещает своё вращение. Почему? Потому что наблюдатель стоит не на полюсе, а рядом с ним, и движется вместе с остальной частью планеты.

Маятник Фуко в Парижском музее
Автор: Cdang

На экваторе смещение маятника незаметно. Чем выше широты, тем оно выраженнее, так как скорость вращения Земли к полюсам замедляется. На экваторе угловая скорость равна 15°/ч, в Санкт-Петербурге 13°/ч, в Москве 12,5°/ч, на точке географического полюса 0°/ч. В настоящее время математический маятник Фуко заменён физическим.

Второе доказательство того, что осевое вращение Земли существует – это отклонение к востоку всех падающих на Землю объектов. Причём чем дальше расположена от оси Земли точка, тем больше линейная скорость, с которой она перемещается с запада на восток. Поэтому тело, сброшенное с высокой башни, отклоняется на восток сильнее, чем с более низкого строения, ведь оно сохраняет свою первоначальную линейную скорость.

Доказательством вращения Земли и его следствием является и форма самой планеты с присущим ей сжатием у полюсов. Оно возникает из-за взаимодействия сразу двух сил: центробежной и земного притяжения, равнодействующая которых направлена к экватору, поэтому в области экватора Земля выпукла, а у полюсов сжата.

Благодаря наличию двух неподвижных точек на Земле – полюсов, есть возможность строить градусную сеть на карте и глобусе.

Следствия осевого вращения Земли

Вследствие суточного вращения Земли появляются важные географические явления:

сила Кориолиса;
чёткие временные промежутки;
суточный ритм в природе Земли.

Суточное вращение Земли и сила Кориолиса

Все горизонтально перемещающиеся тела в географической оболочке Земли отклоняются относительно направления их движения. Но это отклонение относительно, потому что мы наблюдаем за ним с движущейся планеты. Ведь по закону инерции любое движущееся тело стремится сохранить скорость и направление движения относительно Мирового пространства.

Отклоняющее действие вращения Земли называют силой Кориолиса. Она впервые была рассчитана в XIX веке французским учёным в области механики Г. Кориолисом, поэтому и получила такое название.

Сила Кориолиса перпендикулярна движению Земли, она отклоняет все движущиеся объекты в Южном полушарии влево, а в Северном полушарии вправо. Величина её зависит от широты, от массы самого объекта и от его скорости. На экваторе сила Кориолиса всегда равна нулю, и вес предметов уменьшается, а с приближением к полюсам сила Кориолиса и масса предметов возрастают.

Интересно

Если килограммовую гирю перенести с полюса на экватор и здесь вновь взвесить на пружинных весах, то обнаружится нехватка веса в 5 г. Разница, конечно, невелика, но чем тяжелее вещь, тем эта нехватка крупнее. Паровоз, приехавший из Архангельска в Одессу, становится легче на 60 кг. А линейный корабль в 20 тысяч тонн, прибывший из Белого моря в Чёрное, теряет здесь в весе 80 тонн.

Сила Кориолиса влияет на:

образование атмосферных вихрей;
отклонение морских течений;
степень разрушения водой берегов рек, в Северном полушарии сильнее размываются правые берега, а в Южном – левые (закон Бэра);
отклонение ветров умеренных широт обоих полушарий к западу, а тропических – к востоку (пассаты).

Течения не повторяют точное направление господствующих ветров. Под действием силы Кориолиса они смещаются от направления преобладающих ветров под углом 30-35° вправо или влево, в зависимости от полушария. На это явление впервые обратил внимание известный норвежский исследователь Ф. Нансен во время дрейфа во льдах Арктики.

Доказать отклоняющую силу вращающейся Земли можно и на простом опыте с воронкой в ведре, раковине или ванной. Вливаемая плотной струёй вода будет закручиваться в Северном полушарии против часовой стрелки, в Южном – по часовой.

Направление господствующих ветров, отклоняющая сила Кориолиса
Автор: Kaidor

Суточное вращение Земли удобно для отсчёта времени

Время вращения Земли вокруг своей оси периодично и очень удобно для естественного отсчёта времени. Учёные выделяют звёздные и истинные солнечные сутки. Для удобства в практических целях используют среднюю продолжительность солнечных суток – 24 часа.

Сутки одновременно наступают на всём меридиане, на каждом меридиане среднее солнечное время отличается от соседнего на 1 час, время на меридиане называют местным. До XIX века все люди жили, не задумываясь о разнице во времени. Но потом появились поезда и железные дороги. Человек смог быстро перемещаться по Земле из одной точки в другую. Составить расписание поездов при разном отсчёте времени не получалось. Поэтому пришлось договориться об общей системе отсчёта времени.

Поясной отсчёт времени был принят в 1884 году. Всю поверхность планеты поделили на 24 пояса по 15° в каждом. Границы поясов провели по-разному – в океанах по меридианам, а на суше – с учётом территорий государств и их частей. Если бы пояса ограничили точно по меридианам и на суше, то Якутия оказалась бы сразу в нескольких часовых областях, что очень неудобно для многих отраслей деятельности жителей республики.

Всемирным временем стали считать время Гринвичского меридиана, там сутки начинаются, там I часовой пояс. Поясное время каждого следующего к востоку пояса на 1 час больше, каждого следующего к западу – на 1 час меньше.

Часовые пояса мира

Когда пересекают линию перемены дат с востока на запад, то сутки отнимают (так потеряли сутки спутники Ф. Магеллана), а при возвращении обратно сутки прибавляют, но часовые стрелки при этом не переводят, время с обеих сторон от линии остаётся одинаковым.

Черная линия — линия перемены даты, красные — границы часовых поясов
Автор: Jailbird

В России долгое время отсчёт времени был свой, только 1 июня 1919 года поясное время было введено в СССР. Территория России расположена в 11 часовых поясах – с II по XII, но 11 и 12 пояса объединены, поэтому на практике их 10. На Чукотке и Камчатке время отличается от московского на 9 часов.

Когда дети Чукотки ложатся спать, их московские одногодки ещё сидят на занятиях в школе. Новый год на Чукотке наступает раньше.

Продолжительность дня на разных широт ых 22 июня

В 1930 году в СССР был произведён перевод часов на час вперёд согласно постановлению – декрету, для более экономного использования электричества. Это время стали называть декретным, оно так и не было отменено. Поясное время в СССР стало больше всемирного на 1 час. Декретное время II часового пояса назвали московским.

Во многих странах ради экономии электроэнергии к лету переводят стрелки часов на час вперёд – на летнее время, а к зиме стрелки возвращают назад. Долгое время так было и в России, до 2011 года. В этом году был отменён переход на зимнее время в России. Теперь поясное время в стране стало больше мирового на 2 часа.

Карта мира, показывающая использование перехода на летнее время (DST) сейчас и в прошлом.
Синий — DST используется.
Оранжевый — DST больше не используется.
Красный — DST никогда не использовалось.

Осенью 2014 года по просьбе граждан в РФ вернули стрелки на зимнее время – на час назад, и сегодня большая часть регионов живёт по такой хронометрии. Но не все, некоторые из них снова перевели часы на час вперёд. Летнее время постоянно в:

Практика по работе с картой часовых поясов России

Для того, чтобы рассчитать разницу во времени между точками, расположенными в разных часовых поясах, нужно найти разность между номерами часовых поясов, в которых они находятся. Чтобы узнать, сколько времени в Магадане, когда в Москве 9 часов, нужно:

Определить в каких часовых поясах расположены эти города. Москва – во 2, Магадан – в 10.
Найти разницу между этими данными: 10-2=8.
Поскольку Магадан расположен восточнее Москвы, то данные нужно прибавлять. 9+8=17. В Магадане 17 часов.

На основе содержания карты часовых зон России определите, который час в Иркутске, если в Москве 12 часов.

По карте находим часовой пояс Иркутска, он расположен в VI часовой зоне и видим там надпись +5. Значит по отношению к московскому времени в Иркутске больше на 5 часов. 12+5=17.

Как необходимо перевести стрелки часов, если вы перелетаете на самолёте из Владивостока в Москву?

Стрелки нужно переводить назад на 7 часов, так как мы будем двигаться с востока на запад, а Владивосток расположен в VIII часовой зоне, где время от московского отличается на 7 часов.

Расположите регионы России в той последовательности, в которой их жители встречают Новый год.

А) Ростовская область

Б) Новосибирская область

В) Магаданская область

Так как Земля вращается с запада на восток, сутки начинаются раньше в восточных регионах. Значит чем восточнее пункт, тем скорее там наступит то или иное событие. По карте находим все 3 региона и смотрим, какой из них лежит восточнее. Магаданская область находится в XI часовом поясе, Новосибирская – в V, Ростовская область – самый западный из всех указанных регионов, он расположен во II часовой зоне. Значит ответ: ВБА.

Определите, когда по московскому времени должен совершить посадку самолёт в Краснодаре (II часовой пояс), вылетевший из Хабаровска (VIII часовой пояс) в 8 часов по местному времени, если расчётное время полёта составляет 9 часов.

Разница во времени между Хабаровском и Краснодаром составляет 7 часов (опять смотрим по карте часовых поясов). Когда в Хабаровске 8 часов, в Краснодаре 1 час. К краснодарскому времени прибавляем 9 часов полёта и получаем 10 часов.

Когда жителю Аляски нужно вылететь на Чукотку, чтобы оказаться там утром 8 июня? Ответ поясните.

Так как Чукотка и Аляска расположены в соседних часовых поясах, то разница во времени у них равна 1 часу, значит вылететь надо утром. Но между этими географическими объектами лежит меридиан 180° – линия перемены дат. Пересекая её с востока на запад, что и нужно будет сделать согласно этому заданию, мы должны отнять одни сутки. Значит вылететь нужно утром 9 июня.

В каких случаях возможно следующее: расстояние между пунктами 5 км, а различие во времени составляет:

целые сутки _________________
2 часа ______________________
1 час ______________________?

А) Между островами Крузенштерна и Ратманова расстояние равно 5 км. Между этими островами проходит линия перемены дат, а значит разница в целые сутки.

Б) В странах, которые находятся за полосой сухопутной границы, время может отличаться летом на 2 часа (декретное и летнее время). И (или) некоторые субъекты живут не по своему поясному времени, а по московскому.

В) На 1 час может отличаться время населенных пунктов, расположенных в соседних часовых поясах.

Суточный ритм в географической оболочке

Для землян смена ночи и дня привычна. Вся их жизнь подчинена этому ритму. На других планетах светлое и тёмное время суток бывают не такими удобными. На Венере год длится меньше двух суток этой планеты, а Юпитер поворачивается вокруг своей оси всего за 5 земных часов, ни устать днём, ни отдохнуть ночью нам бы там не удалось.

Некоторые цветы распускаются ночью

Смена дня и ночи создаёт суточный ритм в природе. В зависимости от суток меняются температуры воздуха и подстилающей земной поверхности, меняют направление прибрежные ветры – дневной и ночной бризы, изменяются испарение воды, влажность, давление. Например, таяние горных ледников происходит днём, дневная фаза фотосинтеза зависит от наличия солнечных лучей, многие растения раскрывают лепестки днём. Одни животные ведут активный дневной образ жизни, другие ночной. Жизнь человека тоже зависит от времени суток.

Ночной зверёк лори фото

Люди в древности считали, что все звезды располагаются на небесной сфере, которая как единое целое вращается вокруг Земли. Уже более 2.000 лет тому назад астрономы стали применять способы, которые позволяли указать расположение любого светила на небесной сфере по отношению к другим космическим объектам или наземным ориентирам. Представлением о небесной сфере удобно пользоваться и теперь, хотя мы знаем, что этой сферы реально не существует.

Небесная сфера - воображаемая шаровая поверхность произвольного радиуса, в центре которой находится глаз наблюдателя, и на которую мы проецируем положение небесных светил.

Понятием небесной сферы пользуются для угловых измерений на небе, для удобства рассуждений о простейших видимых небесных явлениях, для различных расчетов, например вычисления времени восхода и захода светил.

Построим небесную сферу и проведем из ее центра луч по направлению к звезде А.

Там, где этот луч пересечет поверхность сферы, поместим точку А₁ изображающую эту звезду. Звезда В будет изображаться точкой В₁. Повторив подобную операцию для всех наблюдаемых звезд, мы получим на поверхности сферы изображение звездного неба – звездный глобус. Ясно, что если наблюдатель находится в центре этой воображаемой сферы, то для него направление на сами звезды и на их изображения на сфере будут совпадать.

Что является центром небесной сферы? (Глаз наблюдателя)
Каков радиус небесной сферы? (Произвольный)
Чем отличаются небесные сферы двух соседей по парте? (Положением центра).

Для решения многих практических задач расстояния до небесных тел не играют роли, важно лишь их видимое расположение на небе. Угловые измерения не зависят от радиуса сферы. Поэтому, хотя в природе небесной сферы и не существует, но астрономы для изучения видимого расположение светил и явлений, которые можно наблюдать на небе в течении суток или многих месяцев, применяют понятие Небесная сфера. На такую сферу и проецируются звезды, Солнце, Луна, планеты и т.д, отвлекаясь от действительных расстояний до светил и рассматривая лишь угловые расстояние между ними. Расстояния между звездами на небесной сфере можно выражать только в угловой мере. Эти угловые расстояния измеряются величиной центрального угла между лучами, направленными на одну и другую звезду, или соответствующими им дугами на поверхности сферы.

Для приближенной оценки угловых расстояний на небе полезно запомнить такие данные: угловое расстояние между двумя крайними звездами ковша Большой Медведицы (α и β) составляет около 5°, а от α Большой Медведицы до α Малой Медведицы (Полярной звезды) – в 5 раз больше – примерно 25°.

Простейшие глазомерные оценки угловых расстояний можно провести также с помощью пальцев вытянутой руки.

Только два светила – Солнце и Луну – мы видим как диски. Угловые диаметры этих дисков почти одинаковы – около 30' или 0,5°. Угловые размеры планет и звезд значительно меньше, поэтому мы их видим просто как светящиеся точки. Для невооруженного глаза объект не выглядит точкой в том случае, если его угловые размеры превышают 2–3'. Это означает, в частности, что наш глаз различает каждую по отдельности светящуюся точку (звезду) в том случае, если угловое расстояние между ними больше этой величины. Иначе говоря, мы видим объект не точечным лишь в том случае, если расстояние до него превышает его размеры не более чем в 1700 раз.

Отвесная линия Z,Z’, проходящая через глаз наблюдателя (точка С), находящегося в центре небесной сферы, пересекает небесную сферу в точках Z — зенит, Z’ — надир.

Зенит - эта наивысшая точка над головой наблюдателя.

Надир - противоположная зениту точка небесной сферы.

Плоскость, перпендикулярная отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью (или плоскостью горизонта).

Математическим горизонтом называется линия пересечения небесной сферы с горизонтальной плоскостью, проходящей через центр небесной сферы.

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. Движутся ли звезды по небосводу? Оказывается, движутся все и притом одновременно. В этом легко убедиться, наблюдая звездное небо (ориентируясь по определенным предметам).

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.

На полученном снимке каждая звезда оставила свой след в виде дуги окружности . Но есть и такая звезда, передвижение которой в течение всей ночи почти незаметно. Эту звезду назвали Полярной. Она в течение суток описывает окружность малого радиуса и всегда видна почти на одной и той же высоте над горизонтом в северной стороне неба. Общий центр всех концентрических следов звезд находится на небе неподалеку от Полярной звезды. Эта точка, в которую направлена ось вращения Земли, получила название северный полюс мира. Дуга, которую описала Полярная звезда, имеет наименьший радиус. Но и эта дуга, и все остальные — независимо от их радиуса и кривизны — составляют одну и ту же часть окружности. 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°.

Звезды в течение суток описывают тем большие окружности, чем дальше от Полярной звезды они находятся.

Ось суточного вращения небесной сферы называют осью мира (РР').

Точки пересечения небесной сферы с осью мира называют полюсами мира (точка Р — северный полюс мира, точка Р' — южный полюс мира).

Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира. Когда мы смотрим на Полярную звезду, точнее, на неподвижную точку рядом с ней — северный полюс мира, направление нашего взгляда совпадает с осью мира. Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы.

Плоскость ЕАWQ, перпендикулярная оси мира РР' и проходящая через центр небесной сферы, называется плоскостью небесного экватора, а линия пересечения ее с небесной сферой — небесным экватором.

Небесный экватор – линия окружности, полученная от пересечения небесной сферы с плоскостью проходящая через центр небесной сферы перпендикулярно к оси мира.

Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное и южное.

Ось мира, полюса мира и небесный экватор аналогичны оси, полюсам и экватору Земли, так как перечисленные названия связаны с видимым вращением небесной сферы, а оно является следствием действительного вращения земного шара.

Плоскость, проходящая через точку зенита Z, центр С небесной сферы и полюс Р мира, называют плоскостью небесного меридиана, а линия пересечения ее с небесной сферой образует линию небесного меридиана.

Небесный меридиан – большой круг небесной сферы, проходящий через зенит Z, полюс мира Р, южный полюс мира Р', надир Z'

В любом месте Земли плоскость небесного меридиана совпадает с плоскостью географического меридиана этого места.

Полуденная линия NS — это линия пересечения плоскостей меридиана и горизонта. N – точка севера, S – точка юга

Она названа так потому, что в полдень тени от вертикальных предметов падают по этому направлению.

Каков период вращения небесной сферы? (Равен периоду вращения Земли – 1 сутки).
В каком направлении происходит видимое (кажущееся) вращение небесной сферы? (Противоположно направлению вращения Земли).
Что можно сказать о взаимном расположении оси вращения небесной сферы и земной оси? (Ось небесной сферы и земная ось будут совпадать).
Все ли точки небесной сферы участвуют в видимом вращении небесной сферы? (Точки, лежащие на оси, покоятся).

Земля движется по орбите вокруг Солнца. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты на угол 66,5°. Вследствие действия сил тяготения со стороны Луны и Солнца ось вращения Земли смещается, в то время как наклон оси к плоскости земной орбиты остается постоянным. Ось Земли как бы скользит по поверхности конуса. (то же происходит с осью у обыкновенного волчка в конце вращения).

Это явление было открыто еще в 125 г. до н. э. греческим астрономом Гиппархом и названо прецессией.

Один оборот земная ось совершает за 25 776 лет – этот период называется платоническим годом. Сейчас вблизи Р – северного полюса мира находится Полярная звезда – α Малой Медведицы. Полярной называется та звезда, которая на сегодняшний день находится вблизи Северного полюса мира. В наше время, примерно с 1100 года, такой звездой является альфа Малой Медведицы – Киносура. Раньше титул Полярной поочередно присваивался π, η и τ Геркулеса, звездам Тубан и Кохаб. Римляне вовсе не имели Полярной звезды, а Кохаб и Киносуру (α Малой Медведицы) называли Стражами.

На начало нашего летоисчисление – полюс мира был вблизи α Дракона – 2000 лет назад. В 2100 г полюс мира будет всего в 28' от Полярной звезды – сейчас в 44'. В 3200г полярным станет созвездие Цефей. В 14000 г – полярной будет Вега (α Лиры).

Как найти в небе Полярную звезду?

Чтобы найти Полярную звезду, нужно через звезды Большой Медведицы (первые 2 звезды "ковша") мысленно провести прямую линию и отсчитать по ней 5 расстояний между этими звездами. В этом месте рядом с прямой мы увидим звезду, почти одинаковую по яркости со звездами "ковша" – это и есть Полярная звезда.

В созвездии, которое нередко называют Малый Ковш, Полярная звезда является самой яркой. Но так же, как и большинство звезд ковша Большой Медведицы, Полярная — звезда второй величины.

А вот так выглядит звездное небо на 15 сентября, 21 час.

Летний (летне-осенний) треугольник = звезда Вега (α Лиры, 25,3 св. лет), звезда Денеб (α Лебедя, 3230 св. лет), звезда Альтаир (α Орла, 16,8 св. лет)

Небесные координаты

Чтобы отыскать на небе светило, надо указать, в какой стороне горизонта и как высоко над ним оно находится. С этой целью используется система горизонтальных координат – азимут и высота. Для наблюдателя, находящегося в любой точке Земли, нетрудно определить вертикальное и горизонтальное направления.

Первое из них определяется с помощью отвеса и изображается на чертеже отвесной линией ZZ', проходящей через центр сферы (точку О).

Точка Z, расположенная прямо над головой наблюдателя, называется зенитом.

Плоскость, которая проходит через центр сферы перпендикулярно отвесной линии, образует при пересечении со сферой окружность – истинный, или математический, горизонт.

Высота светила отсчитывается по окружности, проходящей через зенит и светило, и выражается длиной дуги этой окружности от горизонта до светила. Эту дугу и соответствующий ей угол принято обозначать буквой h.

Высота светила, которое находится в зените, равна 90°, на горизонте – 0°.

Положение светила относительно сторон горизонта указывает его вторая координата – азимут, обозначаемый буквой А. Азимут отсчитывается от точки юга в направлении движения часовой стрелки, так что азимут точки юга равен 0°, точки запада – 90° и т. д.

Горизонтальные координаты светил непрерывно меняются с течением времени и зависят от положения наблюдателя на Земле, потому что по отношению к мировому пространству плоскость горизонта в данном пункте Земли вращается вместе с ней.

Горизонтальные координаты светил измеряют для определения времени или географических координат различных пунктов на Земле. На практике, например в геодезии, высоту и азимут измеряют специальными угломерными оптическими приборами – теодолитами.

Чтобы создать звездную карту, изображающую созвездия на плоскости, надо знать координаты звезд. Для этого нужно выбрать такую систему координат, которая вращалась бы вместе со звездным небом. Для указания положения светил на небе используют систему координат, аналогичную той, которая используется в географии, - систему экваториальных координат.

Система экваториальных координат сходна с системой географических координат на земном шаре. Как известно, положение любого пункта на земном шаре можно указать с помощью географических координат - широты и долготы.

Географическая широта — это угловое расстояние пункта от земного экватора. Географическая широта (φ) отсчитывается по меридианам от экватора к полюсам Земли.

Долгота — угол между плоскостью меридиана данного пункта и плоскостью начального меридиана. Географическая долгота (λ) отсчитывается вдоль экватора от начального (Гринвичского) меридиана.

Так, например, Москва имеет следующие координаты: 37°30' восточной долготы и 55°45' северной широты.

Введем систему экваториальных координат, которая указывает положение светил на небесной сфере относительно друг друга.

Проведем через центр небесной сферы линию, параллельную оси вращения Земли, - ось мира. Она пересечет небесную сферу в двух диаметрально противоположных точках, которые называются полюсами мира - Р и Р΄. Северным полюсом мира называют тот, вблизи которого находится Полярная звезда. Плоскость, проходящая через центр сферы параллельно плоскости экватора Земли, в сечении со сферой образует окружность, называемую небесным экватором. Небесный экватор (подобно земному) делит небесную сферу на два полушария: Северное и Южное. Угловое расстояние светила от небесного экватора называется склонением. Склонение отсчитывается по кругу, проведенному через светило и полюса мира, оно аналогично географической широте.

Склонение - угловое расстояние светил от небесного экватора. Склонение обозначают буквой δ. В северном полушарии склонения считают положительными, в южном — отрицательными.

Вторая координата, которая указывает положение светила на небе, аналогична географической долготе. Эта координата называется прямым восхождением. Прямое восхождение отсчитывается по небесному экватору от точки весеннего равноденствия γ, в которой Солнце ежегодно бывает 21 марта (в день весеннего равноденствия). Оно отсчитывается от точки весеннего равноденствия γ против часовой стрелки, т. е. навстречу суточному вращению неба. Поэтому светила восходят (и заходят) в порядке возрастания их прямого восхождения.

Прямое восхождение — угол между плоскостью полукруга, проведенного из полюса мира через светило (круга склонения), и плоскостью полукруга, проведенного из полюса мира через лежащую на экваторе точку весеннего равноденствия (начального круга склонений). Прямое восхождение обозначается буквой α

Склонение и прямое восхождение (δ, α) называют экваториальными координатами.

Склонение и прямое восхождение удобно выражать не в градусах, а в единицах времени. Учитывая, что Земля делает один оборот за 24 ч, получаем:

360° — 24 ч, 1 ° — 4 мин;

15° — 1 ч, 15' —1 мин, 15" — 1 с.

Следовательно, прямое восхождение, равное, например, 12 ч, составляет 180°, а 7 ч 40 мин соответствует 115°.

Если не нужна особая точность, то небесные координаты для звезд можно считать неизменными. При суточном вращении звездного неба вращается и точка весеннего равноденствия. Поэтому положения звезд относительно экватора и точки весеннего равноденствия не зависят ни от времени суток, ни от положения наблюдателя на Земле.

Экваториальная система координат изображена на подвижной карте звездного неба.

Су́точное враще́ние Земли́ — вращение Земли вокруг своей оси с периодом в одни звёздные сутки, наблюдаемым проявлением чего является суточное вращение небесной сферы.

Вращение Земли происходит в том же направлении, что и движение планеты Земля вокруг Солнца — с запада на восток, то есть при наблюдении с Полярной звезды или северного полюса эклиптики.

При наблюдении с северного полюса вращение Земли происходит против часовой стрелки.

Используемые в России понятия параметров вращения Земли и параметров ориентации Земли несколько отличаются от международных, эти терминологические различия необходимо учитывать при чтении и переводе зарубежной литературы [1] .

Читайте также: