Что такое верхняя и нижняя кульминация светила кратко

Обновлено: 05.07.2024

Все светила за сутки в своем видимом движении дважды пересекают небесный меридиан. Пересечение центром светила небесного меридиана называется кульминацией светила. Кульминация — слово латинское и в переводе означает вершина. Различают верхнюю и нижнюю кульминацию светила.

Рис. 1.23. Кульминация светил: а — к югу от зенита; б — к северу от зенита

В верхней кульминации высота светила наибольшая, а в нижней — наименьшая. Для незаходящих светил обе кульминации происходят над горизонтом. Для восходящих и заходящих светил верхняя кульминация происходит над горизонтом, а нижняя под горизонтом. У невосходящих светил обе кульминации происходят под горизонтом и они недоступны наблюдениям.

Верхняя кульминация светила может происходить между зенитом и точкой юга (на южной части меридиана) или между зенитом и полюсом мира (на северной части меридиана). На рис. 1.23 изображена небесная сфера. Основные круги показаны диаметрами и хордами. Из рисунка видно, что к югу от зенита кульминируют те светила, склонение которых меньше широты места, а к северу от зенита — те светила, склонение которых больше широты места.

В момент верхней кульминации часовой угол светила равен 0, а в момент нижней кульминации 180°. Азимут светила при верхней кульминации к северу от зенита равен 0, а к югу от зенита — 180°.

При кульминации светила к югу от зенита высоты в момент верхней и нижней кульминаций рассчитывают по формулам:

При кульминации светила к северу от зенита высоты в момент верхней и нижней кульминаций рассчитываются по формулам:

Обобщая формулы высоты светила для момента верхней кульминации, получаем, что . Знак плюс перед скобкой берется тогда, когда светило кульминирует к югу от зенита , а знак минус, — когда к северу от зенита .

Высота в момент нижней кульминации для всех светил определяется по единой формуле.

Формула высоты светила в момент его верхней кульминации имеет важное практическое значение. Рассчитав высоту светила в момент верхней кульминации и сравнив ее с измеренной высотой в этот же момент, можно определить поправку секстанта. По высоте светила, измеренной в момент кульминации, при знании склонения светила можно определить широту своего местонахождения. Формулы для расчета высот светил в момент верхней и нижней кульминаций позволяют установить зависимость между широтой места наблюдателя, склонением Солнца и его высотой.

Из рассмотренных формул видно, что при предельных значениях склонения Солнца, равных его высота в момент верхней кульминации на географических широтах равна 90°, т. е. Солнце будет кульминировать в зените. На географической параллели, северная широта которой равна . Солнце кульминирует в зените в день летнего солнцестояния, а на географической параллели, южная широта которой в день зимнего солнцестояния. Географическая параллель, северная широта которой равна называется северным тропиком, или тропиком Рака, а географическая параллель, южная широта которой равна южным тропиком, или тропиком Козерога. В указанных созвездиях много веков тому назад находились точки солнцестояний.

Из формул также видно, что при склонении Солнца его высота в моменты кульминаций на широтах равна нулю. На географической параллели, северная широта которой равна высота Солнца равна нулю в момент нижней кульминации в день летнего солнцестояния и в момент верхней кульминации в день зимнего солнестояния, т. е. в эти дни на этой параллели Солнце соответственно не заходит и не восходит. Эта географическая параллель называется Северным полярным кругом.

На географической параллели, южная широта которой в день зимнего солнцестояния Солнце является незаходящим светилом, а в момент летнего солнцестояния — невосходящим светилом. Эту параллель называют Южным полярным кругом.

Пример 1. Звезда Денеб; склонение звезды широта места наблюдателя Определить высоту звезды в моменты верхней и нижней кульминаций.

Решение 1. Определяем положение звезды относительно зенита в момент верхней кульминации. Так как то звезда кульминирует к северу от зенита.

2. Определяем высоту звезды в момент верхней кульминации:

3. Определяем высоту звезды в момент нижней кульминации: . Звезда Денеб на данной широте восходит и заходит, так как ее высота в моменты верхней и нижней кульминаций имеет разные знаки.

Пример 2. Дата 22 июня; склонение Солнца ; широта Ленинграда . Определить высоту Солнца в моменты верхней и нижней кульминаций.

Решение 1. Определяем положение Солнца относительно зенита в момент верхней кульминации. Так как , то Солнце кульминирует к югу от зенита.

2. Определяем высоту Солнца в момент верхней кульминации:

3. Определяем высоту Солнца в момент нижней кульминации:

Из примера видно, что на широте Ленинграда в день летнего солнцестояния Солнце опускается под горизонт не ниже Так как темнота наступает при высоте Солнца минус 6°, то в летнее время в Ленинграде почти всю ночь длятся сумерки, т. е. наблюдаются белые ночи.

Пример 3. Звезда Вега; склонение звезды широта места наблюдателя . Определить высоту звезды в моменты верхней и нижней кульминаций.

Решение. 1. Определяем положение звезды относительно зенита в момент верхней кульминации. Так как склонение звезды меньше широты места наблюдателя, то звезда кульминирует к югу от зенита.

2. Определяем высоту звезды в момент верхней кульминации: .

3. Определяем высоту звезды в момент нижней кульминации: .

Звезда Вега на данной широте является незаходящей, так как ее высота в моменты верхней и нижней кульминаций положительная.

Словарь космических терминов

Кульминации светил (от лат. culminis - высшая точка)

Пересечение светилом небесного меридиана в южной части неба, т.е. наивысшее положение светила над горизонтом, называют верхней кульминацией. Пересечение незаходящими светилами небесного меридиана в северной части неба называют нижней кульминацией. Все сказанное выше верно для северного полушария Земли. В южном полушарии верхняя кульминация происходит в северной части неба, а нижняя - в южной.

Фрагмент текста с ошибкой:

При обнаружении ошибки в тексте Вы можете оповестить нас о ней. Для этого нужно выделить мышкой часть текста с ошибкой и нажать комбинацию клавиш "Ctrl+Enter".

107996, ГСП-6, г. Москва,

Продолжим разговор о кульминации светил. Основные понятия можно найти в первой статье о кульминациях.

Верхняя кульминация к югу от зенита

Как нам уже известно, высота полюса мира над горизонтом равна широте места наблюдения. NS — плоскость математического горизонта, PP' — ось мира, P — северный полюс мира. Отсюда следует, что

∠NOP = φ,

где φ – широта места наблюдения. Тогда

∠NOQ' = β = 90° – φ = ∠SOQ (как вертикальные).

Поскольку QQ' — небесный экватор, а KK' — суточная параллель светила, то

∠QOK = δ

Наша задача – найти зависимость высоты светила над горизонтом в момент его верхней кульминации к югу от зенита от широты места наблюдения и склонения светила. Следовательно, нас интересует

∠SOK = h = β + δ = 90° – φ + δ.

высота светила над горизонтом в момент верхней кульминации к югу от зенита
h = 90° – φ + δ

Верхняя кульминация к северу от зенита

Опираясь на опыт, полученный в предыдущем выводе, понимаем, что

∠POK = 90° – δ

∠NOP = φ

∠NOK = h = ∠POK + ∠NOP = 90° – δ + φ

высота светила над горизонтом в момент верхней кульминации к северу от зенита
h = 90° – δ + φ

Нижняя кульминация к северу от надира

Как видно из рисунка:

∠NOP = ∠NOK' + ∠K'OP = h + ∠K'OP = φ

∠K'OQ'= ∠NOK' + ∠NOQ' = h + ∠NOQ' = δ

∠NOP + ∠NOQ' = φ + δ - h = 90°

высота светила над горизонтом в момент нижней кульминации к северу от надира
h = φ + δ – 90°

Нижняя кульминация к югу от надира

Сейчас важно понимать, что склонение светила отрицательно и высота должна получиться отрицательной.

∠K'OP' = 90° - ∠Q'OK' = 90° – δ,

но поскольку склонение отрицательно, а высота должна получиться отрицательной, то ∠K'OP' = –90° – δ

∠K'OS = ∠K'OP' + ∠P'OS = –90° – δ + φ,

но поскольку высота должна быть отрицательной, то ∠K'OS = –90° – δ – φ.

высота светила над горизонтом в момент нижней кульминации к югу от надира
h = –φ – δ – 90°

P_S — повышенный полюс (в данном случае — южный), линия NS — горизонт наблюдателя, ZZ' — отвесная линия, QQ' — экватор. Линия AA' — суточная параллель светила. Угол φ — широта местоположения наблюдателя, δ — склонение светила, z_↑ — зенитное расстояние в верхней кульминации, z_↓ — в нижней.

Кульминация (астрономия) — прохождение центра светила через небесный меридиан в процессе его суточного движения. Иначе — прохождение центром светила точки пересечения суточной параллели светила и небесного меридиана.

В течение суток все светила дважды пересекают небесный меридиан. Различают верхнюю и нижнюю кульминации светила. При условии, что величина склонения светила не меняется в течение дня, в верхней кульминации высота светила наибольшая, а в нижней — наименьшая. Для незаходящих светил обе кульминации происходят над горизонтом. Для восходящих и заходящих светил верхняя кульминация происходит над горизонтом, а нижняя под горизонтом. У невосходящих светил обе кульминации происходят под горизонтом и они недоступны наблюдениям [1] .

Также различают верхнюю кульминацию к северу и к югу от зенита. Если светило кульминирует к югу от зенита, то в момент кульминации его астрономический азимут равен 0°, а если светило кульминирует к северу от зенита, то его азимут в момент кульминации равен 180°.

Подобно тому, как северную географическую широту и северное склонение принято считать положительными величинами, а южную — отрицательными, можно присвоить знак и зенитному расстоянию. Удобно пользоваться правилом: если тень наблюдателя (действительная или воображаемая) от светила падает в северную — положительную — сторону, то и зенитное расстояние светила положительно, если в южную, — зенитное расстояние отрицательно. То же правило получается из рассмотрения астрономического азимута светила: при кульминации южнее зенита астрономический азимут светила равен 0°, и cos ⁡ ( 0 ∘ ) = + 1 )=+1> ; при кульминации севернее зенита азимут равен 180°, cos ⁡ ( 180 ∘ ) = − 1 )=-1> . Алгебраически знак зенитных расстояний получится при вычислениях, соблюдающих соглашения о знаках широт и склонений.

Наблюдая какое-либо светило в верхней и нижней кульминации, можно определить его склонение, а также широту места наблюдения:

Наблюдая верхние кульминации звёзд по разные стороны от зенита на близких зенитных расстояниях, также можно определять широту. Для этого необходимо знать склонения обеих звёзд, зато точность такого измерения значительно возрастает. Этот метод известен как способ Талькотта. Если северная звезда находится в верхней кульминации, то формула принимает такой вид [2] :

Если же северная звезда находится в нижней кульминации, формула выглядит так:

Читайте также: