Небесная сфера. Основные элементы и точки
Сферой небес называется условная сфера со случайным радиусом, на поверхность которой могут быть спроецированы космические объекты. Центром этой сферы принято считать условный глаз человека, осуществляющего наблюдения, положение наблюдателя можно отнести к произвольной земной точке, как на поверхности, так и в центре. Обращение небесной сферы, для её созерцателя, показывает суточный ход звёзд по небу.
Основные элементы небесной сферы:
- Отвесная линия. Линия, пересекающая центральную точку сферы небес, и совпадающая с направлением шнура отвеса, удерживаемого наблюдателем. Образует точки: зенит (над созерцателем) и надир (под созерцателем).
- Астрономический горизонт - круг сферы небес с наибольшим размером, направленный перпендикулярно вертикальной линии. Создаёт полусферы: видимую (вершина в зените) и невидимую (вершина в надире).
- Вертикал - большой полукруг, который проходит через светило, а у сферы через надир и зенит. Малый круг, с плоскостью параллельной горизонту – альмукантарат.
- Виртуальная прямая, пересекающая мировой центр - ось мира. Даёт мировые полюса (северный и южный).
- Большой круг, плоскость которого расположена перпендикулярно мировой оси, проходящий сквозь центр небес - небесный экватор. Он образует полушария (северное и южное).
- Большому кругу, касающемуся мировых полюсов и звезды, присвоено название круга склонения светила.
- Параллельному экваториальной плоскости малому кругу присвоен термин суточной параллели.
- Точки пересечения экваториальной линии и астрономического горизонта - точки востока и запада. Первым вертикалом именуется высотный полукруг, который проходит сквозь точку, расположенную на востоке.
- Большой круг, имеющий плоскость, касающуюся линии отвеса и мировой оси - небесный меридиан, даёт восточное и западное полушария.
- Прямая, где происходит пересечение плоскостей, принадлежащих небесному меридиану и астрономическому горизонту - полуденная линия. Полуденная линия и небесный меридиан, пересёкшись с астрономическим горизонтом, создают точки севера и юга.
- Большой круг сфероида, на коем наблюдается годовой ход Солнца, назван эклиптикой.
- Местам, где пересеклись, эклиптика и небесный экватор даны названия точек весеннего и осеннего равноденствия. Линия равноденствий - объединяющая равноденственные точки прямая линия. На линии, перпендикулярной равноденственной линии лежат точки летнего и зимнего солнцестояния. Диаметр сферы небес, расположенный перпендикулярно эклиптической плоскости, это - ось эклиптики. Эклиптическая кривая имеет северный и южный полюса.
Рисунок 1. Сфера небес. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Сферические координатные системы
Горизонтальная координатная система. В горизонтальной координатной системе «звания» главных кругов принадлежат астрономическому горизонту и вертикалу, а главным направлением следует считать линию отвеса.
Рисунок 2. Горизонтальная координатная система. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Часть вертикала, проходящая сквозь звезду, есть вертикал светила. Если вертикал в точках $E$ и $W$ пересекает астрономический горизонт то, это - первый вертикал. Дуга звёздного вертикала, которую измерили от горизонтальной плоскости до местоположения объекта - высота звезды ($h$). Альмукантарат звезды - альмукантарат, пересекающий тело звезды ($A$). Для сферического угла точки зенита, заключенного промеж вертикала и наблюдательного меридиана, применяется понятие азимута звезды. Мореходная астрономия имеет три способа азимутного исчисления:
- Круговой, диапазон азимута 0-360º.
- Полукруговой, диапазон азимута 0-180º.
- Четвертной, диапазон азимута 0-90º.
Экваториальная координатная система № 1. Главным направлением в данной системе является мировая ось, главными кругами принято считать экватор небес и наблюдательный меридиан, в качестве вспомогательного круга принимается звёздная параллель.
Рисунок 3. Экваториальная координатная система №1. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
У дуги звёздного меридиана есть определение - склонение звезды $δ$. Исходя из нахождения звезды в том или ином полушарии, склонение может быть северным или южным. Для дуги звёздного меридиана между полюсом и звездой в пределах 0…180° дано наименование - полярное расстояние. Часовым углом светила t называется Сферическому углу, образованному мировым полюсом и наблюдательным меридианом в его полуденной части, дано название часового угла звезды (t).
Экваториальная координатная система № 2. В этой системе положение звезды задаётся с помощью склонения и прямого восхождения (дуги экватора небес от точки весеннего равноденствия до звёздного меридиана, измеряемой в направлении солнечного годового хода).
Рисунок 4. Экваториальная координатная система №2. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Эклиптическая координатная система. У данной системы главное направление - эклиптическая ось, главный круг - эклиптическая земная плоскость и плоскость широтного круга точки весеннего равноденствия. Место звезды устанавливается по астрономическим широтам и долготам. Вращения сферы небес и расположение созерцателя, не влияют на координаты звёзд в этой системе.
Рисунок 5. Эклиптическая координатная система. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Астрономические инструменты мореплавания
Средства контроля времени. Разрешение вопросов навигации на морских судах предполагает наличие на них инструментария для измерения времени. Обслуживание навигации обеспечивают приборы, имеющие точность в диапазоне 0,5-1 с (точное или, так называемое, эталонное время), а эксплуатацию можно обеспечить, имея точность 10-60 с (приблизительное, судовое время). Измеряют и сохраняют точное время с помощью хронометров (механи¬ческих и кварцевых), воспроизведение времени осуществляется за счет палубных часов и секундомеров. Для воспроизведения судового времени имеются судовые часы (механические и электрические).
Звёздный глобус. Это наименование дано прибору, являющемуся макетом сферы небес, и необходимому в приблизительном решении астрономических задач мореплавания.
Звездный глобус применяется в основном для ответа на задачи трёх типов:
- опознание небесного объекта,
- определение высоты и альмукантарата космического тела,
- нахождение времени появления объекта в определённом месте.
Недостатки звёздного глобуса заключены в его определённой громоздкости и затруднённости эксплуатации. Поэтому вместо него, довольно часто, используются бортовые карты неба и опознаватели звезд.
Навигационный секстант. Наименование секстанта носит угломерный прибор, устроенный на основе схемы отражения и служащий для фиксации величин углов между небесным объектом и точкой наблюдения. С помощью секстанта определяются координаты местоположения морских судов. Секстант имеет систему оптики с двумя зеркалами (призмами). Поворот зеркала позволяет увидеть два объекта сразу и, тем самым, определить угол между ними.
