В небесной, иначе сферической астрономии, изучается расположение и наблюдаемый ход звёзд по небесной сфере.
Сферическая астрономия использует при расчётах небесных координат сферическую тригонометрию и небесную механику.
Определение сферы небес
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, причем 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.
У всех светящихся объектов на небесной сфере имеется точка, через которую проходит луч, соединяющий центры сферы и небесного тела. Изучение расположения и хода звёзд осуществляется в сферических координатах.
Представление о сфере небес появилось в глубине веков, основой его стало визуальное восприятие куполообразной формы небосвода. Это восприятие возникает в результате того, что расстояние до всех звёзд оценивается земным наблюдателем как равное.
Рисунок 1. Древнее восприятие сферы небес. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Части сферы небес
Отвесная линия. Линия, пересекающая центральную точку сферы небес и сонаправленная с отвешенной вертикалью, исходящей из точки расположения созерцателя, носит название отвесной (вертикальной) линии. Пересечение ею поверхности сфероида в паре точек, даёт: зенит (над созерцателем) и надир (под созерцателем).
Круг сферы небес с наибольшим размером, направленный перпендикулярно вертикальной линии, именуется истинным (астрономическим, иначе математическим) горизонтом. Он разделяет поверхность небесного сфероида на две полусферы: видимую (с вершиной в зените) и невидимую (с вершиной в надире).
Большому полукругу, который проходит через объект, а у сферы через надир и зенит, дано наименование вертикала (круга высоты) звезды. Для малого круга, с плоскостью параллельной горизонту, название пришло от средневековых арабов – альмукантарат, что означает круг равных высот.
Виртуальная прямая, пересекающая мировой центр (воображаемая ось относительно коей происходит вращения сферы небес) именуется осью мира. Пересечение этой оси со сфероидом небес, дает мировые полюса (северный и южный).
Большой круг, проходящий сквозь центр небес в плоскости, расположенной перпендикулярно мировой оси, получил название небесного экватора, делящего сферу небес на 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.
Вышеперечисленные термины относятся к суточному обращению сферы небес.
Пересечение экваториальной линии и астрономического горизонта происходит в точках, которые названы точками востока и запада. Первым вертикалом именуется высотный полукруг, который проходит сквозь точку, расположенную на востоке.
Большой круг, плоскость которого касается линии отвеса и мировой оси, есть небесный меридиан, им осуществляется деление небесного сфероида на 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.
Данные понятия - комбинация терминов, относимых к вертикальной линии и обращению сферы небес.
Далее приводим термины, относимые к годовому ходу Солнца.
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 – это 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 2. Элементы небесной сферы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Небесная механика
Небесная механика. Является областью астрономии, которая использует правила классической механики при исследовании и расчёте хода небесных объектов (в основном солнечной системы) и событий взаимосвязанных с этим движением.
Для небесной механики характерно её подчинение законам Ньютона и Кеплера.
Законы Ньютона:
- Закон инерции. Данный закон утверждает, что в перемещающейся с нулевым ускорением системе координат, при отсутствии внешнего воздействия, все объекты остаются в покое или имеют прямолинейный и равномерный ход.
- Закон силы. Под воздействием силы приложенной к объекту, он осуществляет ускоренное движение, при большей силе большее ускорение.
- Закон противодействия. По этому закону, взаимодействие тел происходит силами одинаковыми по модулю, но имеющими разную направленность.
Законы Кеплера:
- Закон №1. Для планет, характерная траектория движения - замкнутая кривая в форме эллипса. При этом, нахождение Солнца – это тот или иной фокус эллипса. У каждой орбиты есть два фокуса - это пара точек внутри эллиптической орбиты, расположенных на постоянных расстояниях от неё.
- Закон №2. Скоростям планет большие значения присущи тогда, когда они располагаются на минимальной дистанции от Солнца, и меньшие значения тогда, когда они располагаются на максимуме расстояния (солнечный перигелий и афелий).
- Закон №3. Гласит, что у возведённого в квадрат периода полного прохождения орбиты существует прямая пропорциональность с полуосью орбиты в кубе.
Сферическая тригонометрия
Область тригонометрической науки в коей происходит изучение взаимозависимости между угловыми величинами и размерами сторон геометрических фигур, именуемых сферическими треугольниками, называется сферической тригонометрией.
«Отцом основателем» данного тригонометрического раздела принято считать древнегреческого учёного (астронома и математика) Гиппарха. Заметная роль в развитии сферической тригонометрии принадлежит учёным античного времени: Клавдию Птолемею и Менелаю Александрийскому.
Оформление сферической тригонометрии в отдельную научную область осуществилось с появлением математических трудов, принадлежавших перу учёных средневековья магометанского вероисповедания. Здесь можно выделить тех, кто привнёс максимальную лепту в формирование поступательного движения сферической тригонометрии: Ибн Ирак, Сабит ибн Корра, Абу-л-Вафа, Кушьяр ибн Лаббан, и др. Они ввели главные математические операторы, изложено и подтверждено доказательство сферической теорема синусов и сделан ряд прочих открытий
Дальнейшее развитие сферической тригонометрии относится к работам известнейших светил науки: Региомонтана, Мавролико, Коперника.
