Презентація на тему:
Небесна сфера. Зоряний та сонячний час. Рух Місяця

«Астрономія корисна, тому що вона підносить нас над нами самими; вона корисна, тому що вона велична; вона корисна, тому що вона прекрасна.» Анрі Пуанкаре

Небесна сфера. Зоряний та сонячний час. Рух Місяця

Небесна сфера

Небе сна сфе ра — уявна сфера, що оточує Землю, на якій, як здається, лежать небесні тіла. Розташування небесних тіл, таких як зірки, планети і галактики, визначається за їх координатами на небесній сфері. Еквіваленти широти і довготи на небесній сфері (в другій екваторіальній системі координат) називаються схиленням (вимірюється у градусах від +90° до -90°) та прямим сходженням (вимірюється в годинах від 0 до 24). Небесні полюси лежать строго над полюсами Землі, а небесний екватор знаходиться над земним екватором. Для земного спостерігача вважається, що небесна сфера обертається навколо Землі. Насправді є результатом обертання Землі навколо своєї осі.

Уявлення про небесну сферу виникло в глибокій давнині; у основу його лягло враження про існування куполоподібного небосхилу. Це враження пов'язане з тим, що в результаті величезної віддаленості небесних світил людське око не в змозі оцінити відмінності у відстанях до них, і вони уявляються однаково віддаленими. У стародавніх народів це асоціювалося з наявністю реальної сфери, що обмежує весь світ і несе на своїй поверхні зорі, Місяць та Сонце. Таким чином, в їх уявленні небесна сфера була найважливішим елементом Всесвіту. З розвитком наукових знань такий погляд на небесну сферу відпав. Проте закладена в давнину геометрія небесної сфери в результаті розвитку і вдосконалення отримала сучасний вигляд, в якому і використовується в астрометрії.

Назви найважливіших точок і дуг на небесній сфері

Z - зеніт, Z' - надир, Р, Р' - полюси світу, РР' - вісь світу, W -захід, E - схід Прямовисна лінія — пряма, що проходить через центр небесної сфери і збігається з напрямом нитки виска (вертикалі) в місці спостереження. Для спостерігача, що знаходиться на поверхні Землі, прямовисна лінія проходить через центр Землі та точку спостереження. Зеніт і надир Прямовисна лінія перетинається з поверхнею небесної сфери в двох точках — зеніті, над головою спостерігача, і надирі — діаметрально протилежній точці. Математичний горизонт Математичний горизонт — великий круг небесної сфери, площина якого перпендикулярна до прямовисної лінії. Математичний горизонт ділить поверхню небесної сфери на дві половини: видиму для спостерігача, з вершиною в зеніті, і невидиму, з вершиной в надирі.. Прямовисна лінія (або вертикальна лінія)

Вісь світу  Вісь світу — діаметр, навколо якого відбувається обертання небесної сфери. Полюси світу  Вісь світу перетинається з поверхнею небесної сфери в двох точках — північному полюсі світу і південному полюсі світу. Північним полюсом називається той, з боку якого обертання небесної сфери відбувається за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на сферу ззовні. Якщо дивитися на небесну сферу зсередини, (що ми зазвичай і робимо, спостерігаючи зоряне небо), то в околиці північного полюса світу її обертання відбувається проти годинникової стрілки, а в околиці південного полюса світу —- за годинниковою стрілкою.

Небесний екватор  Небесний екватор — великий круг небесної сфери, площина якого перпендикулярна осі світу. Є проекцією земного екватора на небесну сферу. Небесний екватор поділяє поверхню небесної сфери на дві півкулі: північну півкулю, з вершиною в північному полюсі світу, та південну півкулю, з вершиною в південному полюсі світу. Точки сходу і заходу  Небесний екватор перетинається з математичним горизонтом в двох точках: точці сходу і точці заходу. Точкою сходу називається та, в якої точки небесної сфери, що обертається, перетинають математичний горизонт, переходячи з невидимої півсфери у видиму.

Небесний меридіан  Небесний меридіан — великий круг небесної сфери, площина якого проходить через прямовисну лінію і вісь світу. Небесний меридіан поділяє поверхню небесної сфери на дві півкулі — східну півкулю, з вершиною в точці сходу, і західну півкулю, з вершиною в точці заходу. Полуденна лінія Полуденна лінія — лінія перетину площини небесного меридіана і площини математичного горизонт  Екліптика  Екліптика — великий круг небесної сфери, перетин небесної сфери і площини орбіти системи Земля — Місяць. З великою точністю екліптикою здійснюється видимий річний рух Сонця по небесній сфері. Площина екліптики перетинається з площиною небесного екватора під кутом ε = 23°26'.

Часовий пояс Часові пояси земної кулі.

  Часови й по яс — частина поверхні земної кулі, на якій прийнятий один стандартний час, який ще часто називають місцевим часом. Для зручності відліку поточного часу вся територія земної кулі поділена на 24 часові пояси шириною в середньому 15°. В межах кожного такого поясу встановлюється свій єдиний поясний час. Поділ на часові пояси  Точкою відліку для часових поясів є нульовий (гринвіцький) меридіан, який проходить через Королівську Гринвіцьку обсерваторію в Гринвічі, Великобританія.Різниця між номерами часових поясів відповідає різниці в часі між цими поясами. Тобто при переході з одного часового поясу в інший значення хвилин і секунд (часу) зберігається, змінюється лише значення годин. Але існують деякі райони, в яких місцевий час відрізняється від універсального не тільки на цілу кількість годин, але й додатково на 30, 40 чи 45 хв.  

На Північному і Південному полюсах меридіани сходяться в одній точці, тому там поняття часових поясів втрачає зміст. За традицією, яка склалася, вважається, що час на полюсах відповідає універсальному часу.  Теоретично, всі часові пояси земної кулі повинні обмежуватися прямими лініями, які проходять на 7,5° на схід і захід від середнього меридіану кожного поясу, але для збереження єдиного часу на території однієї адміністративної одиниці їх межі часто зміщені відносно загальноприйнятих. 

На суші кордони часових поясів ідуть не по меридіанах, а по близьких до них державних кордонах різних країн. Для великих за розмірами країн, які потрапляють до декількох часових поясів, кордон між цими поясами проходить, зазвичай, по кордонах внутрішнього адміністративно-територіального поділу цих країн.

Зоряний час — тривалість, яка визначається періодом обертання Землі навколо своєї осі відносно зірок

Сидери чний рік (від лат. sidus(sideris) — небесне світило, зоря) або зоряний рік - проміжок часу між двома послідовними проходженнями центром сонячного диску одного й того ж (щодо зірок) місця на небесній сфері (екліптиці). Т* ~ 365,256360 сонячних діб ~ 365 діб 6 год 9 хв 9,5 с.   Сидеричний рік дорівнює періоду обертання Землі навколо Сонця (щодо зірок). Слід зауважити, що основою для календарів зазвичай є тропічний рік, який через прецесію земної осі коротший від сидеричного року приблизно на 20 хвилин. 

Сонячний час

Сонячний час — система відліку часу, в якій як основна одиниця прийнятий інтервал (сонячна доба) між двома послідовними верхніми (або нижніми) кульмінаціями Сонця.   Істинний сонячний час вимірюється часовим кутом центра Сонця. Внаслідок нерівномірності видимого річного руху Сонця по екліптиці і нахилу екліптики до екватора істинний сонячний час вимірюється не рівномірно, внаслідок чого не зручний для практичного життя. Для усунення цього недоліку вводиться так зване середнє Сонце — фіктивна точка, що на протязі року рухається рівномірно по екватору і здійснююча відносно точки весняного сонцестояння одне обернення за той же час, що і істинне Сонце, яке рухається нерівномірно по екліптиці.

Система відліку часу, основана на середньому Сонці називається середнім сонячним часом, а інтервал часу між двома послідовними одноіменними його кульмінаціями — середньою сонячною добою, які поділяються на середні сонячні години, хвилини і секунди.   Середній сонячний час вимірюється часовим кутом середнього Сонця. Різниця між середнім і істинним сонячним часом називається рівнянням часу.

Тропічний рік (T) — проміжок часу між двома послідовними проходженнями центра Сонячного диска через точку весняного рівнодення. Тропічний рік є основною календарною одиницею часу.   Через прецесію, яка змушує точку весняного рівнодення рухатися назустріч Сонцю на 50,26" щороку, тропічний рік виявляється коротшим від зоряного Т* на 20 хв 24 с. В результаті багаторічних спостережень встановлено, що тривалість тропічного року Т = 365,24220d = 365 діб 5 год 48 хв 46 с.

  Наприклад, в астрономії — повільне обертання земної осі. Вісь цього конуса перпендикулярна до площини земної орбіти, а кут між віссю й твірною конуса дорівнює приблизно 23°5'. Період прецесії дорівнює 25780 років (Платонівський рік). Внаслідок прецесії точка весняного рівнодення рухається по екліптиці назустріч удаваному річному рухові Сонця (випередження рівнодення), долаючи 50,24" на рік, полюси світу зміщуються між зірками, екваторіальні координати зірок постійно змінюються.  Одночасно з прецесійним рухом земна вісь зазнає невеликих нутаційних коливань із періодом 18,6 років та амплітудою 18,42".

— момент часу, у який центр сонячного диску у своєму видимому русі екліптикою перетинає небесний екватор. У дні рівнодення тривал ість дня на всій Землі, крім районів земних полюсів, майже дорівнює тривалості ночі. «Майже», тому що початок дня визначають за появою над горизонтом краю сонячного диску (а не його центру). Внаслідок значного кутового діаметра Сонця та рефракції тривалість дня навіть у рівнодення буде на кілька хвилин більшою за 12 годин, а тривалість ночі, відповідно, меншою. Точка, в якій центр Сонця перетинає екватор під час руху з південної півкулі до північної, називається точкою весняного рівнодення, протилежна — то чкою осіннього рівнодення. Внаслідок того, що тропічний рік (проміжок часу між двома послідовними проходженнями Сонця через ту саму точку рівнодення) не збігається із тривалістю календарного року, моменти рівнодення рік у рік зсуваються відносно початку ка лендарної доби. Моменти рівнодення наступають у простий рік на 5 год 48 хв 46 сек пізніше, ніж у попередній, а у високосний — на 18 год 11 хв 14 сек раніше; тому моменти рівнодення можуть припадати на дві сусідні календарні дати. У наш час (початок 21 ст.) Сонце проходить точку весняного рівнодення 20 або 21 березня за Грінвічем (цей момент — або 23 вересня (початок астрономічної осені в Північній півкулі).

Сонцестояння — момент часу, у який центр Сонця проходить або через найпівнічнішу точку екліптики, що має схилення +23° 27' (точка літнього сонцестояння), або через найпівденнішу її точку, що має схилення - 23° 27' (точка зимового сонцестояння). У році два сонцестояння - зимове й літнє. У північній півкулі зимове сонцестояння відбувається 21 або 22 грудня, і тоді спостерігається найкоротший день (і найдовша ніч), а літнє - 20 або 21 червня, і тоді спостерігається найкоротша ніч (і найдовший день). У південній півкулі на зазначені дати припадають, відповідно, літнє й зимове сонцестояння. У середніх широтах, протягом року навесні й на початку літа, Сонце щодня підіймається усе вище над обрієм, а в момент літнього сонцестояння зупиняється й змінює свій рух на зворотній. Потім воно щодня опускається усе нижче й зрештою, у момент зимового сонцестояння, знову змінює свій рух на зворотній й починає підійматися.

У моменти сонцестоянь Сонце у своєму видимому русі по екліптиці найбільше віддаляється від небесного екватору і досягає найбільшого схилення, північного або південного. Кількість відбитої сонячної радіації при сонцестояннях у грудні (зверху) та червні (знизу) Внаслідок того, що проміжок часу між двома послідовними проходженнями Сонця через ту саму точку сонцестояння не збігається із тривалістю календарного року, моменти сонцестояння рік у рік зміщуються відносно початку календарної доби. Моменти сонцестояння наступають у простий рік на 5 годин 48 хвилини 46 секунд пізніше, ніж у попередній, а у високосний -на 18 годин 11 хвилин 14 секунд раніше; тому моменти сонцестояння можуть припадати на дві сусідні календарні дати.

Літнє сонцестояння, коли Сонце має найбільше північне відмінювання, настає в середньому 21 червня. Цей день уважається початком астрономічного літа - Сонце вступає до знаку Рака. Зимове сонцестояння, при найбільшому південному схиленні Сонця, настає 22 грудня й уважається початком астрономічної зими - Сонце вступає до знаку Козорога. Протягом декількох сусідніх днів сонцестояння Сонце майже не змінює схилення, його полуденні висоти в небі майже незмінні; звідси й походить сама назва сонцестояння. Зі спостережень висот Сонця біля епох обох сонцестоянь виводиться величина нахилу площини екліптики до площини екватора.

Зодіакальні сузір'я

Знаки Зодіаку не є тотожним терміном до зодіакальних сузір’їв.  До зодіакальних сузір'їв належать Овен, Телець, Близнята, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон, Стрілець, Козоріг, Водолій, Риби.  Важливо розрізняти знаки зодіаку від сузір'їв, пов'язаних з ними, але не тільки через їх віддалення їх один від одного з причини прецесії рівнодень, а ще й тому, що сузір'я різноманітні за формою та розміром і займають різну ширину екліптики. Наприклад, сузір'я Діви займає в п'ять разів більше екліптичної довготи, ніж сузір'я Скорпіона. Знаки зодіаку, з іншого боку, абстраговані від сузір'їв, і становлять рівно одну дванадцяту частину від повного кола кожен, тобто 30°-ий сектор, або ж шлях, пройдений Сонцем приблизно за 30,4 днів.

Межі нинішніх сузір'їв було визначено 1930 року Міжнародним астрономічним союзом. Власне екліптика проходить через ще одне (тринадцяте) сузір'я Змієносця, розташоване між Скорпіоном і Стрільцем, на що також вказано в Альмагесті Птолемея. Сонце проходить через сузір'я Змієносця в період 30 листопада — 17 грудня. До знаків зодіаку згідно традиційних астрологічних шкіл сузір'я Змієносець не має стосунку.

Карта зоряного неба або Атлас зоряного неба — проекція небесної сфери на площину. На карті вказується положення зірок, сузір'їв та інших астрономічних об'єктів. Зараз такі карти використовується для наведення телескопа у потрібну ділянку неба, для відшукання об'єктів за їхніми координатами тощо. Розрізняють графічні та фотографічні зоряні карти. У 1922 році зібрання астрономів усього світу «поділило» небо на 88 сузір'їв і провело між ними чіткі межі.

Перші зображення, які можна вважати прообразами карт зоряного неба люди почали робити ще в палеоліті

Рух Місяця. Сонячні і місячні затмнення

Фази Місяця. Місяць рухається навколо Землі в той самий бік, у який Земля обертається навколо своєї осі. Відображенням цього руху, як ми знаємо, є видиме переміщення Місяця на фоні зір назустріч обертанню неба. Щодоби Місяць зміщується на схід відносно зір приблизно на 13 °, а через 27,3 доби повертається до тих самих зір, описавши на небесній сфері повне коло.

Період обертання Місяця навколо Землі відносно зір (в інерціальній системі відліку) називається зоряним, або сидеричним (від лат. зісіиз — зоря) місяцем. Він становить 27,3 доби. Видимий рух Місяця супроводиться неперервною зміною його вигляду — зміною фаз. Відбувається це тому, що Місяць займає різні положення відносно Землі і Сонця, яке його освітлює. Схему, що пояснює зміну фаз Місяця, подано на малюнку 1. Коли нам видно Місяць як вузький серп, інша частина його диска також злегка світиться. Це явище називається попелястим світлом і пояснюється тим, що Земля освітлює нічний бік Місяця відбитим сонячним світлом.

Мал.1. Зміна місячних фаз (сонячної промені падають зліва, вгорі зображені місячні фази, видимі із Землі)

Місячні і сонячні затемнення. Земля і Місяць, освітлені Сонцем (мал. 3), відкидають конуси тіні (що сходяться) і конуси півтіні (що розходяться). Коли Місяць потрапляє в тінь Землі повністю або частково, настає повне або часткове затемнення Місяця. Із Землі його видно одночасно скрізь, де Місяць над горизонтом. Фаза повного затемнення Місяця триває, поки він не почне виходити із земної тіні, і може тривати до 1 год 40 хв.

Сонячні промені, заломлюючись в атмосфері Землі, потрапляють у конус земної тіні. При цьому атмосфера дуже поглинає голубі й сусідні з ними промені (згадайте спектр), а пропускає всередину конуса переважно червоні промені, які поглинаються слабше.

Ось чому Місяць при великій фазі затемнення забарвлюється в червонуватий колір, а не зникає зовсім. У давнину затемнення Місяця боялися як страшного передвістя, гадали, що «місяць обливається кров'ю». Місячні затемнення бувають до трьох разів на рік з майже піврічними проміжками між ними і, звичайно, тільки в повний місяць.

Переміщення плями місячної тіні по Землі

Сонячне затемнення як повне видно лише там, де на Землю падає пляма місячної тіні. Діаметр плями не перевищує 250 км, тому одночасно повне затемнення Сонця видно тільки на малій ділянці Землі. Коли Місяць переміщується по своїй орбіті, його тінь рухається по Землі із заходу на схід, викреслюючи послідовно вузьку смугу повного затемнення

Послідовно вузька смуга повного затемнення

На основі точного знання законів руху Землі і Місяця обчислено на сотні років уперед моменти затемнень і те, де і як їх буде видно. Складено карти, на яких показано смугу повного затемнення, лінії (ізофази), де затемнення буде видно в однаковій фазі, і лінії, відносно яких для кожної місцевості можна обчислити моменти початку, кінця й середини затемнення.

Сонячних затемнень на рік для Землі може бути від двох до п'яти, в останньому випадку неодмінно часткових. У середньому в одному й тому самому місці повне сонячне затемнення буває видно надзвичайно рідко — тільки один раз у 200—300 років. Особливий інтерес для науки становлять повні затемнення Сонця, які раніше наганяли забобонний жах на марновірних людей, їх вважали передвісниками війни, кінця світу.

Дякую за увагу. Презентацію підготував: Шипош Антон