Ночное небо является источником вдохновения для астрономов. Несмотря на то, что современная астрономия получает информацию с помощью больших телескопов и электронных камер, красота ночного неба является причиной того, почему большинство астрономов увлеклись этим предметом. Каждый может поделиться своим опытом. Далеко от любого города или пригороде вы увидите тысячи звезд, разбросанных как драгоценные камни на бархатном фоне. Вы увидите бледную арку Млечного Пути. Вы поймете, какой трепет люди испытывали тысячи лет, когда созерцали ночное небо.
Невооруженным глазом можно увидеть почти 6000 звезд из темного места, наряду с планетами и самыми яркими туманностями. Если взять хороший бинокль, то вы также сможете увидеть множество туманностей и звездных скоплений. С помощью небольшого телескопа можно рассмотреть скопления звезд и увидеть галактики на расстоянии в несколько миллионов световых лет.
Земля вращается с запада на восток, поэтому небо, кажется, вращается над нами с востока на запад. Подъем звезды над горизонтом происходит на востоке и заход на Западе. Все звезды вращаются по концентрическим кругам вокруг неподвижной точки в небе вблизи яркой Полярной звезды. Движения звезд кажутся незаметными с минуты на минуту, но в течение часа или около того вы можете увидеть новые созвездия на Востоке, в то время как другие уходят на Западе. Планеты - яркие объекты, которые не мерцают и меняют свое положение среди звезд от ночи к ночи. Вы даже можете увидеть переходные события в верхней атмосфере, такие как падающие звезды или метеоры.
Хотя мы знаем, что все звезды находятся на разных расстояниях, удобно представить их на небесной сфере, которая вращается над головой. Вы можете ориентироваться, находя Полярную звезду, которая находится в направлении Северного небесного полюса. Северный небесный полюс находится прямо над направлением, которое определяет север на вашем горизонте. Теперь вы можете найти кардинальные точки — Север, Юг, Восток и Запад. Небесный экватор - проекция земного экватора на небе. Если вы находитесь в северном полушарии, вы увидите его в вашем Южном небе. Точка прямо над головой - Зенит, а точка прямо под ногами - Надир.
Вы можете легко измерить приблизительные углы на небе. Угол между Зенитом и горизонтом или между любыми двумя смежными кардинальными точками равен 90°. Ширина кулака на расстоянии вытянутой руки - около 10°. Ширина ногтя большого пальца на вытянутой руке - около 1°, а ширина полной луны - ½°.
Астрономические системы координат
Вы можете найти любой объект на небе с двумя углами. Это прямая аналогия с системой координат земли, где любое место определяется двумя углами широты и долготы.
Горизонтальная система координат
При астрономических наблюдениях удобно определять положение светил по отношению к горизонту. Горизонтальная система координат использует в качестве основного круга истинный горизонт. В этой системе координатами являются высота (h) и азимут (A).
Высота светила - угловое расстояние светила M от истинного горизонта, измеренное вдоль вертикального круга. Высота определяется в градусах, минутах и секундах. Она отсчитывается в пределах от 0 до +90 к зениту, если светило находится в видимой части небесной сферы, и от 0 до -90 к надиру, если светило находится под горизонтом.
Для измерения азимутов за начало отсчета принимается точка юга. Азимут светила - угловое расстояние, измеренное вдоль истинного горизонта, от точки юга до точки пересечения горизонта с вертикальным кругом, проходящим через светило M. Азимут отсчитывается к западу от точки юга в пределах от 0 до 360°.
Горизонтальная система координат используется при топографической съемке, в навигации. Вследствие суточного вращения небесной сферы высота и азимут светила со временем изменяются. Следовательно, горизонтальные координаты имеют определенное значение только для известного момента времени.
Угловое расстояние от зенита до светила, измеренное вдоль вертикального круга, называется зенитным расстоянием (z). Оно отсчитывается в пределах от 0 до +180° к надиру. Высота и зенитное расстояние связаны соотношением:
z + h = 90°.
Экваториальная система координат
Для построения звездных карт и составления звездных каталогов за основной круг небесной сферы удобно принять круг небесного экватора. Небесные координаты, в системе которых основным кругом является небесный экватор, называются экваториальной системой координат. В этой системе координатами служат склонение (δ) и прямое восхождение (α).
Склонение светила - угловое расстояние светила M от небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения. Склонение отсчитывается в пределах от 0 до +90° к Северному полюсу мира и от 0 до -90° к Южному полюсу мира.
За начальную точку отсчета на небесном экваторе принимается точка весеннего равноденствия ♈, где Солнце бывает в день весеннего равноденствия, около 21 марта.
Прямое восхождение светила - угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от точки весеннего равноденствия до точки пересечения небесного экватора с кругом склонения светила. Прямое восхождение отсчитывается в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы, в пределах от 0 до 360° в градусной мере или от 0 до 24 ч в часовой мере.
Для некоторых астрономических задач (связанных с измерением времени) вместо прямого восхождения (α) вводится часовой угол (t). Часовой угол отсчитывается от верхней точки небесного экватора, т. е. той точки, в которой небесный экватор пересекается с небесным меридианом в южной стороне. Таким образом, часовой угол - это угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от верхней точки небесного экватора до круга склонения светила. Отсчитывается часовой угол по направлению видимого суточного вращения небесной сферы, т. е. к западу, подобно азимуту.
Координаты звезд (α, δ) в экваториальной системе координат не связаны с суточным движением небесной сферы и изменяются очень медленно. Поэтому они применяются для составления звездных карт и каталогов. Звездные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесенными на нее объектами в определенной системе координат. Набор звездных карт смежных участков неба, покрывающих все небо или некоторую его часть, называется звездным атласом. В специальных списках звезд, называемых звездными каталогами, указываются координаты их места на небесной сфере, звездная величина и другие параметры. Например, каталог Hubble Guide Star Catalog (GSC) содержит почти 19 млн объектов.
Экваториальная система привязана к земле как система отсчета. Угол объекта выше или ниже небесного экватора называется склонением — измеряется в градусах, угловых минутах и секундах дуги. Склонение положительно к северу от небесного экватора и отрицательно к югу от небесного экватора. Например, предположим, что широта равна + 28° N. Звезда с отклонением +28° пройдет прямо над головой, звезда с отклонением +65° пройдет к северу от Зенита, а звезда с отклонением -21° пройдет по небу к югу от Зенита. Звезды с отклонениями менее -62° (другими словами 28°- 90°) никогда не видны, потому что они никогда не поднимаются над горизонтом. Телескопы должны указывать углы очень точно, чтобы найти слабые объекты. Полное описание склонения может быть +47° 15' 58", или чуть более 47 ¼ градуса к северу от небесного экватора.
Для объекта на небесном экваторе мы можем связать прямое восхождение с углом следующим образом:
• 24 часа полного вращения ночного неба = 360°
• 12 часов между подъемом и установкой звезды = 180°
• 1 час типичный угол между созвездиями = 15°
• 4 минуты, чтобы звезда пересекла 2 диаметра Луны = 1°
• 1 минута для звезды, чтобы пересечь ½ Луны диаметр = ¼°
Телескоп должен "отслеживать" объект; другими словами, чтобы оставаться указывающим на фиксированное прямое восхождение, у него есть двигатели, чтобы переместить его для компенсации движения Земли. Орбитальное движение Земли заставляет солнце двигаться на восток среди звезд. Путь Солнца по небу называется эклиптикой. Каждый день солнце движется примерно на 1° (вдвое больше его углового диаметра) на восток вдоль эклиптики. Каждую ночь в определенное время созвездия видны примерно на 1° дальше на запад. Другими словами, звезды появляются на небе на 4 минуты раньше каждую ночь. 21 марта солнце находится на прямом восхождении 0h, а звезды на прямом восхождении 12h над головой в полночь. 21 сентября солнце находится на прямом восхождении 12 часов, а звезды на прямом восхождении 0 часов над головой в полночь. Таким образом, Вы можете видеть различные наборы созвездий, когда Земля проносится по орбите вокруг Солнца.
 |
 |
 |
Большинство звездных карт показывают небесный экватор с прямым восхождением, отмеченным в часах. Эклиптика - это путь, по которому следует Солнце, поэтому она определяет плоскость орбиты Земля - Солнце. Поскольку Солнечная система находится почти в плоскости, все планеты могут быть найдены в пределах нескольких градусов эклиптики. Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн видны на невооруженным глазом. Уран и Нептун видны в бинокль. Вам понадобится небольшой телескоп (и темное место), чтобы увидеть Плутон. Небесный экватор и эклиптика пересекаются с углом 23,5°, потому что это наклон земной оси, когда она вращается вокруг Солнца. Планеты движутся среди звезд от ночи к ночи. Меркурий и Венера находятся внутри орбиты Земли, поэтому они никогда не появляются далеко от Солнца. Внешние планеты могут быть найдены где угодно вдоль эклиптики.
Наблюдатели в северных широтах видят определенный набор созвездий; другие созвездия видны только в Южном полушарии. Когда вы смотрите на небо, вам придется использовать свое воображение! Созвездия вдоль эклиптики включают двенадцать знаков зодиака. Они всегда были самыми известными из 88 созвездий, на которые разделено современное небо.
