Схилення, пряме сходження

В астрономії відомі кілька систем небесних координат — горизонтальна, перша і друга екваторіальні. Для визначення координат зір найчастіше застосовують другу екваторіальну систему координат. Вона має дві координати (мал. 3):

Схилення δ – кутова відстань світила від небесного екватора. Воно змінюється в межах ± 90° і вважається додатним на північ від екватора і від'ємним на південь.

Пряме сходження а відлічують по дузі небесного екватора від точки весняного рівнодення X проти годинникової стрілки, якщо дивитися з Північного полюса.

Воно змінюється в межах від 0° до 360° і називаються так тому, що зорі на небесному екваторі сходять(і заходять) у порядку зростання їх прямого сходження. Оскільки це явище пов’язано з обертанням Землі, то пряме сходження прийнято виражати не в градусах, а в одиницях часу. 360° – це 24год, 15° – 1год, 1° – 4хв, 15'– 1хв, 15"– 1с.

Y – позначення точки весняного рівнодення, знак сузір'я Овен. Внаслідок прецесійного руху осі обертання Землі (період 26 000 років) точка весняного рівнодення в наш час змістилась із сузір'я Овен у сузір'я Риби, а, приблизно, через 600 років зайде в сузір'я Водолія.

Визначення географічної широти за астрономічними спостереженнями.

Кутова відстань полюса світу від горизонту дорівнює географічній широті місцевості h_p=φ.

Для північної півкулі полюс світу майже збігається з Полярною зіркою. Щоб визначити географічну широту місцевості, досить виміряти висоту Полярної зірки над горизонтом.

Добовий рух світил на різних широтах

Із зміною географічної широти місця спостереження змінюється орієнтація осі обертання небесної сфери відносно горизонту.

На полюсі Землі полюс світу знаходиться в зеніті, і зорі рухаються по колах, паралельних горизонту (мал. 4а). Тут зорі не заходять і не сходять, їх висота над горизонтом незмінна.

На середніх географічних широтах зорі сходять і заходять, але є йтакі, що ніколи не опускаються під горизонт (мал. 4б). Якщо схилення світила δ > 90° φ, то воно перебуває над горизонтом цілодобово (не заходить). Якщо δ < –(90° –φ), то світило над горизонтом взагалі не з'являється (не сходить).

Так, навколо полярні сузір'я на географічних широтах України ніколи не заходять. Сузір'я, розташовані далі від Північного полюса світу, ненадовго показуються над горизонтом, а сузір'я, які лежать біля Південного полюса світу, не сходять.

На земному екваторі, якби вдень не заважало Сонце, за добу можна було б побачити сузір'я всього зоряного неба (мал. 4в).

Висота світил у кульмінації

Полюс світу при обертанні Землі навколо осі займає незмінне положення над горизонтом на даній широті. Зорі за добу описують над горизонтом навколо осі світу кола, паралельні небесному екватору. При цьому кожне світило за добу двічі перетинає небесний меридіан.

Явища проходження світил через небесний меридіан називається кульмінаціями. У верхній кульмінації висота світила максимальна, у нижній – мінімальна. Проміжок часу між кульмінаціями дорівнює половині доби.

У світила М, яке на даній широті не заходить, видно обидві кульмінації (рис.4б). У зір, які сходять і заходять (Ml, M2), нижня кульмінація відбудеться під горизонтом. У світил, що не сходять, обидві кульмінації невидимі.

Момент верхньої кульмінації центра Сонця називається справжнім полуднем, а момент нижньої кульмінації – справжньою північчю. Висота світила у верхній кульмінації

h=90⁰ –φ+δ

де φ – широта місцевості, δ – схилення зорі.

Географічну широту можна визначити, вимірюючи висоту будь-якого світила з відомим схиленням у верхній кульмінації. При цьому слід враховувати, що коли світило в момент кульмінації знаходиться на південь від екватора, то його схилення від'ємне.

4. Екліптика. Видимий рух Сонця і Місяця Екліптика, характерні точки

У даній місцевості кожна зоря кульмінує завжди на одній висоті. Внаслідок обертання Землі навколо Сонця і Місяця навколо Землі висоти кульмінації Сонця і Місяця змінюються щодоби. Отже, їх положення відносно зір (схилення) змінюється.

Екліптика — велике коло, по якому рухається на небі Сонце протягом року відносно зір. Цей видимий рух Сонця обумовлений рухом Землі по орбіті (мал. 5).

Рухаючись по екліптиці, Сонце двічі на рік буває на небесному екваторі у так званих точках рівнодення. Точка весняного рівнодення Y – точка перетину екліптики Сонця і небесного екватору східній півкулі (21 березня – день весняного рівнодення). Точка осіннього рівноденняΩ – точка перетину екліптики і небесного екватора в західній півкулі (23 вересня – день осіннього рівнодення).

У днірівнодення шлях Сонця над горизонтом дорівнює його шляху під горизонтом, отже, тривалість дня і ночі однакові (рис. 6). Схилення Сонця δ = 0.

Площина, яка проходить через екліптику, називається площиною екліптики. Площина екліптики перетинає площину екватора під кутом ε = 23,5°.

В день літнього сонцестояння (22 червня) Сонце знаходиться найдалі від небесного екватора в бік північного полюса світу. Його схилення δ_л = 23,5°. Його висота у верхній кульмінації найбільша. Опівдні для північної півкулі Землі Сонце знаходиться найвище над горизонтом, день найдовший.

Полуденна висота Сонця в Києві в цей день

h_л = 90° – φ + δ = 90° – 50,5° + 23,5° = 63°.

У день зимового сонцестояння (22 грудня) Сонце знаходиться найдалі від небесного екватора в бік південного полюса світу. Його схилення δ₃ = –23,5°. Висота Сонця у верхній кульмінації найменша, і день найкоротший.

Полуденна висота Сонця у Києві в день зимового сонцестояння

h₃ = 90° – φ + δ = 90° – 50,5° – 23,5° = 16°.

Зодіакальні сузір'я

Рухаючись разом із Землею по орбіті протягом року, ми спостерігаємо Сонце на небі у різних напрямках на тлі різних сузір'їв. Якщо кожного дня позначати положення центра Сонця відносно далеких зір, то можна отримати велике коло небесної сфери, яке називають екліптикою. Річний шлях Сонця на небі вздовж екліптики пролягає через сузір'я, які здавна мають назву зодіакальних (від грецького слова «зоон» – тварина), а їх сукупність називається поясом Зодіаку. Астрономи Давнього Вавилону поділили екліптику на дванадцять рівних відрізків по 30°, кожний з яких отримав назву того сузір'я, в межах якого він знаходиться. Знак Зодіаку – це знак того зодіакального сузір'я, під яким народжується людина.

Кожне з 12 сузір'їв Сонце проходить орієнтовно за місяць. Точка весняного рівнодення Y лежить у сузір'ї Риб. Знаки Зодіаку відлічуються уздовж екліптики на схід від точки Y. Першим є знак Овна (21 березня – 21 квітня), другим – знак Тельця (22 квітня – 21 травня) і так далі.

Насправді Сонце за рік проходить через 13 сузір'їв, перебуваючи в них різний час. Термін перебування Сонця в цих сузір'ях не збігається з датами, наведеними в гороскопах.

З 1 по 18 грудня Сонце перебуває в сузір'ї Змієносця, яке до зодіакальних не входить. Якщо ви бажаєте дізнатись, під яким сузір'ям народились, подивіться в таблицю.

Рух Сонця через Зодіакальні сузір'я

Сузір'я	Тривалість перебування Сонця в сузір'ї
Стрілець	19грудня – 19 січня
Козерог	20 січня – 16 лютого
Водолій	17 лютого – 12 березня
Риби	13 березня – 18 квітня
Овен	19 квітня – 14 травня
Телець	15 травня – 21 червня
Близнята	22 червня – 20 липня
Рак	21 липня – 11 серпня
Лев	12 серпня – 17 вересня
Діва	18 вересня – 31 жовтня
Терези	1 листопада – 22 листопада
Скорпіон	23 листопада – 30 листопада
Змієносець	1грудня – 18 грудня

Видимий рух Місяця

Місяць рухається навколо Землі в той самий бік, в який Земля обертається навколо своєї осі. Результат цього руху – видиме переміщення Місяця на тлі зір назустріч обертанню небесної сфери. Щодоби Місяць зміщується на схід відносно зір орієнтовно на 13°, а через 27,3 доби описує повне коло на небесній сфері.

Період обертання Місяця навколо Землі відносно зір називається зоряним або сидеричним місяцем (від лат. sidus – зоря). Він становить 27,3 доби.

Фази Місяця – зміна зовнішнього вигляду Місяця для спостерігача на Землі. Відбувається це тому, що Місяць займає різні положення відносно Землі і Сонця, яке його освітлює. Вирізняють чотири найголовніші фази: новий Місяць, перша чверть, повний Місяць (повня), третя чверть.

Синодичний місяць – проміжок часу між двома послідовними однаковими фазами Місяця. Він дорівнює 29, 5 доби.

Період обертання Місяця навколо осі дорівнює періоду обертання його навколо Землі. Тому ми бачимо завжди тільки одну півкулю Місяця.

Сонячна доба на Місяці дорівнює синодичному періоду – близько 2 земних тижні день і2 земних тижні ніч.

5. Сонячні та місячні затемнення

Сонячне затемнення відбувається тоді, коли тінь від Місяця потрапляє на поверхню Землі (мал. 7). Розрізняють 3 типи сонячного затемнення: повне, часткове, кільцеподібне.

Повне сонячне затемнення видно лише для спостерігача, який знаходиться всередині плями місячної тіні. Діаметр цієї плями на поверхні Землі не перевищує 250км. Там, де на Землю падає півтінь Місяця, спостерігається часткове затемнення Сонця.

Повне затемнення Сонця триває не більше 7,5 хвилин, разом з частковими фазами може тривати більше двох годин.

Сонячних затемнень на рік для Землі може бути від двох до п'яти, в останньому випадку часткових. В одному конкретному місці Землі повне сонячне затемнення трапляється один раз у 200 – 300 років.

Затемнення Сонця можуть відбуватися тільки у фазі нового Місяця.

Місячне затемнення відбувається тоді, коли Місяць потрапляє в тінь Землі (мал. 8). Місячне затемнення видно на всій нічній півкулі Землі і для всіх точок цієї півкулі воно починається і закінчується водночас.

Мал. 8. Схема місячного затемнення

Фаза повного затемнення триває до 1год 40хв, а все місячне затемнення – більше 3годин.

Місячні затемнення можуть відбуватися тільки у фазі повного місяця, бувають 2–3 рази на рік, а можуть і зовсім не бути.

Якби площина місячної орбіти збігалася з площиною екліптики, кожного молодика відбувалося б сонячне, а кожного повного місяця – місячне затемнення. Але ці площини перетинаються під кутом 5°9', точки перетину називаються вузлами місячної орбіти. Тому Місяць проходить або вище, або нижче від площини екліптики, і затемнень не буває.

Затемнення можливі, коли повний місяць і молодик перебувають поблизу одного з вузлів своєї орбіти, недалеко від екліптики.

Сарос – проміжок часу, через який повторюється послідовність сонячних і місячних затемнень. Сарос становить 18 років 10,3 (або 11,3) доби (залежно від кількості високосних років в періоді).

Впродовж кожного саросу буває 43 сонячних і 25–29 місячних затемнень. На певній географічній широті те ж затемнення повторюється через 3 сароси.

Запитання для самоконтролю:

1. Що таке сузір'я і скільки їх налічується на небі Землі?

2. Що таке видима зоряна величина?

3. Що таке небесна сфера? Назвіть основні точки і лінії небесної сфери.

4. Які системи небесних координат вам відомі?

5. Дайте визначення координат другої екваторіальної системи.

6. Як за виглядом зоряного неба і його обертанням встановити, що ви прибули на Північний полюс Землі?

7. Чим відрізняється добовий рух зір для спостерігача, що знаходиться на екваторі і в середніх широтах?

ЛЕКЦІЯ №5

Тема.

Визначення відстаней і розмірів тіл у сонячній системі. Час і календар Видимий рух планет. Закони Кеплера.

План лекції.

1. Визначення відстаней і розмірів тіл у сонячній системі

2. Час і календар

3. Зоряний та сонячний час

4. Геліоцентрична система. Конфігурація планет.

5. Закони Кеплера. Геліоцентрична система світу

Література. Л4 (ст.19–25); Л5 (ст.21–23; ст.27–29; ст.42–49)

1. Визначення відстаней до небесних світил

Відстані до небесних світил можна визначити за допомогою радіолокації і подати їх в кілометрах, або в радіусах Землі (відстань від Землі до Місяця дорівнює 60 радіусам Землі ), або в астрономічних одиницях (від Землі до Сонця 1а.о.).

Геометричний спосіб визначення відстаней ґрунтується на явищі паралактичного зміщення. Паралактичним зміщенням називається уявне зміщення світила внаслідок дійсного переміщення спостерігача.

Горизонтальний паралакс – це кут, під яким із світила видно радіус Землі, перпендикулярний до променя зору (або кут між напрямом на світило з якої-небудь точки земної поверхні і напрямом із центра Землі).

Річний паралакс – кут, під яким із зорі видно радіус земної орбіти.

Одиниці вимірювання відстаней:

Астрономічна одиниця (а.о.) дорівнює середній відстані від Землі до Сонця. 1а.о.= 149 600 000км.

Ø Парсек (пк) – відстань, з якої середній радіус земної орбіти видно під кутом 1" (одна секунда). Назва походить від слів «паралакс» і «секунда».

Ø Світловий рік (св.р.) – відстань, яку проходить світло за один рік, поширюючись зі швидкістю 300 000 км/с.

Визначення лінійних розмірів світил за їх кутовими розмірами

Відстань між центрами Землі і небесного світила (мал. 12)

Тоді

Оскільки кути р і δ малі, то

Цей спосіб визначення розмірів світил можна застосувати тільки тоді, коли видно диск світила. Лінійний радіус світила можна обчислити за формулою . Кут виражений у радіанах.

Рух небесних тіл під дією сил тяжіння

За законом всесвітнього тяжіння, усі тіла у Всесвіті притягуються одне до одного з силою, прямо пропорційною добутку їх мас і обернено пропорційною квадрату відстаней між ними.

G – гравітаційна стала. Закон всесвітнього тяжіння пояснює рух планет і комет навколо Сонця, рух супутників навколо планет, рух подвійних і кратних зірок навколо центра мас. Ньютон встановив, що вигляд орбіти, яку описує тіло, залежить від його швидкості в даному місці орбіти (мал. 13).

· Перша космічна швидкість. Тіло, що набуло такої швидкості, рухається по коловій орбіті навколо центра тяжіння. Перша космічна швидкість поблизу поверхні Землі км/с.

· Друга космічна швидкість.

Рух тіла відбувається по параболі відносно центра тяжіння. км/с біля поверхні Землі.

При v_І < v < v_ІІ штучний супутник рухається навколо Землі по еліпсу. Чим більше початкова швидкість, тим більший витягнутий еліпс. При початковій швидкості v = v_ІІ еліпс перетворюється на параболу і космічний корабель відходить від Землі назавжди і може стати супутником Сонця.

· Третя космічна швидкість. Траєкторія руху тіла при v > v_ІІ є гіпербола. Якщо космічному апарату, який рухається по орбіті Землі, надати третьої космічної швидкості v_ІІІ 16,6 км/с, то він покине межі Сонячної системи.

Збурення в русі планет

Закони Кеплера і закон всесвітнього тяжіння точно виконуються лише тоді, якщо розглядати рух двох ізольованих тіл під впливом їх взаємного притягання. В Сонячній системі більше двох взаємодіючих тіл, і ці закони лише наближено описують рух планет.

Відхилення від руху, що відбувається точно за законами Кеплера, називаються збуреннями.

В Сонячній системі збурення невеликі, оскільки рух планет визначається переважно притяганням Сонця, яке має величезну масу. Найбільші збурення зумовлює планета Юпітер, маса якої в 300 разів більша за масу Землі. Притягання великих планет сильно впливає на рух астероїдів і комет, якщо вони близько підходять до них.

Саме збурення у русі планети Уран, які не можна було пояснити впливом відомих до середини XIX ст. небесних тіл, примусили дослідників передбачити, що за Ураном існує ще одна планета. Вона була відкрита в 1846р. Леверьє (Франція) і Адамсом (Англія) і отримала назву Нептун.

Припливи і відпливи

Припливи і відпливи виникають внаслідок взаємного гравітаційного притягання небесних тіл. Так, наприклад, дія сили місячного тяжіння неоднакова на різні точки Землі: частинки води, найближчі до Місяця, притягуються сильніше, а частинки найвіддаленіші від нього — слабше, ніж у центрі Землі. Внаслідок цього водна оболонка Землі витягується в напрямку до Місяця, набуває форми еліпсоїда, створюючи припливний горб. При обертанні Землі навколо осі припливні виступи пересуваються вздовж поверхні морів та океанів услід за Місяцем зі сходу на захід. Над кожним пунктом припливна хвиля проходить двічі на добу.

Тяжіння Місяця створює припливні деформації і в атмосфері (двічі на добу змінюється тиск повітря на кілька мм. рт. ст.), і в земній корі, зумовлюючи підйом поверхні Землі в середньому на 40 см.

Сонце також зумовлює на Землі припливи та відпливи, але через значно більшу віддаленість Землі від Сонця вони менші від місячних і не дуже помітні.

Систематична дія припливів є причиною поступового сповільнення в обертанні планет:

• Сильні припливи, зумовлені Сонцем на Меркурії і Венері, забезпечили дуже повільне обертання їх навколо осі.

• Припливи з боку Землі сповільнили обертання Місяця, так що він завжди обернений до Землі одним боком.

• Припливи з боку Місяця і Сонця сповільнюють обертання і нашої планети так, що доба подовжується на 3,3 секунди кожні 100 тис. років. Навпаки, стиснення, зменшення об'єму Землі в результаті ущільнення речовини в її надрах примушує Землю обертатися швидше на 1 с за 100 тис. років. У результаті цих двох факторів доба на Землі подовжується на 2,3с за кожні 100 тис. років.

Дата добавления: 2014-12-07