Небесная сфера

Небесной сферой называется воображаемая сфера произвольного радиуса с центром в произвольной точке, на поверхности которой нанесены положения светил так, как они видны на небе в некоторый мо­мент времени из данной точки.

В тёмную безлунную ночь человеку представ­ляется, что он находится в центре огромного плоского кру­га, накрытого полусферой, на которой расположены светящи­еся точки — звезды. Продолжая наблюдения, можно заметить, что полусфера поворачивается и все новые звезды появляют­ся на востоке, в то время как другие исчезают на западе.

Образ сферы возникает потому, что человек не способен оценивать расстояние до предмета, превышающее 4-5 км. Все предметы, расположенные дальше, кажутся нам удалёнными на это расстояние. Сфера, на которой, как нам кажется, рас­положены звезды, и называется небесной сферой.

На первый взгляд число звёзд кажется бесконечно боль­шим. В действительности же невооружённым глазом мо­жно увидеть на всем небе около 6000 звёзд, а одновременно не более 2000, так как половина небесной сферы закрыта Землёй и у горизонта всегда существует дымка, скрывающая мно­гочисленные слабые звезды.

Радиус небесной сферы произволен, и принять его можно настолько большим, что будет безразлично, где находится её центр: в глазу наблюдателя, в центре Земли, в центре Солнца или где-то на одной из пла­нет нашей Солнечной системы. Это возможно, поскольку боль­шинство светил находится настолько далеко, что если смот­реть с них на Солнечную систему, то она практически не бу­дет отличаться от точки. Если говорить более точно, то два луча, направленные из Солнца и с Земли или тем более из разных точек Земли, даже к ближайшей звезде, практически параллельны. Если говорить о планетах Солнечной систе­мы или о Луне, то различие направлений придётся учитывать, но это лишь незначительно усложнит задачи астрометрии, ко­торые достаточно просто реша­ются с помощью небесной сферы.

Для того чтобы было возможно решать эти задачи, на не­бесную сферу наносят основные точки и круги. (В астрономии принято называть окружность на небесной сфере кругом.)

Очевидно, что в центре небесной сферы (рис. 12) находится другая сфера, а именно Земля, на поверхности которой в некоторой точке находится наблюдатель. Земля вращается, что даёт возможность вы­делить некоторую прямую — ось вращения Земли (обычно строится ось мира PP’ и экватор). Соответственно на небесной сфере строится ось мира (PP’ — линия, параллельная оси вра­щения Земли и проходящая через центр небесной сферы) и небесный экватор (слово «небесный» обычно опускают). Пересечение оси мира и небесной сферы определяют полюсы — се­верный P и южный P’.

Большой круг, плоскость которого перпендикулярна оси мира, называется небесным экватором. Он пересекается с горизонтом в точках востока и запада.

Вертикальная отвесная линия (OZ) является продолжением радиуса Земли, она пересекает небесную сферу в двух точках. Та, что находится над головой, называется «зенит», противоположная ей — «надир». Перпендикулярная ей плоскость — это плос­кость горизонта, которая образует при пересечении с небесной сферой математический горизонт (слово «математический» можно опустить).

При изображении небесной сферы принято ориентировать её так, чтобы вертикальная линия была в центре, а ось мира наклонена к ней.

Две прямые (ось мира и вертикальная ли­ния) определяют плоскость небесного меридиана, а её пересе­чение с небесной сферой — большой круг — небесный мери­диан. Мери­диан пересекается с горизонтом в двух точках — точке севе­ра N и точке юга S. Небесный меридиан является проекцией земного меридиана на небесную сферу.

Большой круг — окружность, получаемая пересечением сферы плоскостью, проходящей че­рез её центр. Если плоскость не проходит через центр, то круг называется малым. Расстояние, измеренное по поверхности сферы, между двумя точками большого круга является минимальным. Это говорит о прямой аналогии между прямыми на плоскости и большими кругами на сфере.

Все эти элементы небесной сферы связаны с наблюдателем. Ось мира и экватор общие для всех наблюдателей на Земле; вертикальная линия, зенит, надир, плоскости меридиана и го­ризонта свои для каждого наблюдателя. Их положение отно­сительно других элементов небесной сферы определяется по­ложением наблюдателя на поверхности Земли.

см. Система небесных координат

Небесная сфера вращается. В этом нетрудно убедиться, просто наблюдая изменение поло­жения небесных светил относительно наблюдателя или гори­зонта. Если направить фотоаппарат на звезду Малой Медведицы и открыть объектив на несколько часов, то изображения звёзд на фотопластинке опишут дуги, центральные углы ко­торых одинаковы (рис. 17). Материал с сайта http://wiki-what.com

Из-за вращения небесной сферы каждое светило движется по малому кругу, плоскость которого параллельна плоскости экватора — суточной параллели. Как видно из рисунка 18, суточная параллель может пересекать математический гори­зонт, но может и не пересекать его. Пересечение горизонта светилом называется восходом светила, если оно переходит в верхнюю часть небесной сферы, и заходом при переходе све­тила в нижнюю часть небесной сферы. В том случае, если су­точная параллель, по которой движется светило, не пересека­ет горизонта, светило называется невосходящим либо незахо­дящим в зависимости от того, где оно находится: всегда в верхней или всегда в нижней части небесной сферы.

За время одного оборота не­бесной сферы светило дважды пересекает небесный мериди­ан. Момент пересечения све­тилом меридиана называется кульминацией: верхней, если светило пересекает меридиан в той его половине, которая содержит зенит, или нижней, если — в той, которая содер­жит надир.