Небосвод. Небесна сфера

Небосвод, небесна сфера и ъглови измервания.

Земята има кълбовидна форма и се върти около своята ос заедно с атмосферата. Този факт и ограничените възмоности на човешкото око създават у земния наблюдател някои илюзии, с които трябва да се съобразяваме при изучаване на небесните явления.

Когато погледнем нагоре ни се струва, че всички небесни тела са разположени по сферичен купол, наречен небосвод. През деня небосводът изглежда светлосин. Такъв купол заобикаля цялата Земя и върху него се проектират всички небесни светила. Макар че те се намират на огромни и различни разстояния от нас, както и едно от други, на нас ни се струва, че всички светила са отдалечени еднакво от окото ни. Затова ние виждаме всички звезди върху въображаема сферична повърхност с произволен радиус. И именно това наричаме небесна сфера. В самия й център е .. окото на наблюдателя.

Щом като виждаме всички светила, проектирани върху въображаема сфера, ние може и да не се интересуваме от разстоянията до и между тях. А под разстояние между две тела в случая се разбира ъгъла между лъчите на на гледането към тези светила. Върху небесната сфера може да се извършват само ъглови измервания.

Видимо денонощно въртене на небесната сфера.

Друга илюзия за земния наблюдател е денонощното въртене на небесната сфера от изток на запад. Всички светила (Слънцето, Луната звездите), изгряват от изток, преместват се по небесвода и залязват на запад. Това се повтаря всяко денонощие като звездите не изменят своето положение. Небесната сфера заедно с пенодвижните звезди се върти като едно цяло.

В действителност обаче небесната сфера е неподвижна, а се върти Земята и то около оста си, от запад на изток. Ние не чувстваме това движение и ни се струва, че светилата се преместват по небосвода в обратна посока – от изток на запад.

Основни точки и линии на земното кълбо и на небесната сфера.

Линията, която минава през окото на наблюдателя и центъра на Земята, се нарича вертикална или отвесна линия. Тя има направление по радиуса на Земята. Отвесната линия пресича небесната сфера в най-високата точка над главата на наблюдателя, наречена зенит (Z). Равнината, перпензикулярна на отвесната линия, се нарича хоризонтална равнина.

Линията, по която небосводът се допира до Земята, се нарича видим хоризонт. Пресечната линия на хоризонталната равнина, прекарана през окото на наблюдателя, с небесната сфера се нарича истински хоризонт, а линията, с която небесната сфера се пресича с хоризонталната равнина, прекарана през центъра на Земята – астрономически хоризонт.

Понеже размерите на Земята са незначителни в сравнение с тези на небесната сфера, по отношение на небесните тела се приема, че трите хоризонта се сливат в един – астрономическият. Земята се разглежда като точка в центъра на небесната сфера.

Линията, по която равнината на земният меридиан на дадено място пресича небесната сфера, се нарича небесен меридиан. Той представлява една голяма окръжност.

Земната ос и нейните продължение представляват небесната ос PP’. Около тази ос се извършва видимото денонощно въртене на небесната сфера. Точките , в които небесната ос пресича небесната сфера, се наричат небесни полюси – северен и южен. Полярната звезда се намира много близо до северния небесен полюс.

Голямата окръжност, по която небесната сфера се пресича с равнината, прекарана през земния екватор, се нарича небесен екватор. Успоредни на небесния екватор са небесните паралели.

Пресечните точки на хоризонта с небесния меридиан са северната и южната точка на хоризонта N  и S, а на хоризонта с екватора – изток Е и запад W. Линията, която минава през северната и южната точки на хоризонта, се нарича пладнена линия NS, защото по нея пада сянката на отвесните предмети на пладне, когато Слънцето  е в меридиана на даденото място.

Обяснение на изгрева, залеза и кулминациите на небесните тела.

При денонощното въртене на небесната сфера всички звезди видимо описват успоредни на небесните паралели окръжности, чийто центрове лежат на небесната ос. Обикновено тези паралели се пресичат с хоризонта в две точки. В източната страна звездата С 1 излиза над хоризонта – изгрява. След което се издига все повече и достига най-голямата височина на хоризонта в меридиана – горна кулминация. Следва движение на запад и слизане под хоризонта – залез. Звездата стига най-ниското си положение по меридиана в точката на долна кулминация, след което отново се издига и изгрява и т.н.

Една част  от звездите за наблюдателя от умерения пояс на северното полукълбо по-дълго време са над хоризонта – видими и по-кратко са под хоризонта – невидими. За същия наблюдател  друга част от звездите от Южното полукълбо са видими или невидими. Всички тези звезди обаче  са изгряващи и залязващи.

Небесни тела (звезди), които са разположени на небесния екватор (С3) при денонощното въртене на небесната сфера се движат по него и винаги еднакво време са над и под хоризонта.

Има и звезди, чиито долни кулминации  стават над хоризонта (С4). Те не залязват, а през цялото време са видими. Такива са звездите, които се намират близо до Северния полюс като полярната звезда и съзвездието Малка мечка. За наблюдател от северното кълбо има и друга група околополюсни звезди, които извършват двете кулминации винаги под хоризонта (С5). Те никога не изгряват. Такива са звездите от съзвездията, близки до южния полюс (Южен полюс, Хамелеон и др.)

Видимо годишно движение на Слънцето около Земята.

Ако наблюдаваме една и съща звезда, която вечер се намира на запад до залязващото Слънце, ще видим, че всяка следваща вечер в един и същи момент,тя се намира все по-близко до него, докато накрая се изгуби в лъчите му. След една година звездата се намира в началното си положение. Понеже звездите са неподвижни следва, че видимо Слънцето се премества  по небесната сфера от запад към изток и в продължение на една година прави пълна обиколка.

Ако съединим последователните положения, които Слънцето заема върху небесната сфера в продължение на една година, ще получим голяма окръжност, известна като еклиптика – видимият път на Слънцето. Плоскостта на еклиптиката е наклонена спрямо плоскостта на екватора под ъгъл 23 градуса и 27’.

Пресечните точки на еклиптиката с небесния екватор се наричат равноденствени точки.

В тези точки Слънцето се намира на екватора на 21 март – пролетно равноденствие и на 23 септември – есенно равноденствие. Само тогава изгрява точно на изток и залязва точно на запад.

Точките, в които Слънцето е на най-голямо разстояние от екватора, се наричат съответно лятно слънцестоене (22 юли) и зимно слънцестоене (22 декември), защото Слънцето променя посоката си на движение и за известно време като че стои на едно място.

Видимото годишно движение на Слънцето не е реално, а е видим ефект от въртенето на Земята около Слънцето.

Движението на Земята около Слънцето не е равномерно – скоростта й се увеличава, когато орбитата се приближава към Слънцето и се намалява при отдалечаване от него. Доказателство за това е следният факт – от деня на пролетното равноденствие до есенното изминават 186 денонощия, а през останалата част на годината има 179 денонощия. При това моментите на равноденствия отстоят на ъгъл от 180 градуса и следователно двете части на орбитата са еднакво дълги. Очевидно през  лятото Земята се движи по-бавно, отколкото през зимата.  Това се отразява и върху видимото годишно движение на Слънцето по еклиптиката, което е също неравномерно.

по “Астрономия”, 1970, учебник за XI клас, автори: М. Калинков, Л. Македонски