Презентация по теме "Основы практической астрономии".

ОСНОВЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ

Небесная сфера

• Небесные светила – проекции космических тел на небесную сферу.
• Небесной сферой называется воображаемая вспомогательная сфера произвольного радиуса, на которую проецируются все космические объекты так, как их видит наблюдатель в определенный момент времени из определенной точки пространства.
• Созвездие – основная структурная единица разделения звездного неба –участок небесной сферы в строго определенных границах.

Небесная сфера

Соотношение между линиями и плоскостями на небесной сфере и на земном шаре

Основные точки и линии небесной сферы

Y

Y

X

0

X

Астрономические (небесные) координаты

Горизонтальная СНК

• Вертикальный круг (круг высоты, вертикал) –  большой полукруг небесной сферы ZMZ' проходящий через зенит, светилом и надир.
• Координаты:  1) зенитное расстояние Z (или высота светила над горизонтом h); 2) азимут А.
• Высота h светила М – дуга mМ, отсчитывается от математического горизонта до светила или центральный угол mОМ в плоскости вертикального круга.
• Зенитное расстояние Z –  дуга ZМ вертикального круга светила М или центральный угол ZОМ. 
• Азимут А –  дуга Sm математического горизонта от точки S юга до вертикального круга, проходящего через светило.

Астрономические (небесные) координаты

Первая экваториальная система координат

Часовой угол или круг склонения –  большой полукруг небесной сферы (PMP'), проходящий через полюсы мира и светило М.

Координаты:

• Склонение δ –  дуга mМ часового круга или центральный угол mОМ.

Вместо  склонения используется  Р – полярное расстояние –  дуга РМ или угол РОМ.

Р + δ = 90 0  (по модулю)

Суточная или небесная параллель:  малый круг в Мв небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора.

Часовой угол t светила М – дуга Qm небесного экватора от т.Q до часового круга, проходящего через светило или центральный угол QОm в плоскости небесного экватора.

Астрономические (небесные) координаты

Вторая экваториальная СНК

Координаты:

• δ или h –  как в первой ЭСНК.
• Прямое восхождение α –  дуга небесного экватора  m от точки весеннего равноденствия до часового круга, проходящего через светило или центральный угол 𝛶Оm.

Эклиптическая система координат

• Эклиптика  – большой круг небесной сферы, по которому совершается годичный круг Солнца.

Координаты:

• β – эклиптическая широта  светила – дуга mМ круга широты от эклиптики до светила, или центральный угол mОМ.
• λ- эклиптическая долгота  светила – дуга от 𝛶m эклиптики от точки весеннего равноденствия до круга широта или центральный угол 𝛶Оm.  λ = 0   360 0

Суточные дуги светил относительно горизонта для наблюдателя, находящегося: а) на полюсе; б) на географических широтах; в) на экваторе

Кульминация светил –  явление пересечения светилом небесного меридиана.

φ  светило ( M 4 ) в верхней кульминации пере­секает небесный меридиан к северу от зенита (над точкой севера  Ν ), между зенитом  Z  и  северным   полюсом мира  Р , и тогда зенитное расстояние светила z в =δ—φ              (6) высота h в =(90°-δ)+φ        (7) азимут A B =180°, а часовой угол t B  = 0° = 0 ч . Верхняя кульминация светил " width="640"

h p =φ                     (1)

i=90°—φ                  (2)

h+z=90°                    (3)

В момент верхней кульминации) светило со склонением  δ (светила  M 1 ,  M 2  и  M 3 ) пересекает небесный меридиан к югу от зенита  z  (над или под точкой юга  S ) и его зенитное расстояние

z в =φ-δ                     (4)

высота

h в = (90°—φ) +δ         (5)

азимут A B =0° и часовой угол  t B  = 0°=0 ч .

При  δφ  светило ( M 4 ) в верхней кульминации пере­секает небесный меридиан к северу от зенита (над точкой севера  Ν ), между зенитом  Z  и  северным   полюсом мира  Р , и тогда зенитное расстояние светила

z в =δ—φ              (6)

высота

h в =(90°-δ)+φ        (7)

азимут A B =180°, а часовой угол t B  = 0° = 0 ч .

Верхняя кульминация светил

В нижней кульминации высота светила

h н =δ-(90°-φ)       (8)

его зенитное расстояние

z н =180°—δ—φ      (9)

Нижняя кульминация светил

Единицы измерения и счета времени

Сутки – промежуток времени, в течение которого Земля делает один полный оборот вокруг Солнца [своей оси] относительно какого-либо ориентира.

Звездные сутки – период вращения Земли вокруг своей оси относительно неподвижных звезд.

Истинные солнечные сутки – период вращения Земли вокруг своей оси от- носительно центра диска Солнца.

Средние солнечные сутки определяются как промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями «среднего Солнца».

Единицы измерения и счета времени

Месяц – промежуток времени, в течение которого Луна делает один полный оборот вокруг Солнца [Земли].

Сидерический (звездный)лунный месяц – период времени, в течение которого Луна совершает один полный оборот вокруг Земли относительно неподвижных звезд. Равен 27 d 07 h 43 m 11,47 s

Синодический (календарный) лунный месяц – промежуток времени между двумя одноименными последовательными фазами Луны (обычно новолуниями). Равен 29 d 12 h 44 m 2,78 s .

Задача 1.

Определить зенитное расстояние и высоту звезды Капеллы (α Возничего) в верхней и нижней кульминации на северном тропике (φ=+23°27'), на географической широте φ=+45°58' и на северном по­лярном круге (φ=+66°33'). Склонение Капеллы δ=+45°58'.

φ северного тропика, и поэтому : z в = δ-φ = +45°58'-23°27' = 22°31', h в =90°-z в =90°-22°31'=+67°29'. На географической широте φ=+45°58'=δ зенитное расстояние Капеллы z в =δ-φ=0° , т. е. в верхней кульминации она находится в зените, и ее высота h в =+90°. Склонение звезды δz в  = φ-δ =+66°33' -45°58' = 20°35', h в =90°-z в = +90°-20°35'= +69°25', В нижней кульминации : на северном тропике (φ=+23°27') h н =δ- (90°-φ) = + 45°58'-(90°-23°27') = -20°35', т. е. в нижней кульминации Капелла заходит за горизонт, и ее зенитное расстояние z н =90°-h н =90°-(-20°35') = 110°35', На географической широте φ=+45°58' у звезды h н =δ-(90°-φ) = +45°58'-(90°-45°58') = + 1°56',   т. е. она уже незаходящая, и ее z н =90°-h н =90°-1°56'=88°04', На северном полярном круге (φ = +66°33') h н  = δ-(90°-φ) = +45°58' - (90°-66°33') = +22°31', и  z н  = 90°-h н  = 90°-22°31' = 67°29', т. е. звезда тоже не заходит за горизонт. " width="640"

Решение задачи 1

В верхней кульминации:

Склонение Капеллы δ = +45°58'φ северного тропика, и поэтому :

z в = δ-φ = +45°58'-23°27' = 22°31', h в =90°-z в =90°-22°31'=+67°29'.

На географической широте φ=+45°58'=δ зенитное расстояние Капеллы z в =δ-φ=0° , т. е. в верхней кульминации она находится в зените, и ее высота h в =+90°.

Склонение звезды δz в  = φ-δ =+66°33' -45°58' = 20°35', h в =90°-z в = +90°-20°35'= +69°25',

В нижней кульминации :

на северном тропике (φ=+23°27')

h н =δ- (90°-φ) = + 45°58'-(90°-23°27') = -20°35',

т. е. в нижней кульминации Капелла заходит за горизонт, и ее зенитное расстояние

z н =90°-h н =90°-(-20°35') = 110°35',

На географической широте φ=+45°58' у звезды

h н =δ-(90°-φ) = +45°58'-(90°-45°58') = + 1°56',

  т. е. она уже незаходящая, и ее z н =90°-h н =90°-1°56'=88°04',

На северном полярном круге (φ = +66°33')

h н  = δ-(90°-φ) = +45°58' - (90°-66°33') = +22°31',

и  z н  = 90°-h н  = 90°-22°31' = 67°29', т. е. звезда тоже не заходит за горизонт.

Задача 2.

На какой широте проходит южная граница территории, в пределах которой хотя бы одну ночь в году не прекращаются навигационные сумерки (центр Солнца не опускается под горизонт ниже, чем на 12 градусов)? Плоскость небесного экватора наклонена к эклиптике на ε = 23°27'.

Решение задачи 2

Ниже всего Солнце опускается в полночь, в Северном полушарии его "полуночная" высота находится по формуле

h = φ + δ - 90°

где δ — склонение Солнца. Если h имеет отрицательное значение,- это означает, что Солнце под горизонтом. Наибольшее склонение Солнце имеет 22 июня, δ = 23°27' . Граница территории, на которой хотя бы одну ночь в году не прекращаются навигационные сумерки, находится из этого уравнения при h = -12° и δ = ε:

φ = -12° + 90° - 23°27', φ = 54°33'. Заметим, что эта параллель проходит по северной части Калуги (для центра Калуги φ = 54°31').

Задача 3.

Верхние кульминации двух далеких звезд происходят одновременно, при этом звезды располагаются симметрично относительно зенита. Во время нижней кульминации эти звезды располагаются симметрично относительно горизонта. Определите широту места наблюдения. Атмосферную рефракцию не учитывать.

Решение задачи 3.

j =  45 

Задача 4.

Из каких областей земной поверхности возможно одновременное наблюдение Арктура (α Волопаса) и Хадара (β Центавра)? Координаты этих звезд считать равными α 1 = 14.0 ч, δ 1 = + 19°; α 2 = 14.0 ч, δ 2 = - 60° соответственно. Атмосферной рефракцией и поглощением света пренебречь .

Решение задачи 4.

Как видно из условия задачи, прямые восхождения двух звезд совпадают. Следовательно, в любом пункте Земли их верхние кульминации будут происходить одновременно. Так как нам нужно найти пункты, где Арктур и Хадар могут вместе находиться на небе хоть в какое-нибудь время, достаточно рассмотреть только наиболее благоприятный момент: верхние кульминации этих звезд. Для высоты звезды в верхней кульминации мы можем записать выражение:

h = 90° - |φ - δ|,

где φ - широта места, δ - склонение звезды. Чтобы звезду можно было увидеть, высота h должна быть положительной (рефракцией и атмосферным поглощением света мы пренебрегаем).

Отсюда мы имеем

|φ – δ1|

Первому условию удовлетворяет диапазон широт φ от -71° до +90°, второму - от -90° до +30°. Итак, Арктур и Хадар можно увидеть на небе одновременно на широтах от -71° до +30°.

Задача 5.

На какой широте φ может находиться обсерватория, если высоты некоторого светила в верхней и нижней кульминациях составляют h 1 = 86°14' и h 2 = 43°32 '.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!