Сокровища звездного неба
Шрифт:
Взаимное расположение эклиптики и небесного экватора изменяется так медленно, что в большинстве случаев их можно считать относительно друг друга неподвижными. Неподвижна (в первом приближении) и точка весеннего равноденствия относительно звезд. Иначе говоря, эта воображаемая и ничем не отмеченная на небе точка ведет себя, как звезда: восходит, заходит и кульминирует.
На звездном небе эклиптика проходит по 12 созвездиям, называемым зодиакальными, или просто зодиаком. Вот их названия: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей. Большинство из этих созвездий имеют названия животных.
Благодаря годовому движению Солнца по созвездиям вид звездного неба в течение года непрерывно изменяется. Созвездие, в котором в данный момент находится Солнце (точнее, на которое оно проектируется с Земли), наблюдению недоступно, так как восходит и заходит вместе с Солнцем, кульминируя в полдень. Наоборот, созвездие, противоположное Солнцу (например, в декабре созвездие Тельца), отлично видимо всю ночь и кульминирует в полночь. Через месяц кульминирует область неба, имеющая прямое восхождение, большее на 2 часа (созвездие Близнецов) и т. д.
Так как Солнце непрерывно движется по эклиптике, то в полночь в разные месяцы года будут кульминировать разные созвездия. Поэтому, например, летом по вечерам видны одни созвездия (кроме незаходящих), зимой — другие. Странствуя на фоне звездного неба. Солнце своим присутствием как бы «гасит» одно созвездие за другим. Через некоторое время Солнце возвращается к исходной точке эклиптики, и снова начинается прежний цикл уже знакомых изменений. Одновременно с этим и Земля полностью завершает свой очередной оборот вокруг Солнца.
Познакомимся теперь с основными принципами измерения времени. Оказывается, ответ на вопрос «когда?» далеко не так прост, как может показаться с первого взгляда.
Период полного оборота Земли вокруг Солнца, называемый годом, служит единицей для измерения крупных отрезков времени. Меньшие промежутки времени измеряют сутками и их долями — часами, минутами и секундами. Основой для таких измерений служит осевое вращение Земли, которое происходит почти идеально равномерно. Именно поэтому астрономы рассматривают земной шар как естественные часы, «ход» которых более равномерен, чем ход любого хронометра.
Вращение Земли, как уже говорилось, порождает видимые суточные движения небесных светил. Их расположение на небе по отношению к небесному меридиану можно охарактеризовать так называемым часовым углом t (см. рис. 16).
Часовой угол — это угол между плоскостью круга склонения, проходящего через данное светило, и плоскостью небесного меридиана. Часовые углы светил, как и их прямые восхождения, отсчитываются в единицах времени, но в противоположном направлении: от южной части небесного меридиана к западу, то есть в сторону суточного движения светил.
Например, когда точка весеннего равноденствия заходит (в точке запада), ее часовой угол равен 6 часам, а когда она восходит (в точке востока)— 18 часам.
Часовые углы небесных светил непрерывно изменяются пропорционально времени, и поэтому их используют при измерении времени.
Практическая жизнь человека связана с Солнцем, с его видимым движением по небосводу. Основной единицей при измерении времени по Солнцу служат так называемые истинные солнечные сутки.
Истинными солнечными сутками называется промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра видимого диска Солнца. Так как момент верхней кульминации Солнца называется истинным полднем, то можно сказать, что истинные солнечные сутки равны промежутку времени между двумя смежными истинными полуднями.
За начало истинных солнечных суток принимается момент верхней кульминации центра Солнца, то есть истинный полдень. Измерив часовой угол Солнца, можно узнать, чему равно истинное солнечное время в данный момент.
Величина истинных солнечных суток
не остается постоянной и слегка колеблется в течение года довольно сложным образом. Объясняется это тем, что измерение времени по Солнцу связано с движением вокруг него нашей Земли, которое (по второму закону Кеплера) неравномерно. Следовательно, и движение Солнца по эклиптике неравномерно, и из-за этого, а также из-за наклона эклиптики к небесному экватору в разные периоды года истинные солнечные сутки имеют разную продолжительность. Измерять отрезки времени переменной единицей масштаба, конечно, неудобно. В практической деятельности человека пользуются поэтому в качестве единицы времени не истинными, а так называемыми средними солнечными сутками.Средними солнечными сутками называется средняя величина за год истинных солнечных суток. Эта величина всегда остается постоянной, как и ее доли (часы, минуты и секунды). Время, измеряемое средними солнечными сутками, называется средним солнечным временем. Это и есть то время, которое показывают наши часы. Оно достаточно хорошо связано и с наблюдаемым движением Солнца по небосводу, так как истинное солнечное время расходится со средним в разные дни года по-разному, но не более чем на четверть часа.
Точное время можно измерить не только по Солнцу, но и по звездам, наблюдая их кажущееся суточное движение. Основной единицей при этом считаются звездные сутки, равные промежутку времени между двумя последовательными верхними (или нижними) кульминациями одной и той же звезды. Время, измеряемое звездными сутками и их долями (звездными часами, минутами и секундами), называется звездным временем. Нетрудно догадаться (рис .19), что между звездным временем S в данный момент, часовым углом t некоторой звезды и ее прямым восхождением существует простая зависимость
t = S — а.
Следовательно, в момент верхней кульминации звезды это уравнение приобретает вид S=а , то есть звездное время равно прямому восхождению кульминирующих звезд.
рис .19
Если бы Солнце не перемещалось на фоне неба по эклиптике с запада на восток, солнечные сутки были бы равны звездным. На самом деле первые из них длиннее вторых, и легко сообразить, по какой причине: если, скажем, сегодня Солнце кульминирует одновременно с какой-нибудь звездой, то завтра этого уже не будет — Солнце слегка сместится к востоку, отстанет от звезды и солнечные сутки окажутся почти на четыре минуты длиннее звездных. На следующий день разница возрастет до 8 минут и т. д.
Зная положение Солнца на звездном небе, можно несложными вычислениями перейти от звездного времени к солнечному и обратно.
Проблема измерения времени осложняется еще и тем, что в один и тот же момент времени на разных географических меридианах кульминируют разные светила.
Допустим, что в некотором пункте (рис. 20) земного шара Солнце в данный момент находится в верхней кульминации, в плоскости небесного меридиана, которая совпадает с плоскостью географического меридиана данного пункта. Иначе говоря, в этом пункте — истинный полдень. Тогда очевидно, что на противоположном меридиане будет истинная полночь, а в пунктах, отстоящих от пунктов А и В по долготе на 90°, соответственно 6 ч утра и 6 ч вечера.