В звёздных лабиринтах: Ориентирование по небу

Чтобы определить её местонахождение, направим в эту область неба телескоп и сделаем фотографию с длительной выдержкой. В результате мы получим снимок, на котором лучи от всех звёзд вследствие вращения небесной сферы прочертят дуги (рис. 3). В центре этих дуг и будет расположена искомая неподвижная точка — полюс мира. Очень близко от северного полюса Мира находится довольно яркая звезда, которая по этой причине называется Полярной звездой.

Рис. 3. Фотография полярной области неба.

Соединив северный полюс мира с центром небесной сферы и продолжив полученную линию неограниченно в обе стороны, мы построим ось мира — воображаемую прямую линию, вокруг которой совершается вращение небесной сферы, отражающее вращение Земли. Вторая точка пересечения оси мира с небесной сферой называется южным полюсом мира.

Таким образом, мы имеем пять фиксированных точек, связанных с небесной сферой. Мы будем рассматривать только три из них: центр сферы, зенит (или надир), и северный полюс мира (или соответственно южный полюс мира). Три точки, как известно, определяют, и притом единственным образом, положение плоскости в пространстве. Эта плоскость (в нашем случае) называется плоскостью небесного меридиана. Она пересекает небесную сферу по окружности большого круга — небесному меридиану.

Небесный меридиан пересекается с линией математического горизонта в двух точках, которые называются точкой севера (она расположена в стороне северного полюса мира) и точкой юга. Слева от точки юга по линии истинного горизонта на угловом расстоянии, равном 90°, расположена точка востока, справа на таком же угловом расстоянии — точка запада. На полюсах Земли эти понятия теряют смысл.

И ещё одно, теперь уже последнее построение на небесной сфере. Проведем через её центр плоскость, перпендикулярную к оси мира. Эта плоскость навивается плоскостью небесного экватора. Она пересечет небесную сферу по окружности большого круга — небесному экватору.

Небесный экватор, аналогично земному экватору, делит небесную сферу на два полушария. Полушарие, содержащее северный полюс мира, называется северным, противоположное — южным.

Теперь мы располагаем всем необходимым для построения систем небесных координат. Существует несколько таких систем. Для практических целей наиболее удобны две из них.

Первая система называется горизонтальной системой координат. В качестве основной плоскости в этой системе принята плоскость истинного горизонта.

Первой координатой в этой системе служит высота светила над горизонтом (обозначается буквой h). Она отсчитывается в градусах от плоскости горизонта по дуге большого круга, проходящего через данное светило и зенит (вертикала) (рис. 4).

Рис. 4. Горизонтальная система координат.

Если светило расположено выше плоскости математического горизонта, высота считается положительной, ниже — отрицательной и измеряется от 0 до 90°. Вместо высоты иногда рассматривают зенитное расстояние — угловое расстояние светила от зенита, которое изменяется от 0 до 180°.

Второй координатой в горизонтальной системе является азимут (обозначается буквой А). Это дуга математического горизонта от точки юга до вертикала, проходящего через светило. Азимут отсчитывается также в градусах по линии горизонта в сторону суточного вращения небесной сферы (к западу) от точки юга до точки пересечения линии горизонта с дугой вертикала, проходящего через зенит в данное светило (азимут точки запада равен 90°, а азимут точки востока 270°).

Горизонтальная система небесных координат весьма удобна для решения ряда задач практической астрономии, в частности, для определения видимых положений светил с помощью угломерных инструментов. Однако есть у неё и одна особенность. Дело в том, что обе горизонтальные координаты изменяются с течением времени. Благодаря вращению небесной сферы изменяется азимут, а вследствие того, что ось вращения небесной сферы наклонена под некоторым углом к отвесной линии, светила то поднимаются над горизонтом, то опускаются, т. е. изменяется и их высота. Это обстоятельство делает систему горизонтальных координат не совсем удобной для «целеуказаний») на небе. При использовании горизонтальных координат всякий раз необходимо производить соответствующий перерасчёт с учетом момента наблюдения и широты данного места.

Рис. 5. Экваториальная система координат.

В этом смысле более удобна экваториальная система координат (рис. 5).

Первая экваториальная координата, склонение (обозначается ), аналогична земной широте. Склонение — это угловое расстояние светила от плоскости небесного экватора. Оно отсчитывается в градусах по дуге большого круга, проходящего через полюс мира и данное светило (круг склонения). В том случае, если светило расположено в северном полушарии, склонение считается положительным, если в южном — отрицательным.

Вторая координата, прямое восхождение (обозначается ), отсчитывается но кругу небесного экватора в направлении, противоположном суточному вращению небесной сферы от некоторой фиксированной точки до соответствующего круга склонения, проходящего через данное светило.

Выбор точки отсчёта прямого восхождения связан с годичным движением Земли вокруг Солнца. Благодаря тому, что наша планета движется по замкнутой орбите вокруг дневного светила, земному наблюдателю кажется, что Солнце непрерывно перемещается по небесной сфере с запада на восток и в течение года описывает окружность большого круга, получившую название эклиптики.

Таким образом, эклиптика — это видимый годичный путь Солнца по небесной сфере. Эклиптика наклонена к небесному экватору под углом 23°27'. Следовательно, Солнце то поднимается над экватором, то опускается под него. Два раза в течение года центр Солнца пересекает экватор, переходя 20 или 21 марта из южного полушария в северное (точка весеннего равноденствия) и 22 или 23 сентября из северного в южное (точка осеннего равноденствия).

Именно точка весеннего равноденствия и избрана в качестве точки отсчёта прямого восхождения в экваториальной системе координат.

Прямое восхождение обычно измеряется в часах. Весь круг экватора разделён на 24 часа: одному часу соответствуют 15 угловых градусов.

Экваториальная система координат тесно связана с небесной сферой, составляя с ней как бы единое целое. Иными словами, экваториальные координаты небесных светил (речь идёт, разумеется, о звездах и внегалактических объектах, поскольку Солнце, Луна, планеты и кометы обладают собственными перемещениями по небесной сфере и их экваториальные координаты непрерывно меняются) с течением времени остаются неизменными. Это объясняется следующими обстоятельствами.