Розповідь про сферику — найдавнішу і найважливішу науку про небо
Астрономи Тимохаріс і Арістілл, які працювали в Мусейоні приблизно в період 296-272 років до нашої ери, першими зайнялися уточненням положення головних зірок і виміром відстаней від них до деяких постійних точок небесного склепіння. Ці роботи заклали основи вчення про видиме становище світил на небесній сфері, так званої сферики, і дозволили розпочати складання зіркових каталогів, тобто списків зірок із зазначенням їх координат. Для того, щоб у читача склалося деяке уявлення про давню науку — сферику, на наших малюнках ми показали найголовніші опорні точки, лінії та кола, нанесені на модель небесної сфери численними поколіннями астрономів від давнини і до наших днів.
Коли ми дивимося на темне зоряне небо, всі зірки здаються віддаленими на ту саму відстань. У давнину думали, що так і є насправді. І хоча ми з вами знаємо, що це невірно, уявляти собі небо у вигляді величезної, навколишньої нас небесної сфери в двадцятому столітті так само зручно, як і дві з лишком тисячі років тому.
У наші дні небесною сферою називають сферу нескінченно великого радіусу, у центрі якої сидить спостерігач. Тільки сьогодні ми твердо знаємо, що ця галузь уявна. Якщо намалювати всю небесну конструкцію та відзначити спостерігача точкою O, то вісь, навколо якої обертається небо, проткне сферу у двох точках: P та P′. Це ПІВНІЧНИЙ І ПІВДЕННИЙ ПОЛЮСИ світу.
Ви, напевно, вже й самі помітили, що ПОЛЮС СВІТУ зовсім не знаходиться у спостерігача над маківкою — у ЗЕНІТІ (Z), а зрушений убік. І що далі ви перебуваєте від СВІТОВОЇ ОСІ, то далі від зеніту від'їжджає і полюс світу. Якщо стати обличчям до північного полюса світу, зоряне небо повертатиметься навколо спостерігача проти годинникової стрілки зі сходу на захід.
Основнілінії, кола та точки небесної сфери
Велике коло (Q) небесної сфери, перпендикулярне до осі світу, називається НЕБЕСНИМ ЕКВАТОРОМ. Він ділить небесну сферу на північну та південну півкулі.
Якщо почати різати небесну сферу, як кавун, паралельно небесному екватору, вийдуть кола (q), що зменшуються до полюса. Їх називають добовими паралелями. Ними відбувається добовий рух небесних світил.
Очевидний добовий рух зірок на екваторі
Коли ви стоїте прямо, над вашою головою знаходиться точка зеніту, а під ногами, в іншій півкулі, ТОЧКА НАДІРУ (Z′).
Велике коло, яке можна провести через обидва полюси світу, зеніт та надир, називається НЕБЕСНИМ МЕРИДІАНОМ, ще його називають меридіаном спостерігача. Небесний меридіан перетинається з ІСТИНИМ ГОРИЗОНТОМ у двох точках: найближча до північного полюса світу називається ТОЧКОЮ ПІВНІЧКИ (N), а протилежна їй - ТОЧКОЮ ПІВДЕНЯ (S). Лінія, що з'єднує ці дві точки, носить назву ПОЛУДЕНОЇ ЛІНІЇ, тому що рівно опівдні коротка тінь від Сонця витягується саме в цьому напрямку. Опівдні ви можете без жодного компасу точно визначити напрямок країн світу.
Очевидний добовий рух зірок на полюсах
Якщо, вибравши собі для спостереження якусь зірку, ви проведете через неї велике коло так, щоб він проходив одночасно через зеніт і надир, то це коло буде називатися ВЕРТИКАЛОМ обраного світила (C).
Велике ж коло, що проходить через зірку або інше спостережуване світило і полюси світу, називається ГОДИННИКОМ КОЛОМ ЗІРКИ або КРУГОМ СКЛОНЕННЯ. Кола відмінювання схожі на меридіани, намальовані на глобусі. Вони рухаються разом із зоряним небом. При цьому годинне коло, яке проходить через сузір'я Риб і утворює при перетині знебесним екватором ТОЧКУ ВЕСЕННОГО РІВНОДЕНСТВА, називається НУЛЬОВИМ КОЛОМ. Коли нульове коло збігається з меридіаном спостерігача, у точці спостереження починається нова зіркова доба. Пересунеться стрілка годинника на один поділ - через ваш меридіан пройде перше годинне коло відмінювання. Зоряний час у точці спостереження буде – 1 год. Ще за годину — друге годинне коло пройде через меридіан — буде дві години за зоряним часом і таке інше. Коли ж через ваш меридіан пройдуть усі 24 годинні кола відмінювання, почнеться нова зіркова доба. Зоряна доба коротша за сонячну, тому й картина зоряного неба кожної доби змінюється. Одні сузір'я піднімаються, досягають свого найвищого становища на небосхилі — кульмінують. Інші опускаються на захід, ховаються за лінію обрію.
Що ж відбувається з головними, опорними точками, лініями та колами небесної сфери протягом доби?
Очевидний добовий рух зірок у середніх широтах
Якщо спостерігач сидить дома, то полюси світу, зеніт і надир, точки півночі і півдня залишаються незмінними. Постійні для нього південна та прямовисна лінії, небесний меридіан та площини небесного екватора та справжнього горизонту.
Всі інші точки, лінії та кола небесної сфери безперервно переміщуються. Почніть самі подумки обертати небесну сферу. Дивіться, яку точку ви не поставите на сфері, вона відразу почне рухатися, описуючи добову паралель, як зірка. Так само змінюватимуться і годинникові кути світил, рівномірно проходячи за кожну годину по 15°.
Визначення широти
А ось висоти та азимути світил через добове обертання змінюються нерівномірно. У горизонту ці зміни відбуваються швидко, а при підході світила до вищої точки підйому рух загальмовується.
Але і це щене всі. Річ у тім, що характер обертання небесної сфери різних географічних широтах різний. Ми вже ніби звикли до думки ділити небо на дві півкулі. У нас – мешканців північної частини Землі – своє небо. У антиподів — тих, хто живе на той бік екватора, — своє. Але виявляється, що є на землі таке місце, з якого можна побачити все небо. Усі зірки обох півкуль проходять перед спостерігачем за добу. Звичайно, йдеться про екватора. Людина, яка перебуває на екваторі, бачить чудову картину. Зірки обох півкуль сходять на сході, піднімаються вертикально вгору перпендикулярно горизонту і так само прямовисно скочуються на захід. Полярну зірку видно біля півночі над самим горизонтом. Подивіться на наш малюнок, а потім закрийте очі та уявіть себе у тропіках.
Стародавня карта неба Землі
Зовсім інше становище у людини, яка забралася для спостережень на Північний полюс. Тут точка зеніту збігається з полюсом світу, а горизонт із небесним екватором. Північний полюс - це країна не тільки незахідного Сонця, а й незахідних зірок. Небесні світила просто обертаються навколо Полярної зірки паралельно до горизонту за добовими паралелями, ніколи не кульмінуючи. Ви запитаєте: «Як визначити широту під таким небом?» Так це ж картина тільки для однієї-єдиної точки в північній і одній у південній півкулі. Ці точки - полюси Землі - 90 ° північної та південної широти. А яка їхня довгота.
Найскладніше становище у спостерігача, що у середніх північних чи південних широтах. Тобто якраз наш випадок. Тут зірки, розташовані неподалік Полярної зірки, описують навколо неї кола, не заходячи за обрій. Розташовані подалі - сходять і заходять, ховаючись у певний час за лінієюсправжнього горизонту. У своєму добовому русі кожна зірка двічі перетинає небесний меридіан у вищих точках північної та південної півкуль. Момент проходження небесного світила через небесний меридіан називається КУЛЬМІНАЦІЄЮ СВІТЛА і використовується для визначення зоряного часу та географічної довготи місця спостереження. Широту свого місцезнаходження легко визначити за висотою полюса світу над обрієм, як це показано на малюнку.