Система небесних координат
Система небесних координатвикористовується в астрономії для опису положення світил на небі або точок на уявній небесній сфері. Координати світил або точок задаються двома кутовими величинами (або дугами), які однозначно визначають положення об'єктів на небесній сфері. Таким чином, система небесних координат є сферичною системою координат, у якій третя координата – відстань – часто невідома і не відіграє ролі.
Системи небесних координат відрізняються одна від одної вибором основної площини (див.Фундаментальна площина) та початком відліку. Залежно від завдання, що стоїть, може бути зручнішим використовувати ту чи іншу систему. Найчастіше використовуютьсягоризонтальнатаекваторіальна системи координат. Рідше -екліптична,галактичната інші.
Зміст
У цій системі центр міститься у місці знаходження спостерігача на поверхні землі, основною площиною є площина математичного горизонту. Однією координатою при цьому є абовисотасвітилаh, або його зенітна відстаньz. Іншою координатою єазимутA. Внаслідок того, що горизонтальна система координат завжди топоцентрична (спостерігач завжди знаходиться на поверхні землі, або на деякому піднесенні), слово "топоцентрична" зазвичай опускається.
Висотоюhсвітила називається дуга вертикального кола від математичного горизонту до світила, або кут між площиною математичного горизонту та напрямком на світило. Висоти відраховуються в межах від 0 до +90 до зеніту і від 0 до -90 до надира.
Зенітною відстаннюzсвітила називається дуга вертикального кола від зеніту до світила, або кут між вертикальною лінією інапрямом на світило. Зенітні відстані відраховуються в межах від 0° до 180° від зеніту до надира.
АзимутомAсвітила називається дуга математичного горизонту від точки півдня до вертикального кола світила, або кут між полуденною лінією та лінією перетину площини математичного горизонту з площиною вертикального кола світила. Азімут відлічується у бік добового обертання небесної сфери, тобто на захід від точки півдня, в межах від 0 ° до 360 °. Іноді азимути відраховуються від 0 ° до +180 ° на захід і від 0 ° до -180 ° на схід. (У геодезії азимути відраховуються від точки півночі.)
Зміни координат під час обертання небесної сфери
Висотаh,зенітна відстаньz,азимутAтагодинний кутtсвітил постійно змінюються внаслідок обертання небесної сфери, оскільки відраховуються від точок, не пов'язаних із цим обертанням.Схилянняδ,полярна відстаньpіпряме сходженняαсвітил при обертанні небесної сфери не змінюються, але можуть змінюватися через рухів світил, які пов'язані з добовим обертанням.
У цій системі основною площиною є площина небесного екватора. Однією координатою при цьому є відмінюванняδ(рідше -полярна відстаньp). Іншою координатою -годинний кутt.
Схиленнямδсвітила називається дуга кола відмінювання від небесного екватора до світила, або кут між площиною небесного екватора і напрямком на світило. Відмінювання відраховуються в межах від 0° до +90° до північного полюса світу та від 0° до −90° до південного полюса світу.
Полярною відстаннюpсвітила називається дуга кола відмінювання від північного полюса світу до світила, або кут міжвіссю світу та напрямком на світило. Полярні відстані відраховуються в межах від 0 до 180 від північного полюса світу до південного.
Годинним кутомtсвітила називається дуга небесного екватора від верхньої точки небесного екватора (тобто точки перетину небесного екватора з небесним меридіаном) до кола відмінювання світила, або двогранний кут між площинами небесного меридіана і коло відмінювання світила. Вартові кути відраховуються у бік добового обертання небесної сфери, тобто на захід від верхньої точки небесного екватора, в межах від 0° до 360° (у градусній мірі) або від 0 до 24 h (у годинній мірі). Іноді годинні кути відраховуються від 0° до +180° (від 0 h до +12 h ) на захід і від 0° до −180° (від 0 h до −12 h ) на схід.
У цій системі, як і в першій екваторіальній, основною площиною є площина небесного екватора, а однією координатою - відмінюванняδ(рідше -полярна відстаньp (5)). Інший координатою єпряме сходженняα.
Прямим сходженням(RA, α)світила називається дуга небесного екватора від точки весняного рівнодення до кола відмінювання світила, або кут між напрямком на точку весняного рівнодення і площиною кола відмінювання світила. Прямі сходження відраховуються у бік, протилежний добовому обертанню небесної сфери, в межах від 0° до 360° (у градусній мірі) або від 0 h до 24 h (у годинній мірі).
RA – астрономічний еквівалент земної довготи. І RA та довгота вимірюють кут схід-захід по екватору; обидві заходи беруть відлік від нульового пункту на екваторі. Для довготи, нульовий пункт – нульовий меридіан; для RA нульовою відміткою є місце на небі, де Сонце перетинає небесний екватор на весняне рівнодення.
Схиляння(δ) в астрономії - одна з двох координат екваторіальної системи координат. Рівняється кутовому відстані на небесній сфері від площини небесного екватора до світила і зазвичай виявляється у градусах, хвилинах і секундах дуги. Відмінювання позитивно на північ від небесного екватора і негативне на південь.
- Об'єкт на небесному екваторі має відмінність 0°
- Відмінювання північного полюса небесної сфери дорівнює +90°
- Відмінювання південного −90°
У відмінювання завжди вказується знак, навіть якщо відмінювання позитивне.
Відмінювання небесного об'єкта, що проходить через зеніт, дорівнює широті спостерігача (якщо вважати північну широту зі знаком +, а південну негативною). У північній півкулі Землі для заданої широти φ небесні об'єкти зі відмінюванням δ > +90° − φ не заходять за горизонт, тому називаютьсязахідними. Якщо ж відмінювання об'єкта δ [1]
У цій системі основною площиною є площина екліптики. Однією координатою при цьому єекліптична широтаβ, а іншою -еліптична довготаλ.
Екліптичною широтоюβсвітила називається дуга кола широти від екліптики до світила, або кут між площиною екліптики та напрямком на світило. Екліптичні широти відраховуються в межах від 0 до +90 до північного полюса екліптики і від 0 до -90 до південного полюса екліптики.
Екліптичної довготоюλсвітила називається дуга екліптики від точки весняного рівнодення до кола широти світила, або кут між напрямком на точку весняного рівнодення і площиною кола широти світила. Екліптичні довготи відраховуються у бік видимого річного руху Сонця з екліптики, тобто із заходу на схід від точки весняного рівнодення вмежах від 0 ° до 360 °.
У цій системі основною площиною є площина нашої Галактики. Однією координатою єгалактична широтаb, а іншою -галактична довготаl.
Галактичною широтоюbсвітила називається дуга кола галактичної широти від екліптики до світила, або кут між площиною галактичного екватора та напрямком на світило.
Галактичні широти відраховуються в межах від 0 до +90 до північного галактичного полюса і від 0 до -90 до південного галактичного полюса.
Галактичною довготоюlсвітила називається дуга галактичного екватора від точки початку відлікуCдо кола галактичної широти світила, або кут між напрямком на точку початку відлікуCі площиною кола галактичної широти світила. Галактичні довготи відраховуються проти годинникової стрілки, якщо дивитися з північного галактичного полюса, тобто на схід від точки початку відлікуCу межах від 0° до 360°.
Точка початку відлікуCзнаходиться поблизу напрямку на галактичний центр, але не збігається з ним, оскільки останній, внаслідок невеликої піднятості Сонячної системи над площиною галактичного диска, лежить приблизно на 1° на південь від галактичного екватора. Точку початку відлікуCвибирають таким чином, щоб точка перетину галактичного та небесного екваторів з прямим сходженням 280° мала галактичну довготу 32,93192° (на епоху 2000).
Координати точки початку відлікуCна епоху 2000 в екваторіальній системі координат становлять:
Небесні координати використовувалися вже в давнину. Опис деяких систем міститься у працях давньогрецького геометра Евкліда (близько 300 е.). Опубліковано в«Альмагесте» Птолемея зірковий каталог Гіппарха містить положення 1022 зірок в еліптичній системі небесних координат.
Спостереження змін небесних координат призвели до найбільших відкриттів в астрономії, які мають значення для пізнання Всесвіту. До них відносяться явища прецесії, нутації, аберації, паралаксу, власних рухів зірок та інші. Небесні координати дозволяють вирішувати завдання виміру часу, визначати географічні координати різних місць земної поверхні. Широке застосування знаходять небесні координати під час складання різних зоряних каталогів, щодо справжніх рухів небесних тіл — як природних, і штучних — у небесної механіки і астродинаміці і щодо просторового розподілу зірок у проблемах зоряної астрономії.
Використання горизонтальної топоцентричної системи координат
Горизонтальна топоцентрична система координатвикористовується спостерігачем, що знаходиться в певному місці на поверхні земної кулі для визначення положення будь-якого світила на небі.
Координати небесних світил у цій системі координат можуть бути отримані за допомогою кутомірних інструментів та при спостереженнях у телескоп, змонтований на азимутальній установці.
Більшість астрономічних комп'ютерних програм здатні видавати положення світил у системі координат.
При спостереженнях слід враховувати виправлення на рефракцію.
Використання першої екваторіальної системи координат
Перша екваторіальна система координатвикористовується для визначення точного часу та при спостереженнях у телескоп, змонтований на екваторіальній установці.
Використання другої екваторіальної системи координат
Друга екваторіальнасистема координат є загальноприйнятою в астрометрії.
Уекваторіальній геліобарицентричній системі координатскладаються сучасні зоряні карти та описуються положення світил у каталогах. При цьому координати світил призводять до певного положення небесного екватора і точки весняного рівнодення, тобто до певної ери (в астрономії застосовуються ери B1950 і J2000.0).
Екваторіальна геоцентрична система координатвідрізняється відекваторіальної геліобарицентричної системи координаттим, що координати зірок скориговані в ній через явище річного паралаксу, а положення небесного екватора та точки весняного рівнодення наводяться до поточної дати.
Використання еліптичної системи координат
Екліптична геоцентрична система координатвикористовується в небесній механіці для розрахунку орбіти Місяця, а також є основною або єдиною в більшості шкіл астрології.
Екліптична геліоцентрична система координатвикористовується для розрахунку орбіт планет та інших тіл Сонячної системи, що обертаються навколо Сонця.
Застосування різних систем небесних координат
Насправді, зазвичай, потрібно скористатися кількома системами координат. Наприклад, для розрахунку положення Місяця на небі необхідно спочатку розрахувати координати Місяця в еліптичній геоцентричній системі координат, перерахувати координати в екваторіальну геоцентричну систему координат, потім перейти до горизонтальної топоцентричної системи координат.