Связь астрономии с другими науками
Астрономия имеет большое значение в жизни современного общества. Астрономические методы ориентировки применяются в мореплавании, авиации, космонавтики, составление календарей, в народном хозяйстве. Также с помощью астрономии обнаруживаются полезные ископаемые и составляются топографические, географические карты.
Небесные светила. Созвездия.
Небесное светило — проекция астрономического объекта на небесную сферу; видимая наблюдателю проекция небесного тела на небе. К небесным светилам относят солнце, луну, планеты и звёзды: солнце — проекция Солнца на небесную сферу Земли; луна — проекция Луны на небесную сферу Земли; планета — проекция любой другой планеты Солнечной системы на небесную сферу Земли; звезда — проекция астрономического объекта, находящегося за пределами Солнечной системы, на небесную сферу Земли.
Очень давно люди стали объединять звезды в фигуры – созвездия, называя их именами героев древних мифов и легенд, животных или предметов. В расположении звезд в созвездиях обычно трудно найти что-либо общее с их названиями.
В настоящее время четко определены границы каждого из 88 созвездий. Поэтому, к созвездию Большой Медведицы относятся не только семь ярких звезд, но и много слабых. Принадлежность звезд к тому или иному созвездию определяется лишь тем, что наблюдатель, находящийся на Земле или в пределах Солнечной системы, видит эти звезды по соседству.
Звезды каждого созвездия обозначают буквами греческого алфавита: α(альфа) – обычно самая яркая звезда, β (бета) – следующая по блеску, затем γ (гамма), δ(дельта), ε (эпсилон), ζ (дзета), η (эта) и т.д. Некоторые звезды имеют и собственные имена: Полярная (α Малой Медведицы), Вега (α Лиры), Сириус (α Большого пса), и ряд других.
Видимые движения Солнца, Луны и планет
Изменение вида звездного неба в различное время года – следствие движения Земли вокруг Солнца. На протяжении года Солнце последовательно проходит через созвездия: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей. Они называются зодиакальными.
Нетрудно сообразить, что в пространстве плоскость эклиптики есть не что иное, как плоскость, в которой Земля движется вокруг Солнца, т.е. плоскость земной орбиты. Ось Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°. Значит, плоскость экватора Земли наклонена к плоскости эклиптики под углом 23,5°.
На этом рисунке видно, что линии небесного экватора и эклиптики пересекаются в двух точках. Это точки весеннего и осеннего равноденствия. В них Солнце соответственно бывает 21 марта и 23 сентября. В эти даты день равен ночи. Для начала зимы и лета соответственно приходятся на 22 декабря (день зимнего солнцестояния, саамы короткий день года) и 22 июня (день летнего солнцестояния, самый длинный день года)
Вследствие перемещения солнца по эклиптике непрерывно изменяются экваториальные координаты центра солнечного диска.
Свой путь по эклиптике Солнце совершает за 365,2422 сут. Этот промежуток времени называют тропическим годом.
Видимое движение Луны
Луна является естественным спутником Земли и ближайшим к ней небесным телом. Она обращается вокруг Земли по эллиптической орбите в том же направлении, что и Земля вокруг Солнца. Среднее расстояние Луны от Земли равно 384 400 км. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики на 5,09°
Точки пересечения орбиты Луны с эклиптикой называются узлами лунной орбиты. Движение Луны вокруг Земли для наблюдателя представляется как видимое ее движение по небесной сфере. Видимый путь Луны по небесной сфере называется видимой орбитой Луны. За сутки Луна перемещается по видимой орбите относительно звезд примерно на 13,2°, а относительно Солнца на 12,2°, так как Солнце за это время тоже перемещается по эклиптике в среднем на 1°. Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно звезд, называется звездным, или сидерическим, месяцем. Его продолжительность равна 27,32 средних солнечных суток.
Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно Солнца, называется с инодическим месяцем. Он равен 29,53 средних солнечных суток. Сидерический и синодический месяцы различаются примерно на двое суток за счет движения Земли по своей орбите вокруг Солнца.
Период вращения Луны вокруг своей оси равен периоду ее обращения вокруг Земли. Поэтому Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной. Вследствие того, что Луна за одни сутки перемещается по небесной сфере с запада на восток, т. е. в сторону, обратную суточному движению небесной сферы, на 13,2°, ее восход и заход ежесуточно запаздывают примерно на 50 мин. Это ежедневное запаздывание приводит к тому, что Луна непрерывно меняет свое положение относительно Солнца, но через строго определенный период времени вновь возвращается в исходное положение. В результате движения Луны по видимой орбите происходит непрерывное и быстрое изменение ее экваториальных координат. В среднем за сутки прямое восхождение Луны изменяется на 13,2°, а склонение — на 4°. Изменение экваториальных координат Луны происходит не только за счет ее быстрого движения по орбите вокруг Земли, но и вследствие необычайной сложности этого движения. На Луну действуют многие силы, имеющие различную величину и период, под влиянием которых все элементы лунной орбиты постоянно изменяются.
Движение Луны на небесной сфере сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида. Происходит так называемая смена лунных фаз. Фазой Луны называется видимая часть лунной поверхности, освещенная солнечными лучами.
Принято различать четыре фазы Луны: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.
Во время новолуния Луна проходит между Солнцем и Землей. В этой фазе Луна обращена к Земле неосвещенной стороной, и поэтому она не видна земному наблюдателю. В фазе первой четверти Луна находится в таком положении, что наблюдатель видит ее в виде половины освещенного диска. Во время полнолуния Луна находится в направлении, противоположном направлению на Солнце. Поэтому к Земле обращена вся освещенная сторона Луны и она видна в виде полного диска.
Полный цикл смены лунных фаз происходит в течение строго определенного периода времени. Его называют периодом фаз. Он равен синодическому месяцу, т. е. 29,53 сут.
Промежуток времени между основными фазами Луны равен примерно 7 сут. Количество дней, прошедших с момента новолуния, принято называть возрастом Луны.
Движение Луны вокруг Земли является причиной лунных и солнечных затмений. Затмения происходят только тогда, когда Солнце и Луна одновременно располагаются вблизи узлов лунной орбиты. Солнечное затмение происходит, когда Луна находится между Солнцем и Землей, т. е. в период новолуния, а лунное — когда Земля находится между Солнцем и Луной, т. е. в период полнолуния.
Видимое движение планет
В состав Солнечной системы входит девять планет. Пять из них можно видеть на небе невооруженным глазом. Это планеты Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Среди звезд планеты выделяются своей яркостью. Но их видимое положение относительно звезд непостоянно. Они непрерывно перемещаются по небу, как бы блуждают среди звезд. Видимое движение планет происходит вблизи эклиптики, т. е. в поясе зодиакальных созвездий.
По положению своих орбит относительно орбиты Земли планеты делятся на внутренние и внешние. Внутренние планеты обращаются вокруг Солнца внутри орбиты Земли, а внешние — за ее пределами. К внутренним планетам относятся Меркурий и Венера, а к внешним — Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.
Период обращения внутренней планеты вокруг Солнца меньше периода вращения Земли. Поэтому она в движении по своей орбите будет опережать Землю.
При положении планеты справа от Солнца она наблюдается на небесной сфере как утренняя звезда, а при положении слева — как вечерняя звезда.
Наиболее благоприятными условиями наблюдения внутренних планет являются условия, при которых они находятся вбизи точек наибольшего углового отклонения от Солнца. У Меркурия максимальное угловое отклонение достигает 28°, а у Венеры — 48°.
Внешние планеты обращаются вокруг Солнца на более далеком расстоянии, чем Земля. Поэтому характер их видимого движения несколько иной, чем у внутренних планет. Среди звезд они перемещаются медленнее видимого годового движения Солнца.
Среди внешних планет наиболее быстрое видимое движение имеет Марс, который расположен ближе всего к Земле. Для внешних планет наилучшими условиями их наблюдения будут периоды, когда они находятся в противостоянии.
Противостоянием называется положение планеты на небесной сфере относительно Земли в направлении, противоположном Солнцу. В противостоянии планета наблюдается в нулевой фазе (диск освещен полностью). Поэтому это положение планеты является самым удобным для ее наблюдения. В период противостояния планета находится в созвездии, противоположном тому, в котором в это время находится Солнце. Следовательно, в этом положении планета может быть видна на небе всю ночь.
Видимое движение планет приводит к непрерывному изменению их экваториальных координат, значения которых даются в ААЕ на каждый час гринвичского времени.