6. Мореходная астрономия

Небесная сфера - это сфера произвольного радиуса (т.е. очень большого, что размерами Земли можно пренебречь), на которую спроецированы светила, основные линии и плоскости наблюдателя и Земли. Проведем её, взяв за центр точку наблюдателя О.

Продолжим отвесную линию до пересечения с небесной сферой в точках зенита z и надира n. Линия, параллельная оси вращения Земли и проходящая через точку наблюдателя называется осью мира. (Именно вокруг этой оси наблюдателю кажется, что вращается весь мир, со всеми светилами). Точки пересечения её со сферой называются полюсами мира: северным PN и южным PS (они соответствуют полюсам Земли). Если смотреть со стороны северного полюса, то Земля вращается против часовой стрелки. В силу этого наблюдателю на Земле кажется, что небесная сфера вращается по часовой стрелке, если на неё смотреть со стороны северного полюса. Фактически ось мира является продолжением земной оси вращения, когда размеры Земли пренебрежительно малы по сравнению с размерами небесной сферы.

Плоскость, проведенная через центр сферы перпендекулярно отвесной линиии, дает в сечении со сферой истинный горизонт.

Полюс мира, находящийся над горизонтом, называется повышенным полюсом, а второй полюс, находящийся под горизонтом, носит название пониженного полюса. Наименование повышенного полюса совпадает с наименованием широты, в которой находится наблюдатель.

Плоскость, проведенная через центр небесной сферы перпендекулярно оси мира, дает в сечении со сферой небесный экватор - большой круг QWQ'E. Небесный экватор по существу есть продолжение земного экватора, поэтому угол между плоскостью небесного экватора и отвесной линией есть широта.

На Земле дуги больших кругов, проходящих через полюса, есть меридианы. В плоскости чертежа дуга PSOPN - меридиан наблюдателя. Его проекция на небесную сферу - дуга большого круга PSZPNn также является меридианом наблюдателя. Меридиан наблюдателя пересекается с истинным горизонтом в двух точках: в точке севера N и в точке юга S. Точкой севера называется та, которая ближе к северному полюсу. Точка юга - ближе к южному полюсу. Линия N - S называется полуденной линиией. Данная линия получила такое название, потому что по этой линии в полдень падает тень от верткального предмета.

Небесный экватор пересекается с плоcкостью истинного горизонта в двух точках - востока (Е) и запада (W). Если стать в центр небесной сферы лицом к точке севера (N), то справа располлагается точка востока (Е).

Ось мира PNPS разделяет меридиан наблюдателя на полуденную часть PNZPS, включающую зенит, и полуночную PNnPS (изображается волнистой линией). Полуденную часть меридиана наблюдателя Солнце пересекает в полдень, а полуночную - в полночь.

Предположим светило находится в точке С. Дуга большого круга, проходящая через зенит, надир и светило, называется вертикалом светила. Вертикал, проходящий через точки востока и запада (E, W) называется первым вертикалом.

Дуга большого круга, проходящая через светило и полюса, называется меридианом светила.

Т.к. ось мира перпендекулярна плоскости небесного экватора, а отвесная линия перпендекулярна плоскости истинного горизонта, то QOZ = PNON. Как будет сказано в следующем параграфе высотой называется дуга вертикала от плоскости истинного горизонта до светила. Следовательно, высота повышенного полюса равна широте места наблюдателя, т. е. hP = . Этот важный вывод используется для установки звездного глобуса по широте.

В мореходной астрономии чаще всего приходится работать с горизонтной системой координат и 1-ой экваториальной. В формулировке любых определений координат всегда присутствуют 3 элемента:

• это такая-то дуга (небесного экватора, истинного горизонта, вертикала и т.д.);

• откуда отсчитывается (от горизонта, от экватора, от меридиана и.т.д.);

• и куда отсчитывается.

Причем одна координата отчитывается по основной плоскости, вторая - во второй плоскости, перпендикулярной основной. Основная плоскость задает название системы координат и входит в определение каждой координаты.

Горизонтная система координат

Если светило находится над горизонтом, то высота светила положительная, если под горизонтом, то высота отрицательная. В мореходной астрономии отрицательные высоты светил практически не используются, поэтому можно считать, что 0° < h < 90°.

Зенитное расстояние - это дуга вертикала светила от зенита до светила.

z = 90° - h

Малый круг, проходящий параллельно истинному горизонту через светило называется альмукантаратом. Все точки альмукантарата имеют равную высоту.

Высота светила, находящегося на меридиане, называется меридиональной высотой и обозначается H. Высота H имеет наименование той точки горизонта, над которой она измерена - либо N, либо S.

Азимут бывает 3-х видов:

Акр - круговой азимут - это дуга истинного горизонта от точки севера N до вертикала светила (от 0° до 360°) по часовой стрелке.

Апк - полукруговой азимут (от 0° до 180°). Его определение дано выше в таблице. Полукруговой азимут отсчитывается от точки севера (N) или точки юга (S), точнее от вертикала повышенного полюса. Т.к. широта определяет повышенный полюс, то первая буква наименования азимута всегда совпадает с широтой.

Ач - четвертной азимут (от 0° до 90°) отсчитывается либо от точки севера (N), либо от точки юга (S) до вертикала светила.

Известно, что небесная сфера со всеми находящимися на ней светилами вращается вокруг оси мира. Это движение называется видимым суточным движением сферы. Направлено суточное движение по часовой стрелке, если смотреть на на сферу со стороны северного полюса PN. Вследствие суточного движения все светила, вращаясь с вместе со сферой, двигаются параллельно небесному экватору, т.е. по небесным параллелям, всегда пересекают в этом движении меридиан наблюдателя, некоторые пересекают I-ый вертикал и горизонт.

Пересечение светилом в своем суточном движении полуденной части меридиана наблюдателя называется верхней кульминацией, а пересечение светилом полуночной части называется нижней кульминацией. Из нижнего рисунка видно, что для постоянной широты и светила с постоянным склонением в момент верхней кульминации светило имеет максимальную высоту, а в момент нижней кульминации - минимальную высоту. Пересечение светилом в своем суточном движении плоскости истинного горизонта называется точками восхода и захода.