Г Л А В А I

СИСТЕМЫ НЕБЕСНЫХ КООРДИНАТ

Решение задач практической астрономии требует прежде всего введения некоторых систем координат, в которых достаточно просто и рационально с точки зрения решения соответствующих задач определяются положения светил.

В практической астрономии вообще и в астрономической навигации летательных аппаратов в частности применяются пространственные и сферические системы небесных координат.

В главе будут рассмотрены основные системы небесных координат и получены соотношения для пересчета координат светил из одной системы в другую.

§ 1.1. НЕБЕСНАЯ СФЕРА

Применение сферических систем небесных координат предусматривает необходимость введения некоторой вспомогательной сферы, на которую проектируются светила, а при необходимости и летательный аппарат. Эта вспомогательная воображаемая сфера бесконечно большого радиуса называется небесной сферой. В зависимости от предназначения небесной сферы ее центр может совпадать с глазом наблюдателя, с центром Земли, с центрами Луны, Солнца и других планет. Сферические координаты небесных светил на небесной сфере с центром, совпадающим с глазом наблюдателя, находящегося на поверхности Земли или вблизи ее, называются топоцентрическими, а с центром, совпадающим с центром Земли, — геоцентрическими. Если центр небесной сферы совпадает с центром Солнца или Луны, то сферические координаты светил называют соответственно гелиоцентрическими и селеноцентрическими.

Небесная сфера имеет ряд характерных точек, линий и кругов (рис. 1.1). Линия, в которой устанавливается свободно подвешенный отвес, называется отвесной линией. Точки пересечения отвесной линии с небесной сферой называют зенит Z и надир Z'. Зенит находится над головой наблюдателя. Надир — точка пересечения отвесной линии с небесной сферой, находящаяся под горизонтом.

7

ния, соединяющая полюсы мира, называется осью мира. Вокруг оси мира происходит видимое суточное вращение небесной сферы, являющееся отражением действительного суточного вращения Земли вокруг своей оси. Это вращение происходит с запада на восток, поэтому видимое суточное вращение небесной сферы вместе со всеми светилами /происходит в противополож-

ном направлении — с востока на запад или иначе — по часовой стрелке, если смотреть на небесную сферу «снаружи» со стороны северного полюса ми-

Большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира, зенит и надир

PZP'Z\ называют небесным меридианом, или меридианом наблюдателя. Большой круг, по которому происходит пересечение плоскости, перпендикулярной отвесной линии (горизонтальной плоскости) с небесной сферой NESW, называют истинным горизонтом.

Большой круг, по которому происходит пересечение плоскости, перпендикулярной оси мира, с небесной сферой QEQ'W,

носит название небесного экватора. Небесный экватор делит небесную сферу на северную и южную полусферы.

Ближайшая к северному полюсу мира точка пересечения небесного меридиана с истинным горизонтом называется тонкой севера истинного горизонта N, а ближайшая к южному полюсу мира — точкой юга S. Линия, проходящая через центр небесной сферы и точки севера и юга истинного горизонта, называется полуденной линией. В полдень по местному солнечному времени Солнце находится над этой линией.

Точки пересечения истинного горизонта с небесным экватором называются точками востока Е и запада W.

Большой круг небесной сферы РСР\ проходящий через полюсы мира и светило, называют кругом склонения, или часовым кругом светила, а большой круг ZCZ\ проходящий через зенит, светило и надир, — вертикалом светила.

8

Суточное движение светил происходит по малым кругам небесной сферы, плоскости которых параллельны плоскости истинного экватора qqЭти малые круги называют суточными параллелями.

Положение светила или летательного аппарата на небесной сфере определяется двумя сферическими координатами. На практике применяют несколько систем сферических небесных координат. Рассмотрим наиболее важные из них.

§ 1.2. ЭКВАТОРИАЛЬНАЯ СИСТЕМА НЕБЕСНЫХ К О О Р Д И Н А Т

Основной определяющей плоскостью в этой системе небесных координат является плоскость небесного экватора, а полюсами являются полюсы мира.

Положение светила (летательного аппарата) в этой системе координат определяется их прямым восхождением и склонением

центра небесной сферы на светило. Склонение может принимать

сферы на светило. Измеряется полярное расстояние дугой круга

9

склонения PC и может принимать значения от 0 до 180°. Полярное расстояние дополняет склонение светила (летательного аппарата) до 90°.

8 + ^ = 90°. (1.1)

Для решения некоторых задач в этой системе небесных координат положение светила (летательного аппарата) относительно

бесного меридиана и плоскостью круга склонения светила (летательного аппарата}. Местный часовой угол t измеряется дугой экватора QDt отсчитывается от точки Q экватора на запад, в направлении видимого суточного вращения небесной сферы от 0 до 360°. Иногда местный часовой угол от точки Q отсчитывают к востоку, в этом случае его обозначают tE и называют восточным. Для одного и того же светила (летательного аппарата) в один и тот же момент времени восточный местный часовой угол дополняет местный часовой угол светила до 360°, т. е.

и используется на практике для определения времени путем измерения часового угла светила.

Иногда говорят о двух экваториальных системах небесных координат — первой и второй. В первой экваториальной системе положение точки на небесной сфере определяется местным часовым углом и склонением, а во второй экваториальной — прямым восхождением и склонением.

Первая экваториальная система берется в основу при разработке и создании так называемых моделирующих астрономических компасов и астроориентаторов. В соответствии с этой системой координат строятся установки для наземных астрономических приборов — телескопов. Одна из осей вращения такой установки параллельна оси мира. С помощью часового механизма происходит вращение телескопа относительно этой оси, этим самым исключается влияние вращения Земли при наблюдении за светилами.

Прямое восхождение и склонение светил вследствие вращения небесной сферы не изменяются, это позволяет использовать

10

вторую экваториальную систему для составления звездных карт и разработки звездных глобусов. Так, например, бортовая карта

меридиана, в плоскости которого располагается истинный, или географический, меридиан наблюдателя, поэтому в один и тот

§ 1.3. Г О Р И З О Н Т А Л Ь Н А Я СИСТЕМА НЕБЕСНЫХ К О О Р Д И Н А Т

Основной определяющей плоскостью в этой системе небесных координат является плоскость истинного горизонта, а полюсами являются зенит и надир.

Положение светила (летательного аппарата) в этой системе координат определяется азимутом и высотой (рис. 1.3).

Азимут светила (летательного аппарата) А —дву- гранный угол между плоскостью небесного меридиана и плоскостью вертикала светила (летательного аппарата). Азимут измеряется дугой* истинного горизонта NB, отсчитывается от точки севера на восток от 0 до 360°. Этот азимут светила называют также навигационным.

Иногда азимут светила отсчитывают от точки севера на запад, в этом случае азимут светила называют западным и обозначают

11