§13. ОБРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ ПО ОРБИТЕ И ВИДИМОЕ ГОДОВОЕ ДВИЖЕНИЕ СОЛНЦА
Помимо вращения вокруг своей оси, Земля, как и все планеты, обращается по эллиптической (е=0,0167) орбите вокруг Солнца (рис. 23) в направлении суточного вращения, причем ее ось pnps наклонена к плоскости орбиты на угол 66°33', сохраняющийся в процессе обращения (без учета возмущений). Движение Земли по орбите происходит неравномерно, что отражено во втором законе Кеплера (см. §12). Быстрее всего Земля движется в перигелии (точка II' на рис. 23, где у =30,3 км/с), который Она проходит около 4 января; медленнее всего — в афелии (точка А' на рис. 23, где v=29,2 км/с), который она проходит около 4 июля. Вследствие этого участки орбиты III— IV—I Земля проходит быстрее, а участки I—II—III— медленнее. Средняя орбитальная скорость 29,76 км/с у Земли бывает около равноденствий. Орбитальное движение вызывает изменение направлений на светила для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли. Вследствие этого положения светил на сфере должны изменяться, т.е. светила, помимо суточного движения со сферой, должны иметь еще и видимые собственные движения по сфере.
69
Рассмотрим, как изменяется место Солнца на сфере вследствие орбитального движения Земли, и связанные с этим явления. Построим небесную сферу при центре Солнца (знак его ) так, чтобы орбита Земли (знак ее ) оказалась внутри сферы (см. рис. 23). С Земли в положении I Солнце
видно в направлении, показанном стрелкой, и проектируется на сферу в точку I'. Если в положении I Земля будет 21 марта, то точка I' совпадет с точкой Овна E. При перемещении Земли в положение С наблюдателю на ее поверхности кажется, что Солнце переместилось по сфере в положение С' в ту же сторону, что и Земля по орбите. Это движение Солнца по сфере, наблюдаемое с Земли в течение года, называется видимым годовым движением Солнца; оно происходит в сторону суточного и орбитального движения Земли, т.е. является прямым движением. Из точек II, III, IV на орбите Земли Солнце проектируется на сферу соответственно в точки , ,N; все эти точки лежат на общем большом круге сферы — эклиптике.
Эклиптикой называется большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годовое движение Солнца. Плоскость этого круга совпадает(или параллельна) с плоскостью орбиты Земли, поэтому эклиптика представляет проекцию орбиты Земли на небесную сферу (точнее проекцию центра тяжести системы Земля — Луна). Эклиптику можно нанести на сферу по координатам Солнца α и δ, как это сделано на звездном глобусе или карте. Выше (см. §2) было отмечено, что эклиптика, как всякий большой круг, имеет ось РЭКР'ЭК, перпендикулярную плоскости орбиты Земли, и полюса эклиптики: северный РЭК и южный РЭК. Вследствие того, что ось PNPS сохраняет параллельное положение в пространстве, угол ε между осью мира PNPS и осью эклиптики РЭКР’ЭК остается приближенно постоянным. На сфере этот угол е называется наклоном эклиптики к экватору и равен 23°27' (на 1977 г.
ε=23°26,4').
70
Эклиптика делится экватором на две части: северную и южную. Точки пересечения эклиптики с экватором называются точками равноденствий: весеннего, или мартовского (точка Овна — E), в которой Солнце переходит из южной половины сферы в северную; осеннего, или сентябрьского (точка Весов
— K, в которой Солнце переходит из северной в южную половину сферы. Когда Солнце находится в этих точках, его суточная параллель совпадает с экватором и на всем земном шаре, кроме полюсов, день приблизительно равен ночи, отсюда и их название.
Около точек сферы H — Рака и N — Козерога, смещенных относительно равноденствий на 90°, склонение Солнца, равное здесь углу е, несколько дней почти не меняется, и Солнце в это время не меняет своей полуденной высоты, т.е. как бы стоит. Отсюда эти точки называются солнцестояниями: летнего, или июньского (точка Рака) и зимнего, или декабрьского (точка Козерога). Даты прихода Солнца в эти точки и его координаты приведены в табл. 3 и на рис. 23.
Пояс сферы, расположенный на 8° по обе стороны от эклиптики, называется поясом, или кругом Зодиака. Он проходит через 12 созвездий (см. рис. 23): Рыбы P, Овен E, Телец F, Близнецы G, Рак H, Лев I, Дева J,
Весы K, Скорпион L, Стрелец M, Козерог N, Водолей O. В каждом из этих созвездий Солнце находится около месяца, в соответствии с чем каждому месяцу раньше присваивался знак созвездия.
Совместное годовое и суточное движение Солнца. Суточная параллель
71
Солнца (рис. 24) под влиянием его годового движения непрерывно смещается на ∆δ, так что общее движение на сфере происходит по спирали; шаг ее ∆δ у равноденствий (Овен, Весы)— наибольший, а у солнцестояний уменьшается от нуля. Поэтому параллели Солнца образуют за год на сфере пояс со склонениями 23°27'N и S. Этот пояс и строится при изучении движения Солнца
(см.§15, рис. 27).
Крайние параллели, описываемые Солнцем в дни солнцестояний, называются тропиками: крайний северный — тропиком Рака, крайний южный— тропикос Козерога. На тропиках происходит поворот в движении Солнца (тропиком — по–гречески поворот). В соответствии с этим крайние параллели Земли, на которых Солнце может быть в зените, носят те же названия: тропик Рака (φ=23°27' N) и тропик Козерога (φ=23°27'S).
Таблица 3
Дата |
Точка эклиптики |
Обозначение |
δ |
α |
|
|
|
|
|
24/III |
Весеннего равноденствия |
E |
00 |
00 |
22/VI |
Летнего солнцестояния |
H |
23,50N |
900 |
23/IX |
Осеннего равноденствия |
K |
00 |
1800 |
22/XII |
Зимнего солнцестояния |
N |
23,50 S |
2700 |
Периоды в движении Солнца по эклиптике. Оборот Солнца по сфере относительно точки Овна, а следовательно, и относительно тропика происходит за тропический год, а относительно неподвижной точки, сферы, например звезды, — за звездный год.
Тропическим годом называется промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку Овна. В среднем тропический год равен 365,2422Д=365Д5Ч48M46C. Этот период положен в основу календарного года, применяемого в повседневной жизни. Точка Овна, как будет показано далее, не остается неподвижной на сфере, а имеет небольшое, около 1' в год, движение навстречу Солнцу, поэтому полный оборот Солнца по эклиптике, называемый звездным годом, оказывается
72