1. Загальні відомості.

Астрономія – одна із самих давніх наук. Своїм предметом вона вивчає природу, рух і розприділення небесних світил і улаштування Всесвіту в цілому. В наш час астрономія поділяється на розділи. Кожний з яких є самостійною галуззю знань.

Астрономічні роботи, які виконуються в геодезичних цілях і мають своєю задачею визначення географічних координат на земній поверхні, основуються на двох розділах астрономії: сферичної астрономії і практичної або геодезичної астрономії.

Сферичною астрономією називається розділ астрономії, в якому розглядаються видимі рухи світил, способи визначення їх положень на небесній сфері за допомогою застосування різних систем координат і закономірності явищ, що спостерігаються із земної поверхні і виникають в результатів руху Землі навколо Сонця і обертання її навколо осі.

Практичною або геодезичною астрономією називається розділ астрономії, в якому розглядаються методи і прийоми астрономічних вимірів, прилади, які використовуються при виконанні цих вимірів, а також способи обробки астрономічних вимірів для визначення координат світил на небесній сфері і географічних координат точок земної поверхні.

Інші розділи астрономії – теоретична астрономія, небесна механіка, астрофізика, космогонія – вивчають рухи світил, їх фізичні і хімічні властивості, розвиток небесних тіл і Всесвіту в цілому.

1.2. Системи координат.

Астрономічні широти і довготи точок земної поверхні і азимути напрямків визначаються із відповідних спостережень небесних світил – Сонця і зірок.

Побудуємо сферу довільного радіуса. Нехай, центр сфери співпадає з точкою спостереження. В подальшому будемо вважати, що всі світила спроектовані прямими лініями із центра цієї допоміжної сфери на її внутрішню поверхню. Задача заключається в визначенні положення проекції світила на цій сфері, яка називається небесною сферою.

Положення любої точки на небесній сфері визначається як перетин двох великих кіл, побудованих відомим чином. Проводячи через дану точку різним чином кола, будемо мати різні системи координат. Ці кола розташовують у взаємно перпендикулярних площинах. Положення кожного із двох кіл, які проходять через дану точку сфери, визначається дугою, яку відраховують від відповідного великого кола, приймаємо за початкове.

Як відомо Земля обертається навколо своєї осі із заходу на схід. У спостерігача на земній поверхні складається враження, що всі небесні тіла – зірки, Сонце, планети – рухаються із сходу на захід. Обертання Землі навколо своєї осі називається добовим рухом, тому що проміжок часу за який Земля робить один оберт відносно зовнішньої точки, приймається за одиницю часу, яку називають добою.

1.3. Горизонтальна система координат.

Побудуємо допоміжну сферу. Продовжимо прямовисну лінію в точці спостереження А зі сферою в точках Z і Z₁ . ці точки називаються відповідно точками зеніту і надиру. Велике коло, площина якого перпендикулярна лінії ZZ₁ приймаємо за перше основне коло, відносно якого будемо визначати положення світила на небесній сфері. Це коло називається небесним, або астрономічним горизонтом.

П

Z α

C

Z

E h

P A

A

W M P1

Z

роведемо через центр сфери лінію, паралельну осі обертання Землі, до перетину зі сферою. Ця лінія називається віссю світу. Нехай, вісь світу пересікає допоміжну сферу в точках Р і Р₁ , які називаються полюсами світу. Велике коло небесної сфери РZSP₁Z₁N, яке проходить через полюси світу і зеніт місяця спостереження (точки А), називається астрономічним, або небесним меридіаном. Приймемо небесний меридіан за друге основне коло, відносно якого будемо визначати положення світила на сфері. Горизонтальна лінія AN, яка лежить в площині меридіана, показує напрямок на північ, а протилежна їй AS – на південь. Тому точки N і S називаються

відповідно точками півночі і півдня. Велике коло, яке проходить через точки зеніта і надира перпендикулярне площині меридіана, називається першим вертикалом ; точки W і E перетину цього кола з горизонталом називаються відповідно точками заходу і сходу.

В даній системі координат положення світила  визначається:

1) Дугою великого кола Z, яка вимірює зенітну віддаль світила і позначається через Ž ;

2) Двогранним кутом α між площиною астрономічного меридіана РZP₁Z₁ і вертикальною площиною ZZ₁ , який називається азимутом світила. Азимут в астрономії відраховується від південної частини меридіана по ходу часової стрілки.

Іноді в астрономії замість координати Ž застосовують висоту h, рівне 90˚ - Z , що вимірюється дугою М ; h відповідає прийнятому в геодезії куту нахилу.

Малі кола небесної сфери паралельні площині горизонту, тобто кола рівних висот, називаються альмукантаратами.

Якщо позначити через А азимут при рахунку від північної частини меридіану, то

А = α + 180º (1.1)

В результаті обертання Землі навколо осі видиме із точки А положення світила  на сфері безперервно змінюється, завершуючи повний поворот за добу. Видимий рух світила на протязі доби проходить по малому кругу сd, який називається добовою паралеллю. Таким чином, для даної точки спостереження А значення координат Z і α будуть різні в різні часи доби. В різних точках земної поверхні прямовисна лінія має різний напрямок, тому в один і той же момент часу, але для різних точок спостережень горизонтальні координати одного і того ж світила також не будуть однаковими.

На протязі доби світило два рази пересікає астрономічний меридіан – в точках с і d. Положення світила в меридіані називається кульмінацією світила. Ближня до світила кульмінація називається верхньою кульмінацією, дальня - нижньою кульмінацією.

У верхній кульмінації зенітна віддаль досягає найменшого значення, а в нижній кульмінації – найбільшого. Азимут світил в моменти кульмінації має значення 0º або 180º.