1.Астрономією називають науку про Всесвіт, що вивчає закони руху, будову, походження і розвиток небесних тіл і їх систем.

Назва науки походить від двох грецьких слів: астрон – світило і номос – закон.

Об’єктами дослідження і вивчення в астрономії є планети і їх супутники, Сонце, зорі, комети і метеори, зоряні системи і матерія, що заповнює Всесвіт.

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.

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.

За часів Кеплера відстані в астрономії порівнювали з радіусами Землі чи Сонця, то у ХVІІІ столітті для характеристики масштабів Всесвіту уже використовується астрономічна одиниця (1 а. од. = 149 600 000 км, що дорівнює середній відстані від Землі до Сонця), а Гершель для оцінки відстані від Землі до зір ввів одиницю – світловий рік – відстань, яку світло проходить за 1 рік, рухаючись зі швидкістю 300 000 км/с, тобто 1 св. р. = 9,4610¹² км = 63271 а. од. Оскільки масштаби досліджень Всесвіту і далі зростали, в другій половині ХІХ століття в астрономії ввели нову одиницю визначення відстані – парсек, (пк), – відстань, з якої радіус земної орбіти видно під кутом в 1˝ і таким чином

1 пк = 3,0910¹³ км = 3,26 св. р.

В даний час відстані до об’єктів дослідження у Всесвіті визначаються кілопарсеками (1 кпк = 1000 пк) і мегапарсеками (1 Мпк = 1 000 000 пк).

2. Всесвітом називають весь той простір навколо нас, який на сьогодні піддається вивченню. Межі вивчення Всесвіту осягають 200-300 млн. світлових років. За сучасними даними весь цей простір заповнений небесними тілами (зорями, планетами), фізичними полями (гравітаційним, електромагнітним), елементарними частинками. Щільність простору між небесними тілами надзвичайно мала.

Найбільш розповсюдженими небесними тілами у Всесвіті є зорі ­– небесні тіла, що мають власне випромінювання. У Всесвіті зорі розміщуються нерівномірно. Скупчення зірок у Всесвіті називають галактиками. Наша Галактика – чумацький шлях має вигляд сплюснутого еліпса, з великою віссю близько 100 000 св. років і нараховує близько 150 мільярдів зірок, які в її межах розподілені нерівномірно – більша їх концентрація спостерігається біля центра Галактики, а менша – біля її країв.

Вивчаючи зоряне небо, люди виділяли на ньому окремі групи зірок, які в подальшому одержали назву сузір’я. Кожне сузір’я має свою назву.

На Конгресі Міжнародного астрономічного товариства, що відбувся в 1922 році, було затверджено 88 сузір’їв.

Найбільш яскрава зірка північної півкулі Сіріус має зоряну величину -1.6, а Сонце – -26,7.

Яскравість і зоряна величина на стандартній відстані називаються абсолютними.

3. Небесні тіла, які не мають власного випромінювання називаються планетами. Планети є складовою частиною Всесвіту. Сонячна система входить до складу нашої Галактики і розміщується не в її центрі, а на відстані в 30 000 світлових років від нього. В складі Сонячної системи вісім планет: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Меркурій – найближча до Сонця планета. Крім Меркурія і Венери, всі інші планети мають власних супутників, таких як наш Місяць. Найбільшою за розмірами планетою є Юпітер, радіус якого більший за радіус Землі в 11 разів, а найменшою – Меркурій, радіус якого дорівнює 0,4 радіуса Землі. Юпітер є і найбільш масивною планетою з масою, рівною 317 масам Землі, а Меркурій ­– найлегша планета. Всі планети рухаються по своїх орбітах згідно з законами, що їх відкрив Кеплер.

Перший закон. Орбіта кожної планети є еліпс, в одному із фокусів якого знаходиться Сонце.

Точка орбіти, що розміщена на найближчій відстані від Сонця, називається перигелієм, а найбільш віддалена точка орбіти ­– афелієм.

Кожен еліпс характеризується ексцентриситетом, що обчислюється за формулою

,

де – значення малої півосі еліпса.

Ексцентриситет характеризує величину відхилення еліпса від кола. Найменший ексцентриситет в орбіти Венери – 0,007, найбільший – у планети Плутон ­– 0,247. Орбіта Землі має ексцентриситет .

Другий закон. Радіус-вектор планети в однакові проміжки часу описує рівновеликі площі.

Швидкість планети в характерних точках орбіти визначають з формул

,

де – середня швидкість планети.

З найбільшою середньою швидкістю по орбіті обертається планета Меркурій ( км/с). Середня швидкість Землі по орбіті км/с).

Третій закон. Квадрати періодів обертання двох планет відносяться як куби їх середніх віддалей від Сонця.

Третій закон Кеплера можна записати:

і - періоди обертання двох планет,

і - середні відстані їх від Сонця.

Меркурій робить один повний оберт по орбіті за 88 діб.

4. Зорі — велетенські розжарені, самосвітні небесні тіла, у надрах яких відбуваються (відбувались) термоядерні реакції. Сонце — одна із зірок, причому середня за своїми розмірами і світністю. За своїми характеристиками зорі різноманітні. Розрізняють зорі: велетні і карлики, одинокі, подвійні і кратні, затемнено-кратні, змінні зорі і нові. У Всесвіті зорі розміщуються нерівномірно. Скупчення зірок у Всесвіті називають галактиками. Наша Галактика – чумацький шлях, нараховує близько 150 мільярдів зірок.

Вивчаючи зоряне небо, люди виділяли на ньому окремі групи зірок, які в подальшому одержали назву сузір’я. Кожне сузір’я має свою назву, в якій відображені міфи стародавньої Греції, назви тварин (наприклад, сузір’я Андромеди, Кассіопеї, Лебедя, Лева, Рака та ін.).

На Конгресі Міжнародного астрономічного товариства, що відбувся в 1922 році, було затверджено 88 сузір’їв. Найбільш яскраві зірки в сузір’ях мають власні назви (наприклад, Сіріус, Вега, Полярна, Капелла, Міцар та ін.), але, крім цього, кожна зірка сузір’я позначається буквами грецького алфавіту або цифрами (наприклад, – Полярна зірка; ­– Вега). Позначення зірок проводять залежно від їх яскравості, яку характеризують так званою зоряною величиною, що позначається переважно буквою .

Чим більша зоряна величина, тим зірка має меншу видиму яскравість. Неозброєним оком можна бачити зорі до шостої величини, а з допомогою телескопів – до = 18. Найбільш яскрава зірка північної півкулі Сіріус має зоряну величину -1.6, а Сонце – -26,7.

Між зоряною величиною і яскравістю зірки існує залежність, яка встановлюється формулою Погсона,

Яскравість і зоряна величина на стандартній відстані називаються абсолютними.

5. Небесна сфера. Основні точки і круги небесної сфери.

Одним з основних завдань сферичної астрономії є визначення положень світил в космічному просторі в певних системах координат. Оскільки світила знаходяться на різних відстанях від спостерігача, то для вивчення їх положення і руху доцільно ніби спроектувати їх на допоміжну сферичну поверхню нескінченно великого радіуса, що описана навколо спостерігача. Така сфера, нескінченно великого радіуса, описана з тої чи іншої точки простору, отримала назву небесної сфери. Якщо центр такої сфери сумістити з точкою спостереження на земній поверхні, то сферу називають топоцентричною. Якщо центр такої сфери суміщається з центром Землі – то геоцентричною, а якщо з центром Сонця – геліоцентричною.

Методика визначення положення світил і їх руху з допомогою небесної сфери склалася історично і застосовується в астрономії до цього часу, хоча й є умовною, оскільки в дійсності ніякої небесної сфери не існує.

Основними лініями простору, що будуть визначальними при побудові небесної сфери, є прямовисна лінія як лінія дії сили ваги в точці спостереження і лінія

Рисунок 2.1 – Небесна сфера

Основними лініями простору, що будуть визначальними при побудові небесної сфери, є прямовисна лінія як лінія дії сили ваги в точці спостереження і лінія осі обертання Землі (або лінія, паралельна до неї). Якщо ці дві опорні лінії, що проходять через центр сфери (точку спостереження) продовжити до перетину з поверхнею небесної сфери, то отримані точки будуть називатися: верхня точка перетину прямовисної лінії зі сферою є точкою зеніту , нижня –

точкою надіру ; верхня точка перетину осі обертання Землі (або лінії паралельної до неї) з небесною сферою є точкою північного полюса світу , а нижня – південного .

Великий круг небесної сфери, що проходить через лінії і , називається небесним меридіаном. Він ділить небесну сферу на дві півкулі: західну і східну. В свою чергу, вісь світу ділить небесний меридіан на дві частини: одна частина , яка включає точку зеніту , називається верхньою частиною меридіана, а інша , що включає точку надіра – нижньою частиною меридіана. Прямовисна лінія також ділить меридіан на дві частини. Частина меридіана , яка включає південний полюс світу називається південною, а частина меридіана , до якої належить північний полюс світу, буде називатися північною.

Перетнемо небесну сферу площиною, що проходить через її центр т. перпендикулярно до прямовисної лінії. Отримаємо в перетині зі сферою великий круг, що називається небесним (математичним) горизонтом. Перетин небесного горизонту з небесним меридіаном відбувається у точках (точка півдня) і (точка півночі).

Небесний екватор – це великий круг небесної сфери, площина якого проходить через центр сфери перпендикулярно до осі світу . Небесний екватор ділить небесну сферу на дві півкулі: північну та південну. З небесним горизонтом небесний екватор перетинається у точці сходу та точці заходу небесної сфери.

Великі круги небесної сфери, що проходять через прямовисну лінію і світило називаються вертикалами, а вертикал , який проходить через точки сходу і заходу називається першим вертикалом. Він утворює кут в 90 з площиною небесного меридіана.

Якщо провести великий круг через довільне світило на небесній сфері і вісь світу , то отримаємо так званий круг схилень світила. Приймемо умовно, що Земля не обертається навколо своєї осі, а геоцентрична небесна сфера обертається навколо осі світу за ходом годинникової стрілки. Тоді кожна зірка (в тому числі і Сонце), в своєму видимому русі буде описувати на небесній сфері малі круги, паралельні до небесного екватора, що називаються добовими паралелями (наприклад, на рис. 2.1). Добові паралелі перетинають площину небесного меридіана в точках верхньої та нижньої кульмінацій, а малий круг, проведений через зображення зірки на небесній сфері паралельно до небесного горизонту, називається альмукантаратом (круг , рис. 2.1).

Наступним головним кругом небесної сфери є круг екліптики  (рис. 2.2).

За першим законом Кеплера відомо, що орбітою Землі є еліпс, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце Якщо цю площину умовно продовжити до перетину з небесною сферою, то отримаємо великий круг, що названий екліптикою. Прийнявши небесну сферу геоцентричною. Таким чином, і Земля, і Сонце знаходяться в одній площині. , встановимо, що екліптика відображає траєкторію видимого річного руху центра Сонця по небесній сфері. Площина екліптики нахилена до площини екватора на кут, величина якого на 2000 рік становить приблизно 2326.

Площина екліптики

Точки перетину екліптики з площиною небесного екватора називаються точками рівнодення. Через точку весняного рівнодення (знак сузір’я Овна) Сонце проходить 20-21 березня, рухаючись з південної півкулі в північну. В точці осіннього рівнодення  (знак сузір’я Терезів) Сонце буває 22-23 вересня кожного року, переходячи з північної півкулі в південну. Перетин круга екліптики з кругом небесного меридіана відбувається у точках літнього та зимового сонцестоянь.

В точці літнього сонцестояння Сонце знаходиться 22 червня, а в точці зимового сонцестояння – 22 грудня. Сферична відстань між точками рівнодень та сонцестоянь завжди дорівнює 90.

Перпендикуляр до площини екліптики, проведений через центр небесної сфери до перетину з її поверхнею, утворює на її поверхні дві точки ­– північний полюс екліптики і південний полюс екліптики (рис. 2.2). Великі круги небесної сфери, що проходять через вісь екліптики і довільне світило на небесній сфері, дістали назву кругів широт.