Реферат
«Основні поняття астрономії»
1. Предмет астрономії
Астрономія - наука, що вивчає рух, будову, походження і розвиток небесних тіл і їх систем. Накопичені нею знання застосовуються для практичних потреб людства.
Астрономія є однією з найдавніших наук, вона виникла на основі практичних потреб людини й розвивалася разом з ними. Елементарні астрономічні відомості були відомі вже тисячі років тому у Вавилоні, Єгипті, Китаї і застосовувалися народами цих країн для вимірювання часу та орієнтування за сторонами горизонту.
І в наш час астрономія використовується для визначення точного часу й географічних координат (у навігації, авіації, космонавтиці, геодезії, картографії). Астрономія допомагає дослідженню і освоєнню космічного простору, розвитку космонавтики та вивчення нашої планети з космосу. Але цим далеко не вичерпуються вирішуються нею завдання.
Наша Земля є частиною Всесвіту. Місяць і Сонце викликають на ній припливи і відливи. Сонячне випромінювання та його зміни впливають на процеси в земній атмосфері й на життєдіяльність організмів. Механізми впливу різних космічних тіл на Землю також вивчає астрономія.
Сучасна астрономія тісно пов'язана з математикою і фізикою, з біологією і хімією, з географією, геологією і з космонавтикою. Використовуючи досягнення інших наук, вона в свою чергу збагачує їх, стимулює їх розвиток, висуваючи перед ними все нові завдання. Астрономія вивчає в космосі речовину в таких станах і масштабах, які нездійсненні в лабораторіях, і цим розширює фізичну картину світу, наші уявлення про матерію. Все це важливо для розвитку діалектико-матеріалістичного уявлення про природу.
Навчившись предвичіслять наступ затемнень Сонця і Місяця, появу комет, астрономія поклала початок боротьбі з релігійними забобонами. Показуючи можливість природничонаукового пояснення виникнення і зміни Землі та інших небесних тіл, астрономія сприяє розвитку марксистської філософії.
Курс астрономії завершує фізико-математичне та природничо освіта, одержуване вами в школі.
Вивчаючи астрономію, необхідно звертати увагу на те, які відомості є достовірними фактами, а які - науковими припущеннями, які з часом можуть змінитися. Важливо, що межі людському пізнанню немає. Ось один із прикладів того, як це показує життя.
У минулому столітті один філософ-ідеаліст зважився стверджувати, що можливості людського пізнання обмежені. Він говорив, що, хоча люди і виміряли відстані до деяких світил, хімічний склад зірок вони ніколи не зможуть визначити. Проте незабаром було відкрито спектральний аналіз, і астрономи не тільки встановили хімічний склад атмосфер зірок, а й визначили їх температуру. Неспроможними виявилися і багато інших спроби вказати межі людського пізнання. Так, учені спочатку теоретично оцінили температуру на Місяці, потім виміряли її із Землі за допомогою термоелемента і радіометодов, потім ці дані отримали підтвердження від приладів автоматичних станцій, виготовлених і посланих людьми на Місяць.
2. Астрономічні спостереження і телескопи
Особливості астрономічних спостережень
В основі астрономії лежать спостереження, вироблені з Землі і лише з 60-х років нашого століття, що виконуються з космосу - з автоматичних і інших космічних станцій і навіть з Місяця. Апарати зробили можливим отримання проб місячного грунту, доставку різних приладів і навіть висадку людей на Місяць. Але так поки можна досліджувати тільки найближчі до Землі небесні світила. Граючи таку ж роль, як досліди у фізиці й хімії, спостереження в астрономії мають ряд особливостей.
Перша особливість полягає в тому, що астрономічні спостереження в більшості випадків пасивні по відношенню до досліджуваних об'єктів. Ми не можемо активно впливати на небесні тіла, ставити досліди (за винятком рідкісних випадків), як це роблять у фізиці, біології, хімії. Лише використання космічних апаратів дало в цьому відношенні деякі можливості.
Крім того, багато небесні явища протікають настільки повільно, що спостереження їх вимагають величезних строків; так, наприклад, зміна нахилу земної осі до площини її орбіти стає помітним лише після закінчення сотень років. Тому для нас не втратили свого значення деякі спостереження, що вироблялися в Вавилоні, і в Китаї тисячі років тому вони й були, за сучасними поняттями, дуже неточними.
Друга особливість астрономічних спостережень полягає в наступному. Ми спостерігаємо положення небесних тіл і їх рух з Землі, яка сама перебуває в русі. Тому вигляд неба для земного спостерігача залежить не тільки від того, в якому місці Землі він знаходиться, але і від того, в який час доби і року він спостерігає. Наприклад, коли у нас зимовий день, у Південній Америці літня ніч, і навпаки. Є зірки, видимі лише влітку або взимку.
Третя особливість астрономічних спостережень пов'язана з тим, що всі світила перебувають від нас дуже далеко, так далеко, що ні на око, ні в телескоп не можна вирішити, яке з них ближче, яке далі. Всі вони здаються нам однаково далекими. Тому при спостереженнях зазвичай виконують кутові вимірювання і вже за ними часто роблять висновки про лінійні відстанях і розмірах тел.
Відстань між об'єктами на небі (наприклад, зірками) вимірюють кутом, утвореним променями, що йдуть до об'єктів з точки спостереження. Таку відстань називається кутовою і виражається в градусах і його долях. При цьому вважається, що дві зірки знаходяться недалеко один від одного на небі, якщо близькі один одному напрямку, за якими ми їх бачимо (рис. 1, зірки А і В). Можливо, що третя зірка С, на небі більш далека від Л , у просторі до А ближче, ніж зірка В.
Вимірювання висоти, кутової відстані об'єкта від горизонту, виконують спеціальними кутомірними оптичними інструментами, наприклад теодолітом. Теодоліт - це інструмент, основною частиною якого служить зорова труба, що обертається близько вертикальної і горизонтальної осей (рис. 2). З осями скріплені кола, розділені на градуси і хвилини дуги. За цим колам відраховують напрямок зорової труби. На кораблях і на літаках кутові вимірювання виконують приладом, званим секстантом (секстаном).
Видимі розміри небесних об'єктів також можна виразити в кутових одиницях. Діаметри Сонця і Місяця в кутовій мірі приблизно однакові - близько 0,5 °, а в лінійних одиницях Сонце більше Місяця за діаметром приблизно в 400 разів, але воно у стільки ж разів від Землі далі. Тому їх кутові діаметри для нас майже рівні.
Ваші спостереження
Для кращого засвоєння астрономії ви повинні якомога раніше приступити до спостережень небесних явищ і світил. Вказівки до спостережень неозброєним оком дані в додатку VI. Знаходження сузір'їв, орієнтування на місцевості по Полярній зірці, знайому вам з курсу фізичної географії, і спостереження добового обертання неба зручно виконувати за допомогою рухомий карти зоряного неба, яка додається до підручника. Для наближеної оцінки кутових відстаней на небі корисно знати, що кутова відстань між двома зірками «ковша» Великої Ведмедиці дорівнює приблизно 5 °.
Перш за все, треба ознайомитися з виглядом зоряного неба, знайти на ньому планети і переконатися в їх переміщенні щодо зірок або Сонця протягом 1-2 місяців. (Про умови видимості планет і деяких небесних явища говориться в шкільному астрономічному календарі на даний рік.) Поряд з цим треба ознайомитися в телескоп з рельєфом Місяця, із сонячними плямами, а потім вже і з іншими світилами і явищами, про які сказано в додатку VI . Для цього нижче дається уявлення про телескоп.
Телескопи
Основним астрономічним приладом є телескоп. Телескоп з об'єктивом з увігнутого дзеркала називається рефлектором, а телескоп з об'єктивом з лінз - рефрактором.
Призначення телескопа - зібрати більше світла від небесних джерел і збільшити кут зору, під яким видно небесний об'єкт.
Кількість світла, яке потрапляє в телескоп від спостережуваного об'єкта, пропорційно площі об'єктива. Чим більше розмір об'єктива телескопа, тим слабші світні об'єкти в нього можна побачити.
Масштаб зображення, що дається об'єктивом телескопа, пропорційний фокусної відстані об'єктива, тобто відстані від об'єктива, який збирає світло, до тієї площини, де виходить зображення світила. Зображення небесного об'єкта можна фотографувати або розглядати через окуляр (мал. 7).
Телескоп збільшує видимі кутові розміри Сонця, Місяця, планет і деталей на них, а також - кутові відстані між зірками, але зірки навіть у дуже сильний телескоп через величезну віддаленість видно лише як світні точки.
У рефракторі промені, пройшовши через об'єктив, заломлюються, утворюючи зображення об'єкта у фокальній площині (мал. 7, а). У рефлекторі промені від увігнутого дзеркала відбиваються й потім також збираються у фокальній площині (мал. 7, б). При виготовленні об'єктива телескопа прагнуть звести до мінімуму всі спотворення, які неминуче має зображення об'єктів. Проста лінза сильно спотворює і забарвлює краї зображення. Для зменшення цих недоліків об'єктив виготовляють з кількох лінз з різною кривизною поверхонь і з різних сортів скла. Поверхні увігнутого скляного дзеркала, що сріблиться або алюмініруется, надають для зменшення викривлень не сферичну форму, а дещо іншу (параболічну).
Радянський оптик Д.Д. Максутов розробив систему телескопа, звану менісковий. Вона поєднує в собі переваги рефрактора і рефлектора. За цією системою влаштована одна з моделей шкільного телескопа. Тонке опукло-увігнуте скло - меніск - виправляє спотворення, що даються великим сферичним дзеркалом. Промені, що відбилися від дзеркала, відбиваються потім від посрібленою майданчика на внутрішній поверхні меніска і йдуть в окуляр, що є вдосконаленою лупою. Існують і інші телескопічні системи.
У телескопі виходить перевернуте зображення, але це не має ніякого значення при спостереженні космічних об'єктів.
При спостереженнях у телескоп рідко використовуються збільшення понад 500 раз. Причина цього - повітряні течії, що викликають спотворення зображення, які тим помітніше, чим більше збільшення телескопа.
Найбільший рефрактор має об'єктив діаметром близько 1 м. Найбільший в світі рефлектор з діаметром увігнутого дзеркала 6 м виготовлений в СРСР і встановлено в горах Кавказу. Він дозволяє фотографувати зірки в 10 разів слабші, ніж видимі неозброєним оком.
3. Сузір'я. Видиме рух зірок
Сузір'я
Знайомитися із зоряним небом треба в безхмарну ніч, коли світло Місяця не заважає спостерігати слабкі зірки. Прекрасна картина нічного неба з розсипаними по ньому мерехтливими зірками. Число їх здається нескінченним. Але так тільки, здається, поки ви не придивіться і не навчитеся знаходити на небі знайомі групи зірок, незмінних за своїм взаємному розташуванню. Ці групи, названі сузір'ями, люди виділили тисячі років тому. Під сузір'ям розуміють всю область неба в межах деяких встановлених кордонів. Усе небо розділене на 88 сузір'їв, які можна знаходити по характерному для них розташуванню зірок.
Багато сузір'я зберігають свою назву з глибокої давнини. Деякі назви пов'язані з грецькою міфологією, наприклад Андромеда, Персей, Пегас, деякі - з предметами, що нагадують фігури, утворені яскравими зірками сузір'їв (Стріла, Трикутник, Ваги та ін.) Є сузір'я, названі іменами тварин (наприклад, Лев, Рак, Скорпіон).
Сузір'я на небозводі знаходять, подумки з'єднуючи їх найяскравіші зірки прямими лініями в деяку фігуру, як показано на зоряних картах. У кожному сузір'ї яскраві зірки здавна позначали грецькими буквами, найчастіше найяскравішу зірку сузір'я - буквою α, потім літерами β, γ і т.д. в порядку алфавіту в міру спадання яскравості; наприклад, Полярна зірка є, а сузір'я Малої Ведмедиці
Неозброєним оком у безмісячну ніч можна бачити над горизонтом близько 3000 зірок. В даний час астрономи визначили точне місце розташування кількох мільйонів зірок, виміряли приходять від них потоки енергії і склали списки-каталоги цих зірок.
Яскравість і колір зірок
Днем небо здається блакитним від того, що неоднорідності повітряного середовища найсильніше розсіюють блакитні промені сонячного світла.
Поза межами земної атмосфери небо завжди чорне, і на ньому можна спостерігати зірки і Сонце одночасно.
Зірки мають різну яскравість і колір: білий, жовтий, червонуватий. Чим червоно зірка, тим вона холодніше. Наше Сонце відноситься до жовтих зірок. Яскравим зіркам древні араби дали власні імена.
Білі зірки: Бега в сузір'ї Ліри, Альтаїр в сузір'ї Орла (видно влітку і восени). Сіріус - найяскравіша зірка неба (видно взимку); червоні зірки: Бетельгейзе в сузір'ї Оріона і Альдебаран в сузір'ї Тельця (видно взимку), Антарес у сузір'ї Скорпіона (видно влітку); жовта Капела в сузір'ї Візничого (видно взимку).
Найяскравіші зірки ще в давнину назвали зірками 1-ї величини, а найслабші, видимі на межі зору для неозброєного ока, - зірками 6-ї величини. Ця старовинна термінологія збереглася і в даний час. До істинних розмірами зірочок термін «зоряна величина» відношення не має, вона характеризує світловий потік, що приходить на Землю від зірки. Прийнято, що при різниці в одну зоряну величину яскравість зірок відрізняється приблизно в 2,5 рази. Різниця в 5 зоряних величин відповідає відмінності в яскравості рівно в 100 разів. Так, зірки 1-ї величини у 100 разів яскравіше зірочок 6-ї величини.
Сучасні методи спостережень дають можливість виявити зірки приблизно до 25-ї зоряної величини. Вимірювання показали, що зірки можуть мати дробові або негативні зоряні величини, наприклад: для Альдебарана зоряна величина m = 1,06, для Веги m = 0,14, для Сіріуса m = - 1,58, для Сонця m = - 26,80.
Видиме добовий рух зірок. Небесна сфера
Через осьового обертання Землі зірки нам здаються переміщаються по небу. При уважному спостереженні можна помітити »що Полярна зірка майже не змінює положення відносно горизонту.
Всі ж інші зірки описують протягом доби повні кола з центром поблизу Полярної. У цьому можна легко переконатися, проробивши наступний досвід. Фотоапарат, встановлений на «нескінченність», направимо на Полярну зірку і надійно зміцнимо в цьому положенні. Відкриємо затвор при повністю відкритому об'єктиві на півгодини або годину. Проявивши сфотографований таким чином знімок, побачимо на ньому концентричні дуги - сліди шляхів зірок. Загальний центр цих дуг - точка, яка залишається нерухомою при добовому русі зірок, умовно називається північним полюсом світу. Полярна зірка до нього дуже близька. Діаметрально протилежна йому точка називається південним полюсом світу. У північній півкулі він знаходиться під горизонтом.
Явища добового руху зірок зручно вивчати, скориставшись математичним побудовою - небесною сферою, тобто уявної сферою довільного радіуса, центр якої знаходиться в точці спостереження. На поверхню цієї сфери проектують видимі положення всіх світил, а для зручності вимірювань будують ряд точок і ліній. Так, прямовисна лінія ZCZ проходить через спостерігача, перетинає небо над головою в точці зеніту Z. Діаметрально протилежна точка Z називається надирі. Площина (NESW), перпендикулярна прямовисної лінії ZZ є площиною горизонту - ця площина торкається поверхні земної кулі в точці, де розташований спостерігач. Вона ділить поверхню небесної сфери на дві півсфери: видиму, всі точки якої знаходяться над горизонтом, і невидиму, точки якої лежать під горизонтом.
Вісь видимого обертання небесної сфери, що сполучає обидва полюси світу (Р і Р ') і проходить через спостерігача (С), називають віссю світу. Вісь світу для будь-якого спостерігача завжди буде паралельна осі обертання Землі. На горизонті під північним полюсом світу лежить точка півночі N, діаметрально протилежна їй точка S - точка півдня. Лінія NS називається полуденної лінією, оскільки по ній на горизонтальній площині опівдні падає тінь від вертикально поставленого стрижня. (Як на місцевості провести полуденну лінію і як по ній і по Полярній зірці орієнтуватися по сторонах горизонту, ви вивчали в V класі в курсі фізичної географії.) Точки сходу Е заходу W лежать на лінії горизонту. Вони відстоять від точок півночі N і півдня S на 90 °. Через точку N, полюси світу, зеніт Z і точку S проходить площину небесного меридіана, що збігається для спостерігача С з площиною його географічного меридіана. Нарешті, площина (AWQE), що проходить через спостерігача (точку С) перпендикулярно осі світу, утворює площину небесного екватора, паралельну площині земного екватора. Небесний екватор ділить поверхню небесної сфери на дві півкулі: північну з вершиною в північному полюсі світу і південне з вершиною в південному полюсі світу.
«Основні поняття астрономії»
1. Предмет астрономії
Астрономія - наука, що вивчає рух, будову, походження і розвиток небесних тіл і їх систем. Накопичені нею знання застосовуються для практичних потреб людства.
Астрономія є однією з найдавніших наук, вона виникла на основі практичних потреб людини й розвивалася разом з ними. Елементарні астрономічні відомості були відомі вже тисячі років тому у Вавилоні, Єгипті, Китаї і застосовувалися народами цих країн для вимірювання часу та орієнтування за сторонами горизонту.
І в наш час астрономія використовується для визначення точного часу й географічних координат (у навігації, авіації, космонавтиці, геодезії, картографії). Астрономія допомагає дослідженню і освоєнню космічного простору, розвитку космонавтики та вивчення нашої планети з космосу. Але цим далеко не вичерпуються вирішуються нею завдання.
Наша Земля є частиною Всесвіту. Місяць і Сонце викликають на ній припливи і відливи. Сонячне випромінювання та його зміни впливають на процеси в земній атмосфері й на життєдіяльність організмів. Механізми впливу різних космічних тіл на Землю також вивчає астрономія.
Сучасна астрономія тісно пов'язана з математикою і фізикою, з біологією і хімією, з географією, геологією і з космонавтикою. Використовуючи досягнення інших наук, вона в свою чергу збагачує їх, стимулює їх розвиток, висуваючи перед ними все нові завдання. Астрономія вивчає в космосі речовину в таких станах і масштабах, які нездійсненні в лабораторіях, і цим розширює фізичну картину світу, наші уявлення про матерію. Все це важливо для розвитку діалектико-матеріалістичного уявлення про природу.
Навчившись предвичіслять наступ затемнень Сонця і Місяця, появу комет, астрономія поклала початок боротьбі з релігійними забобонами. Показуючи можливість природничонаукового пояснення виникнення і зміни Землі та інших небесних тіл, астрономія сприяє розвитку марксистської філософії.
Курс астрономії завершує фізико-математичне та природничо освіта, одержуване вами в школі.
Вивчаючи астрономію, необхідно звертати увагу на те, які відомості є достовірними фактами, а які - науковими припущеннями, які з часом можуть змінитися. Важливо, що межі людському пізнанню немає. Ось один із прикладів того, як це показує життя.
У минулому столітті один філософ-ідеаліст зважився стверджувати, що можливості людського пізнання обмежені. Він говорив, що, хоча люди і виміряли відстані до деяких світил, хімічний склад зірок вони ніколи не зможуть визначити. Проте незабаром було відкрито спектральний аналіз, і астрономи не тільки встановили хімічний склад атмосфер зірок, а й визначили їх температуру. Неспроможними виявилися і багато інших спроби вказати межі людського пізнання. Так, учені спочатку теоретично оцінили температуру на Місяці, потім виміряли її із Землі за допомогою термоелемента і радіометодов, потім ці дані отримали підтвердження від приладів автоматичних станцій, виготовлених і посланих людьми на Місяць.
2. Астрономічні спостереження і телескопи
Особливості астрономічних спостережень
В основі астрономії лежать спостереження, вироблені з Землі і лише з 60-х років нашого століття, що виконуються з космосу - з автоматичних і інших космічних станцій і навіть з Місяця. Апарати зробили можливим отримання проб місячного грунту, доставку різних приладів і навіть висадку людей на Місяць. Але так поки можна досліджувати тільки найближчі до Землі небесні світила. Граючи таку ж роль, як досліди у фізиці й хімії, спостереження в астрономії мають ряд особливостей.
Перша особливість полягає в тому, що астрономічні спостереження в більшості випадків пасивні по відношенню до досліджуваних об'єктів. Ми не можемо активно впливати на небесні тіла, ставити досліди (за винятком рідкісних випадків), як це роблять у фізиці, біології, хімії. Лише використання космічних апаратів дало в цьому відношенні деякі можливості.
Крім того, багато небесні явища протікають настільки повільно, що спостереження їх вимагають величезних строків; так, наприклад, зміна нахилу земної осі до площини її орбіти стає помітним лише після закінчення сотень років. Тому для нас не втратили свого значення деякі спостереження, що вироблялися в Вавилоні, і в Китаї тисячі років тому вони й були, за сучасними поняттями, дуже неточними.
Друга особливість астрономічних спостережень полягає в наступному. Ми спостерігаємо положення небесних тіл і їх рух з Землі, яка сама перебуває в русі. Тому вигляд неба для земного спостерігача залежить не тільки від того, в якому місці Землі він знаходиться, але і від того, в який час доби і року він спостерігає. Наприклад, коли у нас зимовий день, у Південній Америці літня ніч, і навпаки. Є зірки, видимі лише влітку або взимку.
Третя особливість астрономічних спостережень пов'язана з тим, що всі світила перебувають від нас дуже далеко, так далеко, що ні на око, ні в телескоп не можна вирішити, яке з них ближче, яке далі. Всі вони здаються нам однаково далекими. Тому при спостереженнях зазвичай виконують кутові вимірювання і вже за ними часто роблять висновки про лінійні відстанях і розмірах тел.
Відстань між об'єктами на небі (наприклад, зірками) вимірюють кутом, утвореним променями, що йдуть до об'єктів з точки спостереження. Таку відстань називається кутовою і виражається в градусах і його долях. При цьому вважається, що дві зірки знаходяться недалеко один від одного на небі, якщо близькі один одному напрямку, за якими ми їх бачимо (рис. 1, зірки А і В). Можливо, що третя зірка С, на небі більш далека від Л , у просторі до А ближче, ніж зірка В.
Вимірювання висоти, кутової відстані об'єкта від горизонту, виконують спеціальними кутомірними оптичними інструментами, наприклад теодолітом. Теодоліт - це інструмент, основною частиною якого служить зорова труба, що обертається близько вертикальної і горизонтальної осей (рис. 2). З осями скріплені кола, розділені на градуси і хвилини дуги. За цим колам відраховують напрямок зорової труби. На кораблях і на літаках кутові вимірювання виконують приладом, званим секстантом (секстаном).
Видимі розміри небесних об'єктів також можна виразити в кутових одиницях. Діаметри Сонця і Місяця в кутовій мірі приблизно однакові - близько 0,5 °, а в лінійних одиницях Сонце більше Місяця за діаметром приблизно в 400 разів, але воно у стільки ж разів від Землі далі. Тому їх кутові діаметри для нас майже рівні.
Ваші спостереження
Для кращого засвоєння астрономії ви повинні якомога раніше приступити до спостережень небесних явищ і світил. Вказівки до спостережень неозброєним оком дані в додатку VI. Знаходження сузір'їв, орієнтування на місцевості по Полярній зірці, знайому вам з курсу фізичної географії, і спостереження добового обертання неба зручно виконувати за допомогою рухомий карти зоряного неба, яка додається до підручника. Для наближеної оцінки кутових відстаней на небі корисно знати, що кутова відстань між двома зірками «ковша» Великої Ведмедиці дорівнює приблизно 5 °.
Перш за все, треба ознайомитися з виглядом зоряного неба, знайти на ньому планети і переконатися в їх переміщенні щодо зірок або Сонця протягом 1-2 місяців. (Про умови видимості планет і деяких небесних явища говориться в шкільному астрономічному календарі на даний рік.) Поряд з цим треба ознайомитися в телескоп з рельєфом Місяця, із сонячними плямами, а потім вже і з іншими світилами і явищами, про які сказано в додатку VI . Для цього нижче дається уявлення про телескоп.
Телескопи
Основним астрономічним приладом є телескоп. Телескоп з об'єктивом з увігнутого дзеркала називається рефлектором, а телескоп з об'єктивом з лінз - рефрактором.
Призначення телескопа - зібрати більше світла від небесних джерел і збільшити кут зору, під яким видно небесний об'єкт.
Кількість світла, яке потрапляє в телескоп від спостережуваного об'єкта, пропорційно площі об'єктива. Чим більше розмір об'єктива телескопа, тим слабші світні об'єкти в нього можна побачити.
Масштаб зображення, що дається об'єктивом телескопа, пропорційний фокусної відстані об'єктива, тобто відстані від об'єктива, який збирає світло, до тієї площини, де виходить зображення світила. Зображення небесного об'єкта можна фотографувати або розглядати через окуляр (мал. 7).
Телескоп збільшує видимі кутові розміри Сонця, Місяця, планет і деталей на них, а також - кутові відстані між зірками, але зірки навіть у дуже сильний телескоп через величезну віддаленість видно лише як світні точки.
У рефракторі промені, пройшовши через об'єктив, заломлюються, утворюючи зображення об'єкта у фокальній площині (мал. 7, а). У рефлекторі промені від увігнутого дзеркала відбиваються й потім також збираються у фокальній площині (мал. 7, б). При виготовленні об'єктива телескопа прагнуть звести до мінімуму всі спотворення, які неминуче має зображення об'єктів. Проста лінза сильно спотворює і забарвлює краї зображення. Для зменшення цих недоліків об'єктив виготовляють з кількох лінз з різною кривизною поверхонь і з різних сортів скла. Поверхні увігнутого скляного дзеркала, що сріблиться або алюмініруется, надають для зменшення викривлень не сферичну форму, а дещо іншу (параболічну).
Радянський оптик Д.Д. Максутов розробив систему телескопа, звану менісковий. Вона поєднує в собі переваги рефрактора і рефлектора. За цією системою влаштована одна з моделей шкільного телескопа. Тонке опукло-увігнуте скло - меніск - виправляє спотворення, що даються великим сферичним дзеркалом. Промені, що відбилися від дзеркала, відбиваються потім від посрібленою майданчика на внутрішній поверхні меніска і йдуть в окуляр, що є вдосконаленою лупою. Існують і інші телескопічні системи.
У телескопі виходить перевернуте зображення, але це не має ніякого значення при спостереженні космічних об'єктів.
При спостереженнях у телескоп рідко використовуються збільшення понад 500 раз. Причина цього - повітряні течії, що викликають спотворення зображення, які тим помітніше, чим більше збільшення телескопа.
Найбільший рефрактор має об'єктив діаметром близько 1 м. Найбільший в світі рефлектор з діаметром увігнутого дзеркала 6 м виготовлений в СРСР і встановлено в горах Кавказу. Він дозволяє фотографувати зірки в 10 разів слабші, ніж видимі неозброєним оком.
3. Сузір'я. Видиме рух зірок
Сузір'я
Знайомитися із зоряним небом треба в безхмарну ніч, коли світло Місяця не заважає спостерігати слабкі зірки. Прекрасна картина нічного неба з розсипаними по ньому мерехтливими зірками. Число їх здається нескінченним. Але так тільки, здається, поки ви не придивіться і не навчитеся знаходити на небі знайомі групи зірок, незмінних за своїм взаємному розташуванню. Ці групи, названі сузір'ями, люди виділили тисячі років тому. Під сузір'ям розуміють всю область неба в межах деяких встановлених кордонів. Усе небо розділене на 88 сузір'їв, які можна знаходити по характерному для них розташуванню зірок.
Багато сузір'я зберігають свою назву з глибокої давнини. Деякі назви пов'язані з грецькою міфологією, наприклад Андромеда, Персей, Пегас, деякі - з предметами, що нагадують фігури, утворені яскравими зірками сузір'їв (Стріла, Трикутник, Ваги та ін.) Є сузір'я, названі іменами тварин (наприклад, Лев, Рак, Скорпіон).
Сузір'я на небозводі знаходять, подумки з'єднуючи їх найяскравіші зірки прямими лініями в деяку фігуру, як показано на зоряних картах. У кожному сузір'ї яскраві зірки здавна позначали грецькими буквами, найчастіше найяскравішу зірку сузір'я - буквою α, потім літерами β, γ і т.д. в порядку алфавіту в міру спадання яскравості; наприклад, Полярна зірка є, а сузір'я Малої Ведмедиці
Неозброєним оком у безмісячну ніч можна бачити над горизонтом близько 3000 зірок. В даний час астрономи визначили точне місце розташування кількох мільйонів зірок, виміряли приходять від них потоки енергії і склали списки-каталоги цих зірок.
Яскравість і колір зірок
Днем небо здається блакитним від того, що неоднорідності повітряного середовища найсильніше розсіюють блакитні промені сонячного світла.
Поза межами земної атмосфери небо завжди чорне, і на ньому можна спостерігати зірки і Сонце одночасно.
Зірки мають різну яскравість і колір: білий, жовтий, червонуватий. Чим червоно зірка, тим вона холодніше. Наше Сонце відноситься до жовтих зірок. Яскравим зіркам древні араби дали власні імена.
Білі зірки: Бега в сузір'ї Ліри, Альтаїр в сузір'ї Орла (видно влітку і восени). Сіріус - найяскравіша зірка неба (видно взимку); червоні зірки: Бетельгейзе в сузір'ї Оріона і Альдебаран в сузір'ї Тельця (видно взимку), Антарес у сузір'ї Скорпіона (видно влітку); жовта Капела в сузір'ї Візничого (видно взимку).
Найяскравіші зірки ще в давнину назвали зірками 1-ї величини, а найслабші, видимі на межі зору для неозброєного ока, - зірками 6-ї величини. Ця старовинна термінологія збереглася і в даний час. До істинних розмірами зірочок термін «зоряна величина» відношення не має, вона характеризує світловий потік, що приходить на Землю від зірки. Прийнято, що при різниці в одну зоряну величину яскравість зірок відрізняється приблизно в 2,5 рази. Різниця в 5 зоряних величин відповідає відмінності в яскравості рівно в 100 разів. Так, зірки 1-ї величини у 100 разів яскравіше зірочок 6-ї величини.
Сучасні методи спостережень дають можливість виявити зірки приблизно до 25-ї зоряної величини. Вимірювання показали, що зірки можуть мати дробові або негативні зоряні величини, наприклад: для Альдебарана зоряна величина m = 1,06, для Веги m = 0,14, для Сіріуса m = - 1,58, для Сонця m = - 26,80.
Видиме добовий рух зірок. Небесна сфера
Через осьового обертання Землі зірки нам здаються переміщаються по небу. При уважному спостереженні можна помітити »що Полярна зірка майже не змінює положення відносно горизонту.
Всі ж інші зірки описують протягом доби повні кола з центром поблизу Полярної. У цьому можна легко переконатися, проробивши наступний досвід. Фотоапарат, встановлений на «нескінченність», направимо на Полярну зірку і надійно зміцнимо в цьому положенні. Відкриємо затвор при повністю відкритому об'єктиві на півгодини або годину. Проявивши сфотографований таким чином знімок, побачимо на ньому концентричні дуги - сліди шляхів зірок. Загальний центр цих дуг - точка, яка залишається нерухомою при добовому русі зірок, умовно називається північним полюсом світу. Полярна зірка до нього дуже близька. Діаметрально протилежна йому точка називається південним полюсом світу. У північній півкулі він знаходиться під горизонтом.
Явища добового руху зірок зручно вивчати, скориставшись математичним побудовою - небесною сферою, тобто уявної сферою довільного радіуса, центр якої знаходиться в точці спостереження. На поверхню цієї сфери проектують видимі положення всіх світил, а для зручності вимірювань будують ряд точок і ліній. Так, прямовисна лінія ZCZ проходить через спостерігача, перетинає небо над головою в точці зеніту Z. Діаметрально протилежна точка Z називається надирі. Площина (NESW), перпендикулярна прямовисної лінії ZZ є площиною горизонту - ця площина торкається поверхні земної кулі в точці, де розташований спостерігач. Вона ділить поверхню небесної сфери на дві півсфери: видиму, всі точки якої знаходяться над горизонтом, і невидиму, точки якої лежать під горизонтом.
Вісь видимого обертання небесної сфери, що сполучає обидва полюси світу (Р і Р ') і проходить через спостерігача (С), називають віссю світу. Вісь світу для будь-якого спостерігача завжди буде паралельна осі обертання Землі. На горизонті під північним полюсом світу лежить точка півночі N, діаметрально протилежна їй точка S - точка півдня. Лінія NS називається полуденної лінією, оскільки по ній на горизонтальній площині опівдні падає тінь від вертикально поставленого стрижня. (Як на місцевості провести полуденну лінію і як по ній і по Полярній зірці орієнтуватися по сторонах горизонту, ви вивчали в V класі в курсі фізичної географії.) Точки сходу Е заходу W лежать на лінії горизонту. Вони відстоять від точок півночі N і півдня S на 90 °. Через точку N, полюси світу, зеніт Z і точку S проходить площину небесного меридіана, що збігається для спостерігача С з площиною його географічного меридіана. Нарешті, площина (AWQE), що проходить через спостерігача (точку С) перпендикулярно осі світу, утворює площину небесного екватора, паралельну площині земного екватора. Небесний екватор ділить поверхню небесної сфери на дві півкулі: північну з вершиною в північному полюсі світу і південне з вершиною в південному полюсі світу.
Добовий рух світил на різних широтах
Тепер ми знаємо, що із зміною географічної широти місця спостереження змінюється орієнтація осі обертання небесної сфери відносно горизонту. Розглянемо, якими будуть видимі переміщення небесних світил у районі Північного полюса, на екваторі й на середніх широтах Землі.
На полюсі Землі полюс світу знаходиться в зеніті, і зорі рухаються по колах, паралельних горизонту. Тут зорі не заходять і не сходять, їх висота над горизонтом незмінна.
На середніх широтах зорі сходять і заходять, але є і ті, які ніколи не опускаються під горизонт (мал. 13, б). Наприклад, навколополярні сузір'я на географічних широтах СРСР ніколи не заходять. Сузір'я, розташовані далі від північного полюса світу, подобові шляху світил відмовляються ненадовго над горизонтом. А сузір'я, які лежать ще далі на південь, є не висхідним.
Але чим далі просувається спостерігач на південь, тим більше південних сузір'їв він може бачити. На земному екваторі за добу можна було б побачити сузір'я всього зоряного неба, якщо б не заважало Сонце вдень. Для спостерігача на екваторі всі зорі сходять і заходять перпендикулярно площини горизонту. Кожна зірка тут проводить над горизонтом рівно половину свого шляху. Для спостерігача на екваторі Землі північний полюс світу збігається з точкою півночі, а південний полюс світу - з точкою півдня. Вісь світу для нього розташована у площині горизонту.
Кульмінації
Полюс світу при начебто обертанні неба, що відображає обертання Землі навколо осі, займає незмінне положення над горизонтом на даній широті. Зірки за добу описують над горизонтом навколо осі світу кола, паралельні екватора. При цьому кожне світило за добу двічі перетинає небесний меридіан.
Явища проходження світил через небесний меридіан називаються кульмінаціями. У верхній кульмінації висота світила максимальна, у нижній кульмінації - мінімальна. Проміжок часу між кульмінаціями дорівнює полсуткам.
У не призахідного на даній широті QUOTE
світила М видно (над горизонтом) обидві кульмінації, у зірок, які сходять і заходять, М 1 і М 2 нижня кульмінація відбувається під горизонтом, нижче точки півночі. У світила М 3, що знаходиться далеко на південь від небесного екватора, обидві кульмінації можуть бути невидимі. Момент верхньої кульмінації центра Сонця називається справжнім полуднем, а момент нижньої кульмінації - справжньою північчю. У істинний полудень тінь від вертикального стрижня падає уздовж південного лінії.
4. Екліптика і «блукаючі» світила-планети
У даній місцевості кожна зірка кульмінує завжди на одній і тій же висоті над горизонтом, бо її кутова відстань від полюса світу і від небесного екватора не змінюється. Сонце ж і Місяць змінюють висоту, на якій вони кульмінують.
Якщо за точним годинах помічати проміжки часу між верхніми кульмінаціями зір і Сонця, то можна переконатися, що проміжки між кульмінаціями зірок на чотири хвилини коротші, ніж проміжки між кульмінаціями Сонця. Значить, за час одного обороту небесної сфери Сонце встигає зрушити щодо зірок на схід - у бік, протилежний добовому обертанню неба. Цей зсув становить близько 1 °, так як небесна сфера робить повний оборот - 360 ° за 24 ч. За 1 год, рівний 60 хв, вона повертається на 15 °, а за 4 хв - на 1 °. За рік Сонце описує велике коло на фоні зоряного неба.
Кульмінації Місяця запізнюються щодоби вже не на 4 хв, а на 50 хв, так як Місяць робить один оборот назустріч обертанню неба за місяць.
Планети переміщуються повільніше і більш складним чином. Вони рухаються на фоні зоряного неба то в одну, то в інший бік, іноді повільно виписуючи петлі. Це зумовлено поєднанням їх дійсного руху з рухами Землі. На зоряному небі планети (у перекладі з давньогрецької «мандрівні») не займають постійного місця, так само як Місяць і Сонце. Якщо скласти карту зоряного неба, то вказати на ній положення Сонця, Місяця і планет можна лише для певного моменту.
Видимий річний рух Сонця відбувається по великому колу небесної сфери, званому екліптикою.
Переміщаючись по екліптиці, Сонце двічі перетинає небесний екватор у так званих рівноденні точках. Це буває близько 21 березня і близько 23 вересня, в дні рівнодень. У ці дні Сонце знаходиться на небесному екваторі, а він завжди ділиться площиною горизонту навпіл. Тому шляху
Сонця над і під горизонтом рівні, отже, рівні тривалості дня і ночі.
22 червня Сонце найдалі від небесного екватора в бік північного полюса світу. Опівдні для північної півкулі Землі воно вище за все над горизонтом, день найдовший - це день літнього сонцестояння, 22 грудня, в день зимового сонцестояння, Сонце відходить найдалі на південь від екватора, опівдні воно стоїть низько, і день найкоротший.
Обожнення Сонця в давнину породило міфи, в алегоричній формі описують періодично повторювані події «народження», «воскресіння» «бога-Сонця» протягом року: умирання природи взимку, її відродження навесні й т.п. Християнські свята носять в собі сліди культу Сонця.
Рух Сонця по екліптиці є відображенням обертання Землі навколо Сонця. Екліптика пролягає через 12 сузір'їв, які називаються зодіакальними (від грецького слова зоон - тварина), а їх сукупність називається поясом зодіаку. До нього входять такі сузір'я: Риби, Овен, Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон, Стрілець, Козеріг, Водолій, Кожне зодіакальне сузір'я Сонце проходить близько місяця. Точка весняного рівнодення (одне і двох перетинів екліптики з небесним екватором) знаходиться в сузір'ї Риб. У сузір'ях Діва, Лев, Близнюки, Телець, Скорпіон, Стрілець багато яскравих зірок.
Велике коло екліптики перетинає великий круг небесного екватора під кутом 23 ° 27 '. У день літнього сонцестояння, 22 червня, Сонце піднімається в полудень над горизонтом вище точки, в якій небесний екватор перетинає меридіан на цю величину. На стільки ж Сонце буває нижче екватора в день зимового сонцестояння, 22 грудня. Таким чином, висота Сонця у верхній кульмінації змінюється протягом року на 46 ° 54 '. Зрозуміло, що опівночі у верхній кульмінації буває зодіакальне сузір'я, протилежне тому, в якому знаходиться Сонце. Наприклад, у березні Сонце проходить по сузір'ю Риби, а опівночі кульмінує сузір'я Діви. На малюнку 18 показані добові шляху Сонця над горизонтом у дні рівнодень та сонцестоянь для середніх широт (угорі) і екватора Землі (внизу).
5. Зоряні карти, небесні координати і час
Карти та координати
Щоб зробити зоряну карту, що зображає сузір'я на площині, треба знати координати зірок. Координати зірок щодо горизонту, наприклад, висота, хоча і наочні, але непридатні для складання карт, оскільки весь час змінюються. Треба використовувати таку систему координат, яка оберталася б разом із зоряним небом. Вона називається екваторіальній системою. У ній однією координатою є кутове відстань світила від небесного екватора, зване схилянням QUOTE
. Воно змінюється в межах ± 90 ° і вважається позитивним на північ від екватора і негативним - на південь. Схиляння аналогічно географічній широті.
Друга координата аналогічна географічній довготі і називається прямим сходженням α.
Пряме сходження світила М вимірюється кутом між площинами великого кола, проведеного через полюси світу і дане світило М, і великого кола, що проходить через полюси світу і точку весняного рівнодення. Цей кут відраховують від точки весняного рівнодення Υ проти годинникової стрілки, якщо дивитися з північного полюса. Він змінюється від 0 до 360 ° і називається прямим сходженням тому, що зірки, розташовані на небесному екваторі, походять у порядку зростання їх прямого сходження. У цьому ж порядку вони кульмінують один за одним. Тому, а висловлюють зазвичай не в кутовій мірі, а в тимчасовій, і виходять з того, що небо за 1 год повертається на 15 °, а за 4 хв - на 1 °. Тому пряме сходження 90 ° інакше буде 6 год, а 7 год 18 хв = 109 ° 30. В одиницях часу по краях зоряної карти надписують прямі сходження.
Існують також і зоряні глобуси, де зірки зображені на сферичній поверхні глобуса.
На одній картці можна зобразити без спотворень лише частину зоряного неба. Початківцям користуватися такою карткою важко, тому що вони не знають, які сузір'я видно в даний час і як вони розташовані відносно горизонту. Зручніше рухлива карта зоряного неба. Ідея її пристрою проста. На карту накладено коло з вирізом, що зображує лінію горизонту. Виріз горизонту ексцентричний, і при обертанні накладного круга в вирізі будуть видні сузір'я, що знаходяться над горизонтом у різний час. Як користуватися такою карткою, сказано в додатку VII.
Висота світил у кульмінації
Знайдемо залежність між висотою h світила М у верхній кульмінації, його схиленням QUOTE
і широтою місцевості QUOTE 
.
Прямовисну лінію ZZ вісь світу РР 'і проекції небесного екватора EQ та лінії горизонту NS (Полуденна лінія) на площину небесного меридіана (PZSP 'N) Кут між полуденної лінією NS і віссю світу РР 'дорівнює, як ми знаємо, широті місцевості QUOTE . Очевидно, нахил площини небесного екватора до горизонту, вимірюваний кутом QUOTE 
, Рівний 90 ° - QUOTE (Рис. 20). Зірка М із схиленням б, кульмінує на південь від зеніту, має у верхній кульмінації висоту
h = 90 ° - QUOTE + QUOTE .
З цієї формули видно, що географічну широту можна визначити, вимірюючи висоту будь-зірки з відомим схиленням 6 у верхній кульмінації. При цьому слід враховувати, що якщо зірка в момент кульмінації знаходиться на південь від екватора, то її відмінювання негативно.
Точний час
Для вимірювання коротких проміжків часу в астрономії основною одиницею є середня тривалість сонячної доби, тобто середній проміжок часу між двома верхніми (або нижніми) кульмінаціями центра Сонця. Середнє значення доводиться використовувати, тому що протягом року тривалість сонячної доби злегка коливається. Це пов'язано з тим, що Земля обертається навколо Сонця не по колу, а по еліпсу і швидкість її руху при цьому трохи змінюється. Це і викликає невеликі нерівномірності у видимому русі Сонця по екліптиці протягом року.
Момент верхньої кульмінації центра Сонця, як ми вже говорили, називається справжнім полуднем. Але для перевірки годинника, для визначення точного часу немає потреби відзначати за ним саме момент кульмінації Сонця. Зручніше й точніше відзначати моменти кульмінації зір, так як різниця моментів кульмінації будь-якої зірки і Сонця точно відома для будь-якого часу. Тому для визначення точного часу за допомогою спеціальних оптичних приладів відзначають моменти кульмінацій зір і перевіряють за ними правильність ходу годинника, «зберігають» час. Визначається таким чином час було б абсолютно точним, якби спостережуване обертання небозводу відбувалося зі строго постійною кутовою швидкістю. Однак виявилося, що швидкість обертання Землі навколо осі, а отже і видиме обертання небесної сфери, зазнає з часом дуже невеликих змін. Тому для «зберігання» точного часу нині використовують спеціальні атомний годинник, хід яких контролюється коливальними процесами в атомах, що відбуваються на незмінній частоті. Годинники окремих обсерваторій звіряють за сигналами атомного часу. Порівняння часу, визначеного за атомним годинах і по видимому руху зірок, дозволяє дослідити нерівномірності обертання Землі.
Визначення точного часу, його зберігання і передача по радіо всьому населенню складають завдання служби точного часу, яка існує в багатьох країнах.
Сигнали точного часу по радіо приймають штурмани морського й повітряного флоту, багато наукових і виробничих організацій, які потребують знанні точного часу. Знати точний час потрібно, зокрема, і для визначення географічних довгот різних пунктів земної поверхні.
Рахунок часу. Визначення географічної довготи. Календар
З курсу фізичної географії СРСР вам відомі поняття місцевого, поясного й декретного відліку часу, а також що різниця географічних довгот двох пунктів визначають за різницею місцевого часу цих пунктів. Це завдання вирішується астрономічними методами, що використовують спостереження зірок. На підставі визначення точних координат окремих пунктів здійснюється картографування земної поверхні.
Для рахунку великих проміжків часу люди з давніх-давен використовували тривалість або місячного місяця, або сонячного року, тобто тривалість оберту Сонця по екліптиці. Рік визначає періодичність сезонних змін. Сонячний рік триває 365 сонячних діб 5 годин 48 хвилин 46 секунд. Він практично несумірний з добами і з довжиною місячного місяця - періодом зміни місячних фаз (близько 29,5 доби). Це і складає труднощі створення простого і зручного календаря. За багатовікову історію людства створювалося й використовувалося багато різних систем календарів. Але всі їх можна розділити на три типи: сонячні, місячні і місячно-сонячні. Південні скотарські народи користувалися зазвичай місячними місяцями. Рік, що складається з 12 місячних місяців, містив 355 сонячних діб. Для узгодження відліку часу за Місяці і за Сонцем доводилося встановлювати на рік то 12, то 13 місяців і вставляти в рік додаткові дні. Простіше і зручніше був сонячний календар, що застосовувався ще в Давньому Єгипті. В даний час в більшості країн світу прийнято теж сонячний календар, але більш досконалого пристрою, званий григоріанським, про який йдеться далі.
При складанні календаря необхідно враховувати, що тривалість календарного року має бути якомога ближче до тривалості оберту Сонця по екліптиці й що календарний рік має містити ціле число сонячних діб, оскільки незручно розпочинати рік у різний час доби.
Цим умовам задовольняв календар, розроблений олександрійським астрономом Созігеном і введений в 46 р. до н.е. в Римі Юлієм Цезарем. Згодом, як вам відомо, з курсу фізичної географії, він отримав назву юліанського або старого стилю. У цьому календарі роки вважаються тричі поспіль по 365 діб і називаються простими, наступний за ними рік - у 366 діб. Він називається високосним. Високосними роками в юліанському календарі є ті роки, номери яких без залишку діляться на 4.
Середня тривалість року за цим календарем становить 365 діб 6 год, тобто вона приблизно на 11 хв довша істинною. У силу цього старий стиль відставав від дійсного плину часу приблизно на 3 доби за кожні 400 років.
У григоріанському календарі (новому стилі), введеному в СРСР в 1918 р. і ще раніше прийнятому в більшості країн, роки, що закінчуються на два нулі, за винятком 1600, 2000, 2400 і т.п. (Тобто тих, у яких число сотень ділиться на 4 без залишку), не вважаються високосними. Цим і виправляють помилку в 3 доби, що накопичується за 400 років. Таким чином, середня тривалість року в новому стилі виявляється дуже близькою до періоду обертання Землі навколо Сонця.
До XX ст. різниця між новим стилем і старим (юліанським) досягла 13 діб. Оскільки в нашій країні новий стиль було запроваджено лише в 1918 р., то Жовтнева революція, здійснена в 1917 р. 25 жовтня (за старим стилем), відзначається 7 листопада (за новим стилем).
Різниця між старим і новим стилями в 13 діб збережеться і в XXI ст., А в XXII в. зросте до 14 діб.
Новий стиль, звичайно, не є абсолютно точним, але помилка в 1 добу нагромадиться за ним тільки через 3300 років.
Тепер ми знаємо, що із зміною географічної широти місця спостереження змінюється орієнтація осі обертання небесної сфери відносно горизонту. Розглянемо, якими будуть видимі переміщення небесних світил у районі Північного полюса, на екваторі й на середніх широтах Землі.
На полюсі Землі полюс світу знаходиться в зеніті, і зорі рухаються по колах, паралельних горизонту. Тут зорі не заходять і не сходять, їх висота над горизонтом незмінна.
На середніх широтах зорі сходять і заходять, але є і ті, які ніколи не опускаються під горизонт (мал. 13, б). Наприклад, навколополярні сузір'я на географічних широтах СРСР ніколи не заходять. Сузір'я, розташовані далі від північного полюса світу, подобові шляху світил відмовляються ненадовго над горизонтом. А сузір'я, які лежать ще далі на південь, є не висхідним.
Але чим далі просувається спостерігач на південь, тим більше південних сузір'їв він може бачити. На земному екваторі за добу можна було б побачити сузір'я всього зоряного неба, якщо б не заважало Сонце вдень. Для спостерігача на екваторі всі зорі сходять і заходять перпендикулярно площини горизонту. Кожна зірка тут проводить над горизонтом рівно половину свого шляху. Для спостерігача на екваторі Землі північний полюс світу збігається з точкою півночі, а південний полюс світу - з точкою півдня. Вісь світу для нього розташована у площині горизонту.
Кульмінації
Полюс світу при начебто обертанні неба, що відображає обертання Землі навколо осі, займає незмінне положення над горизонтом на даній широті. Зірки за добу описують над горизонтом навколо осі світу кола, паралельні екватора. При цьому кожне світило за добу двічі перетинає небесний меридіан.
Явища проходження світил через небесний меридіан називаються кульмінаціями. У верхній кульмінації висота світила максимальна, у нижній кульмінації - мінімальна. Проміжок часу між кульмінаціями дорівнює полсуткам.
У не призахідного на даній широті QUOTE
4. Екліптика і «блукаючі» світила-планети
У даній місцевості кожна зірка кульмінує завжди на одній і тій же висоті над горизонтом, бо її кутова відстань від полюса світу і від небесного екватора не змінюється. Сонце ж і Місяць змінюють висоту, на якій вони кульмінують.
Якщо за точним годинах помічати проміжки часу між верхніми кульмінаціями зір і Сонця, то можна переконатися, що проміжки між кульмінаціями зірок на чотири хвилини коротші, ніж проміжки між кульмінаціями Сонця. Значить, за час одного обороту небесної сфери Сонце встигає зрушити щодо зірок на схід - у бік, протилежний добовому обертанню неба. Цей зсув становить близько 1 °, так як небесна сфера робить повний оборот - 360 ° за 24 ч. За 1 год, рівний 60 хв, вона повертається на 15 °, а за 4 хв - на 1 °. За рік Сонце описує велике коло на фоні зоряного неба.
Кульмінації Місяця запізнюються щодоби вже не на 4 хв, а на 50 хв, так як Місяць робить один оборот назустріч обертанню неба за місяць.
Планети переміщуються повільніше і більш складним чином. Вони рухаються на фоні зоряного неба то в одну, то в інший бік, іноді повільно виписуючи петлі. Це зумовлено поєднанням їх дійсного руху з рухами Землі. На зоряному небі планети (у перекладі з давньогрецької «мандрівні») не займають постійного місця, так само як Місяць і Сонце. Якщо скласти карту зоряного неба, то вказати на ній положення Сонця, Місяця і планет можна лише для певного моменту.
Видимий річний рух Сонця відбувається по великому колу небесної сфери, званому екліптикою.
Переміщаючись по екліптиці, Сонце двічі перетинає небесний екватор у так званих рівноденні точках. Це буває близько 21 березня і близько 23 вересня, в дні рівнодень. У ці дні Сонце знаходиться на небесному екваторі, а він завжди ділиться площиною горизонту навпіл. Тому шляху
Сонця над і під горизонтом рівні, отже, рівні тривалості дня і ночі.
22 червня Сонце найдалі від небесного екватора в бік північного полюса світу. Опівдні для північної півкулі Землі воно вище за все над горизонтом, день найдовший - це день літнього сонцестояння, 22 грудня, в день зимового сонцестояння, Сонце відходить найдалі на південь від екватора, опівдні воно стоїть низько, і день найкоротший.
Обожнення Сонця в давнину породило міфи, в алегоричній формі описують періодично повторювані події «народження», «воскресіння» «бога-Сонця» протягом року: умирання природи взимку, її відродження навесні й т.п. Християнські свята носять в собі сліди культу Сонця.
Рух Сонця по екліптиці є відображенням обертання Землі навколо Сонця. Екліптика пролягає через 12 сузір'їв, які називаються зодіакальними (від грецького слова зоон - тварина), а їх сукупність називається поясом зодіаку. До нього входять такі сузір'я: Риби, Овен, Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон, Стрілець, Козеріг, Водолій, Кожне зодіакальне сузір'я Сонце проходить близько місяця. Точка весняного рівнодення (одне і двох перетинів екліптики з небесним екватором) знаходиться в сузір'ї Риб. У сузір'ях Діва, Лев, Близнюки, Телець, Скорпіон, Стрілець багато яскравих зірок.
Велике коло екліптики перетинає великий круг небесного екватора під кутом 23 ° 27 '. У день літнього сонцестояння, 22 червня, Сонце піднімається в полудень над горизонтом вище точки, в якій небесний екватор перетинає меридіан на цю величину. На стільки ж Сонце буває нижче екватора в день зимового сонцестояння, 22 грудня. Таким чином, висота Сонця у верхній кульмінації змінюється протягом року на 46 ° 54 '. Зрозуміло, що опівночі у верхній кульмінації буває зодіакальне сузір'я, протилежне тому, в якому знаходиться Сонце. Наприклад, у березні Сонце проходить по сузір'ю Риби, а опівночі кульмінує сузір'я Діви. На малюнку 18 показані добові шляху Сонця над горизонтом у дні рівнодень та сонцестоянь для середніх широт (угорі) і екватора Землі (внизу).
5. Зоряні карти, небесні координати і час
Карти та координати
Щоб зробити зоряну карту, що зображає сузір'я на площині, треба знати координати зірок. Координати зірок щодо горизонту, наприклад, висота, хоча і наочні, але непридатні для складання карт, оскільки весь час змінюються. Треба використовувати таку систему координат, яка оберталася б разом із зоряним небом. Вона називається екваторіальній системою. У ній однією координатою є кутове відстань світила від небесного екватора, зване схилянням QUOTE
Друга координата аналогічна географічній довготі і називається прямим сходженням α.
Пряме сходження світила М вимірюється кутом між площинами великого кола, проведеного через полюси світу і дане світило М, і великого кола, що проходить через полюси світу і точку весняного рівнодення. Цей кут відраховують від точки весняного рівнодення Υ проти годинникової стрілки, якщо дивитися з північного полюса. Він змінюється від 0 до 360 ° і називається прямим сходженням тому, що зірки, розташовані на небесному екваторі, походять у порядку зростання їх прямого сходження. У цьому ж порядку вони кульмінують один за одним. Тому, а висловлюють зазвичай не в кутовій мірі, а в тимчасовій, і виходять з того, що небо за 1 год повертається на 15 °, а за 4 хв - на 1 °. Тому пряме сходження 90 ° інакше буде 6 год, а 7 год 18 хв = 109 ° 30. В одиницях часу по краях зоряної карти надписують прямі сходження.
Існують також і зоряні глобуси, де зірки зображені на сферичній поверхні глобуса.
На одній картці можна зобразити без спотворень лише частину зоряного неба. Початківцям користуватися такою карткою важко, тому що вони не знають, які сузір'я видно в даний час і як вони розташовані відносно горизонту. Зручніше рухлива карта зоряного неба. Ідея її пристрою проста. На карту накладено коло з вирізом, що зображує лінію горизонту. Виріз горизонту ексцентричний, і при обертанні накладного круга в вирізі будуть видні сузір'я, що знаходяться над горизонтом у різний час. Як користуватися такою карткою, сказано в додатку VII.
Висота світил у кульмінації
Знайдемо залежність між висотою h світила М у верхній кульмінації, його схиленням QUOTE
Прямовисну лінію ZZ вісь світу РР 'і проекції небесного екватора EQ та лінії горизонту NS (Полуденна лінія) на площину небесного меридіана (PZSP 'N) Кут між полуденної лінією NS і віссю світу РР 'дорівнює, як ми знаємо, широті місцевості QUOTE
h = 90 ° - QUOTE
З цієї формули видно, що географічну широту можна визначити, вимірюючи висоту будь-зірки з відомим схиленням 6 у верхній кульмінації. При цьому слід враховувати, що якщо зірка в момент кульмінації знаходиться на південь від екватора, то її відмінювання негативно.
Точний час
Для вимірювання коротких проміжків часу в астрономії основною одиницею є середня тривалість сонячної доби, тобто середній проміжок часу між двома верхніми (або нижніми) кульмінаціями центра Сонця. Середнє значення доводиться використовувати, тому що протягом року тривалість сонячної доби злегка коливається. Це пов'язано з тим, що Земля обертається навколо Сонця не по колу, а по еліпсу і швидкість її руху при цьому трохи змінюється. Це і викликає невеликі нерівномірності у видимому русі Сонця по екліптиці протягом року.
Момент верхньої кульмінації центра Сонця, як ми вже говорили, називається справжнім полуднем. Але для перевірки годинника, для визначення точного часу немає потреби відзначати за ним саме момент кульмінації Сонця. Зручніше й точніше відзначати моменти кульмінації зір, так як різниця моментів кульмінації будь-якої зірки і Сонця точно відома для будь-якого часу. Тому для визначення точного часу за допомогою спеціальних оптичних приладів відзначають моменти кульмінацій зір і перевіряють за ними правильність ходу годинника, «зберігають» час. Визначається таким чином час було б абсолютно точним, якби спостережуване обертання небозводу відбувалося зі строго постійною кутовою швидкістю. Однак виявилося, що швидкість обертання Землі навколо осі, а отже і видиме обертання небесної сфери, зазнає з часом дуже невеликих змін. Тому для «зберігання» точного часу нині використовують спеціальні атомний годинник, хід яких контролюється коливальними процесами в атомах, що відбуваються на незмінній частоті. Годинники окремих обсерваторій звіряють за сигналами атомного часу. Порівняння часу, визначеного за атомним годинах і по видимому руху зірок, дозволяє дослідити нерівномірності обертання Землі.
Визначення точного часу, його зберігання і передача по радіо всьому населенню складають завдання служби точного часу, яка існує в багатьох країнах.
Сигнали точного часу по радіо приймають штурмани морського й повітряного флоту, багато наукових і виробничих організацій, які потребують знанні точного часу. Знати точний час потрібно, зокрема, і для визначення географічних довгот різних пунктів земної поверхні.
Рахунок часу. Визначення географічної довготи. Календар
З курсу фізичної географії СРСР вам відомі поняття місцевого, поясного й декретного відліку часу, а також що різниця географічних довгот двох пунктів визначають за різницею місцевого часу цих пунктів. Це завдання вирішується астрономічними методами, що використовують спостереження зірок. На підставі визначення точних координат окремих пунктів здійснюється картографування земної поверхні.
Для рахунку великих проміжків часу люди з давніх-давен використовували тривалість або місячного місяця, або сонячного року, тобто тривалість оберту Сонця по екліптиці. Рік визначає періодичність сезонних змін. Сонячний рік триває 365 сонячних діб 5 годин 48 хвилин 46 секунд. Він практично несумірний з добами і з довжиною місячного місяця - періодом зміни місячних фаз (близько 29,5 доби). Це і складає труднощі створення простого і зручного календаря. За багатовікову історію людства створювалося й використовувалося багато різних систем календарів. Але всі їх можна розділити на три типи: сонячні, місячні і місячно-сонячні. Південні скотарські народи користувалися зазвичай місячними місяцями. Рік, що складається з 12 місячних місяців, містив 355 сонячних діб. Для узгодження відліку часу за Місяці і за Сонцем доводилося встановлювати на рік то 12, то 13 місяців і вставляти в рік додаткові дні. Простіше і зручніше був сонячний календар, що застосовувався ще в Давньому Єгипті. В даний час в більшості країн світу прийнято теж сонячний календар, але більш досконалого пристрою, званий григоріанським, про який йдеться далі.
При складанні календаря необхідно враховувати, що тривалість календарного року має бути якомога ближче до тривалості оберту Сонця по екліптиці й що календарний рік має містити ціле число сонячних діб, оскільки незручно розпочинати рік у різний час доби.
Цим умовам задовольняв календар, розроблений олександрійським астрономом Созігеном і введений в 46 р. до н.е. в Римі Юлієм Цезарем. Згодом, як вам відомо, з курсу фізичної географії, він отримав назву юліанського або старого стилю. У цьому календарі роки вважаються тричі поспіль по 365 діб і називаються простими, наступний за ними рік - у 366 діб. Він називається високосним. Високосними роками в юліанському календарі є ті роки, номери яких без залишку діляться на 4.
Середня тривалість року за цим календарем становить 365 діб 6 год, тобто вона приблизно на 11 хв довша істинною. У силу цього старий стиль відставав від дійсного плину часу приблизно на 3 доби за кожні 400 років.
У григоріанському календарі (новому стилі), введеному в СРСР в 1918 р. і ще раніше прийнятому в більшості країн, роки, що закінчуються на два нулі, за винятком 1600, 2000, 2400 і т.п. (Тобто тих, у яких число сотень ділиться на 4 без залишку), не вважаються високосними. Цим і виправляють помилку в 3 доби, що накопичується за 400 років. Таким чином, середня тривалість року в новому стилі виявляється дуже близькою до періоду обертання Землі навколо Сонця.
До XX ст. різниця між новим стилем і старим (юліанським) досягла 13 діб. Оскільки в нашій країні новий стиль було запроваджено лише в 1918 р., то Жовтнева революція, здійснена в 1917 р. 25 жовтня (за старим стилем), відзначається 7 листопада (за новим стилем).
Різниця між старим і новим стилями в 13 діб збережеться і в XXI ст., А в XXII в. зросте до 14 діб.
Новий стиль, звичайно, не є абсолютно точним, але помилка в 1 добу нагромадиться за ним тільки через 3300 років.