VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Видимое годовое движение Солнца можно изучить с помощью подвижной карты звездного неба.

Подвижная карта звездного неба представляет собой круглую звездную карту небольших размеров, с помощью которой можно предельно просто определить, какие космические объекты можно наблюдать в данном месте в данное время. Она позволяет определять положение созвездий и ярчайших объектов в зависимости от следующих параметров: географической широты, из которой предполагается вести наблюдения, даты и времени наблюдения. Также по ней можно определять прямое восхождение и склонение светил.

В центре карты расположен северный полюс мира и рядом с ним – Полярная звезда (α Малой Медведицы). Концентрические окружности представляют собой небесные параллели. Градусная оцифровка около них отмечает их склонение, т.е. угловое расстояние от небесного экватора, который обозначен символом 0°. Внутри небесного экватора расположена северная небесная полусфера, и две ее небесные параллели оцифрованы числами +30° и +60°. Вне небесного экватора находится область южной небесной полусферы, и на ней показаны небесные параллели со склонением -30° и -45°. Радиусами, отходящими от северного полюса мира, изображены круги склонения, оцифровка которых в часах (ч) проставлена около точек их пересечения с небесной параллелью -30°. Следует обратить внимание на последовательность оцифровки кругов склонения: она возрастает в направлении вращения часовой стрелки, а не навстречу, как этого требует счет прямого восхождения. Это объясняется тем, что, глядя на карту, наблюдатель смотрит на северную полярную область неба, а не на южную его сторону. С небесным экватором пересекается в двух точках эксцентрический овал, изображающий эклиптику, т.е. большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годовое движение Солнца по зодиакальным созвездиям. Одна из этих точек обозначается знаком ϒ, называется точкой весеннего равноденствия, и от нее по небесному экватору ведется счет прямого восхождения. Диаметрально противоположная ей точка – это точка осеннего равноденствия. Точка летнего солнцестояния лежит в северной полусфере неба на пересечении эклиптики с 6-часовым кругом склонения, а точка зимнего солнцестояния – южной небесной полусфере, на пересечении эклиптики с 18-часовым кругом склонения. Направление видимого годового движения Солнца следует показывать на эклиптике в сторону увеличения прямого восхождения.

На обрезе карты имеется лимб дат с названиями месяцев года и календарными днями в их пределах. К карте приложен накладной круг, по краю которого нанесен часовой лимб, изображающий часы суток. Интервал в один час разделен на шесть частей, по 10 минут каждая, что позволяет оценивать моменты времени с точностью до 5 минут. На накладном круге нанесено несколько овалов, рядом с которыми проставлены числа градусов, обозначающих географическую широту места наблюдения звездного неба. В круге следует аккуратно вырезать отверстие по тому овалу, который обозначен числом градусов, наиболее близким к географической широте города или села, где эта карта будет использована. Между точками на круге, обозначенными словами «точка юга» и «точка севера», следует натянуть нить, которая будет изображать небесный меридиан. Круг должен накладываться на карту так, чтобы его оцифрованный лимб всегда располагался концентрично с лимбом дат карты, а натянутая нить проходила через центр карты, изображающей северный полюс мира. Карта позволяет ответить на вопросы о приближенных моментах восхода, захода и верхней кульминации (т.е. наивысшего расположения над горизонтом) звезд в разные дни года [2].

Соответственно с помощью подвижной карты и звездного атласа можно изучить астрономическую закономерность, связанную с обращением Земли вокруг Солнца.

Нам требуется по подвижной карте звездного неба выяснить изменения условий видимости зодиакальных и прилегающих к ним созвездий на протяжении года и разобраться в причинах этого изменения.

По подвижной карте звездного неба нужно взять сначала, например, время года – весна. Находим середину весны (15 апреля), на карту сверху накладываем круг и совмещаем, допустим, с Утром (6 ч). По видимому срезу карты выписываем созвездия, которые видны утром 15 апреля. Далее совмещаем Вечер (18 ч) с 15 апреля и ,соответственно, выписываем те созвездия, которые видны. Затем 15 апреля совмещаем с Ночью (0 ч) и выписываем.

Для того, чтобы проследить за изменениями условий видимости зодиакальных и прилегающих к ним созвездий, те же самые (выше описанные) действия проделываем с оставшимися временами года: лето, осень, зима.

Еще мы можем устанавливать названия и границы зодиакальных созвездий и указывать те из них, в которых находятся основные точки эклиптики, определять среднюю продолжительность перемещения Солнца на фоне каждого зодиакального созвездия. Для этого понадобится карта звездного атласа.

Для каждого из 12 зодиакальных созвездий по карте звездного атласа находим прямое восхождение и склонение.

Склонением светила δ принято называть угол при центре сферы между плоскостью небесного экватора и направлением на светило. Изменяется склонение в пределах от 0 до ±90°. Знак указывает на то, ниже или выше относительно небесного экватора отсчитывается склонение светила.

Под прямым восхождением α светила понимают сферический угол при полюсе мира между колюром равноденствий и кругом склонения светила, считаемый в сторону, противоположную счету часовых углов, т.е. против суточного вращения сферы. Угол α измеряется дугой небесного экватора от точки весеннего равноденствия ϒ до круга склонения светила против хода часовой стрелки и изменяется от 0 до 24 ^h.

Записываем границы созвездий по прямому восхождению α и по склонению δ.

Далее по карте звездного неба смотрим, в какое время года можно наблюдать рассматриваемое созвездие. По той же карте звездного неба примерно определяем временные границы нахождения созвездия на небосклоне. Следовательно, можно делать выводы о продолжительности наблюдения созвездий (в сутках) [1], [3], [4].

Примеры:

1. Задание: Определить наклонение эклиптики около 3000 лет назад, если по наблюдениям в ту эпоху в некотором месте северного полушария Земли полуденная высота Солнца в день летнего солнцестояния равнялась +63°48′, а в день зимнего солнцестояния +16°00′ к югу от зенита. Данные наблюдений приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Данные наблюдений
День	Солнце
	hв	zв
22 июня	+63°48′	26°12′
22 декабря	+16°00′	74°00′

Решение:

Z_в = 90° - h_в

ϕ- δ = z_в

δ = ϕ - z_в

δ = 50°36′ - 26°12′ = 24 °24′

δ = 50°36′ - 74°00′ = -23°24′

ε = δ =>ε_max=24°24′ ;ε_min = -23°24′

Ответ: максимальное наклонение эклиптики ε_max=24°24′; минимальное наклонение эклиптики ε_min = -23°24′.

2. Задание: По картам звездного атласа установить названия и границы зодиакальных созвездий, указать те из них, в которых находятся основные точки эклиптики, и определить среднюю продолжительность перемещения Солнца на фоне года и объяснить причину этого изменения.

Решение: опираясь на вышесказанное, нужно заполнить таблицу. При заполнении используем прямое восхождение α и склонение δ, которые определяем по картам звездного атласа. Затем устанавливаем, в какое время года мы можем их наблюдать и продолжительность в сутках.

Таблица определения границ зодиакальных созвездий и средней продолжительности перемещения Солнца на фоне года

Таблица 2

Зодиакальные созвездия			Основная точка эклиптики	Солнце
Название	Границы			Время года	Даты
	По α	По δ			N1	N2	N1-N2
Скорпион	15h46m 17h55m	-9°00′ -45°00′	̲	зима	17.11	20.12	30
Весы	14h20m 16h00m	0° -30°	̲	осень	26.10	21.11	26
Дева	11h33m 15h10m	-22°00′ +15°00′	Точка осеннего равноденствия	осень	16.09	8.11	54
Лев	9h20m 11h57m	-7°00′ +33°00′	̲	осень	12.08	22.09	41
Рак	7h33m 9h20m	+8°00′ +33°00′	̲	лето	21.07	12.08	22
Близнецы	5h59m 8h05m	+10°00′ +36°00′	Точка летнего солнцестояния	лето	22.06	24.07	32
Телец	3h27m 6h00m	+31°00′ 0°	̲	весна	14.05	19.06	37
Овен	1h46m 3h30m	+31°00′ +9°00′	̲	весна	19.04	13.05	25
Рыбы	22h51m 2h08m	+32°00′ -8°00′	Точка весеннего равноденствия	весна	12.03	18.04	38
Водолей	20h38m 23h53m	+3°00′ -28°00′	̲	зима	16.02	11.03	24
Козерог	20h05m 21h55m	-9°00′ -29°00′	̲	зима	20.01	15.02	28
Стрелец	17h36m 20h24m	-13°00′ -45°00′	Точка зимнего солнцестояния	зима	18.12	19.01	32

Таким образом, по картам звездного атласа можно установить границы зодиакальных созвездий. Также из таблицы видно, в каких зодиакальных созвездиях находятся основные точки эклиптики. Так как эклиптика наклонена к небесному экватору под углом ε= 23°26,5ˊ и пересекает его в двух точках – в точке Овна и в точке Весов, то вследствие прецессии – медленного конусообразного движения оси мира – теперь точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыб, а точка осеннего равноденствия – в созвездии Девы. Мы определили среднюю продолжительность перемещения Солнца за год в сутках по временным рамкам его нахождения на небосклоне. Дважды в году, в периоды равноденствий (21 марта и 23 сентября), суточная параллель Солнца совпадает с небесным экватором. В другое время года его видимое движение происходит по спирали, витки которой сжимаются по мере удаления от небесного экватора до суточной параллели солнцестояния (так как величина склонения Солнца изменяется все медленнее и медленнее). После солнцестояния витки спирали повторяются Солнцем в обратном направлении.

3. Задание: По подвижной карте звездного неба выяснить изменения условий видимости зодиакальных созвездий на протяжении года и объяснить причину этого изменения.

Решение: с помощью подвижной карты звездного неба проследим за изменениями видимости зодиакальных созвездий за сутки и на протяжении года.

Таблица изменения условий видимости зодиакальных созвездий на протяжении года

Таблица 3

Время суток	Весна	Лето	Осень	Зима
	Созвездия
Утро	Телец Овен Рыбы Водолей Козерог Стрелец Змееносец Весы Дева Скорпион	Рак Близнецы Телец Овен Рыбы Водолей Козерог	Дева Лев Рак Близнецы Телец Овен Рыбы	Змееносец Весы Дева Лев Рак Близнецы
Вечер	Дева Лев Рак Близнецы Телец Овен Рыбы	Змееносец Весы Дева Лев Рак Близнецы Скорпион	Овен Рыбы Водолей Козерог Стрелец Змееносец Весы Дева	Рак Близнецы Телец Овен Рыбы Водолей Козерог
Ночь	Змееносец Скорпион Весы Дева Лев Рак Близнецы	Овен Рыбы Водолей Козерог Стрелец Змееносец Весы Дева	Рак Близнецы Телец Овен Рыбы Водолей Козерог	Дева Лев Рак Близнецы Телец Овен Рыбы

Мы выяснили, что по подвижной карте звездного неба можно проследить закономерность условий видимости зодиакальных созвездий. Это изменение объясняется тем, что эклиптика наклонена к небесному экватору под углом ε= 23°26,5ˊ и пересекает его в двух точках – в точке Овна и в точке Весов. Летом зодиакальные созвездия в северных широтах видны ночью низко над горизонтом. Зимой наблюдениям доступна та часть эклиптики, которая высоко над горизонтом.

Литература:

1. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / под ред. В.В. Иванова. – М.: Едиториал УРСС, 2001;

2. http://www.knightonoptical.com/?p=147

3. Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач / И.С. Пандул. – СПб.: Политехника, 2010;

4. Труды ИПА РАН. Вып. 10. В.А. Брумберг, Н.И. Глебова, М.В. Лукашева, А.А. Малков, Е.В. Питьева, Л.И. Румянцева, М.Л. Свешников, М.А. Фурсенко. Расширенное объяснение к «Астрономическому ежегоднику». – СПб.: ИПА РАН, 2004.

Код для цитирования: Скопировать