Небесная сфера

Определение "Небесная сфера" в Большой Советской Энциклопедии

Небесная сфера

Небесная сфера, воображаемая вспомогательная сфера произвольного радиуса, на которую проектируются небесные светила; служит для решения различных астрометрических задач. Представление о Небесная сфера возникло в глубокой древности; в основу его легло зрительное впечатление о существовании куполообразного небесного свода. Это впечатление связано с тем, что в результате огромной удалённости небесных светил человеческий глаз не в состоянии оценить различия в расстояниях до них, и они представляются одинаково удалёнными. У древних народов это ассоциировалось с наличием реальной сферы, ограничивающей весь мир и несущей на своей поверхности многочисленные звёзды. Т. о., в их представлении Небесная сфера была важнейшим элементом Вселенной. С развитием научных знаний такой взгляд на Небесная сфера отпал. Однако заложенная в древности геометрия Небесная сфера в результате развития и совершенствования получила современный вид, в котором и используется в астрометрии.

Небесная сфера

Радиус Небесная сфера может быть принят каким угодно: в целях упрощения геометрических соотношений его полагают равным единице. В зависимости от решаемой задачи центр Небесная сфера может быть помещен в место, где находится наблюдатель (топоцентрическая Небесная сфера), в центр Земли (геоцентрическая Небесная сфера), в центр той или иной планеты (планетоцентрическая. Небесная сфера), в центр Солнца (гелиоцентрическая Небесная сфера) или в любую др. точку пространства. Каждому светилу на Небесная сфера соответствует точка, в которой её пересекает прямая, соединяющая центр Небесная сфера со светилом (с его центром). При изучении взаимного расположения и видимых движений светил на Небесная сфера выбирают ту или иную систему координат (см. Небесные координаты), определяемую основными точками и линиями. Последние обычно являются большими кругами Небесная сфера Каждый большой круг сферы имеет два полюса, определяющиеся на ней концами диаметра, перпендикулярного к плоскости данного круга.

Небесная сфера (точки)

На рис. 1 изображена Небесная сфера, которая соответствует месту наблюдения, расположенному в некоторой точке земной поверхности с широтой (р. Отвесная (вертикальная) линия, проведённая через центр этой сферы, пересекает Небесная сфера в точках Z и Z", называемыми соответственно зенитом и надиром. Плоскость, проходящая через центр Небесная сфера перпендикулярно отвесной линии, пересекает сферу по большому кругу NESW, называемому математическим (или истинным) горизонтом. Математический горизонт делит Небесная сфера на видимую и невидимую полусферы; в первой находится зенит, во второй — надир. Прямая, проходящая через центр Небесная сфера параллельно оси вращения Земли, называемой осью мира, а точки пересечения её с Небесная сфера — Северным Р и Южным P" полюсами мира. Плоскость, проходящая через центр Небесная сфера перпендикулярно оси мира, пересекает сферу по большому кругу AWA"E, называется небесным экватором. Из построения следует, что угол между осью мира и плоскостью математического горизонта, а также угол между отвесной линией и плоскостью небесного экватора равны географической широте (места наблюдений. Большой круг Небесная сфера, проходящий через полюсы мира, зенит и надир, называется небесным меридианом.

Небесная сфера (точки)

Из двух точек, в которых небесный меридиан пересекается с математическим горизонтом, ближайшая к Северному полюсу мира N называется точкой севера, а диаметрально противоположная S — точкой юга. Прямая NS, проходящая через эти точки, есть полуденная линия. Точки горизонта, отстоящие на 90° от точек N и S, называются точками востока Е и запада W. Точки N, Е. S, W называются главными точками горизонта. По диаметру EW пересекаются плоскости математического горизонта и небесного экватора.
Большой круг Небесная сфера, по которому происходит видимое годичное движение центра Солнца, называется эклиптикой (рис. 2).

Плоскость эклиптики образует с плоскостью небесного экватора угол e = 23°27". Эклиптика пересекает экватор в двух точках, одна из которых —точка весеннего равноденствия (в ней Солнце при видимом годичном движении переходит из Южного полушария Небесная сфера в Северное), а другая, диаметрально противоположная ей, — точка осеннего равноденствия. Точки эклиптики, отстоящие на 90° от точек весеннего и осеннего равноденствия, называется точками летнего и зимнего солнцестояния (первая — в Северном полушарии Небесная сфера, вторая — в Южном). Большой круг Небесная сфера, проходящий через полюсы мира и точки равноденствия, называется колюром равноденствий; большой круг Небесная сфера, проходящий через полюсы мира и точки солнцестояния, — колюром солнцестояний. Прочерченные на звёздной карте, эти круги отсекают хвосты у древних изображений созвездий Большой Медведицы (колюр равноденствий) и Малой Медведицы (колюр солнцестояний), откуда и происходит их название (греч. kóluroi, буквально — с обрубленным хвостом, от kólos — обрубленный, отсеченный и ига — хвост).

Видимому суточному перемещению звёзд, являющемуся отображением действительного вращения Земли вокруг оси, соответствует вращение Небесная сфера вокруг оси мира с периодом, равным одним звёздным суткам. Вследствие вращения Небесная сфера все изображения светил описывают в пространстве параллельные экватору окружности, называются суточными параллелями светил. В зависимости от расположения суточных параллелей относительно горизонта светила подразделяются на незаходящие (суточные параллели располагаются целиком над горизонтом), невосходящие (суточные параллели целиком под горизонтом), восходящие и заходящие (суточные параллели пересекаются горизонтом). Границами этих групп светил являются параллели KN и SM", касающиеся горизонта в точках N и S (рис. 1). Так как видимость светил определяется положением горизонта, плоскость которого перпендикулярна отвесной линии, то условия видимости небесных светил различны для мест на поверхности Земли с различной географической широтой j. Это явление, известное уже в древности, служило одним из доказательств шарообразности Земли. На экваторе (j = 0°) ось мира PP" располагается в плоскости горизонта и совпадает с полуденной линией NS. Суточные параллели (KK", MM") всех светил пересекают плоскость горизонта под прямыми углами. Здесь все светила являются восходящими и заходящими (рис. 3). По мере перемещения наблюдателя по земной поверхности от экватора к полюсу наклон оси мира к горизонту увеличивается. Всё большее число светил становится незаходящими и невосходящими. На полюсе (j = 90°) ось мира совпадает с отвесной линией, а плоскость экватора — с плоскостью горизонта. Здесь все светила разделяются только на незаходящие и невосходящие, так каких суточные параллели (KK", MM") располагаются в плоскостях, параллельных горизонту (рис. 4).
Лит.: Блажко С. Н., Курс сферической астрономии, М. — Л., 1948; Казаков С. А., Курс сферической астрономии, 2 изд., М. — Л., 1940.
  В. П. Щеглов.

Рис. 4. Изображение небесной сферы для полюса (j = 90°).

P" — Северный и Южный полюсы мира; П и П" — Северный и Южный полюсы эклиптики." href="/a_pictures/18/10/206275269.jpg">P" — Северный и Южный полюсы мира; П и П" — Северный и Южный полюсы эклиптики." — небесный экватор; ¡E = E" — эклиптика; ¡ и  — точки весеннего и осеннего равноденствия; Е и E" — точки летнего и зимнего солнцестояния; Р и P" — Северный и Южный полюсы мира; П и П" — Северный и Южный полюсы эклиптики." src="a_pictures/18/10/th_206275269.jpg">
Рис. 2. Небесная сфера: ¡A A" — небесный экватор; ¡E = E" — эклиптика; ¡ и  — точки весеннего и осеннего равноденствия; Е и E" — точки летнего и зимнего солнцестояния; Р и P" — Северный и Южный полюсы мира; П и П" — Северный и Южный полюсы эклиптики.


Рис. 3. Изображение небесной сферы для экватора (j = 0°).

N, Е, S, W — точки севера, востока, юга и запада; Р и P" — Северный и Южный полюсы мира; AWA"E — небесный экватор; j — географическая широта." href="/a_pictures/18/10/245724526.jpg">N, Е, S, W — точки севера, востока, юга и запада; Р и P" — Северный и Южный полюсы мира; AWA"E — небесный экватор; j — географическая широта." — надир; NESW — математический горизонт; N, Е, S, W — точки севера, востока, юга и запада; Р и P" — Северный и Южный полюсы мира; AWA"E — небесный экватор; j — географическая широта." src="a_pictures/18/10/th_245724526.jpg">
Рис. 1. Небесная сфера: Z — зенит; Z" — надир; NESW — математический горизонт; N, Е, S, W — точки севера, востока, юга и запада; Р и P" — Северный и Южный полюсы мира; AWA"E — небесный экватор; j — географическая широта.