Небесный меридиан - это... Определение, описание и происхождение

Глядя на мириады звезд в ночном небе человек задумывается о своем месте во Вселенной. Популяризация астрономических знаний и всеобщий интерес к астрологии не восполняют пробелы в знаниях об устройстве мироздания. И хотя все учили астрономию в школе, в данной статье напомним о некоторых основополагающих понятиях: это небесный меридиан, небесный экватор и координаты небесной сферы.

Предисловие

Когда смотришь на звездное небо, кажется, что все небесные объекты расположены на поверхности сферы – гигантской и вращающейся в направлении Запада. Еще первые известные нам астрономы Мусейона (Древний Египет, 296-270 годы да нашей эры) Тимохарис и Аристилл обозначили понятия небесной сферы и начали уточнение положения звезд на ней. Именно тогда зародилась наука сферика, которая занимается изучением видимого положения звезд и составлением звездных каталогов и карт. И хотя мы знаем, что представление о небесном своде древних ошибочно, но и сегодня именно такая модель наиболее удобна для описания звездного неба.

Академические понятия

Небесная сфера – это воображаемый гигантский купол произвольного радиуса, внутренняя поверхность которого усыпана звездами, которые наблюдатель видит с Земли. Эта воображаемая сфера имеет целый ряд точек и линий, которые помогают понять движение и расположение небесных тел. Подобно географическим линиям координат на поверхности планеты, небесная сфера также поделена соответствующими линиями. Наивысшая точка сферы над головой наблюдателя называется зенитом (противоположная точка - надиром), а неподвижная ось этой сферы называется осью мира. Она проходит через северный и южный полюса и через глаз наблюдателя, и остается совершенно неподвижной. На два полушария перпендикулярно оси небесную сферу разделяет экватор, а круг, проходящий через полюса и зенит, – это небесный меридиан. Круг небесной сферы, который образуется при пересечении ее и горизонтальной плоскости, что проходит через глаз наблюдателя перпендикулярно отвесной линии в точке наблюдения, – это истинный (математический) горизонт.

Наблюдатель и звезды

Вид небосвода зависит от расположения наблюдателя на поверхности планеты. На Южном и Северном полюсах он увидит абсолютно разные картинки звездного неба. Звезды и небесная сфера вращаются вокруг полюса мира: в случае с Северным полюсом планеты это зенит Полярной звезды, а вот на Южном полюсе никакой яркой звезды нет. Наблюдатель, находящийся на экваторе планеты, теоретически видит оба полюса мира и все звезды. Но где бы мы ни наблюдали за звездами, главная линия на небесной сфере - это небесный меридиан.

Взаимосвязь плоскостей

Меридиан, или круг, проведенный через полюсы и зенит с надиром, пересекается с горизонтом в точках севера и юга. Линия пересечения плоскости небесного горизонта и меридиана – это полуденная линия. Если провести линию через центр сферы перпендикулярно полуденной, то она пересечет горизонт в точках запада и востока. Небесный экватор пересекается с горизонтом именно в этих точках и делит сферу на северное и южное полушария.

Кульминации

Любое светило проходит небесный меридиан два раза в сутки. В самом высоком положении оно будет находится к югу от полюса, а в самом нижнем – к северу. Явление прохождения небесного меридиана светилом называется кульминацией, верхней и нижней соответственно. Для наблюдения кульминаций используются пассажные инструменты - телескопы, которые установлены в его плоскости. Ось мира относительно плоскости небесного меридиана расположена параллельно и к местному горизонту наклонена под углом, соответствующим географической широте местности наблюдения. Планеты проходят кульминации дважды в сутки, что и послужило ориентирами для развития картографии небесной сферы.

Системы небесных координат

Зачем человечеству необходимы все эти линии небесного меридиана? Они используются в астрономии для определения положения небесных тел. Существует множество систем координат, которые отличаются выбором фундаментальной плоскости и точкой отсчета. Но все они предполагают задание положения в виде двух угловых величин или дуг и называются сферическими системами координат, а именно:

• Горизонтальная топоцентрическая – центром является местонахождение наблюдателя, фундаментальной – плоскость истинного горизонта.
• Первая и вторая экваториальная, фундаментальная плоскость в данном случае - это плоскость экватора.
• Эклиптическая – фундаментальной плоскостью выбрана плоскость эклиптики (большого круга небесной сферы, по которому проходит годичное перемещение Солнца).
• Галактическая – в данной системе основной является плоскость нашей Галактики.

Наиболее часто используемые - это горизонтальная и экваториальная системы.

Использование и применение систем координат

Большинство компьютерных современных программ используют для определения положения светил горизонтальную топоцентрическую систему, данные для которой могут быть получены при помощи угломерных приборов и при наблюдениях в телескоп на азимутальной установке. Экваториальные системы чаще применяются при определении точного времени и при наблюдениях в телескоп на экваториальной установке. Эклиптическая система используется для расчета орбит планет или Луны. Однако чаще всего приходится использовать несколько систем. Например, для расчета координат Луны сначала проводят расчеты в эклиптической системе, потом пересчитывают данные в экваториальной, а затем переходят к горизонтальной топоцентрической системе координат.

Если вы астроном-любитель

Даже без специальных приборов расстояние между небесными телами можно оценить, хотя и очень приближенно. Так как наблюдатель всегда находится в центре, а небо представляет собой сферу, то все расстояния между объектами измеряются в углах. Полный круг соответствует 360 градусам. Можно приближенно определить угол, сравнивая его с расстоянием между пальцами вытянутой руки. Если же необходимы более точные данные для определения местонахождения небесного объекта, используют астрокомпас с прямоугольной системой координат.

Небесные меридианы и астрология

Что звезды меняют свое положение в пространстве, заметили еще древние жители нашей планеты. Однако наиболее заметное движение можно наблюдать у Солнца, Луны, планет относительно далеких звезд, движение которых можно заметить при наблюдении за ними на протяжении столетий. Древние наблюдатели в полосе около 16 градусов вдоль эклиптики выделили двенадцать созвездий, названных зодиакальными. Именно им придавалось огромное значение астрологами. Но сегодня, по прошествии веков, прецессия Земли изменила основные точки эклиптики. И тринадцатым знаком, где могут появиться Солнце и планеты, стало созвездие Змееносца (Ophiuchus), которое не является зодиакальным. Именно этому обязаны все скептические замечания в сторону астрологии. Но знаки зодиака и сегодня используются в астрономии для обозначения совокупности звезд на небесном небосводе. Например, одна из двух самых важных точек на небесной сфере, где солнечная эклиптика пересекает экватор, обозначается знаком созвездия Овен (Ophiuchus).

Подводя итог

Наблюдения за положением звезд на небесной сфере сыграли свою роль в величайших открытиях человечества. Прецессия и нутация Земли, аберрации и параллакс звезд и сегодня продолжают играть важнейшую роль в космонавтике и астрономии. Знание небесных координат и небесного меридиана – это решение задач измерения времени, определение географических координат на Земле, каталоги звезд. Кроме того, эти знания дают информацию о пространственном распределении звезд, что используется при изучении движения естественных и искусственных небесных тел и при постановке проблем в звездной астрономии и астрофизике. Знание того, в каких точках небесный меридиан пересекается с линией горизонта, во многом определило развитие научно-технического прогресса человечества с самых давних времен его существования.