Лабораторная работа № 6. Определите экваториальных координат звезд

Лабораторная работа № 6.
Определите экваториальных координат звезд
с помощью подвижной карты звездного неба
Цель работы: научиться пользоваться подвижной картой звездного неба и
определять с ее помощью координаты звезд.
Оборудование: подвижная карта звездного неба.
Теоретическая часть.
Астрономия – наука о Вселенной, изучающая движение, строение,
происхождение и развитие небесных тел.
Основные задачи астрономии:
1. Изучение видимых, а затем действительных положений и движений
небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы;
2. изучение физического строения небесных тел, химического состава,
физических условий на поверхности и в недрах;
3. решение проблем происхождения и развития небесных тел.
Основные разделы астрономии:
1. астрометрия – изучает положение небесных тел и вращение Земли;
2. небесная механика – изучает движение небесных тел и искусственных
спутников под действием тяготения;
3. астрофизика:
а) космогония – рассматривает происхождение, строение,
физический состав, химические свойства и эволюцию отдельных тел;
б) космология – рассматривает Вселенную как целое, ее
развитие и происхождение.
Основные этапы развития астрономии
1.
2.
3.
4.
Древний (до телескопический).
Телескопический (с Г. Галилея).
Всеволновой (с 1800 г.).
Внеатмосферный (с 1961 г.).
Небесная сфера
Для изучения видимого расположения свети и явлений, которые можно
наблюдать на небе в течение суток или многих месяцев в астрономии применяют
понятие «небесная сфера».
Небесная сфера – воображаемая сфера произвольного радиуса, в центре
которой находится глаз наблюдателя. На поверхность этой сферы проецируют
видимое положение всех светил, отвлекаясь от действительных расстояний, и
рассматривают лишь угловое расстояние между ними. А для удобства измерений
строят ряд точек и линий.
Основные линии и точки небесной сферы.
Z
P
Математический
горизонт
E
N
Небесный
экватор
S
W
P/
Z/
Z – зенит;
Z / – надир;
ZZ / – отвесная линия;
P – северный полюс мира;
P / – южный полюс мира;
PP / – ось мира – ось видимого вращения небесной сферы;
Плоскость перпендикулярная отвесной линии и проходящая через центр
небесной сферы называется плоскостью истинного математического
горизонта.
Ось мира для наблюдателя всегда параллельна оси вращения Земли.
Плоскость, проходящая через центр небесной сферы, перпендикулярно оси
мира называется небесным экватором.
Точки, в которых небесный экватор пересекает плоскость истинного
математического горизонта, называются точками Востока (E) и Запада (W). Две
другие равно отдаленные от них называются точками Севера (N) и Юга (S).
SN – полуденная линия.
Окружность, проходящая через полюсы мира, зенит, надир, через точку
Севера и Юга называется небесным меридианом.
Небесные координаты
Системы координат:
– горизонтальная;
– первая экваториальная;
– вторая экваториальная;
– эклиптическая;
– галактическая;
– квазарная.
Горизонтальная система координат
Предназначена для непосредственных наблюдений.
Основная линия – отвесная (вертикальная) линия.
Основная плоскость – плоскость истинного математического горизонта.
Через зенит, надир и точку, в которой в данный момент находится светило
M, можно провести большой полукруг небесной сферы, который называется
вертикалом или кругом высоты. Мгновенное положение светила M
относительно горизонта и небесного меридиана определяется двумя
координатами: высотой и азимутом.
Z
P
M
ho
N
S
O
M/
Ao
P/
Z/
Высота светила (ho) – дуга вертикала от горизонта до светила ( M OM ).
Изменяется в пределах от – 900 до +900. Измеряется в градусах (минутах и
секундах). Иногда вместо высоты светила рассматривают зенитное расстояние
(zo) – дуга вертикала от зенита до светила ( ZOM ). Изменяется в пределах от 00
до 1800. Измеряется в градусах (минутах и секундах).
Азимут (Ao) – дуга горизонта от точки Юга до точки пересечения
вертикала с горизонтом, по часовой стрелке (т. е. от Юга к Западу) ( SOM  ).
Изменяется в пределах от 00 до 3600. Измеряется в градусах (минутах и
секундах).
Первая экваториальная система координат
Предназначена для измерения времени.
Основная линия – ось мира.
Основная плоскость – плоскость небесного экватора.
Большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и
наблюдаемое светило, называется кругом склонения светила.
Z
P
M
Q

th
N
M/
O
S

Q/
P/
Z/
Склонение (  0 ) – дуга круга склонения от экватора до светила ( M OM ).
Изменяется в пределах от – 900 до +900. Измеряется в градусах (минутах и
секундах). Иногда вместо склонения светила рассматривают полюсное (или
полярное) расстояние (Po) – дуга круга склонения от северного полюса до
светила ( POM ). Изменяется в пределах от 00 до 1800. Измеряется в градусах
(минутах и секундах). Склонение положительно для звезд северного полушария
и отрицательно для южного. На экваторе склонение равно нулю.
Часовой угол ( t h ) – дуга небесного экватора от верхней точки экватора Q
до точки пересечения круга склонения с экватором, по часовой стрелке (т. е. от
Юга к Западу или в направлении суточного движения небесной сферы)
( QOM  ). Изменяется в пределах от 0h до 24h. Измеряется в часах (минутах и
секундах).
Вторая экваториальная система координат
Предназначена для составления звездных карт, атласов и каталогов.
Основная линия – ось мира.
Основная плоскость – плоскость небесного экватора.
Большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и
наблюдаемое светило, называется кругом склонения светила.
Z
P
M

N
M/
O

S

P/
Z/
Склонение (  0 ) – дуга круга склонения от экватора до светила ( M OM ).
Изменяется в пределах от – 900 до +900. Измеряется в градусах (минутах и
секундах). Иногда вместо склонения светила рассматривают полюсное (или
полярное) расстояние (Po) – дуга круга склонения от северного полюса до
светила ( POM ). Изменяется в пределах от 00 до 1800. Измеряется в градусах
(минутах и секундах).
Прямое восхождение (  h ) – дуга небесного экватора от точки весеннего
равноденствия  до точки пересечения круга склонения с экватором, против
часовой стрелке (т. е. от Юга к Востоку) (  OM  ). Изменяется в пределах от 0h
до 24h. Измеряется в часах (минутах и секундах).
Созвездия и звезды
Все небо разделено на 88 участков, имеющих строго определенные
границы – созвездия. Созвездия – соединение звезд в различные фигуры. Такое
определение давалось тысячи лет назад. Сейчас созвездию мы можем дать такое
определение. Созвездия – участки звездного неба, выделенные для удобства
ориентировки на небесной сфере и обозначения звезд. В таблице 1 представлено
несколько созвездия и некоторые входящие в их состав звезды.
Таблица 1.
Созвездие
Андромеда
Близнецы
Звезда
 Almaak
 Mirach
α Кастор
β Поллукс
Созвездие
Лебедь
Лев
Лира
Малая Медведица
Звезда
α Денеб
α Регул
α Вега
α Полярная звезда
γ Альхена
α Дубхе
ε Алиот
ξ Мицар
Алькор
α Сириус
α Zubenelgenub
α Капелла
α Арктур
α Спика
α Arneb
ο Мира
α Shedir
δ Ruchbah
β Caph
Большая
Медведица
Большой Пес
Весы
Возничий
Волопас
Дева
Заяц
Кит
Кассиопея
Малый Пес
Орион
Пегас
Персей
Северная Корона
Скорпион
Телец
Цефей
α Процион
α Бетельгейзе
β Ригель
γ Беллатрикс
ξ Алнитак
ε Алнилам
α Markab
β Scheat
ε Enif
α Мирфак
α Alphekka
α Антарес
α Альдебаран
γ Errai
β Alfirk
Эклиптика
Воображаемая линия годового движения Солнца называется эклиптикой.
Эклиптика и небесный экватор пересекаются в точке весеннего равноденствия и
точке осеннего равноденствия. Всю эклиптику Солнце проходит ровно за год.
Созвездия, через которые проходит эклиптика, называют зодиакальными (их 12).
P
П
Ось эклиптики

Небесный
экватор


Q/
Q

Эклиптика

П/
P/

– точка весеннего равноденствия (21 марта)   0h ,   00 ;
 – точка осеннего равноденствия (23 сентября)   12h ,   00 ;
 – летнее солнцестояние (22 июня)   6h ,   23027 ;
 – зимнее солнцестояние (22 декабря)   18h ,   23027 .
Угол  между эклиптикой и небесным экватором равен   23027 .
Основы измерения времени
Верхняя кульминация – момент прохождения светила через небесный
меридиан над горизонтом (M3). Нижняя кульминация – момент прохождения
светила через небесный меридиан под горизонтом (M2). Светила, координаты
(горизонтальные) которых в течение суток непрерывно изменяются и верхняя
кульминация происходит над горизонтом, а нижняя – под горизонтом
называются заходящими и восходящими (M1, M2, M3). Есть незаходящие (M5) и
невосходящие (M4) светила.
M5
Z
P
M3
M1
N
S
M2
M4
P/
Z/
Сутки – промежуток времени между двумя последовательными
одноименными кульминациями
— точки весеннего равноденствия (звездные сутки);
— центра диска Солнца (истинные солнечные сутки);
— «фиктивные точки среднего солнца», движущиеся по экватору с
постоянной скоростью, с периодом равным периода обращения истинного
солнца (средние солнечные сутки).
Сутки – период смены дней (в основе суток – период обращения Земли
вокруг своей оси).
Месяц связан с периодом смены лунных фаз (в основе – период обращения
Луны вокруг Земли).
Год связан с периодом смены времен года (в основе – период обращения
Земли вокруг Солнца).
Среднее эклиптическое Солнце – фиктивная точка, которая равномерно
движется по эклиптике со средней скоростью Солнца и совпадает с ним около 3
января и 4 июля).
Среднее экваториальное Солнце – фиктивная точка, которая равномерно
движется по экватору с постоянной скоростью среднего эклиптического Солнца
и одновременно с ним проходит точку весеннего равноденствия.
Промежуток времени между двумя последовательными одноименными
нижними кульминациями среднего экваториального Солнца на одном и том же
географическом меридиане называется средними солнечными сутками или
просто средними сутками (ими мы и пользуемся).
Время, прошедшее от нижней кульминации среднего экваториального
Солнца до любого другого его положения, выраженное в долях средних
солнечных суток (часах, минутах, секундах) называется средним солнечным
временем или просто средним временем ( Tm ):
Tm  tm  12h ,
где t m – часовой угол.
Среднее солнечное время на данном меридиане:
Tm  T0   h ,
где  h – долгота.
Поясное время ( Tп ):
Tп  T0  n h ,
(1)
(2)
(3)
где n – номер часового пояса;
T0 – всемирное время (на нулевом гринвичском меридиане) .
Декретное время ( T Д ):
h
TД  Tп  1h  T0  nh  1h – зимнее время
(4)
TД  Tп  1h  T0  nh  2h – летнее время.
(5)
Практическая часть.
1.) Найдите на карте звездного неба следующие созвездия и зарисуйте их:
Андромеда, Близнецы, Большая Медведица, Большой Пес, Весы, Возничий,
Волопас, Дева, Кассиопея, Лебедь, Лев, Лира, Малая Медведица, Малый Пес,
Орел, Орион, Пегас, Северная Корона, Скорпион, Телец.
2.) В каких созвездиях находятся звезды, экваториальные координаты
которых равны:
1.   4h36m ,   16031 ;
2.   7h35m ,   5014 ;
3.   13h 25m ,   11010 ;
4.   14h16m ,   19011 ;
5.   16h 29m ,   26016 ;
6.   10h8m ,   11058 ;
7.   20h 41m ,   45017 ;
8.   6h 45m ,   16043 ;
9.   13h 24m ,   54056 ;
10.   5h15m ,   8012 ;
11.   5h55m ,   7024 ;
12.   7h 45m ,   2802 .
3.) По карте звездного неба определите экваториальные координаты звезд:
1. Альтаира;
2. Кастор;
3. Капелла;
4. Беллатрикс;
5. Алнилам;
6. Алиот;
7. Дубхе;
8. Мира;
9. Мирфак;
10. Вега;
11. Нат;
12. Алнитак.
4.) Координаты точки, где вспыхнул метеор такие:   12h00m ,   450 , а
погас в точке с координатами   10h30m ,   00 . Через какие созвездия пролетел
метеор?
5.) Установите звездную карту на полночь того числа, когда выполняется
это задание. Запишите несколько созвездий, которые будут видны в это время в
южной, западной, северной и восточной стороне над горизонтом. Затем
установите звездную карту на полночь той даты, которая отличается от первой
ровно на полгода, снова запишите созвездия, видимые в различных частях
горизонта.
6.) Определение координаты звезды, которая была в зените в момент
рождения.
Я родился(ась) (день.месяц.год) в (час.минут) в городе (название).
Для г. Калуги:   36018 ;   54032 .
Определим местное среднее время:
Tm  T0   h .
Чтобы определить Tm надо сначала найти T0 . Запишем формулу (4) (или
(5)):
TД  T0  nh  1h – зимнее время
TД  T0  nh  2h – летнее время,
где nh =2 – номер часового пояса.
Тогда
T0  TД  3h – зимнее время
T0  TД  4h – летнее время,
Таким образом, получаем итоговую расчетную формулу:
Tm  TД   h  3h – зимнее время
T0  TД   h  4h – летнее время.
Но чтобы ей можно было воспользоваться надо долготу перевести из градусов в
часы:
  36018  36,30
10  4m
1h  60 m
0,2m  12 s
0,42h  25,2m
.
m
s
h
m
36,30  145,2m
2, 42h  145, 2 m
1  60
1  60
h
m
s
То есть   2 25 12 .
Теперь можно определить местное среднее время в момент рождения в г.
Калуге.
Затем на подвижной карте звездного неба совместите месяц и число своего
рождения с местным средним временем рождения. После чего соедините точку
Юга и точку месторасположения Полярной звезды. Определите чему равно
прямое восхождение  , если склонение   54032 (для г. Калуги) (    , так как
определяем координаты звезды, находящейся в зените).
Какая звезда в момент рождения была в поблизости в верхней
кульминации?
Сделайте вывод о проделанной работе.
Вопросы для защиты лабораторной работы.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Дайте определение астрономии как науки.
Перечислите основные этапы развития астрономии.
Расскажите о небесной сфере.
Какие небесные системы координат вы знаете?
Расскажите о горизонтальной системе координат.
Расскажите о второй экваториальной системе координат.
Дайте определение созвездия. Приведите примеры.
Дайте определение эклиптики.
Уметь находить по карте звездного неба экваториальные координаты
звезд и наоборот.