Ісус другий наступ. Річний шлях сонця Середній сонячний час

Рух Сонця серед зірок

(Урок – лекція)

Цей урок для учнівXIкласів, що займаються за підручникомГ.Я. Мякішева, Б.Б. Буховцева Фізика. 11 клас» (профільні класи)

Освітня мета уроку:вивчити рух Сонця щодо далеких зірок.

Освітні завдання уроку:

Визначити основні види небесного руху Сонця та співвіднести їх із такими явищами, як зміна тривалості дня та ночі, зміна сезонів року, наявність кліматичних поясів;

Сформувати вміння учнів знаходити та визначати основні площини, лінії, точки небесної сфери, пов'язані з рухом Сонця;

Сформувати вміння учнів визначати горизонтальні координати Сонця;

Загальні зауваження

Інформація в лекції подається у стислій формі, тому коротка фраза може вимагати тривалих роздумів. Розвиток потреби у роздумі, отже, й у розумінні змісту тієї чи іншої теми учнями, співвідноситься з виконанням завдань:

Практичні поради під час роботи з інформацією:

отримавши нову інформацію, продумайте її та чітко сформулюйте відповідь на запитання: «Про що вона і для чого її Вам повідомили?»;

купуйте звичку самому ставити питання «чому?» і самостійно знаходити з його шляху відповіді, розмірковуючи, розмовляючи з товаришами, викладачем;

перевіряючи формулу, вирішуючи завдання тощо, виконуйте математичні операції поступово, записуючи всі проміжні викладки;

Основні питання лекції

Рух небесних світил.

Рух Сонця серед зірок.

Екліптика. Екліптична система координат.

Екліптика– велике коло небесної сфери, яким відбувається видимий річний рух Сонця. Напрямок цього руху (близько 1 на добу) протилежний до напрямку добового обертання Землі. Слово «екліптика» походить від грецького слова «екліпсис» – затемнення.

Вісь обертання Землі має постійний кут нахилу до площини обертання Землі навколо Сонця, що дорівнює приблизно 66°34" (див. рис. 1). Внаслідок цього кут ε між площиною екліптики та площиною небесного екватора дорівнює 23°26".

Малюнок 1. Екліптика та небесний екватор

Спираючись на малюнок 1, заповніть перепустки в наведених нижче визначеннях.

Вісь екліптики (ПП") - ………………

………………………………………….. .

Північний полюс екліптики (П) - ……………………………………………. .

Південний полюс екліптики (П") - ………………………………………………………………………….. .

Екліптика проходить через 13 сузір'їв. Змієносець не відноситься до зодіакальних сузір'їв.

Точками весняного (γ) та осіннього (Ω) рівноденьназивають точки перетину екліптики та небесного екватора. Крапка весняного рівнодення перебуває у сузір'ї Риб (донедавна – у сузір'ї Овна). Дата весняного рівнодення – 20 (21) березня. Точка осіннього рівнодення перебуває у сузір'ї Діви (донедавна – у сузір'ї Терезів). Дата осіннього рівнодення – 22 (23) вересня.

Точка літнього сонцестояння та точка зимового сонцестояння –Точки літнього сонцестояння лежить у північній півкулі, припадає на 22 червня. Крапка зимового сонцестояння лежить у південній півкулі і припадає на 22 грудня.

Екліптична система координат.

Малюнок 2. Екліптична система координат

Як основну площину еліптичної системи координат (рис. 2) вибирають площину екліптики. До еліптичних координат відносять:

Широта та довгота зірки не змінюються внаслідок добового руху небесної сфери. Екліптична система координат використовується, переважно, щодо руху планет. Це зручно тому, що планети рухаються щодо зірок приблизно у площині екліптики. Внаслідок малості β формули, що містять cos і sin β, можуть бути спрощені.

Співвідношення між градусами, годинами та хвилинами наступне: 360 =24, 15=1, 1=4.

Рух небесних світил

Добовий рух світил. Добові шляхи світил на небесній сфері – кола, площини яких паралельні небесному екватору. Ці кола називаються небесними паралелями. Добовий рух світил є наслідком обертання Землі навколо осі. Видимість світил залежить від своїх небесних координат, положення спостерігача лежить на Землі (див. рис. 3).

Малюнок 3. Добові шляхи світил щодо горизонту, для спостерігача: а - у середніх географічних широтах; б – на екваторі; у – на полюсі Землі.

1. Сформулюйте теорему про висоту полюса світу.

2. Опишіть, як можна пояснити властивості добового руху світил, внаслідок звернення Землі навколо своєї осі різних широтах?

Як змінюється під час добового руху світила його: а) висота; б) пряме сходження; в) відмінювання?

Чи змінюється протягом доби висота, пряме сходження та відмінювання основних точок небесної сфери: Z, Z ׳ , P , P ׳ , N, S, E, W?

3. Рух Сонця серед зірок.

Кульмінація- Явлення перетину світилом небесного меридіана. У верхній кульмінації світило має максимальну висоту. Азімут світила у верхній кульмінації дорівнює ……. А в нижній – найменшу. Азімут світила в нижній кульмінації дорівнює …... Момент верхньої кульмінації центру Сонця називається справжнім полуднем,а нижньою - Справжньою опівночі.

У висота світила ( h) або зенітна відстань ( z) у момент кульмінацій залежить від відмінювання світила ( δ) та широти місця спостереження ( φ )

Рисунок 4. Проекція небесної сфери на площину небесного меридіана

У таблиці 3 наведено формули для визначення висоти світила у верхній та нижній кульмінації. Вигляд виразу для висоти світила кульмінації визначається з опорою на малюнок 4.

Таблиця 3

Висота світила у кульмінації

Відмінювання світила

Висота світила у верхній кульмінації

Висота світила у нижній кульмінації

δ < φ

h = 90˚-φ +δ

h=90˚-φ-δ

δ = φ

h=90 ˚

h=0˚

δ > φ

h=90˚+φ-δ

h= φ+δ-90˚

Є три категорії світил для місць на землі, для яких 0<φ <90˚:

Якщо відмінювання світила δ< -(90˚- φ ), то оно будет невосходящим. Если склонение светила δ >(90˚- φ ), воно буде незахідним.

Умови видимості Сонця та зміна пір року залежить від положення спостерігача на поверхні Землі та від положення Землі на орбіті.

Річний рух Сонця- Явлення руху Сонця щодо зірок у бік, зворотний добовому обертанню небесної сфери. Це явище – наслідок руху Землі навколо Сонця по еліптичної орбіті у бік обертання Землі навколо її осі, тобто. проти годинникової стрілки, якщо дивитися із північного полюса на південний (див. рис. 5).

Малюнок 5. Нахил осі обертання Землі та пори року

Малюнок 6. Схема положень Землі при літньому та зимовому сонцестоянні

При річному русі Сонця відбуваються такі явища: зміна полуденної висоти, положення точок сходу й заходу Сонця, тривалості дня й ночі, виду зоряного неба за одну й ту саму годину після заходу Сонця.

Звернення Землі навколо Сонця, а також те, що вісь добового обертання Землі завжди паралельна самій собі у будь-якій точці земної орбіти – головні причини зміни пір року. Дані фактори визначають різний нахил сонячних променів по відношенню до поверхні Землі та різний ступінь освітленості півкулі, на яку вона світить (див. рис. 5, 6). Чим вище Сонце над горизонтом, тим сильніша його здатність нагрівати земну поверхню. У свою чергу, зміна відстані від Землі до Сонця протягом року не впливає на зміну пори року: Земля, пробігаючи свою еліптичну орбіту, знаходиться в найближчій точці в січні, а в найбільш віддаленій – у липні.

Використовуючи матеріал лекції заповніть таблицю 4.

Таблиця 4

Добовий рух Сонця в різні пори року на середніх широтах

Положення на екліптиці

Схиляння

Південна висота

Мінімальна висота

Крапка сходу

Точка заходу

Тривалість дня

20(21) .03

22.06

22(23).09

22.12

Астрономічні ознаки теплових поясів:

Зміна зоряного неба.Кожної наступної ночі порівняно з попередньою зіркою постають перед нами трохи зрушеними на захід. Від вечора до вечора одна зірка сходить на 4 хвилини раніше. За рік вигляд зоряного неба повторюється.

Якщо якась зірка знаходиться в точці зеніту о 9 годині вечора 1 вересня, в який час вона буде в зеніті 1 березня? Чи зможете Ви її бачити? Відповідь обґрунтуйте.

Прецесія -конусоподібне обертання земної осі з періодом 26000 років під дією сил тяжіння з боку Сонця та Місяця. Прецесійний рух Землі змушує північний і південний полюси світу описувати на небі кола: вісь світу описує навколо осі екліптики конус, радіусом близько 23?26", залишаючись, весь час нахиленої до площини руху Землі під кутом близько 66?34" північної півкулі (рис. 7).

Прецесія змінює становище небесних полюсів. 2700 років тому поблизу Північного полюса світу знаходилася зірка Дракона, названа китайськими астрономами Царственной зіркою. Нині Полярною зіркою є Малої Ведмедиці. До 10000 Північний полюс світу зблизиться із зіркою Денеб (α Лебедя). У 13600 полярною зіркою стане Вега (α Ліри).

Рисунок 7. Прецесійний рух земної осі

Внаслідок прецесії точки весняного та осіннього рівнодень, літнього та зимового сонцестоянь повільно переміщуються по зодіакальних сузір'ях. 5000 років тому точка весняного рівнодення знаходилася в сузір'ї Тельця, потім перемістилася в сузір'я Овна, а зараз перебуває в сузір'ї Риб (див. рис. 8). Це зміщення складає
= 50 ",2 на рік.

Малюнок 8. Прецесія та нутація на небесній сфері

Тяжіння планет занадто мало, щоб викликати зміни у положенні осі обертання Землі, але діє на рух Землі навколо Сонця, змінюючи становище у просторі площині земної орбіти, тобто. площині екліптики: спосіб екліптики до екватора періодично змінюється, яке в даний час зменшується на 0",47 на рік. Зміна положення площини екліптики вносить зміну, по-перше, значення швидкості переміщення точок рівнодень в результаті прецесійного руху (v = 50", 2 * cos ε), по-друге, криві, що описуються полюсами світу, не замикаються (рис.9).

9. Прецесійний рух північного полюса світу. Крапками в центрі показані положення полюса світу

Нутація земної осі -дрібні різні коливання осі обертання Землі біля свого середнього становища. Нутаційні коливання виникають тому, що прецесійні сили Сонця та Місяця безперервно змінюють свою величину та напрямок; вони дорівнюють нулю, коли Сонце і Місяць знаходяться в площині екватора Землі і досягають максимуму при найбільшому віддаленні від нього цих світил.

В результаті прецесії та нутації земної осі полюси світу насправді описують на небі складні хвилясті лінії (див. рис. 8).

Слід зазначити, що ефекти прецесії та нутації породжуються зовнішніми силами, які змінюють орієнтування осі обертання Землі у просторі. Тіло ж Земля залишається в цьому випадку, так би мовити, фіксованим по відношенню до осі, що змінюється. Тому прапор, встановлений сьогодні на Північному полюсі, і через 13 000 років відзначатиме Північний полюс, і широта а пункту залишиться рівною 90°. Так як ні прецесія, ні нутація не призводять до будь-яких змін широти на Землі, ці явища не викликають і кліматичних змін. Однак вони все ж таки створюють зсув пір року щодо деякого ідеального календаря.

Що Ви можете сказати про зміни еліптичної довготи, еліптичної широти, прямого сходження та відмінювання всіх зірок, внаслідок прецесійного руху земної осі?

Завдання для самостійної домашньої роботи

Назвіть основні площини, лінії та точки небесної сфери.

Де сходять і заходять небесні світила для спостерігача, що у північній (південній) півкулі Землі?

Як будуються системи астрономічних координат?

Що називається висотою та азимутом світила?

Як називаються екваторіальні та екліптичні координати?

Як пов'язані пряме сходження та годинний кут?

Як пов'язані відмінювання та висота світила в момент верхньої кульмінації?

Що таке прецесія та нутація?

Чому зірки завжди сходять і заходять в тих самих точках горизонту, а Сонце і Місяць – ні?

Як пов'язаний видимий рух Сонця небесною сферою з рухом Землі навколо Сонця?

Що таке екліптика?

Які точки називаються рівноденними та чому?

Що таке сонцестояння?

Під яким кутом нахилена екліптика до горизонту та чому змінюється цей кут протягом доби?

У якому разі екліптика може збігтися з обрієм?

Нанести ручкою на коло, що зображує модель небесної сфери точки, в яких знаходиться Сонце:

За нанесеними точками намітити становище екліптики. Вкажіть на екліптиці (наближено) положення Сонця 21 квітня, 23 жовтня та у день вашого народження. Знайти перелічені у попередніх пунктах точки на моделі небесної сфери.

Література

Левітан, Є.П. Методика викладання астрономії у середній школі/Є.П. Левітан. - М.: Просвітництво, 1965. - 227 с.

Малахов А.А. Фізика та астрономія (компетентнісний підхід): учеб.-метод. посібник/А.А. Малахів; Шадр. держ. пед. ін-т. - Шадрінськ: Шадр. Будинок Печатки, 2010. - 163 с.

Майоров, В.Ф. Як дізнатися, що Земля обертається? / В.Ф. Майоров// Фізика. – 2010. – № 2. – С. 45-47.

Мякішев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотський Н. Н. Фізика: Навч. Для 10 кл. загальноосвітніх установ. - М.: Просвітництво, 2010.

Пінський А.А., Розумовський В.Г., Бугаєв А.І. та ін Фізика та астрономія: Навчання для 9 кл. загальноосвіт. Установ / За ред. А.А. Пінського, В.Г. Разумовського.- М.: Просвітництво, 2001. - С. 202-212

Рандзіні, Д. Космос / Д. Рандзіні; Пров. з італ. Н. Лебедєвої. - М.: ТОВ «Видавництво Астрель», 2004. - 320 с.

Щодня, піднімаючись через обрій у східній стороні неба, Сонце проходить по небу і знову ховається на заході. Для мешканців Північної півкулі цей рух відбувається зліва направо, для жителів півдня праворуч наліво. Опівдні Сонце досягає найбільшої висоти, або, як кажуть астрономи, кульмінує. Полудень - це верхня кульмінація, а буває ще й нижня - опівночі. У наших середніх широтах нижня кульмінація Сонця не видно, оскільки відбувається під горизонтом. А ось за Полярним колом, де Сонце влітку іноді не заходить, можна спостерігати і верхню, і нижню кульмінації.

На географічному полюсі добовий шлях Сонця практично паралельний горизонту. З'явившись у день весняного рівнодення, Сонце чверть року піднімається дедалі вище, описуючи кола над обрієм. У день літнього сонцестояння воно досягає максимальної висоти (23,5?). Наступні чверть року, до осіннього рівнодення, Сонце спускається. Це день полярний. Потім на півроку настає полярна ніч. У середніх широтах протягом року видимий добовий шлях Сонця то скорочується, то збільшується. Найменшим він виявляється у день зимового сонцестояння, найбільшим – у день літнього сонцестояння. У дні рівнодення

Сонце знаходиться на небесному екваторі. У цей час воно сходить у точці сходу і входить у точці заходу.

У період від весняного рівнодення до літнього сонцестояння місце сходу Сонця трохи зміщується від сходу ліворуч, на північ. А місце заходу віддаляється від точки заходу праворуч, хоча теж на північ. У день літнього сонцестояння Сонце з'являється на північному сході, а опівдні воно кульмінує на максимальній висоті за рік. Заходить Сонце на північному заході.

Потім місця сходу та заходу зміщуються назад на південь. У день зимового сонцестояння Сонце сходить на південному сході, перетинає небесний меридіан на мінімальній висоті та заходить на південному заході. Слід враховувати, що внаслідок рефракції (тобто заломлення світлових променів у земній атмосфері) видима висота світила завжди більша за істинну.

Тому схід Сонця відбувається раніше, а захід - пізніше, ніж це було за відсутності атмосфери.

Отже, добовий шлях Сонця є малим колом небесної сфери, паралельним небесному екватору. У той же час протягом року Сонце переміщається щодо небесного екватора то на північ, то на південь. Денна та нічна частини його шляху неоднакові. Вони рівні лише в дні рівнодення, коли Сонце знаходиться на небесному екваторі.

Вираз «шлях Сонця серед зірок» комусь видасться дивним. Адже вдень зірок не видно. Тому нелегко помітити, що Сонце повільно приблизно на 1? за добу, переміщається серед зірок праворуч наліво. Проте можна простежити, як протягом року змінюється вигляд зоряного неба. Все це - наслідок навернення Землі навколо Сонця.

Шлях видимого річного переміщення Сонця і натомість зірок називається екліптикою (від грецького «екліпсис» - «затемнення»), а період обороту з екліптиці - зоряним роком. Він дорівнює 265 діб 6 годин 9 хвилин 10 секунд, або 365, 2564 середньої сонячної доби.

Екліптика і небесний екватор перетинаються під кутом 23-26" в точках весняного і осіннього рівнодення. У першій з цих точок Сонце зазвичай буває 21 березня, коли воно переходить з південної півкулі неба в північну. У другій - 23 вересня, при переході їх північної півкулі у південне У найвіддаленішій на північ точці екліптики Сонце буває 22 червня (літнє сонцестояння), а на південь - 22 грудня (зимове сонцестояння) У високосний рік ці дати зрушені на один день.

З чотирьох точок екліптики головною є точка весняного рівнодення. Саме від неї відраховується одна з небесних координат – пряме сходження. Вона служить для відліку зоряного часу і тропічного року - проміжку часу між двома послідовними проходженнями центру Сонця через точку весняного рівнодення. Тропічний рік визначає зміну пір року на нашій планеті.

Так як точка весняного рівнодення повільно переміщається серед зірок внаслідок прецесії земної осі, тривалість тропічного року менша за тривалість зоряного. Вона становить 365,2422 середньої сонячної доби. Близько 2 тисяч років тому, коли Гіппарх склав свій зірковий каталог (перший, що дійшов до нас цілком), точка весняного рівнодення знаходилася в сузір'ї Овна. До нашого часу вона перемістилася майже на 30?, у сузір'я Риб, а точка осіннього рівнодення - із сузір'я Терезів до сузір'я Діви. Але за традицією точки рівнодення позначаються колишніми знаками колишніх «рівноденних» сузір'їв – Овна та Терезів. Те саме сталося і з точками сонцестояння: літнє у сузір'ї Тельця відзначається знаком Рака, а зимове у сузір'ї Стрільця – знаком Козерога.

І нарешті, останнє, що пов'язане з видимим річним рухом Сонця. Половину екліптики від весняного рівнодення до осіннього (з 21 березня по 23 вересня) Сонце проходить за 186 діб. Другу половину, від осіннього рівнодення і весняного, - після 179 днів (180 на високосний рік). Але ж половинки екліптики рівні: кожна по 180? Отже, Сонце рухається екліптикою нерівномірно. Ця нерівномірність пояснюється зміною швидкості руху Землі еліптичною орбітою навколо Сонця. Нерівномірність руху Сонця з екліптики призводить до різної тривалості пір року. Для мешканців північної півкулі, наприклад, весна та літо на шість діб триваліша за осінь і зиму. Земля 2-4 червня розташована від Сонця на 5 мільйонів кілометрів довше, ніж 2-3 січня, і рухається своєю орбітою повільніше відповідно до другого закону Кеплера. Влітку Земля отримує від

Сонця менше тепла, зате літо в Північній півкулі триваліше за зиму. Тому у Північній півкулі Землі тепліше, ніж у Південній.

Справжній рух Землі - Видимий річний рух Сонця на небесній сфері - Небесний екватор та площина екліптики - Екваторіальні координати Сонця протягом року

Справжній рух Землі

Щоб зрозуміти принцип видимого руху Сонця та інших світил на небесній сфері, розглянемо спершу справжній рух Землі. Земля є однією з планет. Вона безперервно обертається навколо своєї осі.

Період обертання її дорівнює одній добі, тому спостерігачеві, що знаходиться на Землі, здається, що всі небесні світила звертаються навколо Землі зі сходу на захід з тим самим періодом.

Але Земля як обертається навколо своєї осі, а й обертається також навколо Сонця з еліптичної орбіті. Повний оберт навколо Сонця вона здійснює за один рік. Вісь обертання Землі нахилена до площини орбіти під кутом 66 33 '. Положення осі у просторі під час руху Землі навколо Сонця постійно залишається майже незмінним. Тому Північна і Південна півкулі поперемінно бувають звернені у бік Сонця, у результаті Землі відбувається зміна пір року.

При спостереженні піднебіння можна побачити, що зірки протягом багатьох років незмінно зберігають своє взаємне розташування.

Зірки "нерухомі" лише тому, що знаходяться дуже далеко від нас. Відстань до них така велика, що з будь-якої точки земної орбіти вони видно однаково.

А ось тіла сонячної системи - Сонце, Місяць і планети, які знаходяться порівняно недалеко від Землі, і зміну їх положень ми можемо легко помітити. Таким чином, Сонце нарівні з усіма світилами бере участь у добовому русі та одночасно має власний видимий рух (воно називається річним рухом), обумовлене рухом Землі навколо Сонця.

Видимий річний рух Сонця на небесній сфері

Найбільш просто річний рух Сонця можна пояснити за наведеним нижче малюнком. З цього малюнка видно, що залежно від положення Землі на орбіті спостерігач із Землі бачитиме Сонце на тлі різних . Йому здаватиметься, що воно весь час переміщається небесною сферою. Цей рух є відображенням Землі навколо Сонця. За рік Сонце зробить повний обіг.

Велике коло на небесній сфері, яким відбувається видимий річний рух Сонця, називається екліптикою. Екліптика - грецьке слово і в перекладі означає затемнення. Це коло назвали так тому, що затемнення Сонця та Місяця відбуваються лише тоді, коли обидва світила знаходяться на цьому колі.

Варто зазначити, що площина екліптики збігається з площиною орбіти Землі.

Видимий річний рух Сонця по екліптиці відбувається у тому напрямі, у якому Земля рухається орбітою навколо Сонця, т. е. воно переміщається на схід. Протягом року Сонце послідовно проходить за екліптикою 12 сузір'їв, які утворюють пояс та називаються зодіакальними.

Пояс Зодіаку утворюють такі сузір'я: Риби, Овен, Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон, Стрілець, Козеріг та Водолій. Внаслідок того, що площина земного екватора нахилена до площини орбіти Землі на 23 ° 27 , площина небесного екваторатакож нахилена до площини екліптики на кут е = 23 27 '.

Нахил екліптики до екватора не зберігається постійним (внаслідок на Землю сил тяжіння Сонця і Місяця), у 1896 р. при затвердженні астрономічних постійних вирішено було нахил екліптики до екватору вважати усереднено рівним 23°27’8″,26.

Небесний екватор та площина екліптики

Екліптика перетинається з небесним екватором у двох точках, які називаються точками весняного та осіннього рівнодень. Точку весняного рівнодення прийнято позначати знаком сузір'я Овен Т, а точку осіннього рівнодення - знаком сузір'я Терезів -. Сонце у цих точках відповідно буває 21 березня та 23 вересня. У ці дні на Землі день дорівнює ночі, Сонце точно сходить у точці сходу і заходить у точці заходу.

Точки весняного та осіннього рівнодення – місця перетину екватора та площини екліптики.

Точки екліптики, що віддаляються від точок рівнодень на 90°, називаються точками сонцестоянь. Точка Е на екліптиці, в якій Сонце займає найвище положення щодо небесного екватора, називається точкою літнього сонцестояння, А точка Е ', в якій воно займає найнижче положення, називається точкою зимового сонцестояння.

У точці літнього сонцестояння Сонце буває 22 червня, а в точці зимового сонцестояння – 22 грудня. Протягом кількох днів, близьких до дат сонцестоянь, південна висота Сонця залишається майже незмінною, у зв'язку з чим ці точки отримали таку назву. Коли Сонце знаходиться в точці літнього сонцестояння, день у Північній півкулі найдовший, а ніч найкоротша, а коли воно знаходиться в точці зимового сонцестояння - навпаки.

У день літнього сонцестояння точки сходу та заходу Сонця максимально віддалені на північ від точок сходу та заходу на горизонті, а в день зимового сонцестояння вони мають найбільше вилучення на південь.

Рух Сонця з екліптики призводить до безперервної зміни його екваторіальних координат, щоденної зміни південної висоти та переміщення по горизонту точок сходу та заходу.

Відомо, що відмінювання Сонця відлічується від площини небесного екватора, а пряме сходження - від точки весняного рівнодення. Тому коли Сонце знаходиться в точці весняного рівнодення, його відмінювання і пряме сходження дорівнюють нулю. Протягом року відмінювання Сонця у період змінюється від +23°26′ до -23°26′, переходячи двічі на рік через нуль, а пряме сходження від 0 до 360°.

Екваторіальні координати Сонця протягом року

Екваторіальні координати Сонця протягом року змінюються нерівномірно. Відбувається це внаслідок нерівномірності руху Сонця з екліптики та руху Сонця з екліптики та нахилу екліптики до екватора. Половину свого видимого річного шляху Сонце проходить за 186 діб із 21 березня до 23 вересня, а другу половину за 179 діб із 23 вересня по 21 березня.

Нерівномірність руху Сонця з екліптики пов'язана з тим, що Земля протягом усього періоду обертання навколо Сонця рухається по орбіті не однаковою швидкістю. Сонце знаходиться в одному з фокусів еліптичної орбіти Землі.

З другого закону Кеплеравідомо, що лінія, що з'єднує Сонце та планету, за рівні проміжки часу описує рівні площі. Відповідно до цього закону Земля, перебуваючи найближче до Сонця, тобто в перигелії, рухається швидше, а перебуваючи далі від Сонця, тобто в афелії- Повільніше.

Ближче до Сонця Земля буває взимку, а влітку далі. Тому в зимові дні вона рухається орбітою швидше, ніж у літні. Внаслідок цього добова зміна прямого сходження Сонця в день зимового сонцестояння дорівнює 1 ° 07 ', тоді як у день літнього сонцестояння воно дорівнює лише 1 ° 02 '.

Відмінність швидкостей руху Землі у кожному точці орбіти викликає нерівномірність зміни як прямого сходження, а й відмінювання Сонця. Однак за рахунок нахилу екліптики до екватора його зміна має інший характер. Найбільш швидко відмінювання Сонця змінюється поблизу точок рівнодення, а в точок сонцестояння воно майже не змінюється.

Знання характеру зміни екваторіальних координат Сонця дозволяє проводити наближений розрахунок прямого сходження та відмінювання Сонця.

Для виконання такого розрахунку беруть найближчу дату із відомими екваторіальними координатами Сонця. Потім враховують, що пряме сходження Сонця за добу змінюється в середньому на 1 °, а відмінювання Сонця протягом місяця до і після проходження точок рівнодення змінюється на 0,4 ° на добу; протягом місяця перед сонцестояннями та після них – на 0,1° на добу, а протягом проміжних місяців між зазначеними – на 0,3°.

Доба як одна з основних одиниць виміру часу. Обертання Землі та видимий рух зоряного неба.

Основна величина для вимірювання часу пов'язана з періодом повного обороту земної кулі навколо осі.

Донедавна вважалося, що обертання Землі відбувається рівномірно. Однак зараз у цьому обертанні виявилися деякі нерівномірності, але вони такі малі, що не мають значення для побудови календаря.

Перебуваючи на поверхні Землі та беручи участь разом з нею у її обертальному русі, ми не відчуваємо його.

Про обертання земної кулі навколо осі ми судимо лише з тим видимим явищам, які з нею пов'язані. Наслідком добового обертання Землі є, наприклад, видимий рух небесного склепіння з усіма світилами, що знаходяться на ньому: зірками, планетами, Сонцем, Місяцем і т.д.

В наші дні для визначення тривалості одного обороту земної кулі можна скористатися спеціальним телескопом - пасажним інструментом, оптична вісь труби якого обертається строго в одній площині площині меридіана даного місця, що проходить через точки півдня і півночі. Перетин зіркою меридіана називається верхньою кульмінацією. Проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями зірки називається зірковою добою.

Точніше визначення зоряної доби таке: це проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями точки весняного рівнодення. Вони є однією з основних одиниць виміру часу, оскільки їх тривалість залишається незмінною. Зіркова доба поділяється на 24 зіркові години, щогодини — на 60 зіркових хвилин, кожна хвилина — на 60 зіркових секунд.

Зірковий годинник, хвилини і секунди відраховуються на зоряному годиннику, який є в кожній астрономічній обсерваторії і завжди показує зоряний час. Користуватися в повсякденному житті такими годинами незручно, оскільки один і той самий зоряний час протягом року посідає різний час сонячної доби. Життя природи, а разом із нею вся життєдіяльність людей, пов'язана не з рухом зірок, а зі зміною дня і ночі, тобто з добовим рухом Сонця. Тому в повсякденному житті ми користуємося не зоряним часом, а сонячним. Поняття сонячного часу значно складніше за поняття зоряного часу. Насамперед треба ясно уявити видимий рух Сонця.

Видимий річний рух Сонця. Екліптика.

Спостерігаючи з ночі в ніч за зоряним небом, можна помітити, що в кожну наступну північ кульмінують нові зірки. Це тим, що внаслідок річного руху земної кулі по орбіті відбувається рух Сонця серед зірок. Воно відбувається у тому напрямі, у якому обертається Земля, т. е. із заходу Схід.

Шлях видимого руху Сонця серед зірок називається екліптикою . Він являє собою на небесній сфері велике коло, площина якого нахилена до площини небесного екватора під кутом 23°27" і перетинається з небесним екватором у двох точках. Це точки весняного та осіннього рівнодення. У першій з них Сонце буває близько 21 березня, коли воно переходить із південної небесної півкулі в північну.У другій точці вона знаходиться близько 23 вересня, коли переходить із північної півкулі в південну. зодіаку .

Видиме переміщення Сонця по зодіакальних сузір'ях: Риби, Овен, Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон, Стрілець, Козеріг та Водолій. (Строго кажучи, Сонце проходить і через 13-те сузір'я - Змієносець. Це сузір'я було б навіть більш правильно вважати зодіакальним, ніж таке сузір'я, як Скорпіон, в якому Сонце знаходиться менш тривалий час, ніж у кожному з інших сузір'їв.) Ці сузір'я. , названі зодіакальними, свою загальну назву отримали від грецького слова «зоон» - тварина, оскільки багато з них ще в давнину були названі іменами тварин. У кожному із зодіакальних сузір'їв Сонце буває в середньому близько місяця. Тому ще в давнину щомісяця відповідав певний знак зодіаку. Березень, наприклад, був позначений знаком Овна, тому що в цьому сузір'ї близько двох тисяч років тому була точка весняного рівнодення і, отже, Сонце у березні проходило це сузір'я. Коли Земля переміститься за своєю орбітою і перейде з положення III (березень) в положення IV (квітень), то Сонце перейде з сузір'я Овна в сузір'я Тельця, а коли Земля опиниться в положенні V (травень), то Сонце із сузір'я Тельця переміститься в сузір'я Близнюків і т.д.

Переміщення північного полюса світу серед зірок за 26 тисяч років.

Однак точка весняного рівнодення не зберігає постійного становища на небесній сфері. Її переміщення, відкрите ще у ІІ. до зв. е. грецьким вченим Гіппархом, отримало назву прецесії, тобто попередження рівнодення. Воно викликається такою причиною. Земля має форму кулі, а сфероїда, сплюснутого біля полюсів. На різні частини сфероїдальної Землі по-різному діють сили тяжіння від Сонця та Місяця. Ці сили призводять до того, що при одночасному обертанні Землі та русі її навколо Сонця вісь обертання Землі описує конус біля перпендикуляра до площини орбіти. Внаслідок цього полюси світу переміщаються серед зірок по малому колу з центром у полюсі екліптики, перебуваючи від нього на відстані близько 231/2°. Внаслідок прецесії точка весняного рівнодення переміщається вздовж екліптики на захід, тобто назустріч видимому руху Сонця, на величину 50",3 на рік. Тому повне коло вона зробить приблизно за 26 000 років. З цієї ж причини північний полюс світу, що знаходиться в наш час поблизу Полярної зірки, 4000 років тому був поблизу Дракона, а через 12 000 років буде поблизу Веги (a Ліри).

Сонячна доба та сонячний час.

Справжня сонячна доба. Якщо за допомогою пасажного інструменту спостерігати не зірки, а Сонце і щодня відзначати час проходження центру сонячного диска через меридіан, тобто момент його верхньої кульмінації, можна виявити, що проміжок часу між двома верхніми кульмінаціями центру сонячного диска, який називається істинними сонячними. дібами, завжди виявляється довшим за зіркові доби в середньому на 3 хв. 56 сек., або приблизно 4 хв. Це походить від того, що Земля, звертаючись навколо Сонця, здійснює повний оборот навколо нього протягом року, тобто приблизно за 365 з чвертю доби. Відбиваючи цей рух Землі, Сонце за одну добу переміщається приблизно на 1/365 свого річного шляху, або на величину близько одного градуса, що відповідає чотирьом хвилинам часу. Однак, на відміну від зіркової доби, справжня сонячна доба періодично змінює свою тривалість.

Це викликається двома причинами: по-перше, нахилом площини екліптики до площини небесного екватора, по-друге, еліптичною формою орбіти Землі. Коли Земля знаходиться на ділянці еліпса, розташованому ближче до Сонця, вона рухається швидше; через півроку Земля опиниться у протилежній частині еліпса і переміщатиметься орбітою повільніше. Нерівномірний рух Землі за своєю орбітою викликає нерівномірне видиме пересування Сонця небесною сферою: в різні пори року Сонце переміщається з різною швидкістю. Тому тривалість справжньої сонячної доби постійно змінюється. Так, наприклад, 23 грудня, коли справжня доба найдовша, вона на 51 сек. триваліше, ніж 16 вересня, коли вони коротші. Середня сонячна доба. Внаслідок нерівномірності справжньої сонячної доби користуватися ними як одиниця для вимірювання часу незручно. Про це добре знали близько трьохсот років тому паризькі годинники, коли писали на своєму цеховому гербі: «Сонце показує час оманливо».

Всі наші годинники — наручні, стінні, кишенькові та інші — відрегульовані не за рухом справжнього Сонця, а за рухом уявної точки, яка протягом року здійснює один повний оборот навколо Землі за такий самий час, як і Сонце, але переміщається при цьому небесним. екватору і цілком поступово. Називається така точка середнім сонцем. Момент проходження середнього сонця через меридіан називають середнім полуднем, а проміжок часу між двома послідовними середніми полуднями — середньою сонячною добою. Тривалість їх завжди однакова. Їх ділять на 24 години, кожну годину середнього сонячного часу ділиться на 60 хвилин, а кожна хвилина — на 60 секунд середнього сонячного часу. Саме середня сонячна доба, а не зоряна доба є однією з основних одиниць виміру часу, покладеної в основу сучасного календаря. Різниця між середнім сонячним часом і справжнім часом в той самий момент називається рівнянням часу.

Астрономічні засади календаря.

Ми знаємо, що в основі будь-якого календаря лежать астрономічні явища: зміна дня і ночі, зміна місячних фаз і зміна пір року. Ці явища дають три основні одиниці виміру часу, що лежать в основі будь-якої календарної системи, а саме: сонячна доба, місячний місяць та сонячний рік. Приймаючи середню сонячну добу за величину постійну, встановимо тривалість місячного місяця та сонячного року. Протягом усієї історії астрономії тривалість цих одиниць виміру часу постійно уточнювалася.

Синодійний місяць.

В основі місячних календарів лежить синодичний місяць – проміжок часу між двома послідовними однаковими фазами Місяця. Спочатку, як відомо, він визначався у 30 діб. Пізніше було встановлено, що у місячному місяці 29,5 діб. В даний час середня тривалість синодичного місяця приймається рівною 29,530588 середньої сонячної доби, або 29 діб 12 годин 44 хвилин 2,8 секунд середнього сонячного часу.

Тропічний рік.

Винятково важливе значення мало поступове уточнення тривалості сонячного року. У перших календарних системах рік містив 360 діб. Стародавні єгиптяни та китайці близько п'яти тисяч років тому визначили довжину сонячного року в 365 діб, а за кілька століть до нашої ери як у Єгипті, так і в Китаї тривалість року була встановлена у 365,25 діб. В основу сучасного календаря покладено тропічний рік - проміжок часу між двома послідовними проходженнями центру Сонця через точку весняного рівнодення.

Визначенням точного значення величини тропічного року займалися такі видатні вчені, як П. Лаплас (1749-1827) у 1802 р., Ф. Бессель (1784-1846) у 1828 р., П. Ганзен (1795-1874) у 1853 р. , У. Левер'є (1811-1877) в 1858 р., та деякі інші.

Для визначення тривалості тропічного року С. Ньюком запропонував загальну формулу: Т = 365,24219879 - 0,0000000614 (t - 1900), де t - порядкове число року.

У жовтні 1960 р. в Парижі відбулася XI Генеральна конференція з мір і ваг, на якій було прийнято єдину міжнародну систему одиниць (СІ) та затверджено нове визначення секунди як основної одиниці часу, рекомендоване IX конгресом Міжнародного астрономічного союзу (Дублін, 1955 р.). . Відповідно до прийнятого рішення ефемеридна секунда визначається як 1/31556925,9747 частина тропічного року для початку 1900 р. Звідси легко визначити величину тропічного року: Т = = - 365 днів 5 год. 48 хв. 45,9747 сек. або Т = 365,242199 діб.

Для календарних цілей така висока точність не потрібна. Тому, округляючи до п'ятого десяткового знака, отримаємо Т = 365,24220 діб. Таке округлення величини тропічного року дає помилку одну добу за 100 000 років. Тому прийнята нами величина цілком може бути покладена в основу всіх календарних розрахунків. Отже, ні синодичний місяць, ні тропічний рік не містять цілої кількості середньої сонячної доби і, отже, всі ці три величини непорівнянні. Це означає, що неможливо досить просто висловити одну з цих величин через іншу, тобто не можна підібрати деяке ціле число сонячних років, в яких містилося б ціле число місячних місяців і ціле число середньої сонячної доби. Саме цим пояснюється вся складність календарної проблеми і вся та плутанина, яка протягом багатьох тисячоліть панувала у питанні численних великих проміжків часу.

Три роди календарів.

Прагнення хоча б певною мірою узгодити між собою добу, місяць і рік призвело до того, що в різні епохи було створено три роди календарів: сонячні, засновані на русі Сонця, в яких прагнули узгодити між собою добу та рік; місячні (засновані на русі Місяця) метою яких було узгодження доби та місячного місяця; нарешті, місячно-сонячні, в яких було зроблено спроби узгодити між собою всі три одиниці часу.

Нині багато країн світу користуються сонячним календарем. Місячний календар грав велику роль у давніх релігіях. Він зберігся і досі в деяких східних країнах, які сповідують мусульманську релігію. У ньому місяці мають по 29 і 30 днів, причому кількість днів змінюється з таким розрахунком, щоби перше число кожного наступного місяця збігалося з появи на небі «нового місяця». Роки місячного календаря містять поперемінно 354 та 355 днів.

Таким чином, місячний рік на 10—12 днів коротший за сонячний рік. Місячно-сонячний календар застосовується у єврейській релігії для розрахунку релігійних свят, а також у державі Ізраїль. Він відрізняється особливою складністю. Рік у ньому містить 12 місячних місяців, що складаються то з 29, то з 30 днів, але для обліку руху Сонця періодично вводяться «високосні роки», що містять додатковий тринадцятий місяць. Прості, т. е. дванадцятимісячні роки, складаються з 353, 354 чи 355 днів, а високосні, т. е. тринадцятимісячні, мають по 383, 384 чи 385 днів. Цим досягається те, що перше число кожного місяця майже точно збігається з молодим місяцем.

1 Річний рух Сонця та еліптична система координат

Сонце поряд із добовим обертанням повільно протягом року переміщається небесною сферою в протилежному напрямку по великому колу, називається екліптикою. Екліптика нахилена до небесного екватора під кутом Ƹ, величина якого нині близька до 23 26´. Екліптика перетинається з небесним екватором у точці весняного ♈ (21 березня) та осіннього Ω (23 вересня) рівнодення. Точки екліптики, віддалені від рівноденних на 90, є точки літнього (22 червня) та зимового (22 грудня) сонцестоянь. Екваторіальні координати центру сонячного диска безперервно змінюються протягом року від 0h до 24h (пряме сходження) - еліптична довгота ϒm, що відраховується від точки весняного рівнодення до кола широти. І від 23 26' до -23 26' (відмінювання) - еліптична широта, відраховується від 0 до +90 до північного полюса та 0 до -90 до південного полюса. Зодіакальними сузір'ями називаються сузір'я, що знаходяться на лінії екліптики. Знаходиться на лінії екліптики 13 сузір'їв: Овен, Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон, Стрілець, Козеріг, Водолій, Риби та Змієносець. Але сузір'я Зміїносця не згадується, хоча Сонце і знаходиться в ньому більшу частину часу сузір'їв Стрільця та Скорпіона. Зроблено це для зручності. При знаходженні Сонця під горизонтом на висотах від 0 до -6 - тривають цивільні сутінки, а від -6 до -18 - астрономічні сутінки.

2 Вимірювання часу

Вимірювання часу грунтується на спостереженнях добового обертання склепіння та річного руху Сонця, тобто. обертання Землі навколо своєї осі та на зверненні Землі навколо Сонця.

Тривалість основної одиниці часу, яка називається цілодобово, залежить від обраної точки на небі. В астрономії за такі точки приймаються:

Крапка весняного рівнодення ♈ ( зірковий час);

Центр видимого диска Сонця ( справжнє Сонце, Справжній сонячний час);

- середнє Сонце -фіктивна точка, положення якої на небі може бути обчислено теоретично для будь-якого моменту часу ( середній сонячний час)

Для виміру довгих проміжків часу служить тропічний рік, заснований на русі Землі навколо Сонця.

Тропічний рік- проміжок часу між двома послідовними проходженнями центру істинного центру Сонця через точку весняного рівнодення. Він містить 365,2422 середньої сонячної доби.

Через повільний рух точки весняного рівноденняназустріч Сонцю, викликаного прецесією, щодо зірок Сонце виявляється у тій точці неба через проміжок часу на 20 хв. 24 сек. більший, ніж тропічний рік. Він називається зірковим рокомі містить 365,2564 середньої сонячної доби.

3 Зірковий час

Проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями точки весняного рівнодення на тому самому географічному меридіані називається зірковою добою.

Зоряний час вимірюється годинниковим кутом точки весняного рівнодення: S=t ♈ , і дорівнює сумі прямого сходження і кута годинника будь-якої зірки: S = α + t.

Зоряний час у будь-який момент дорівнює прямому сходження будь-якого - або світила плюс його годинний кут.

У момент верхньої кульмінації світила його кут t=0, а S = α.

4 Справжній сонячний час

Проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями Сонця (центру сонячного диска) на тому самому географічному меридіані називається я справжньою сонячною добою.

За початок справжньої Сонячної доби на даному меридіані приймають момент нижньої кульмінації Сонця ( справжня опівночі).

Час, що протікає від нижньої кульмінації Сонця до будь-якого іншого його становища, виражений у частках справжньої сонячної доби. істинним сонячним часом Т ʘ

Справжній сонячний часвиражається через годинний кут Сонця, збільшений на 12 годин: Т = t + 12 h

5 Середній сонячний час

Для того, щоб доба мала постійну тривалість і при цьому була пов'язана з рухом Сонця, в астрономії введено поняття двох фіктивних точок:

Середньо еліптичного та середньо екваторіального Сонця.

Середнє еліптичне Сонце (ср.екліп.С.) поступово рухається екліптикою із середньою швидкістю.

Середнє екваторіальне Сонце рухається екватором з постійною швидкістю середнього еліптичного Сонця і одночасно з ним проходить точку весняного рівнодення.

Проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями середнього екваторіального Сонця на тому самому географічному меридіані, називається середньою сонячною добою.

Час, що протікає від нижньої кульмінації середнього екваторіального Сонця до будь-якого іншого його положення, виражене в частках середньої сонячної доби називається середнім сонячним часомТm.

Середній сонячний час Тmна цьому меридіані в будь-який момент чисельно дорівнює часовому куту Сонця: Тm= t m+ 12 h

Середній час відрізняється від істинного на величину рівняння часу: Тm= Т ʘ + n .

6 Всесвітній, поясний та декретний час

Всесвітнє:

Місцевий середній сонячний час гринвічського меридіана називається всесвітнім або світовим часом Т 0 .

Місцевий середній сонячний час будь-якого пункту на Землі визначається: Тm= Т 0+ λ h

Поясний час:

p align="justify"> Рахунок часу ведеться на 24 основних географічних меридіана, розташованих один від одного на довготі точно через 15 (або 1 година) приблизно посередині кожного часового поясу. Основним нульовим меридіаном вважається грінвічський. Поясний час є всесвітній час плюс номер часового поясу: Т П = Т 0+ n

Декретне:

У Росії в практичному житті до березня 2011 р. використовувався декретний час:

Т Д = Т П+ 1 h.

Декретний час другого часового поясу, в якому знаходиться Москва, називають московським часом. У літній період (квітень-жовтень) стрілки годинника переводилися на годину вперед, а в зимовий поверталися на годину назад.

7 Рефракція

Видимо положення світил над горизонтом відрізняється від обчисленого за формулами. Промені від небесного об'єкта, перш ніж потрапити в око спостерігача, проходять крізь атмосферу Землі та заломлюються у ній. І так як щільність збільшується до поверхні Землі, то промінь світла все більше відхиляється в ту саму сторону по кривій лінії, так що напрямок ОМ 1 , по якому спостерігач бачить світило, виявляється відхиленим у бік зеніту і не збігається з напрямом ОМ 2 , яким він бачив світило за відсутності атмосфери.

Явище заломлення світлових променів під час проходження земної атмосфери називається астрономічною. рефракцією. Кут М 1 ЗМ 2 називають кутом рефракціїабо рефракцією ρ.

Кут ZOM 1 називається видимим зенітним відстанню світила zʹ, а кут ZOM 2 - істинним зенітним відстанню z: z - zʹ = ρ, тобто. справжня відстань світила більше видимого на величину ρ.

На лінії горизонту рефракціяв середньому дорівнює 35?.

Внаслідок рефракції спостерігаються зміни форми дисків Сонця та Місяця при їх сході чи заході.