Перемещение солнца по времени

Перемещение солнца по времени

Может показаться, что рассуждать о движении Солнца вокруг Земли не совсем корректно, поскольку со времен Коперника известно, что все происходит наоборот — Земля вращается вокруг Солнца. Однако еще 500 лет тому назад этот факт являлся опасной ересью, что не мешало астрономии успешно развиваться, основываясь на геоцентрической системе, то есть предположении, что Земля является центром Вселенной. Что уж тогда говорить о гномонике — науке, появившейся задолго до астрономии. Впрочем, если мы связываем систему координат с наблюдателем на Земле, то именно «первобытная» картина мира становится верной.

Небесная сфера

Для описания положения объектов на небе в астрономии используется термин небесная сфера. Так называют воображаемую сферу, в центре которой находится наблюдатель. Фактически, это модель такого мира, каким он казался нашим предкам и до сих пор кажется нам. Небо с планетами и звездами вращается вокруг нас, а мы являемся центром Вселенной. Человеческое представление о себе как о «пупе Вселенной» легко можно найти в истории древних народов. Например, название Китай означает «царство середины», Индия называлась «место центра» — Midgiana. Ну, а древние инки отсчет пространства вели от своего храма в Куско, что дословно и означает «пупок». На иллюстрации изображена небесная сфера, как она представляется человеку в точке O. Для того чтобы описать положение какого-нибудь объекта A на небесной сфере (например, Солнца), достаточно от чего-нибудь отмерить всего два угла, которые на рисунке обозначены α и h.

Плоскость видимого горизонта делит небесную сферу на две части: наблюдаемую верхнюю полусферу и невидимую нижнюю, расположенную под нами. Угол h подъема небесного тела A над горизонтом называется высотой. Она равна нулю, когда объект лежит на линии горизонта и равна 90°, когда он расположен прямо над головой наблюдателя. Эта самая верхняя точка Z называется зенит. Точка N на нижней полусфере прямо под нами называется надир. Использовать линию горизонта для измерения высоты достаточно естественно, сложнее дело обстоит с углом α. Его ведь надо откладывать от какого-то постоянного направления. Во время вращения небесной сферы на ней остаются неподвижными точки P и P’, которые называются северным и южным полюсами мира соответственно. Это места, где ось вращения Земли «протыкает» небесную сферу. Конечно, в северном полушарии мы видим только северный полюс мира P, который не будет совпадать с точкой зенита Z, если только вы не находитесь на самом северном полюсе Земли. Звезду, которая сейчас ближе всего к неподвижной точке P на небесной сфере, принято называть Полярной. Cеверный полюс мира не имеет постоянного места, а медленно перемещается по небесной сфере в силу прецессии. Этот процесс означает, что сама ось Земли вращается из-за того, что Земля не является идеальным шаром, а сплюснута с полюсов. Например, во времена древнего Египта и Шумера северный полюс мира располагался в районе звезды Тубан созвездия Дракона, а через 12000 лет звездой северного полюса станет ярчайшая Вега в созвездии Лира. Проекция земной оси на плоскость горизонта определяет очень важное (кардинальное) направление: север-юг. Отсчет угла α, который называется азимутом, в гномонике ведется от направления на юг (на рисунке обозначено OS), где Солнце ежедневно достигает своей максимальной высоты. Именно высота Солнца играет в гномонике решающее значение для определения направления север-юг. Если высота Солнца максимальна, то тень от вертикального предмета (гномона) будет минимальной. Это самый простой и древний способ определения направления на юг.

На чертеже справа иллюстрация того, как в древности определяли направление на юг. Тень от вертикального гномона бывает одинаковой утром и вечером, а достигает минимального размера в полдень, когда Солнце строго на юге (для северного полушария). Если вокруг гномона нарисовать окружность и наблюдать за тенью весь день, то тень пересечет окружность в двух точках. Остается лишь разделить угол пополам.

Не так давно ученые заметили, что коровы в момент еды становятся строго вдоль мередиана, то есть направления север-юг. Про то, как это было выяснено, можно по-английски прочесть здесь. Можно представить, зачем перелетным птицам нужен «внутренный компас», но зачем он нужен нелетающим коровам пока неясно.

Для небесной сферы несущественным является радиус, ведь измерение расстояния между двумя объектами сводится к измерению угла между ними. В реальности между звездами могут быть миллионы световых лет, но, если в своем видимом движении они совмещаются на небесной сфере, то расстояние между ними будет равно 0°.

Эклиптика и Зодиак

Ежедневное движение Солнца по небу обусловлено вращением Земли вокруг своей оси и определяет смену дня и ночи. Со стороны северного полушария это движение можно описать, как вращение против часовой стрелки. Соответственно в северном полушарии Солнце движется по небу слева-направо (по часовой стрелке), а в южном — наоборот. Помимо ежедневного перемещения Солнца, оно совершает годовой оборот, который называется тропическим годом. Именно продолжительность тропического года — 365,2422 суток лежит в основе нашего календаря. Годовой путь Солнца по небесной сфере остается одним и тем же и называется эклиптикой.

Если расположить небесную сферу так, чтобы северный полюс мира P совпадал с зенитом, то плоскость земного экватора будет совпадать с плоскостью горизонта, а эклиптика будет представлять собой путь, который на рисунке обозначен оранжевым цветом. Плоскость эклиптики пересекает плоскость экватора под углом, который равен углу наклона земной оси и составляет 23°27′. Проекция эклиптики на небесную сферу проходит через зодиакальные созвездия, которые исторически играют большую роль при описании положения Солнца и планет солнечной системы. Дело в том, что все планеты солнечной системы лежат в одной плоскости, поэтому вдоль эклиптики движется не только Солнце, но и планеты. Еще в древности этот факт послужил основой для создания астрологии, в основе которой лежит Зодиак. В гномонике Зодиак стоит воспринимать, как символический способ деления эклиптики (солнечного года) на 12 равных частей (солнечных месяцев) по 30°, так же как это понимается в астрологии. В отличие от начала года, которое мы празднуем 1 января, начало астрономического солнечного года приходится на точку весеннего равноденствия, которую обычно обозначают буквой γ. С этого момента начинается первый солнечный месяц, который называется по созвездию Овна. Момент весеннего равноденствия соответствует пересечению Солнцем небесного экватора при его переходе из южной полусферы в северную. Как видно на рисунке после весеннего равноденствия (точка 1) Солнце движется вверх и достигает максимальной высоты в точке 2, которая соответствует летнему солнцестоянию. Затем оно «опускается» и в точке 3 достигает осеннего равноденствия, где эклиптика опять пересекает плоскость экватора. Точка 4 соответствует дню зимнего солнцестояния. Высота Солнца, движущегося по эклиптике, называется склонением и традиционно обозначается греческой буквой δ. Когда Солнце располагается ниже плоскости экватора, его склонение обозначается отрицательной величиной.

Не следует путать высоту Солнца с его склонением. Эти величины совпадают только на северном полюсе, а в остальных случаях они связаны следующей формулой:
h = 90° — φ + δ,
где h — высота Солнца, φ — широта места наблюдения, а δ — склонение. Данная формула иллюстрирует соотношение в полдень. В остальное время она значительно сложней:
sin(h) = sin(δ)sin(φ) + cos(φ)cos(δ)cos(H),
где H — солнечное время в угловых единицах, в полдень Н = 0°.

Для однозначного определения местоположения Солнца на небесной сфере используется понятие долготы, то есть угловое расстояние Солнца от точки весеннего равноденствия γ по проекции эклиптики на небесной сфере. На рисунке угол, соответствующий долготе, обозначен буквой σ. Долгота меняется от 0° до 360°. Поскольку в солнечном году немногим больше 365 дней, то за сутки долгота Солнца увеличивается примерно на один (360/365.25) градус.

Источник

Движение Солнца

Движение Солнца, а также планет по сфере неба отражает только их видимое перемещение, кажущееся земному наблюдателю. При всём этом любые колебания не имеют никакого отношения к суточному вращению нашей планеты. Ведь оно, в свою очередь, воспроизводится вращением небесной сферы.

Особенности протекания процесса

Движение Солнца является практически равномерным, но не полностью, в связи с эксцентриситетом земной орбиты. Оно перемещается по большому кругу сферы (эклиптике) и делает полноценный оборот за отрезок времени, равный одному сидерическому году. Если измерять его в днях, он составит 365,2564 суток. Основное отличие от классического года, в рамках которого происходит смена сезонов, заключается в прецессии земной оси.

Смена экваториального нахождения

Когда звезда располагается в зоне весеннего равноденствия, восхождение приравнивается к нулю. С каждым днём этот показатель увеличивается, и, в конце концов, равняется 90 градусов, в то время как склонение достигает своего максимального уровня, равного +23 градуса 26 минут.
После этого наблюдается заметное увеличение прямого восхождения и полное уменьшение склонения. В итоге в области осеннего равноденствия значение равняется 180 градусов соответственно. После этого происходит увеличение прямого восхождения, а на пике зимнего солнцестояния показатель равняется 270 градусов. Склонение, в свою очередь, начинает равняться 23 градуса 26 минут. Затем оно идёт на возрастание.

Видимое годовое перемещение Солнца

Годовое движение Солнца имеет вполне разумное и логичное объяснение. Действует специальная схема, позволяющая описать этот феном более подробно. На ней отображено, что исходя из положения Земли, можно наблюдать Солнце на фоне неодинаковых созвездий. Он будет понимать, что оно постоянно перемещается. Данное движение – своего рода отражение обращения Земли вокруг нашей звезды. За год произойдёт её полный оборот.

Большой круг в области небесной сферы, где осуществляется видимое годовое движение звезды, получил название эклиптики. Это греческое слово. Если перевести его на русский язык, можно получить «затмение». Круг получил именно такое название в связи с тем, что явление происходит исключительно при нахождении обоих светил на одном этом круге. Стоит также принять во внимание тот факт, что плоскость эклиптики полностью совпадает с плоскостью земной орбиты.

Наряду с этим постоянное движение Солнца по эклиптике наблюдается в аналогичной направленности, в которой происходит постоянное перемещение планеты по орбите (то есть движение по направлению к востоку). На протяжении года звезда последовательно проходит к эклиптике 12 созвездий, за счёт которых и формируется зодиакальный пояс (все известные знаки зодиака).

По той простой причине, что экваториальная плоскость наклонена к земной орбите на отметку в 23 градуса 27 минут, небесный экватор также располагается под углом по отношению к эклиптике. Значение его является таким же. Однако этот параметр не является постоянным. Ведь на планету Земля постоянно действуют силы притяжения Луны и Солнца.

Так в 1896 году в процессе утверждения астрономических постоянных единиц было принято решение о том, что наклон стоит считать по значении, 23 градуса 27 минут 8 секунд.

Небесный экватор и эклиптическая плоскость

Чтобы объяснить движение Солнца более логично и детально, необходимо рассмотреть процессы, протекающие на небесном экваторе. Эклиптика пересекается с ним в двух зонах. Их официальные названия – точки равноденствия. В них наша звезда находится в марте (21) и сентябре (23). Именно в эти дни на планете Земля день и ночь равны.

Эклиптические точки, которые отстоят от точек равноденствий на 90 градусов, именуются точками солнцестояний. Именно в них звезда находится в максимально высоком и низком положении по отношению к экватору неба. В первом случае, где Солнце располагается высоко, речь идёт о летнем солнцестоянии, которое приходится на 22 июня. Во втором, где Солнце низко – о зимнем (22 декабря).

Экваториальные координаты

Движение Солнца подразумевает неравномерное изменение на протяжении года координат. Происходит это из-за того, что Солнце немного хаотично перемещается по эклиптике, которая к тому же наклонена к экватору. Около ½ части своего видимого годового пути звезда проходит за отрезок времени в 186 суток – в период с 21 марта по 23 сентября. Что касается ещё ½ части, на неё остаётся 179 суток в оставшуюся часть года.

Такая неравномерность вызвана тем, что земля в течение всего периода обращения вокруг звезды перемещается по орбите с неодинаковой скоростью. Солнце располагается в одном из фокусов эклиптики. Второй закон Кеплера гласит, что линия, которая соединяет эти небесные объекты, за равные отрезки времени описывает одинаковые площади. Поэтому получается, что в зимнее время года наблюдается быстрое движение планеты, а в летнее – медленное.

Таким образом, в областях, где Солнце перемещается, происходят разные события, и некоторые из них до сих пор непонятны учёным. Они зависят от степени отдалённости звезды от нашей планеты, а также от ряда других событий, происходящих в космическом пространстве. Учёные до сих пор изучают данный феномен, поэтому окончательного ответа на вопрос, связанный с перемещением Солнца, пока не имеется.

Источник

Видимое годовое движение солнца на небесной сфере

Истинное движение Земли — Видимое годовое движение Солнца на небесной сфере — Небесный экватор и плоскость эклиптики — Экваториальные координаты Солнца в течение года

Истинное движение Земли

Чтобы понять принцип видимого движения Солнца и других светил на небесной сфере, рассмотрим сперва истинное движение Земли. Земля является одной из планет солнечной системы. Она непрерывно вращается вокруг своей оси.

Период вращения ее равен одним суткам, поэтому наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что все небесные светила обращаются вокруг Земли с востока на запад с тем же периодом.

Наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты

Но Земля не только вращается вокруг своей оси, но и обращается также вокруг Солнца по эллиптической орбите. Полный оборот вокруг Солнца она совершает за один год. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33′. Положение оси в пространстве при движении Земли вокруг Солнца все время остается почти неизменным. Поэтому Северное и Южное полушария попеременно бывают обращены в сторону Солнца, в результате чего на Земле происходит смена времен года.

При наблюдении неба можно заметить, что звезды на протяжении многих лет неизменно сохраняют свое вза­имное расположение.

Звезды “неподвижны” лишь потому, что находятся очень далеко от нас. Расстояние до них так велико, что с любой точки земной орбиты они видны одинаково.

А вот тела же солнечной системы — Солнце, Луна и планеты, которые нахо­дятся сравнительно недалеко от Земли, и смену их положений мы можем легко заметить. Таким образом, Солнце наравне со всеми светила­ми участвует в суточном движении и одновременно имеет собст­венное видимое движение (оно называется годовым движением), обусловленное движением Земли вокруг Солнца.

Представьте себе картину — Луна взяла и исчезла с орбиты Земли. Чем нам может грозить такой поворот событий? Подробнее об этом

Видимое годовое движение Солнца на небесной сфере

Наиболее просто годовое движение Солнца можно объяснить по рисунку приведенному ниже. Из этого ри­сунка видно, что в зависимости от положения Земли на орбите наблюдатель с Земли будет видеть Солнце на фоне разных со­звездий. Ему будет казаться, что оно все время перемещается по небесной сфере. Это движение является отражением обращения Земли вокруг Солнца. За год Солнце сделает полный оборот.

Что представляет собой эклиптика

Большой круг на небесной сфере, по которому происходит ви­димое годовое движение Солнца, называется эклиптикой. Эклиптика — слово греческое и в переводе означает затмение. Этот круг назвали так потому, что затмения Солнца и Луны про­исходят только тогда, когда оба светила находятся на этом круге.

Следует отметить, что плоскость эклиптики совпадает с плос­костью орбиты Земли.

Видимое годовое движение Солнца по эк­липтике происходит в том же направлении, в котором Земля движется по орбите вокруг Солнца, т. е. оно перемещается к востоку. В течение года Солнце последовательно проходит по эк­липтике 12 созвездий, которые образуют пояс Зодиака и называются зодиакальными.

Пояс Зодиака образуют следующие созвездия: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Ко­зерог и Водолей. Вследствие того, что плоскость земного экватора наклоне­на к плоскости орбиты Земли на 23°27 ‘ , плоскость небесного эк­ватора также наклонена к плоскости эклиптики на угол е=23°27′.

Наклон эклиптики к экватору не сохраняется постоян­ным (вследствие воздействия на Землю сил притяжения Солнца и Луны), поэтому в 1896 г. при утверждении астрономических постоянных ре­шено было наклон эклиптики к экватору считать усредненно равным 23°27’8″,26.

Небесный экватор и плоскость эклиптики

Эклиптика пересекается с небесным экватором в двух точках, которые называются точками весеннего и осеннего равноденствий. Точку весеннего равноденствия принято обозначать знаком созвездия Овен Т, а точку осеннего равноденствия — знаком созвездия Весов —. Солнце в этих точках соответственно бывает 21 марта и 23 сентября. В эти дни на Земле день равен ночи, Солнце точно восходит в точке восто­ка и заходит в точке запада.

Точки весеннего и осеннего равноденствия – места пересечения экватора и плоскости эклиптики

Точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствий на 90°, называются точками солнцестояний. Точка Е на эклип­тике, в которой Солнце занимает самое высокое положение отно­сительно небесного экватора, называется точкой летнего солнцестояния, а точка Е’, в которой оно занимает самое низкое поло­жение, называется точкой зимнего солнцестояния.

В точке летне­го солнцестояния Солнце бывает 22 июня, а в точке зимнего солнцестояния — 22 декабря. В течение нескольких дней, близ­ких к датам солнцестояний, полуденная высота Солнца остается почти неизменной, в связи с чем эти точки и получили такое на­звание. Когда Солнце находится в точке летнего солнцестояния день в Северном полушарии самый длинный, а ночь самая корот­кая, а когда оно находится в точке зимнего солнцестояния — на­оборот.

В день летнего солнцестояния точки восхода и захода Солнца максимально удалены к северу от точек востока и запада на го­ризонте, а в день зимнего солнцестояния они имеют наибольшее удаление к югу.

Движение Солнца по эклиптике приводит к непрерывному из­менению его экваториальных координат, ежедневному изменению полуденной высоты и перемещению по горизонту точек восхода и захода.

Известно, что склонение Солнца отсчитывается от плоскости небесного экватора, а прямое восхождение — от точки весеннего равноденствия. Поэтому когда Солнце находится в точке весен­него равноденствия, его склонение и прямое восхождение равны нулю. В течение года склонение Солнца в настоящий период из­меняется от +23°26′ до —23°26′, переходя два раза в год через нуль, а прямое восхождение от 0 до 360°.

Солнце имеет форму шара или сплюснуто у полюсов? Давайте разберемся! Подробнее об этом

Экваториальные координаты Солнца в течение года

Экваториальные координаты Солнца в течение года изменя­ются неравномерно. Происходит это вследствие неравномерности движения Солнца по эклиптике и движения Солнца по эклиптике и наклона эклиптики к экватору. Половину своего видимого годо­вого пути Солнце проходит за 186 суток с 21 марта по 23 сентяб­ря, а вторую половину за 179 суток с 23 сентября по 21 марта.

Неравномерность движения Сол­нца по эклиптике связана с тем, что Земля на протяжении всего периода обращения вокруг Солнца движется по орбите не с оди­наковой скоростью. Солнце находится в одном из фокусов эллип­тической орбиты Земли.

движение Земли по орбите

Из второго закона Кеплера известно, что линия, соединяющая Солнце и планету, за равные промежутки времени описывает равные площади. Согласно этому закону Земля, находясь ближе всего к Солнцу, т. е. в перигелии, движется быстрее, а находясь дальше всего от Солнца, т. е. в афелии — медленнее.

Ближе к Солнцу Земля бывает зимой, а летом — дальше. Поэтому в зим­ние дни она движется по орбите быстрее, чем в летние. Вследст­вие этого суточное изменение прямого восхождения Солнца в день зимнего солнцестояния равно 1°07′, тогда как в день летнего солнцестояния оно равно только 1°02′.

Различие скоростей движения Земли в каждой точке орбиты вызывает неравномерность изменения не только прямого восхож­дения, но и склонения Солнца. Однако за счет наклона эк­липтики к экватору его изменение имеет другой характер. Наиболее быстро склонение Солнца изменяется вблизи точек равноденствия, а у точек солнцестояния оно почти не из­меняется.

Знание характера изменения экваториальных координат Солн­ца позволяет производить приближенный расчет прямого восхож­дения и склонения Солнца.

Для выполнения такого расчета бе­рут ближайшую дату с известными экваториальными координа­тами Солнца. Затем учитывают, что прямое восхождение Солнца за сутки изменяется в среднем на 1°, а склонение Солнца в тече­ние месяца до и после прохождения точек равноденствия изме­няется на 0,4° в сутки; в течение месяца перед солнцестояниями и после них — на 0,1° в сутки, а в течение промежуточных меся­цев между указанными — на 0,3°.

Источник