АСТРОНОМІЯ - Навчальний посібник для профільної школи 2017

Частина 1. Космографія

Розділ II. Рух небесних світил та основи практичної космографії

Тема 1.2. Видимі рухи світил

§ 7. Обертання небесної сфери і зміна вигляду зоряного неба

Вступ

Небесні світила сходять і заходять — день змінює ніч і навпаки. При цьому добовий рух світил відбувається рівномірно без найменшого прискорення. Таку картину людина спостерігає від початку свого існування. Мабуть саме тому дуже давно було зроблено висновок, що рух світил небесними колами вічний і не має нічого спільного з рухом земних тіл.

Цілі вивчення § 7

Вивчивши матеріал цього параграфа, Ви будете:

• знати й розуміти причину зміни вигляду зоряного неба протягом доби і в різні пори року; причину добового руху Сонця по небесній сфері;

• уміти розрізняти вигляд зоряного неба у різний час доби та пір року;

• виявляти ставлення й оцінювати астрономічні явища, які можна спостерігати на небесній сфері.

Актуалізація раніше набутих знань / компетентностей

Треба пригадати поняття небесне світило, небесна сфера, точки й лінії на небесній сфері. Для цього варто повторити матеріал § 2 і § 6 з цієї частини навчального посібника.

Методичні поради щодо опанування навчального матеріалу

Варто пам’ятати, вигляд зоряного неба змінюється не лише зі зміною географічної широти місця спостережень (§ 6), але й упродовж доби та протягом календарного року. Ці зміни пов’язані з двома рухами Землі у просторі— обертанням навколо власної осі та обертанням

навколо Сонця. Добове обертання небесної сфери зі сходу на захід лише відображає обертання земної кулі із заходу на схід. А рух Сонця по небесній сфері, а отже, зміна видимості сузір’їв протягом року є наслідком руху Землі навколо Сонця.

Пояснювальний текст

Спостерігаючи зоряне небо протягом кількох годин поспіль, легко помітити, що його вигляд змінюється. Як було сказано раніше, цей рух називають добовим обертанням небесної сфери. Для спостерігача у північній півкулі Землі обертання небесної сфери відбувається за годинною стрілкою.

1. Добовий рух небесних світил. Внаслідок добового обертання небесної сфери кожне світило, описуючи на небі коло (тим менше, що ближче світило до полюса світу), двічі перетинає небесний меридіан. Явище проходження світила через небесний меридіан, як було вказано у §2, називають кульмінацією.

Проходження світила через південну половину небесного меридіана називають верхньою кульмінацією, бо в цей момент висота світила над горизонтом найбільша. Проходження світила через північну половину небесного меридіана називають нижньої кульмінацією, бо тоді висота світила найменша (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Перетин світилом небесного мередіана (у точці М південної його половини, а в точці М — північної) внаслідок обертання небесної сфери.

Деякі зорі в момент верхньої кульмінації проходять через зеніт. Залежно від кутових відстаней, на яких світила лежать від полюсів світу, в кожній певній точці земної кулі вони можуть сходити й заходити, або ніколи не заходити, або ніколи не сходити.

Для світил, які в даній місцевості не заходять, ми бачимо і верхню, і нижню кульмінації; для світил, які сходять і заходять, — тільки верхню кульмінацію; для світил, які не сходять, обидві кульмінації відбуваються під лінією горизонту.

Сонце, як і всі небесні світила, бере участь у добовому обертанні небесної сфери і двічі на добу перетинає небесний меридіан. Коли центр сонячного диска перебуває у верхній кульмінації, настає астрономічний полудень, в момент нижньої кульмінації центра сонячного диска настає астрономічна північ.

Розгляньмо верхню кульмінацію світил. На рис. 7.2 зображено проекцію небесної сфери на площину небесного меридіана: PZSP' — південна половина небесного меридіана, PNZ'P' — північна його половина; М — світило у верхній кульмінації, його схилення δ = QM < φ (географічна широта місця спостереження), зенітна відстань zв = ZM і висота hв = SM (M' — те саме світило в нижній кульмінації і MM' — його небесна паралель).

Рис. 7.2. Верхня кульмінація світила на південь від зеніту.

Світило, значення схилення δ якого менше за значення географічної широти φ місцевості, у верхній кульмінації перетинає небесний меридіан на південь від зеніту (над точкою півдня). У цей момент зенітна відстань світила

його висота

азимут А = 0° і годинний кут t = 0° = 0h.

Коли схилення світила δ = φ, то воно у верхній кульмінації проходить через зеніт (світило M1 , рис. 7.2). Це видно з формул 7.1 і 7.2, якщо в них підставити δ = φ. Тоді zв = 0, hв = +90°, годинний кут t = 0° = 0h. Азимут світила цьому разі — не визначений.

Якщо ж значення схилення світила більше, ніж значення географічної широти місця спостереження (δ > ф), то у верхній кульмінації світило перетинає небесний меридіан на північ від зеніту (над точкою півночі), між зенітом і північним полюсом світу (мал. 7.3, світило М). Тоді його зенітна відстань

висота

азимут А = 180 ° і годинний кут t = 0° = 0h.

Рис. 7.3. Верхня кульмінація світила на північ від зеніту.

Нижня кульмінація світил відбувається під північним полюсом світу над точкою півночі N (для світила, що не заходить), або під нею (для світила, що заходить). Розгляньмо світило М', що заходить, зі схиленням δ = QM (див. мал. 7.3). У нижній кульмінації його висота hн = NM= Q'M'- Q'N, але оскільки QN = i = 90° - φ, то висота

зенітна відстань

годинний кут t = 180° = 12hі азимут А = 180°.

Рівняння (7.5) дозволяє визначити, заходить світило в даному місці земної поверхні, чи належить до тих, які не заходять. Справді, якщо δ <+ (90° - φ), то hн < 0 ° (висота від’ємна), тобто світило заходить. Якщо δ > + (90° - φ), то hн > 0°, — світило не заходять, бо hн — це його найменша висота. Водночас світила, що не сходять, мають схилення δ < - (90 ° - φ).

2. Зміна вигляду зоряного неба упродовж року. Якщо відмітити розміщення сузір’їв у певний час і повторити спостереження в той же час через 1—2 місяці, то легко помітити зміну картини зоряного неба. Сузір’я, що лежали високо в південній частині неба поблизу меридіана, опиняться на заході, а зорі, які в перший вечір було видно в західній частині неба, тепер не видимі: вони зайшли разом із Сонцем. Отже, Сонце за цей час пересунулось назустріч добовому обертанню неба із заходу на схід.

Така зміна вигляду зоряного неба відбувається безупинно; кожній порі року притаманна своя картина вечірніх сузір’їв, і ця картина щорік повторюється.

Восени південну ділянку вечірнього зоряного неба північної півкулі Землі прикрашає великий зоряний чотирикутник від якого ліворуч ланцюгом пролягає кілька зір сузір’я Андромеди. Натомість зоряний «квадрат» — найпомітніша частина сузір’я Пегаса. Цікаво, його ліва верхня вершина — це зоря a Андромеди (Альферац). Стародавні греки на її місці «бачили» голову Андромеди, героїні одного з їхніх міфів. У вересні квадрат Пегаса проходить над точкою півдня приблизно о першій годині ночі, в жовтні — опівночі, а в листопаді о 20 год (рис. 7.4 а).

Зоряне небо зими в наших широтах прикрашають яскраві зорі та виразні сузір’я. Серед них особливо виділяється Оріон (рис. 7.4 б). Його фігуру малюють яскраві зорі Бетельгейзе (a Оріона), Беллатрікс, Ригель. У грудні сузір’я Оріона лежить над точкою півдня приблизно опівночі, в січні — близько 22 год, а в лютому о 20 год. Праворуч від Оріона лежить сузір’я Тельця з його знаменитими Плеядами, а ліворуч і нижче — сузір’я Великого Пса в якому сяє Сиріус — найяскравіша зоря на небі Землі. До зимових сузір’їв також належать Малий Пес (найяскравіша зоря сузір’я — Проціон) та Близнюки (найяскравіші зорі — Кастор і Поллукс).

Південну ділянку весняного вечірнього зоряного неба прикрашає сузір’я Лева з яскравою зорею Регул (рис. 7.4 в). У березні Лев проходить на точкою півдня приблизно опівночі, у квітні — о 22 год, а в травні о 20 год (в цей час його не видно на ще світлому небі). До весняних сузір’їв також належить Діва з яскравою зорею Спіка.

На літньому зоряному небі в північній півкулі Землі легко помітити великий зоряний трикутник (рис. 7.4 г). Його вершини утворюють яскраві зорі трьох різних сузір’їв — Вега (aЛіри), Денеб (a Лебедя) і Альраїр (a Орла). Оскільки цю фігуру видно на зоряному небі також і восени, то її зазвичай називають літньо-осіннім зоряним трикутником. Його видно опівночі в червні в південно-східній ділянці неба, в липні — у південній, а в серпні на південному заході.

Окрім названих сузір’їв Ліри, Лебедя і Орла до літніх належать сузір’я Сорпіона (його прикрашає яскрава зоря Антарес), Стрільця, Козорога і Водолія.

Рис. 7.4. Вигляд південної ділянки зоряного неба в різні пори року на широті Києва о 22 год місцевого часу: 15 жовтня (а); 15 січня (б); 15 квітня (в); 15 липня (г).

Зміна вигляду зоряного неба упродовж року для спостерігача на Землі пояснюється тим, що крім добового руху, в якому Сонце бере участь разом з іншими світилами, воно має ще й річний рух (§ 8).

Типова задача

Визначити схилення зір, доступних для спостережень в Одесі (φ = + 46°29').

Відповідь: Використавши формулу (7.5), визначаємо, що усі зорі північної небесної півкулі з схиленням δ > + (90° - 46°29'), тобто δ > +43°31', не заходять за горизонт на широті φ Одеси. Не можна бачити в Одесі південні зорі зі схиленням δ < -43°31'. Зорі зі схиленням -43°31' <δ <+43°31' сходять і заходять. Зорі, значення схилення яких близьке до φ = +46°29' кульмінують поблизу зеніту. До таких зір належать, наприклад, Капелла (α Візничого), Денеб (α Лебедя), Мірфак (α Персея).

• Візьміть значення схилень небесних об’єктів з «Астрономічного календаря» або з інших джерел, і обчисліть для своєї місцевості умови їх видимості. Перевірте обчислення спостереженнями.

Висновки

Унаслідок добового обертання небесної сфери кожне світило, описуючи на небі коло (тим менше, що ближчим є світило до полюса світу), двічі перетинає небесний меридіан. В залежності від кутових відстаней, на яких світила містяться від полюсів світу, у кожній певній точці земної кулі вони можуть сходити й заходити, або ніколи не заходити, або ніколи не сходити.

Запитання для самоперевірки

1. Що є причиною добового руху небесних світил?

2. Скільки кульмінацій має небесне світило протягом доби? Назвіть їх.

3. Як називають кульмінації центра сонячного диска?

4. Що є причиною зміни вигляду зоряного неба протягом календарного року?

5. Назвіть напомітніші сузір’я чотирьох пір року для північної півкулі Землі.

Додаткові та цитовані джерела інформації до § 7

• Климишин І.А. Зоряне небо України. — Івано-Франківськ : Гостинець, 2003. — 64 с.

• Крячко І.П. Короткий путівник зоряним небом (подано опис вигляду зоряного неба щомісяця впродовж року на широті Києва).

http://www.astroosvita.kiev.ua/infoteka/articles/Korotkii-putivnyk-zorianym-nebom-1.php

• Крячко І.П. Як працювати з електронним планетарієм «Stellarium». (http://www.astroosvita.kiev.ua/infoteka/articles/Yak-pratsiuvaty-z-Stellarium-1.php)

За результатами вивчення §7 Ви маєте:

знати й розуміти

причину зміни вигляду зоряного неба протягом доби та в різні пори року; причину добового рух Сонця по небесній сфері.

уміти

розрізняти вигляд зоряного неба у різний час доби та пір року.

виявляти ставлення й оцінювати

астрономічні явища, які можете спостерігати на небесній сфері.




Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити