6.3: Екваторіальні координа
Якщо ви живете в північній півкулі, і якщо ви звернетеся на північ, ви побачите, що вся небесна сфера обертається повільно проти годинникової стрілки навколо точки на небі, близькій до зірки Polaris (αUrsae Minoris). Точка,P навколо якої небо, здається, обертається, - це Північний Небесний полюс. Якщо ви живете в південній півкулі, і якщо ви зіткнетеся на південь, ви побачите все небо, що обертається за годинниковою стрілкою навколо точкиQ, Південного Небесного полюса. Біля південного небесного полюса немає яскравої зірки; зіркаσ Октантіс близька до південного небесного полюса, але вона лише видима неозброєним оком за умови, що ви темно адаптовані і якщо у вас є чисте небо, вільне від світлового забруднення. Велике коло, яке знаходиться90∘ від будь-якого полюса, є небесним екватором, і це проекція екватора Землі на небесну сферу.
FIGURE VI.2
На малюнкуVI.2 я намалював небесну сферу з протилежного боку від малюнка фігуриVI.1, так що на цей раз ви можете побачити західну точку горизонту, але не східну точку. Небесний екватор - велике колоABWΥC.
Можливо, ви помітили, що в розділі 2 я не правильно визначив північну точку горизонту, крім того, що це була точка, позначена наN малюнку VI.1. Тепер ми бачимо, що північна і південна точки горизонту - це точки, де вертикальне коло, що проходить через небесні полюси (тобто меридіан), зустрічається з горизонтом.
Висотаϕ північного небесного полюса дорівнює географічній північній широті спостерігача. Таким чином, для спостерігача на північному полюсі Землі північний небесний полюс знаходиться в зеніті, а для спостерігача на екваторі Землі північний небесний полюс знаходиться на горизонті.
Ви побачите, що така зіркаX переходить через меридіан двічі. Транзит нижнього меридіана відбувається в точціT′, коли зірка знаходиться на північ від спостерігача і знаходиться безпосередньо під північним небесним полюсом. Для зіркиX фігуриVI.2 нижній меридіан транзит також знаходиться нижче горизонту, і його неможливо побачити. Зірка досягає найвищої точки на небі (тобто вона завершується) при проходженні верхнього меридіана.
Перше кількісне астрономічне спостереження, яке я коли-небудь робив, полягав у тому, щоб побачити, скільки часу займає небесна сфера, щоб обертатися360∘. Це найкраще зробити шляхом синхронізації інтервалу між двома послідовними верхніми меридіанними транзитами зірки. Буде встановлено, що цей інтервал є23h 56m 04s.099 середнім сонячним часом, хоча, звичайно, він вимагає більше, ніж випадкового спостереження, щоб визначити інтервал до цієї точності. Обертання небесної сфери - це, звичайно ж, відображення обертання Землі на її осі. Іншими словами, цей інтервал є сидеричним (тобто щодо зірок) періодом обертання Землі.
Зараз ми можемо описати положення зірки на небесній сфері в екваторіальних координатах. δКут на малюнкуVI.2 називається схиленням зірки. Зазвичай він виражається в градусах, кутниххвилинах і кутових секундах, від0∘ до+90∘ для зірок на або на північ від екватора, і від0∘ до−90∘ для зірок на або на південь від екватора. При цитуванні схиляння зірки завжди повинен бути даний знак відмінювання.
Коли зірка наX малюнкуVI.2 знаходиться на нижньому меридіанському проході, вона знаходиться нижче горизонту і не видно. Однак, якщо схиляння зірки більше90∘−ϕ, зірка не досягне горизонту і ніколи не встановиться. Такі зірки називаються циркумполярними зірками.
Друга координата - кут наH малюнкуVI.2. Вимірюється на захід від меридіана. Відразу буде помічено, що, поки схилення зірки не змінюється протягом ночі, її часовий кут безперервно збільшується, а також часовий кут зірки в будь-який момент часу залежить від географічної довготи спостерігача. Хоча кут години може бути виражений або в радіанах або градусах, прийнято виражати кут години в годині, хвилинах і секундах часу. При цьому часовий кут йде від0h до24h. Наприклад, коли зірка має часовий кут, це означає3h, що це три сидеричні години, оскільки вона перетинала (верхній транзит) меридіан. Коефіцієнти перерахунку є
1h=15∘1m=15′1s=15′′1∘=4m1′=4s.
(Читач, можливо, помітив, що я щойно використовував термін «сидеричні години». На даний момент просто прочитайте це як «години» - але трохи пізніше ми скажемо, що ми маємо на увазі під «сидеричними» годинами, і тоді ви, можливо, захочете повернутися і перечитати це.)
Хоча корисно знати часовий кут зірки в конкретний час для конкретного спостерігача, нам все одно потрібна координата, яка закріплена на небесній сфері. Для цього ми посилаємося на точку на небесному екваторі, яку я визначу більш точно пізніше, позначенуVI.2 на малюнку символомΥ. Це астрологічний символ для знака Овен, і спочатку він знаходився в сузір'ї Овна, хоча в даний час він знаходиться в сузір'ї Риб. Незважаючи на своє нинішнє розташування, його досі називають Першою точкою Овна. Кут, вимірянийΥ на схід від точки,B називається правимX сходженням зірки, і позначається символомα. Це не змінюється (принаймні, не дуже - але ми будемо мати справу з невеликими уточненнями пізніше) протягом ночі або з ночі на ніч. Таким чином, ми можемо описати положення зірки на небесній сфері двома координатамиδ, її схилянням іα, її правильним підйомом, і оскільки її правильне сходження не змінюється (принаймні, не дуже), ми можемо перерахувати правильні вознесіння, а також схиляння зірок у нашому каталоги. Правильне сходження Першої точки Овна - це, звичайно ж,0h.
В останньому абзаці я натякнув, що правильне сходження зірки, хоча воно не змінюється «дуже сильно» протягом ночі, змінюється досить відчутно протягом року. Доведеться повернутися до цього моменту пізніше. Я ще не точно визначив, де точкаΥ або як вона визначена, але пізніше ми дізнаємося, що вона не зовсім закріплена на екваторі, але вона трохи рухається таким чином, що мені доведеться описати з часом. Таким чином, вся система екваторіальних координат, і правильні піднесення і схиляння зірок, залежить від того, де знаходиться ця таємнича Перша точка Овна. З цієї причини завжди необхідно констатувати епоху, до якої відносяться правильні вознесення та відміни. Більшу частину ХХ століття екваторіальні координати відносили до епохи1950.0 (строго так булоB1950.0, але доведеться відкласти пояснення значення приставкиB). В даний час каталоги і атласи відносять праві вознесення і відміни до епохиJ2000.0, де знову доведеться відкласти пояснення префіксаJ. Хоча, очевидно, є ще якесь подальше пояснення, достатньо сказати на цьому етапі, що, даючи правильне сходження та схилення будь-якого об'єкта, важливо, щоб епоха також була дана. Перша точка Овна рухається дуже і дуже повільно на захід щодо зірок, так що правильні піднесення всіх зірок збільшуються зі швидкістю приблизно0s.008 на добу. Це не так багато для повсякденних цілей, але це підкреслює, чому завжди потрібно констатувати епоху, до якої цитуються правильні вознесіння та схиляння зірок. Це також означає, що, якби ви змогли спостерігати два послідовних верхніх транзитуΥ через меридіан, інтервал був би0s.008 коротшим, ніж період сидеричного обертання Землі. Було б, власне,23h 56m 04s.091. Цей інтервал між двома послідовними верхніми меридіанними транзитами Першої точки Овна, називається сидеричним днем. (Можна подумати, що, оскільки слово «сидеричний» означає «щодо зірок», це не особливо хороший термін. Я б мав симпатію до цієї точки зору, і вважав за краще б називати інтервал «рівноцінним днем». Однак термін сидеричний день настільки міцно закріпився, що я буду використовувати цей термін у цих примітках.) Сидеричний день ділиться на 24 сидеричні години, які коротші за середні сонячні години на коефіцієнт 0,99726957. Розберемо рух більшΥ детально в наступному розділі. На цьому етапі не завдає великої шкоди, якщо розглядатиΥ в першому наближенні бути зафіксованим щодо зірок.
Тепер ще кілька слів. Малі кола, паралельні небесному екватору (наприклад,T′XT мале коло на малюнкуVI.2) є паралелями відмінювання. Великі кола, що проходять через північний і південний небесні полюси (наприклад, велике колоPXBQ фігуриVI.2) і які закріплені і обертаються разом з небесною сферою, називаються різними назвами. Деякі називають їх колами відмінювання, тому що ви вимірюєте схиляння вгору і вниз цими колами. Інші називають їх годинними колами, тому що часовий кут або пряме піднесення є постійним уздовж них. Для тих, хто вважає заплутаним, що дане коло можна назвати або колом відмінювання, або годинним колом, ви можете обійти цю складність, називаючи їх colores. Колір, який проходить через Першу точку Овна і діаметрально протилежну точку на небесній сфері, і, отже, має право вознесіння0h і12h, є рівноцінним кольором. Колір, який є90∘ від цього (а точніше, 6 годин від цього) і який має право вознесення6h і18h, є сонцезахисним кольором.
Час, який минув, в сидеричних годині, оскільки Перша точка Овна переїхала (верхній транзит) меридіан, тобто часовий кут першої точки Овна, або кут відA до наΥ малюнкуVI.2, називається Місцевим сидеричним часом. З цифри видноVI.2, що Місцевий сидеричний час також дорівнюєΥB+AB. АлеΥB є правильним сходження зіркиX іAB є її годинним кутом. Тому місцевий сидеричний час (часовий кут Першої точки Овна) дорівнює правильному сходження будь-якої зірки плюс її часовий кут.
Сидеричний час на довготі Грінвіча (0∘довгота) щодня зводиться в астрономічному альманасі, а місцевий сидеричний час у вашому місці дорівнює місцевому сидеричному часу в Грінвічі за вирахуванням географічної довготи. Більшість обсерваторій мають два годинники, що працюють у куполі в усі часи. Один дає Універсальний час, а інший, який працює трохи швидше, дає місцевий сидеричний час. Але у вас завжди є сидеричні годинник в наявності, бо погляд на малюнок скажеVI.2 вам, що місцевий сидеричний час дорівнює правильному сходження зірок на верхньому меридіані транзиту.