Когда мы смотрим на темное звездное небо, все звезды кажутся удаленными на одно и то же расстояние. В древности думали, что так и есть на самом деле. И хотя мы с вами знаем, что это неверно, представлять себе небо в виде огромной, окружающей нас небесной сферы в двадцатом веке так же удобно, как и две с лишним тысячи лет назад.
В наши дни небесной сферой называют сферу бесконечно большого радиуса, в центре которой сидит наблюдатель. Только сегодня мы твердо знаем, что эта сфера воображаемая. Если нарисовать всю небесную конструкцию и отметить наблюдателя точкой O, то ось, вокруг которой вращается небо, проткнет сферу в двух точках: P и P′. Это СЕВЕРНЫЙ И ЮЖНЫЙ ПОЛЮСЫ мира.
Вы, наверное, уже и сами заметили, что ПОЛЮС МИРА вовсе не находится у наблюдателя над макушкой — в ЗЕНИТЕ (Z), а сдвинут в сторону. И чем дальше вы находитесь от МИРОВОЙ ОСИ, тем дальше от зенита отъезжает и полюс мира. Если встать лицом к северному полюсу мира, звездное небо будет поворачиваться вокруг наблюдателя против часовой стрелки — с востока на запад.
Основные линии, круги и точки небесной сферы
Большой круг (Q) небесной сферы, перпендикулярный к оси мира, называется НЕБЕСНЫМ ЭКВАТОРОМ. Он делит небесную сферу на северное и южное полушария.
Если начать резать небесную сферу, как арбуз, параллельно небесному экватору, получатся круги (q), все уменьшающиеся к полюсу. Их называют СУТОЧНЫМИ ПАРАЛЛЕЛЯМИ. По ним происходит суточное движение небесных светил.
Видимое суточное движение звезд на экваторе
Когда вы стоите прямо, над вашей головой находится точка зенита, а под ногами, в другом полушарии, ТОЧКА НАДИРА (Z′).
Большой круг, который можно провести через оба полюса мира, зенит и надир, называется НЕБЕСНЫМ МЕРИДИАНОМ, еще его называют меридианом наблюдателя. Небесный меридиан пересекается с ИСТИННЫМ ГОРИЗОНТОМ в двух точках: ближайшая к северному полюсу мира называется ТОЧКОЙ СЕВЕРА (N), а противоположная ей — ТОЧКОЙ ЮГА (S). Линия, соединяющая эти две точки, носит название ПОЛУДЕННОЙ ЛИНИИ, потому что ровно в полдень короткая тень от Солнца вытягивается именно в этом направлении. В полдень вы можете без всякого компаса точно определить направление стран света.
Видимое суточное движение звезд на полюсах
Если, выбрав себе для наблюдения какую-нибудь звезду, вы проведете через нее большой круг так, чтобы он проходил одновременно через зенит и надир, то круг этот будет называться ВЕРТИКАЛОМ выбранного светила (C).
Большой же круг, проходящий через звезду или другое наблюдаемое светило и полюсы мира, называется ЧАСОВЫМ КРУГОМ ЗВЕЗДЫ или КРУГОМ СКЛОНЕНИЯ. Круги склонения похожи на меридианы, нарисованные на глобусе. Они движутся вместе со звездным небом. При этом часовой круг, который проходит через созвездие Рыб и образует при пересечении с небесным экватором ТОЧКУ ВЕСЕННЕГО РАВНОДЕНСТВИЯ, называется НУЛЕВЫМ КРУГОМ. Когда нулевой круг совпадает с меридианом наблюдателя, в точке наблюдения начинаются новые звездные сутки. Передвинется стрелка часов на одно деление — через ваш меридиан пройдет первый часовой круг склонения. Звездное время в точке наблюдения будет — 1 час. Еще через час — второй часовой круг пройдет через меридиан — будет два часа по звездному времени и так далее. Когда же через ваш меридиан пройдут все 24 часовых круга склонения, — начнутся новые звездные сутки. Звездные сутки короче солнечных, потому и картина звездного неба каждые сутки меняется. Одни созвездия поднимаются, достигают своего наивысшего положения на небосводе — кульминируют. Другие опускаются к западу, прячутся за линию горизонта.
Что же происходит с главными, опорными точками, линиями и кругами небесной сферы в течение суток?
Видимое суточное движение звезд в средних широтах
Если наблюдатель сидит на месте, то полюсы мира, зенит и надир, точки севера и юга остаются неизменными. Постоянны для него полуденная и отвесная линии, небесный меридиан и плоскости небесного экватора и истинного горизонта.
Все другие точки, линии и круги небесной сферы непрерывно перемещаются. Начните-ка сами мысленно вращать небесную сферу. Смотрите, какую точку вы ни поставите на сфере, она тут же начнет двигаться, описывая суточную параллель, как звезда. Точно так же будут меняться и часовые углы светил, равномерно проходя за каждый час по 15°.
Определение широты
А вот высоты и азимуты светил из-за суточного вращения изменяются неравномерно. У горизонта эти изменения происходят быстро, а при подходе светила к высшей точке подъема движение затормаживается.
Но и это еще не все. Дело в том, что характер вращения небесной сферы на разных географических широтах различен. Мы уже как будто привыкли к мысли делить небо на два полушария. У нас — жителей северной части Земли — свое небо. У антиподов — тех, кто живет по ту сторону экватора, — свое. Но оказывается, что есть на земле такое место, с которого можно увидеть все небо целиком. Все звезды обоих полушарий проходят перед наблюдателем за одни сутки. Конечно, речь идет об экваторе. Человек, находящийся на экваторе, видит замечательную картину. Звезды обоих полушарий восходят на востоке, поднимаются отвесно вверх перпендикулярно горизонту и так же отвесно скатываются на запад. Полярная звезда видна возле точки севера над самым горизонтом. Посмотрите на наш рисунок, а потом закройте глаза и представьте себя в тропиках...
Древняя карта неба Земли
Совсем другое положение у человека, который забрался для наблюдений на Северный полюс. Здесь точка зенита совпадает с полюсом мира, а горизонт с небесным экватором. Северный полюс — это страна не только незаходящего Солнца, но и незаходящих звезд. Небесные светила просто вращаются вокруг Полярной звезды параллельно горизонту по суточным параллелям, никогда не кульминируя. Вы спросите: «Как же определить широту под таким небом?» Так это же картина только для одной-единственной точки в северном и одной в южном полушарии. Эти точки — полюсы Земли — 90° северной и южной широты. А какая у них долгота?..
Самое сложное положение у наблюдателя, находящегося в средних северных или южных широтах. То есть как раз наш случай. Здесь звезды, расположенные неподалеку от Полярной звезды, описывают вокруг нее окружности, не заходя за горизонт. Расположенные подальше — восходят и заходят, скрываясь в определенное время за линией истинного горизонта. В своем суточном движении каждая звезда дважды пересекает небесный меридиан в высших точках северного и южного полушарий. Момент прохождения небесного светила через небесный меридиан называется КУЛЬМИНАЦИЕЙ СВЕТИЛА и используется для определения звездного времени и географической долготы места наблюдения. Широту своего местонахождения легко определить по высоте полюса мира над горизонтом, как это показано на рисунке.
