Чем занимается сферическая астрономия
Сферическая астрономия
Вы будете перенаправлены на Автор24
Астрономия – наука об изучении небесных объектов и Вселенной как единой структуры.
Сферическая астрономия (или позиционная астрономия) является разделом астрономии, который изучает способы определения положения объектов на небосводе при наблюдении с Земли в определённый момент времени и в нужном месте.
В своей деятельности сферическая астрономия применят такие методы как математические приёмы сферической геометрии. Астрометрические измерения и проблемы редукции наблюдений также плотно связаны со сферической астрономией.
Основной задачей астрометрии является редукция наблюдений, что означает вычисление координат и скоростей небесных тел в определённой системе координат на заданный момент времени на основе произведённых наблюдений. Также астрометрия занимается такими теоретическими вопросами как установление небесных координат и систем отсчёта времени и переходов между ними.
Одной из частых задач сферической астрометрии является переход между различными системами небесных координат.
Основные понятия сферической астрономии
Основным понятием сферической астрономии является небесная сфера.
Под небесной сферой понимается представляемая в воображении сфера произвольного радиуса с центром в глазах наблюдателя. На неё проецируются видимые положения небесных объектов. Также на сфере отображаются системы координат. Самые распространённые системы координат это две горизонтальные, эклиптическая и галактическая.
Координаты небесных объектов, которые мы наблюдаем, подвержены влиянию различных факторов таких как:
Готовые работы на аналогичную тему
Прецессия и нутация в результате своего воздействия ведут к глобальным смещениям систем небесных координат.
Рефракция, аберрация, параллакс и кроме того отклонение света гравитационным полем приводят в свою очередь к небольшим изменениям видимых координат по ходу времени.
В свою очередь устранение или редукция изменений ведет в результате к получению координат тел к топоцентрической системе координат. Эта система связана с тем, кто наблюдает в момент исследования. Направление осей данной системы координат задано положением наблюдателя на поверхности Земли.
Главные элементы сферической астрономии
Главными элементами сферической астрономии являются системы координат и время. Чтобы указать местонахождение астрономических объектов, применяется экваториальная система координат. Эта система основана на проекции экватора на небесную сферу.
При этом положение нужного объекта определяется такими показателями как: его прямым восхождением (α) и склонением (δ). Итогом анализа полученных данных, а также широты и местного времени, становится возможность установить положение объекта в горизонтальной системе координат, то есть установить высоту и азимут объекта.
Координаты звёзд и галактик заносятся в специальные каталоги. В данных каталогах указывается положение объекта в конкретное время (в основном указывается год). Такое время называют эпохой каталога.
В результате именно подобные каталоги процедур измерений и редукции наблюдений приводят к установлению системы координат на практике.
В тоже время влияние таких процессов как прецессии, нутации, а также собственные движения астрономических объектов ведут к изменению со временем координат небесных тел.
Периодические издания специальных редакций каталогов небесных тел несколько компенсирует постоянные изменения координат астрономических объектов.
Что бы узнать и установить позиции Солнца и планет специалисты используют в своей работе астрономические эфемериды.
Астрономическими эфемеридами называют таблицы значений, с помощью которых можно установить положение астрономических объектов в конкретное время. Такие таблицы рассчитываются специальными методами небесной механики.
Сферическая астрономия на практике
Сферическая астрономия является основой для астрономии и может применяться в различных областях астрономического знания.
Фундаментальная астрономия использует сферическую астрономию для определения параметров небесных систем координат и шкал времени. Также происходит уточнение параметров редукции и составление систем астрономических постоянных.
Прикладная астрономия использует возможности сферической астрономии для процесса решения повседневных задач по навигации. Так определяются координаты наблюдателя, как в космосе, так и на Земле.
Развитие астрономической науки в целом, и сферической астрономии в частности, привели к множеству открытий. Остановимся на некоторых научных свершениях последнего века.
Так наблюдения движения Луны и Солнца и сравнение их результатов с древними записями, привели к обнаружению замедления вращения нашей планеты.
В настоящее время развитие науки и техники привело к резкому повышению качества наблюдений и выводов.
Применение таких методов как радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами, лазерная дальнометрия и т. д. привело к закартированию гравитационного поля Земли, измерению эффекта влияния гравитационного поля на скорость хода часов. Кроме того, отметим развитие и повсеместное использование глобальных спутниковых систем навигации, таких как GPS (Global Positioning System) и ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система).
Сферическая астрономия
Полезное
Смотреть что такое «Сферическая астрономия» в других словарях:
СФЕРИЧЕСКАЯ АСТРОНОМИЯ — раздел астрономии, разрабатывающий математические методы решения задач, связанных с изучением видимого расположения и движения космических тел (звезд, Солнца, Луны, планет, искусственных спутников Земли и др.) на небесной сфере, в частности… … Большой Энциклопедический словарь
сферическая астрономия — раздел астрономии, разрабатывающий математические методы решения задач, связанных с изучением видимого расположения и движения космических тел (звёзд, Солнца, Луны, планет, ИСЗ и др.) на небесной сфере. * * * СФЕРИЧЕСКАЯ АСТРОНОМИЯ СФЕРИЧЕСКАЯ… … Энциклопедический словарь
Сферическая астрономия — см. Астрономия … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
СФЕРИЧЕСКАЯ АСТРОНОМИЯ — раздел астрономии, разрабатывающий матем. методы решения задач, связанных с изучением видимого расположения и движения космич. тел (звёзд, Солнца, Луны, планет, ИСЗ и др.) на небесной сфере … Естествознание. Энциклопедический словарь
Сферическая астрономия — раздел астрономии, разрабатывающий математические методы решения задач, связанных с изучением видимого расположения и движения космических тел (звезд, Солнца, Луны, планет, искусственных спутников Земли и др.) на небесной сфере, в частности… … Астрономический словарь
Астрономия — I Астрономия (греч. astronomía, от Астро. и nómos закон) наука о строении и развитии космических тел, их систем и Вселенной в целом. Задачи и разделы астрономии. А. исследует тела Солнечной системы, звёзды, галактические… … Большая советская энциклопедия
Астрономия — I Астрономия (греч. astronomía, от Астро. и nómos закон) наука о строении и развитии космических тел, их систем и Вселенной в целом. Задачи и разделы астрономии. А. исследует тела Солнечной системы, звёзды, галактические… … Большая советская энциклопедия
астрономия — и; ж. [греч. astron звезда и nomos закон]. Комплексная наука о строении и развитии небесных тел, их систем и Вселенной в целом. * * * астрономия (от астро. и греч. nómos закон), наука о строении и развитии космических тел, образуемых ими… … Энциклопедический словарь
Астрономия Древней Греции — Астрономия Древней Греции астрономические познания и взгляды тех людей, которые писали на древнегреческом языке, независимо от географического региона: сама Эллада, эллинизированные монархии Востока, Рим или ранняя Византия. Охватывает… … Википедия
АСТРОНОМИЯ — (от греч. astron светило, и nomos закон). Наука о небесных телах. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. АСТРОНОМИЯ греч., от astron, звезда, и nomos, закон. Наука о небесных светилах. Объяснение 25000… … Словарь иностранных слов русского языка
Сферическая астрономия
Сферическая астрономия, раздел астрометрии, разрабатывающий математические способы ответа задач, которые связаны с изучением видимого движения и расположения светил (звёзд, Солнца, Луны, планет, неестественных небесных тел и др.) на небесной сфере. Активно используется в разных областях астрономии. С. а. появилась в глубокой древности и явилась первым шагом на пути изучения астрономических явлений.
Главным понятием С. а. есть небесная сфера. Каждое направление на небесное светило в пространстве изображается на сфере точкой, а плоскость — громадным кругом. Использование небесной сферы разрешает существенно упростить математические соотношения между направлениями на небесные светила, сводя сложные пространственные представления к более несложным фигурам на поверхности сферы; с этим связано и само наименование С. а..
Для движения точек и изучения взаиморасположения по небесной сфере на ней устанавливают совокупности координат. В С. а. употребляются горизонтальная, две экваториальные и эклиптическая совокупности координат (см. Небесные координаты).
Установление связи между разными совокупностями координат производится посредством формул сферической тригонометрии. Потому, что С. а. изучает явления, которые связаны с видимым суточным вращением небесного свода (другими словами видимые перемещения светил, обусловленные вращением Почвы), небесной сфере придают вращение около оси мира с В. на З. с угловой скоростью, равной скорости вращения Почвы.
Такая кинематическая модель практически совершенно верно воспроизводит картину, которая отмечается на небе с вращающейся Почвы. Неспециализированные соотношения между горизонтальными и экваториальными координатами позволяют выяснить азимут и время захода и восхода небесных светил, моменты их кульминации, элонгации, положение светил в заданные моменты времени и др. Одной из задач С. а. есть определение условий, при которых две соответствующим образом выбранные звезды находятся на однообразной высоте.
Эта задача имеет значение для определения географических координат точек земной поверхности из астрономических наблюдений.
Измерение времени. Одной из серьёзных задач С. а. есть установление теоретических баз астрономической совокупности счёта времени. В С. а. рассматриваются единицы времени и связь между ними. В базу измерения времени положены естественные периодические явления — вращение Почвы около собственной оси и обращение Почвы около Солнца.
Вращение определяет, в зависимости от выбранной на небесной сфере главной точки (точка весеннего равноденствия, Солнце), звёздные либо солнечные дни. При отсчёте звёздных дней принимают к сведенью, что точка весеннего равноденствия благодаря нутации и прецессии не сохраняет постоянного положения на небесной сфере, а перемещается поступательно, совершая в один момент колебания относительно среднего положения.
Для счёта солнечных дней вводят понятие среднего Солнца — фиктивной точки, равномерно движущейся по экватору согласованно со сложным видимым перемещением подлинного Солнца по эклиптике. Обращение Почвы около Солнца определяет тропический год, величина которого, соответствующая периоду смены времён года, лежит в базе календаря.
Так как тропический год не содержит целого числа средних дней, то трансформацией величины год(365 либо 366 дней) получают того, дабы его средняя длительность за громадный временной отрезок равнялась бы длительности тропического года. В астрономии счёт времени ведётся конкретно в тропических годах, в годсо средней длительностью 365, 25 дней либо последовательным счётом дней (так называемый юлианский период).
Координаты небесных светил, приобретаемые из наблюдений, искажены в следствии действия последовательности факторов. В первую очередь сами координатные оси, которые связаны с осью вращения Почвы и направленные на точку весеннего равноденствия, не сохраняют постоянного направления, а вращаются благодаря нутации и прецессии. Из-за аберрации небесные светила видны на небесной сфере пара смещенными с тех мест, где они были бы при неподвижности Почвы.
Результаты наблюдений искажаются кроме этого благодаря рефракции; нужно учитывать при обработке наблюдений и влияние параллакса. Для освобождения замечаемых мест небесных светил от определения и перечисленных искажений их в одной для всех наблюдений совокупности координат (в качестве таковой совокупности выбирают координатную совокупность, связанную с положением оси вращения Почвы, и точки весеннего равноденствия в некий фиксированный момент, к примеру 1900.0 либо 1950.0; см.
Среднее место звезды) появляется необходимость в редукциях (введении поправок) координат светил, учитывающих влияние прецессии, нутации, аберрации, рефракции и параллакса. Особые редукционные размеры для учёта влияния прецессии, аберрации и нутации, и другие величины, нужные для обработки астрономических наблюдений, публикуются в астрономических ежегодниках.
нутация и Прецессия. Благодаря прецессии ось Почвы медлительно (с периодом около 26 000 лет) изменяет собственное направление, обрисовывая поверхность конуса. На это перемещение земной оси накладываются нутационные колебания (см. Нутация). Очень медлительно изменяет собственное положение в пространстве кроме этого и плоскость эклиптики, с чем связано перемещение точки весеннего равноденствия, служащей начальной точкой отсчёта в ряде совокупностей небесных координат.
В следствии изменяются координаты светил в экваториальной и эклиптической совокупностях небесных координат.
Аберрация. Видимые положения звёзд на небесной сфере отличаются от их подлинных положений благодаря аберрации света, происходящей в следствии того, что небесное светило и наблюдатель движутся относительно друг друга. Так, при наблюдениях звёзд принимается в расчёт перемещение наблюдателя благодаря обращения Почвы около Солнца (годичная аберрация) и благодаря её вращения (дневная аберрация).
При наблюдениях неестественных спутников Почвы вычисляют кроме этого аберрацию, обусловленную перемещением спутника около Почвы.
Параллакс. Потому, что наблюдатель перемещается в пространстве из-за обращения и вращения Земли её около Солнца, изменяются и направления на небесные светила. Для получения сравнимых размеров результаты наблюдений приводятся в первом случае (при наблюдении тел Нашей системы) к центру Почвы, а во втором случае (при наблюдении звёзд) — к центру Нашей системы, другими словами к Солнцу.
Величина параллактического смещения зависит от расстояния до небесного светила.
Рефракция. Благодаря преломления света небесных светил в земной воздухе светила кажутся смещенными в направлении зенита. Величина смещения зависит от показателя преломления воздуха (от температуры, давления и др.) и зенитного расстояния светила.
При наблюдениях родных небесных светил (особенно для неестественных спутников Почвы) принимают к сведенью кроме этого смещения благодаря рефракционного параллакса, обусловленные неодинаковым влиянием рефракции на небесные светила, находящиеся в одном направлении от земного наблюдателя, но на различных расстояниях от него.
Результаты наблюдений небесных светил смогут быть использованы для практических целей — определения географических координат, азимутов и времени, и для других целей и теоретических исследований — только по окончании освобождения их от влияния всех перечисленных искажающих факторов. Для вычисления соответствующих редукций пользуются так называемыми астрономическими постоянными, другими словами численными чертями обрисованных явлений.
Определение астрономических постоянных из данных астрономических наблюдений есть задачей, связывающей С. а. с небесной механикой и фундаментальной астрометрией, и с изучением строения Почвы. С. а. имеет широкое и яркое использование в практической астрономии. В предмет С. а. кроме этого входят вопросы, которые связаны с определением координат на поверхности тел Нашей системы, в частности на поверхности Луны, требующие учёта либрации Луны.
Последняя неприятность стала особенно актуальной с началом эры межпланетных перелётов и высадкой астронавтов на Луну. Помимо этого, в С. а. изучаются методы вычисления солнечных и лунных затмений, и вторых подобных явлений (покрытий звёзд Луной, прохождений планет по диску Солнца и т. п.).
Лит.: Блажко С. Н., Курс сферической астрономии, 2 изд., М., 1954; Редукционные вычисления в астрономии, в кн.: Астрономический ежегодник СССР на 1941 г., М.— Л., 1940 (Приложение, с. 379—432); Казаков С. А., Курс сферической астрономии, 2 изд., М.—Л., 1940; Куликов К. А., Курс сферической астрономии, М., 1969; Загребин Д. В., Введение в астрометрию, М.— Л., 1966; Newcomb S., A compendium of spherical astronomy…, N. Y.— L., 1906; Chauvenet W., A manual of spherical and practical astronomy…, 5 ed., v. 1, Phil., 1891.
Читать также:
Связанные статьи:
Сферические функции, особые функции, используемые для изучения физических явлений в пространственных областях, ограниченных сферическими поверхностями, и…
Параллакс (параллактическое смещение) в астрономии, видимое перемещение светил на небесной сфере, обусловленное перемещением наблюдателя в пространстве…
История астрономии
Люди не имели представления о правильном размере планет и их расстоянии в пространстве, а также о космических объектах в целом. Греки думали, что Атлант держал планету на своих плечах. Многие другие народы верили, что земля — это гигантская доска, плавающая в море.
Астрономия — вероятно, самая старая из всех существующих наука. На сегодняшний день доступны истоки астрономических знаний, что изучать астрономию стали еще около 6000 лет назад. Первые астрономические открытия относятся к периоду древнейших цивилизаций:
Но они были не единственными и не первыми. Недавние исследования показали, даже в Западной и Центральной Европе люди изучали основы астрономии уже за 4−2 тысячи лет до нашей эры.
В качестве примера можно вспомнить об астрологическом круге в Стоунхендже, Солсбери, на юге Англии. Другие астрологические структуры встречаются в большом количестве в Англии, Франции, Испании, Германии и Польше.
В чем состояли особенности астрономии в то время? Она была ориентирована на решение повседневных потребностей человека. Люди зарабатывали на жизнь фермерством и нуждались в прогнозе для сбора урожая. Ученые в то время наблюдали восходы, закаты и отслеживали взаимосвязи с Луной. Они искали предельные значения, когда солнце восходит и занимает самое высокое положение в небе. В течение месяца они искали похожие самые низкие и самые высокие позиции и отмечали эти точки камнями или каменными структурами. Появились такие понятия:
Уже за 3−2 тысячи лет до нашей эры цивилизации того времени очень точно знали продолжительность года. В Китае он был установлен на уровне 365,25 дня. Чтобы цифра была круглая, был установлен високосный год один раз в четыре года.
Начало греческой астрономии приходится на период с 7 по 6 ст. до н. э. Греки были первыми, кто создал понятие о космосе, то есть Вселенной. Они были первыми, кто определил пространство и все в нем. Было решено, что Земля является центром мира, а другие планеты вращаются вокруг. Такой подход называется геоцентризм.
Первым, кто сказал, что все вращается вокруг Земли, был греческий астроном и математик Птолемей. Эта теория сохранялась даже в Средние века, несмотря на несоответствия, которые некоторые астрономы уже измерили. Только в 15-м и 16-м веках возник вопрос о размерах и форме Земли. В то время некоторые астрономы уже высказали неправильные представления о том, что Земля является центром мира.
Только в 16 веке польский астроном и математик Николай Коперник (1473−1543) измерил движения небесных тел и высказал фундаментальную мысль, что Солнце является центром нашей системы созвездий. Так возник гелиоцентризм. Он дал три ключевые идеи:
Эта теория противоречила принятой, и именно этот астроном опередил время и высказал революционный взгляд на мир. Другие астрономы следили за его работой, но немногие достигли таких достижений в астрономии, кроме Исаака Ньютона и Альберта Эйнштейна.
Галилео Галилей (1564−1642) подтвердил взгляд Коперника при помощи своего нового телескопа. Он создал теорию движения планет, в которой также рассматривал движение Земли. Джордано Бруно предположил, что Солнце — одна из многих звезд во Вселенной.
В это время идеи мира, где Земля является центром Вселенной, были разрушены, и людям пришлось принять новую истину. Вселенная бесконечна, а Земля — лишь одна из многих планет, и она вращается вокруг Солнца.
Именно раздел гелиоцентризм является отцом современной физики и астрономии.
Определение законов Вселенной
Исаак Ньютон (1643−1727) смог определить окончательные математические формулы для общей теории гравитации. Он знал, что не было никакой разницы между силой, которая притягивала камень к Земле, и силой, которая удерживала Луну на ее орбите вокруг Земли. Он нашел основной закон гравитации, согласно которому любые два тела действуют друг на друга с силой, которая прямо пропорциональна произведению масс и обратно пропорциональна их квадрату расстояния.
Закон гравитации, наряду с тремя другими законами (принцип инерции, принцип ускорения и принцип действия и реакции), стал достаточной основой для объяснения и расчета всех движений во Вселенной. Таким образом, Вселенная полностью связана гравитацией.
Альберт Эйнштейн (1879−1955) смог изменить взгляд на мир физики. Следствием его теории относительности стало другое понимание принципа распространения света. Между 1905 и 1915 годами Альберт Эйнштейн написал специальную теорию, в которой он представил конечную скорость света и общую относительность гравитации, времени и пространства в больших измерениях.
Динамика современной науки
В 1929 году Эдвин Хаббл изучил далекую галактику и обнаружил доказательства расширения Вселенной. Тот факт, что объекты раздвигаются, говорит о том, что в прошлом объекты были очень близки друг к другу, что породило идеи о Большом взрыве, а также месте и времени, когда Вселенная была бесконечно мала и плотна. В начале 20-го века была создана квантовая теория поведения элементарных частиц.
С современных времен до настоящего времени астрономия чрезвычайно выросла, появилось множество новых задач, разделов и областей исследований.
Развитие других дисциплин было связано с развитием технологий и новыми ролями, отводимыми влиянию космоса. Например, радиоастрономия нашла свое применение в 1930-х годах, когда Карл Гуте Янский обнаружил радиоизлучение из центра нашей Галактики при исследовании источников шума, мешающих радиосвязи. Атмосфера Земли эффективно поглощает многие длины волн, поэтому гамма- и рентгеновские наблюдения могут заноситься в таблицы только с помощью стратосферных воздушных шаров, а значительное развитие произошло только с появлением космонавтики.
Еще более экзотичным является схема наблюдения за частицами, отличными от электромагнитного излучения. Предметом наблюдения нейтринной астрономии, как следует из названия, являются нейтрино. Используются методы и приемы из раздела ядерной физики, поскольку в космических лучах есть частицы, которые на много порядков превышают параметры, которых можно достичь при использовании традиционных ускорителей.
Космология изучает Вселенную в целом и особенно ее происхождение, текущее и будущее, составляет прогнозы и перспективы развития. Астробиология имеет дело с возможностями существования иной жизни во Вселенной. Звездная астрономия акцентируется на работе со звездами, включая Солнце, а галактическая — исследует структуру, компоненты и эволюцию галактик, включая нашу. Планетарные науки исследуют планеты в нашей солнечной системе. Метеорная астрономия занимается изучением движения и других свойств метеоров и метеоритов.
Можно ожидать, что современное поколение застанет новые ошеломляющие открытия, которые будут способны перевернуть традиционные общепринятые представления об устройстве мира.