Небесний обрій. Небесна сфера її основних елементів: точки, лінії, площини
Лабораторна робота
« ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ НЕБЕСНОЇ СФЕРИ»
Мета роботи: Вивчення основних елементів та добового обертання небесної сфери на її моделі.
Посібники: модель небесної сфери (або небесна планісфера, що її замінює); чорний глобус; рухома карта зоряного неба.
Короткі теоретичні відомості:
Видимо положення небесних світил визначаються щодо основних елементів небесної сфери.
До основних елементів небесної сфери (рис. 1) відносяться:
Крапки зеніт Zі надир Z" , справжній чи математичний обрій NESWNвісь світу РР", полюси світу ( Р-північний та Р"- південний), небесний екватор QWQ" EQнебесний меридіан РZSР"Z"NР та точки перетину небесного меридіана та небесного екватора з істинним горизонтом, тобто точки півдня S, півночі N, сходу Ета заходу W.
Елементи небесної сфери можуть бути вивчені на її моделі (рис. 2), що складається з кількох кілець, що зображують основні кола небесної сфери. У кільці 1, що зображує небесний меридіан, жорстко укріплена вісь РР"- Вісь світу, навколо якої обертається небесна сфера. Кінцеві точки Рі Р"цієї осі лежать на небесному меридіані і репрезентують відповідно північний ( Р) та південний ( Р") полюси світу.
Металеве коло 8 зображує істинний або математичний обрій, який при роботі з моделлю небесної сфери повинен завжди встановлюватись у горизонтальному положенні. Вісь світу утворює з площиною істинного горизонту кут, що дорівнює географічній широтібіля місця спостереження і при встановленні моделі на задану географічну широту цей кут фіксується гвинтом 11 , після чого справжній горизонт 8 наводиться в горизонтальне положення поворотом кільця 1 (небесного меридіана), що закріплюється у підставці 9 затискачем 10 .
Навколо осі РР"(осі світу) вільно обертаються два скріплені між собою кільця 2 і 3 , Площини яких взаємно перпендикулярні. Ці кільця зображають кола відмінювання - великі кола, що проходять через полюси світу. Хоча на небесній сфері через полюси світу проходить безліч кіл відмінювання, на моделі небесної сфери виконано лише чотири кола відмінювання (у вигляді двох повних кілець), за якими можна уявити всю сферичну поверхню. Слід звернути увагу на ту обставину, що за коло відміни приймається не повне колоа лише її половина, укладена між полюсами світу. Таким чином, два кільця моделі зображують чотири кола відмінювання небесної сфери, що віддаляються один від одного на 90°; вони дозволяють демонструвати екваторіальні координати небесних світил.
Кільце 4 , площина якого перпендикулярна до осі світу, зображує небесний екватор. До нього під кутом 23 °, 5прикріплено кільце 5 , що представляє екліптику
Кільця, що зображають небесний меридіан 1 , небесний екватор 4 , екліптику 5 , кола відмінювання 2 і 3 та справжній горизонт 8 є великими колами небесної сфери - їх площини проходять через центр Oмоделі, у якому мислиться спостерігач.
Перпендикуляр до площини справжнього горизонту, відновлений із центру Oмоделі небесної сфери, що перетинає небесний меридіан у точках, званих зенітом Z(над головою спостерігача) та надиром Z" (Надир знаходиться під ногами спостерігача і прихований від нього земною поверхнею).
У зеніті, на небесному меридіані зміцнюється рухомий рейтер 12 , з дугою, що вільно обертається на ньому 13 , Площина якої також проходить через центр моделі небесної сфери. Дуга 13 зображує коло висоти (вертикал) та дозволяє демонструвати горизонтальні координати небесних світил.
Крім великих кіл на моделі небесної сфери показано два малі кола 6 і 7 -дві небесні паралелі, віддалені від небесного екватора на 23 °, 5. Інші небесні паралелі на моделі не показані. Площини небесних паралельні не проходять через центр небесної сфери, паралельні площині небесного екватора і перпендикулярні до осі світу.
До моделі небесної сфери прикладено дві насадки, одна-у вигляді кухоль, інша - у вигляді зірочки. Ці насадки служать для зображення небесних світил і можуть бути закріплені на будь-якому колі моделі небесної сфери.
Надалі всі елементи моделі небесної сфери називаються тими самими термінами, прийняті відповідних елементів небесної сфери.
Внаслідок рівномірного обертання Землі навколо своєї осі у напрямку із заходу на схід (або проти годинникової стрілки) спостерігачеві видається, що небесна сфера рівномірно обертається навколо осі світу РР"у зворотному напрямку, тобто за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на неї ззовні з боку північного полюса світу (або якщо спостерігач у центрі сфери звернений спиною до північного полюса світу, а обличчям на південь). За добу небесна сфера здійснює один оберт; це її здається обертання називається добовим. Напрямок добового обертання небесної сфери показано на рис. 1 стрілкою.
На моделі небесної сфери можна чітко усвідомити собі, що хоча небесна сфера обертається як єдине ціле, більшість її основних елементів у добовому обертанні сфери не бере участі, залишаючись нерухомими щодо спостерігача. Небесний екватор обертається у своїй площині разом із небесною сферою, ковзаючи у нерухомих точках сходу E та заходу W. У процесі добового обертання всі точки небесної сфери (крім нерухомих точок) двічі на добу перетинають небесний меридіан, один раз південну його половину (на південь від північного полюса світу, дуга РZSР"), інший раз - північну його половину (на північ від північного полюса світу, дуга РNZ" P" ). Ці проходження точок через небесний меридіан називаються, відповідно, верхньою та нижньою кульмінацією. Через зеніт Zі надир Z" проходять не всі, а лише певні точки небесної сфери, відмінювання δ яких (як це буде видно надалі) дорівнює географічній широті φ місця спостерігача (δ = φ). Точки небесної сфери, що знаходяться над істинним обрієм, видно спостерігачеві; напівсфера, що знаходиться під справжнім горизонтом, спостереженням недоступна (на рис. 1 вона позначена вертикальним штрихуванням).
Дуга NESістинного горизонту, над якою точки небесної сфери піднімаються, називається східною його половиною і простягається на 180 º від точки півночі Nчерез точку сходу Едо точки півдня S. Протилежна, західна половина SWNсправжнього горизонту, за яку заходять точки небесної сфери, також містить 180 º і також обмежена точками півдня Sта півночі Nале проходить через точку заходу W. Східну та західну половини справжнього горизонту не слід змішувати з його сторонами, які визначаються за основними його точками-точками сходу, півдня, заходу та півночі.
Слід звернути особливу увагуна те обставина, що небесна сфера ділиться на північну і південну півсфери небесним екватором, а чи не істинним горизонтом, з якого завжди знаходяться області обох півсфер, як північної, і південної. Величина цих областей залежить від географічної широти біля місця спостереження: чим ближче до північного полюса Землі знаходиться місце спостереження (чим більше його φ), тим менша область південної небесної півсфери доступна спостереженням, і тим більша область північної небесної півсфери водночас видно над істинним горизонтом (а південній півкулі Землі - навпаки).
Тривалість перебування точок небесної сфери протягом доби над істинним горизонтом (і під ним) залежить від співвідношення відмінювання цих точок з географічною широтою φ місця спостереження, а для певної φ -тільки від їх відмінювання δ. Оскільки небесний екватор і справжній обрій перетинаються в діаметрально протилежних точках, то будь-яка точка небесного екватора (δ = 0°) завжди півдоба знаходиться над істинним горизонтом і півдоба - під ним, незалежно від географічної широти біля місця спостереження (крім географічних полюсів Землі, φ = ± 90 °).
Для вивчення основних елементів небесної сфери можна за відсутності моделі скористатися небесною планісферою (планшет 10), яка, звичайно, не така наочна, як просторова модель, але все ж таки може дати правильне уявлення про основні елементи і добове обертання небесної сфери. Планісфера є ортогональною (прямокутною) проекцією небесної сфери на площину небесного меридіана і складається з кола SZNZ" , що зображує небесний меридіан через центр Проякого проведена прямовисна лінія ZZ" і слід площини справжнього горизонту NS. Крапки сходу Ета заходу Wпроектуються до центру планісфери. Градусні розподіли на небесному меридіані дають висоту hальмукантаратів (малих кіл, паралельних до справжнього горизонту), яка над істинним горизонтом вважається позитивною (h > 0°), а під ним - негативною (h< 0°).
Вісь світу РР", небесний екватор QQ" і небесні паралелі зображені в тій же проекції на кальці, на якій пунктиром зображені також два положення екліптики, що відповідають її найвищому ξξ") та нижчому (ξоξо) положення над істинним горизонтом. Градусна оцифровка на кальці дає кутову відстань небесних паралелей від небесного екватора, тобто їх відмінювання δ, яке вважається в північній небесній півсфері - позитивним (δ > 0°), а в південній небесній півсфері негативним (δ< 0°).
Наклавши кальку симетрично на коло небесного меридіана та повернувши її навколо загального центру Прона деякий кут 90 ° - φ, ми отримаємо вид небесної сфери (у проекції на площину небесного меридіана) на географічній широті φ. Тоді відразу стане зрозумілим розташування елементів небесної сфери щодо справжнього горизонту NSі щодо спостерігача, що у центрі Пронебесної сфери. Напрямок добового обертання небесної сфери навколо осі світу доводиться зображати стрілками вздовж небесного екватора та небесних паралелей.
Дуже корисно уявити відповідність елементів небесної сфери точкам і колам земної поверхні. Для наочності цієї відповідності найкраще уявити радіус небесної сфери як завгодно великим, але з нескінченним, оскільки у разі нескінченно великого радіусу ділянки сфери вироджуються в площину. При будь-якому великому радіусі небесної сфери спостерігач Про, що у певній точці земної поверхні, бачить небесну сферу як і, як із центру Землі З(Рис. 3), але зі збереженням колишнього напрямку на зеніт Z. Тоді стає зрозумілим, що прямовисна лінія OZє продовженням земного радіусу СОу місці спостереження (Земля приймається за кулю), вісь миру РР"ідентична земної осі обертання рр", полюси світу Рі Р"відповідають географічним полюсам Землі рі р", небесний екватор QQ" утворений на небесній сфері площиною земного екватора qq" , а небесний меридіан РZР"Z"Рутворений на небесній сфері площиною земного меридіана рОqр"q" pна якому знаходиться спостерігач Про. Площина ж істинного горизонту є дотичною до Землі в точці спостереження Про. Цим і пояснюється нерухомість небесного меридіана, зеніту, надиру та справжнього горизонту щодо спостерігача, які обертаються разом із ним навколо земної осі. Полюси світу Рі Р"також нерухомі щодо спостерігача, оскільки вони лежать на земній осі, яка не бере участі в добовому обертанні Землі. Будь-який земний паралелі kOз географічною широтою відповідає небесна паралель ДоZ. зі відмінюванням і δ = φ. Тому точки цієї небесної паралелі проходять через зеніт місця спостереження. Про.
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
Назва
Положення щодо спостерігача
Розташування щодо справжнього горизонту
3. На глобусі можуть бути зображені:
4. На рухомій карті зображено:
Розташування небесних паралелей щодо | Добовий рух небесних світил щодо |
|||
Небесний екватор | Справжнього горизонту | Небесний екватор | Справжнього горизонту |
|
Подібність | ||||
Відмінності |
7. Відповідність точок та кіл:
Креслення додається.
8. Три креслення додаються.
§ 48. Небесна сфера. Основні точки, лінії та кола на небесній сфері
Небесною сферою називають сферу будь-якого радіусу із центром у довільній точці простору. За її центр, залежно від постановки завдання, приймають очі спостерігача, центр інструменту, центр Землі тощо.Розглянемо основні точки та кола небесної сфери, за центр Про яку прийнято око спостерігача (рис. 72). Через центр небесної сфери проведемо вертикальну лінію. Точки перетину прямовисної лінії зі сферою називають зенітом Z та надиром п.
Мал. 72.
Площина, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно до прямовисної лінії, називають площиною справжнього горизонту.Ця площина, перетинаючи з небесної сферою, утворює коло великого кола, що називається справжнім горизонтом. Останній ділить небесну сферу на дві частини: надгоризонтну та підгоризонтну.
Пряму, що проходить через центр небесної сфери паралельно до земної осі, називають вісьмою світу. Точки перетину осі світу з небесною сферою називаються полюсами світу.Один з полюсів, відповідно до полюсів Землі, називають північним полюсом світу і позначають Pn, інший - південним полюсом світу Ps.
Площина QQ", що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно до осі світу, називають площиною небесного екватора.Ця площина, що перетинається з небесною сферою, утворює коло великого кола - небесний екватор,який ділить небесну сферу на північну та південну частини.
Велике коло небесної сфери, що проходить через полюси світу, зеніт та надир, називають меридіаном спостерігача PN nPsZ. Вісь світу ділить меридіан спостерігача на полуденну PN ZPs та північну PN nPs частини.
Меридіан спостерігача перетинається з істинним горизонтом у двох точках: точці півночі N та точці півдня S. Пряму, що з'єднує точки півночі та півдня, називають південної лінії.
Якщо з центру сфери дивитися в точку N, то справа буде точка сходу O st , а ліворуч - точка заходу W. Малі кола небесної сфери аа, паралельні площині істинного горизонту, називають альмукантарат;малі bb" паралельні площині небесного екватора, - небесні паралелі.
Кола небесної сфери Zon, що проходять через точки зеніту та надиру, називають вертикалами.Вертикал, що проходить через точки сходу та заходу, називають першим вертикалом.
Кола небесної сфери PNoPs, що проходять через полюси світу, називають колами відмінювання.
Меридіан спостерігача є одночасно вертикалом та колом відмінювання. Він ділить небесну сферу на дві частини – східну та західну.
Полюс світу, розташований над горизонтом (під горизонтом), називають підвищеним (зниженим) полюсом світу. Найменування підвищеного полюса світу завжди однойменно із найменуванням широти місця.
Вісь світу з площиною істинного горизонту становить кут, що дорівнює географічної широти місця.
Стан світил на небесній сфері визначають за допомогою сферичних координатних систем. У морській астрономії застосовуються горизонтна та екваторіальна системи координат.
2.1.1. Основні площини, лінії та точки небесної сфери
Небесною сферою називається уявна сфера довільного радіусу з центром у вибраній точці спостереження, на поверхні якої розташовані світила так, як вони видно на небі в певний момент часу з точки простору. Щоб правильно уявляти астрономічне явище, необхідно вважати радіус небесної сфери набагато більше радіуса Землі (R сф >> R Землі), тобто думати, що спостерігач знаходиться в центрі небесної сфери, причому одна і та ж точка небесної сфери (одна і та ж зірка) видно з різних місць земної поверхні за паралельними напрямками.
Під небесним склепінням чи небом зазвичай розуміють внутрішню поверхнюнебесної сфери, яку проектуються небесні тіла (світила). Для спостерігача на Землі вдень на небі видно Сонце, іноді Місяць ще рідше Венера. У безхмарну ніч видно зірки, Місяць, планети, іноді комети та інші тіла. Зірок, видимих неозброєним оком, близько 6000. Взаємне розташуваннязірок майже не змінюється через великі відстані до них. Небесні тіла, що відносяться до Сонячної системи, змінюють своє положення щодо зірок та одне одного, що визначається їх помітним кутовим та лінійним добовим та річним усуненням.
Небесне склепіння обертається як єдине ціле з усіма світилами, що знаходяться на ньому, біля уявної осі. Це обертання – добове. Якщо спостерігати добове обертання зірок у північній півкулі Землі та обличчям стояти до північного полюса, то обертання неба відбуватиметься проти годинникової стрілки.
Центр Про небесну сферу – точка спостереження. Пряма ZOZ", що збігається з напрямком нитки схилу в місці спостереження, називається вертикальною або вертикальною лінією. Вертикальна лінія перетинається з поверхнею небесної сфери в двох точках: в зеніті Z, над головою спостерігача, і в діаметрально протилежній точці Z" - надирі. Велике коло небесної сфери (SWNE), площина якого перпендикулярна до прямовисної лінії, називається математичним або справжнім горизонтом. Математичний горизонт – площина, що стосується поверхні Землі у точці спостереження. Мале коло небесної сфери (аМа"), що проходить через світило М, і площина якого паралельна площині математичного горизонту, називається альмукантаратом світила. Велике півколо небесної сфери ZMZ" називається кругом висоти, вертикальним кругом, або просто вертикалом світила.Діаметр РР, навколо якого відбувається обертання небесної сфери, називається віссю світу. у південному полюсі світу Р". Вісь світу нахилена до площини математичного горизонту під кутом, що дорівнює географічній широті точки спостереження φ. Велике коло небесної сфери QWQ"E, площина якого перпендикулярна до осі світу, називається небесним екватором. Мале коло небесної сфери (bМb"), площина якого паралельна площині небесного екватора, називається небесною або добовою паралеллю світила М. Велике півколо небесної сфери РМР* годинним колом або колом відмінювання світила.
Небесний екватор перетинається з математичним горизонтом у двох точках: у точці сходу Е та у точці заходу W. Кола висот, що проходять через точки сходу та заходу, називаються першими вертикалами – східним та західним.
Велике коло небесної сфери PZQSP"Z"Q"N, площина якого проходить через прямовисну лінію і вісь світу, називається небесним меридіаном. у точці півночі N та у точці півдня S. Небесний меридіан перетинається з небесним екватором також у двох точках: у верхній точці екватора Q, яка ближче до зеніту, та у нижній точці екватора Q”, яка ближче до надиру.
2.1.2. Світила, їхня класифікація, видимі рухи.
Зірки, Сонце та Місяць, планети
Для того, щоб орієнтуватися небом, яскраві зірки об'єднані в сузір'я. Усього сузір'їв на небі 88, з яких 56 видно для спостерігача, що у середніх широтах північної півкулі Землі. Усі сузір'я мають власні імена, пов'язані з назвами тварин (Велика Ведмедиця, Лев, Дракон), іменами героїв грецької міфології(Кассіопея, Андромеда, Персей) або назвами предметів, обриси яких нагадують (Північна Корона, Трикутник, Терези). Окремі зірки в сузір'ях позначаються літерами грецького алфавіту, а найяскравіші їх (близько 200) отримали «власні» імена. Наприклад, α Великого пса- "Сіріус", α Оріона - "Бетельгейзе", β Персея - "Алголь", α Малої Ведмедиці - "Полярна зірка", біля якої знаходиться точка північного полюса світу. Шляхи Сонця та Місяця на тлі зірок майже збігаються і приходять по дванадцяти сузір'ям, які отримали назви зодіакальних, оскільки більшість з них зветься тварин (від грец. «Зоон» - тварина). До них відносяться сузір'я Овна, Тельця, Близнюків, Раку, Лева, Діви, Терезів, Скорпіона, Стрільця, Козерога, Водолія та Риб. Траєкторія руху Марса по небесній сфері у 2003 році |
Ще в давнину були помічені 5 світил, схожих на зірки, але «блукають» сузір'ями. Вони були названі планетами – «блукаючими світилами». Пізніше були відкриті ще 2 планети та велика кількістьдрібніших небесних тіл(Карликових планет, астероїдів).
Планети більшу частину часу переміщуються по зодіакальним сузір'ям із заходу Схід (прямий рух), але частину часу – зі Сходу захід (попятний рух).
| Ваш браузер не підтримує відео tag. Рух зірок небесною сферою |
Небесна сфера - уявна сфера довільного радіусу, що використовується в астрономії для опису взаємних положень світил на небосхилі. Для простоти розрахунків її радіус приймають рівним одиниці; центр небесної сфери залежно від розв'язуваного завдання поєднують із зіницею спостерігача, із центром Землі, Місяця, Сонця чи взагалі з довільною точкою простору.
Уявлення про небесну сферу виникло в давнину. В основу його лягло зорове враження про існування кришталевого бані неба, на якому ніби укріплені зірки. Небесна сфера у виставі стародавніх народів була найважливішим елементомВсесвіту. З розвитком астрономії такий погляд на небесну сферу відпав. Проте закладена у давнину геометрія небесної сфери внаслідок розвитку та вдосконалення отримала сучасний вигляд, в якому для зручності різних розрахунківта використовується в астрометрії.
Розглянемо небесну сферу, як вона представляється Спостерігачеві в середніх широтах із Землі (рис. 1).
Дві прямі, положення яких може бути встановлене експериментально за допомогою фізичних та астрономічних інструментів, грають важливу рольщодо понять, що з небесної сферою.
Перша з них - прямовисна лінія; це пряма, що збігається у цій точці з напрямом дії сили тяжіння. Ця лінія, проведена через центр небесної сфери, перетинає її у двох діаметрально протилежних точках: верхня називається зенітом, нижня – надиром. Площина, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно вертикальній лінії, називається площиною математичного (або істинного) горизонту. Лінія перетину цієї площини з небесною сферою називається горизонтом.
Другий прямий служить вісь світу - пряма, що проходить через центр небесної сфери паралельно осі обертання Землі; навколо осі світу відбувається видиме добове обертання всього небосхилу.
Точки перетину осі світу з небесною сферою називаються Північним та Південним полюсами світу. Найбільш помітна із зірок поблизу Північного полюса світу – Полярна зірка. Яскравих зірокбіля Південного полюса світу нема.
Площина, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно до осі світу, називається площиною небесного екватора. Лінію перетину цієї площини з небесною сферою називають небесним екватором.
Нагадаємо, що коло, яке виходить при перетині небесної сфери площиною, що проходить через її центр, називається в математиці великим колом, а якщо площина не проходить через центр, то виходить мале коло. Горизонт і небесний екватор являють собою великі кола небесної сфери і поділяють її на дві рівні півкулі. Горизонт ділить небесну сферу на видиму та невидиму півкулі. Небесний екватор ділить її відповідно на Північну та Південну півкулі.
При добовому обертанні небосхилу світила обертаються навколо осі світу, описуючи на небесній сфері малі кола, які називаються добовими паралелями; світила, віддалені від полюсів світу на 90°, рухаються вздовж великого кола небесної сфери – небесного екватора.
Визначивши стрімку лінію і вісь світу, неважко дати визначення решті всіх площин і кіл небесної сфери.
Площина, що проходить через центр небесної сфери, в якій одночасно лежать і прямовисна лінія, і вісь світу, називається площиною небесного меридіана. Велике коло від перетину цією площиною небесної сфери називають небесним меридіаном. Та з точок перетину небесного меридіана з горизонтом, що знаходиться ближче до Північного полюса світу, називається точкою півночі; діаметрально протилежна – точкою півдня. Пряма, що проходить через ці точки, є південна лінія.
Точки горизонту, що віддаляються на 90° від точок півночі та півдня, називаються точками сходу та заходу. Ці чотири точки називають головними точками горизонту.
Площини, що проходять через вертикальну лінію, перетинають небесну сферу великими колами і називаються вертикалами. Небесний меридіан є одним із вертикалів. Вертикал, що перпендикулярний меридіану і проходить через точки сходу і заходу, називають першим вертикалом.
За визначенням три основні площини – математичного горизонту, небесного меридіана та першого вертикалу – взаємно перпендикулярні. Площина небесного екватора перпендикулярна лише площині небесного меридіана, утворюючи з площиною горизонту. двогранний кут. На географічних полюсах Землі площина небесного екватора збігається з площиною горизонту, але в екваторі Землі стає їй перпендикулярною. У першому випадку, на географічних полюсах Землі, вісь світу збігається з вертикальною лінією і за небесний меридіан може бути прийнятий будь-який з вертикалів залежно від умов завдання. У другому випадку, на екваторі, вісь світу лежить у площині горизонту та збігається з полуденною лінією; Північний полюс світу у своїй збігається з точкою півночі, а Південний полюссвіту – з точкою півдня (див. рис.).
При використанні небесної сфери, центр якої поєднується з центром Землі або будь-якою іншою точкою простору, також виникає низка особливостей, проте принцип введення основних понять – горизонт, небесний меридіан, перший вертикал, небесний екватор тощо – залишається незмінним.
Основні площини та кола небесної сфери використовуються при введенні горизонтальних, екваторіальних та екліптичних небесних координат, а також при описі особливостей видимого добового обертання світил.
Велике коло, яке утворюється при перетині небесної сфери площиною, що проходить через її центр і паралельною площиною земної орбітиназивається екліптикою. За екліптикою відбувається видимий річний рух Сонця. Точка перетину екліптики з небесним екватором, у якій Сонце переходить із Південної півкулі небесної сфери до Північної, називають точкою весняного рівнодення. Протилежна точка небесної сфери називається точкою осіннього рівнодення. Пряма, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно площині екліптики, перетинає сферу у двох полюсах екліптики: Північному полюсі – у Північній півкулі та Південному – у Південній півкулі.
Небесна сфера - уявна сфера довільного радіусу, що використовується в астрономії для опису взаємних положень світил на небосхилі. Для простоти розрахунків її радіус приймають рівним одиниці; центр небесної сфери залежно від розв'язуваного завдання поєднують із зіницею спостерігача, із центром Землі, Місяця, Сонця чи взагалі з довільною точкою простору.
Уявлення про небесну сферу виникло в давнину. В основу його лягло зорове враження про існування кришталевого бані неба, на якому ніби укріплені зірки. Небесна сфера у поданні стародавніх народів була найважливішим елементом Всесвіту. З розвитком астрономії такий погляд на небесну сферу відпав. Однак закладена в давнину геометрія небесної сфери в результаті розвитку та вдосконалення набула сучасного вигляду, в якому для зручності різних розрахунків і використовується в астрометрії.
Розглянемо небесну сферу, як вона представляється Спостерігачеві в середніх широтах із Землі (рис. 1).
Дві прямі, становище яких можна встановити експериментально з допомогою фізичних і астрономічних інструментів, грають значної ролі щодо понять, що з небесної сферою. Перша з них - прямовисна лінія; це пряма, що збігається у цій точці з напрямом дії сили тяжіння. Ця лінія, проведена через центр небесної сфери, перетинає її у двох діаметрально протилежних точках: верхня називається зенітом, нижня – надиром. Площина, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно вертикальній лінії, називається площиною математичного (або істинного) горизонту. Лінія перетину цієї площини з небесною сферою називається горизонтом.
Другий прямий служить вісь світу - пряма, що проходить через центр небесної сфери паралельно осі обертання Землі; навколо осі світу відбувається видиме добове обертання всього небосхилу. Точки перетину осі світу з небесною сферою називаються Північним та Південним полюсами світу. Найбільш помітна із зірок поблизу Північного полюса світу – Полярна зірка. Яскравих зірок біля Південного полюса світу нема.
Площина, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно до осі світу, називається площиною небесного екватора. Лінію перетину цієї площини з небесною сферою називають небесним екватором.
Нагадаємо, що коло, яке виходить при перетині небесної сфери площиною, що проходить через її центр, називається в математиці великим колом, а якщо площина не проходить через центр, то виходить мале коло. Горизонт і небесний екватор являють собою великі кола небесної сфери і поділяють її на дві рівні півкулі. Горизонт ділить небесну сферу на видиму та невидиму півкулі. Небесний екватор ділить її відповідно на Північну та Південну півкулі.
При добовому обертанні небосхилу світила обертаються навколо осі світу, описуючи на небесній сфері малі кола, які називаються добовими паралелями; світила, віддалені від полюсів світу на 90°, рухаються вздовж великого кола небесної сфери – небесного екватора.
Визначивши стрімку лінію і вісь світу, неважко дати визначення решті всіх площин і кіл небесної сфери.
Площина, що проходить через центр небесної сфери, в якій одночасно лежать і прямовисна лінія, і вісь світу, називається площиною небесного меридіана. Велике коло від перетину цією площиною небесної сфери називають небесним меридіаном. Та з точок перетину небесного меридіана з горизонтом, що знаходиться ближче до Північного полюса світу, називається точкою півночі; діаметрально протилежна – точкою півдня. Пряма, що проходить через ці точки, є південна лінія.
Точки горизонту, що віддаляються на 90° від точок півночі та півдня, називаються точками сходу та заходу. Ці чотири точки називають головними точками горизонту.
Площини, що проходять через вертикальну лінію, перетинають небесну сферу великими колами і називаються вертикалами. Небесний меридіан є одним із вертикалів. Вертикал, що перпендикулярний меридіану і проходить через точки сходу і заходу, називають першим вертикалом.
За визначенням три основні площини – математичного горизонту, небесного меридіана та першого вертикалу – взаємно перпендикулярні. Площина небесного екватора перпендикулярна лише площині небесного меридіана, утворюючи з площиною горизонту двогранний кут. На географічних полюсах Землі площина небесного екватора збігається з площиною горизонту, але в екваторі Землі стає їй перпендикулярною. У першому випадку, на географічних полюсах Землі, вісь світу збігається з вертикальною лінією і за небесний меридіан може бути прийнятий будь-який з вертикалів залежно від умов завдання. У другому випадку, на екваторі, вісь світу лежить у площині горизонту та збігається з полуденною лінією; Північний полюс світу у своїй збігається з точкою півночі, а Південний полюс світу - з точкою півдня (див. рис.).
При використанні небесної сфери, центр якої поєднується з центром Землі або будь-якою іншою точкою простору, також виникає низка особливостей, проте принцип введення основних понять – горизонт, небесний меридіан, перший вертикал, небесний екватор тощо – залишається незмінним.
Основні площини та кола небесної сфери використовуються при введенні горизонтальних, екваторіальних та екліптичних небесних координат, а також при описі особливостей видимого добового обертання світил.
Велике коло, що утворюється при перетині небесної сфери площиною, що проходить через її центр і паралельна площині земної орбіти, називається екліптикою. За екліптикою відбувається видимий річний рух Сонця. Точка перетину екліптики з небесним екватором, у якій Сонце переходить із Південної півкулі небесної сфери до Північної, називають точкою весняного рівнодення. Протилежна точка небесної сфери називається точкою осіннього рівнодення. Пряма, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно площині екліптики, перетинає сферу у двох полюсах екліптики: Північному полюсі – у Північній півкулі та Південному – у Південній півкулі.
