Экваториальная система координат не слишком сложна. Однако для людей, плохо знакомых с этим, это поначалу кажется довольно пугающим.
Есть ли простой способ объяснить это?
Система проецируется в небо
Представьте, что все звезды нарисованы внутри большого шара, а вы находитесь в центре шара. Воображаемый шар называется Небесной Сферой. Если бы Земля не загораживала нижнюю часть вашего обзора, а Солнце не делало голубое небо таким ярким, вы могли бы смотреть на звезды в любом направлении.
Во-первых, вращение Земли заставляет воображаемый звездный шар двигаться по небу. Если вы ляжете на спину (в северном полушарии) головой на север, звезды медленно скользят слева направо. Однако есть две точки, где кажется, что звезды не движутся: эти две точки находятся прямо над северным и южным полюсами Земли. Эти две точки, спроецированные в небо, называются Северным и Южным небесными полюсами.
Затем земной экватор проецируется на небо и обозначается как небесный экватор.
Наконец, определение положения восток-запад (то есть слева направо, если вы лежите на спине, головой на север) требует произвольного выбора: существует бесконечное количество кругов, которые можно вообразить, рисуя на небе. (Например, маленькие круги размером с луну, а также множество гораздо больших кругов.) Самый большой круг, который вы можете нарисовать, называется «большим кругом» из геометрии. Укажите на Северный небесный полюс (намного выше и позади вашей головы, если вы смотрите на юг в северном полушарии) и проведите линию прямо на юг до горизонта, затем вниз под вашими ногами через Южный небесный полюс и обратно на север. Небесный полюс. Вы только что начертили один Великий Круг через Небесные Полюса вокруг Небесной Сферы.
Но этот Великий Круг — лишь один из бесконечного множества подобных. Можно было бы начать с Северного небесного полюса и провести Большой круг немного левее или правее. Итак, астрономы выбрали один конкретный Большой круг и обозначили одну сторону этого круга как «ноль градусов» — или «мы начнем измерять углы отсюда».
Итак, как мы используем эту систему?
«прямое восхождение» измеряется вправо (слева направо, если вы смотрите на юг в северном полушарии) от нулевой половины выбранного большого круга. Таким образом, по прямому восхождению можно найти соответствующую половину большого круга. Для данного прямого восхождения у вас есть половина круга, выбранная от Северного небесного полюса до Южного небесного полюса. (Это называется линией равной долготы.)
«склонение» измеряется от небесного экватора. Небесный экватор пересекает середину вашей линии долготы. От небесного экватора это 90 ° к северу (+) до Северного небесного полюса и 90 ° к югу (-) до Южного небесного полюса. Таким образом, мы можем измерять от +90° (к северу) до -90° (к югу) вдоль этой линии долготы от небесного экватора. (Не путайте с «положительными склонениями»; 45° склонения находится к северу от небесного экватора.)
Обратите внимание, что система не зависит ни от того, где вы находитесь на Земле, ни от времени суток. Если у вас есть прямое восхождение и склонение, у вас есть однозначное место, указанное на небесной сфере. Система на самом деле очень проста, но необходимо также учитывать вращение (время суток) Земли и ваше географическое положение.
Что сейчас у меня над головой?
Лицом к югу (если вы находитесь в северном полушарии). Какова ваша географическая широта, как далеко вы находитесь на севере от земного экватора? Если вы находитесь на 40° северной широты, то небесное склонение 40° северной широты находится прямо над вашей головой. Склонение 50° находится на 10° дальше к северу прямо над вашей головой и т. д. Но для каждого склонения у вас есть круг точек на небе, которые имеют одинаковое склонение. Круг сосредоточен вокруг небесных полюсов. Когда Земля вращается, кажется, что она медленно вращается над головой. Примечание. Если вы находитесь на экваторе, этот круг — просто небесный экватор, и это большой круг. По мере приближения к любому из полюсов круг будет уменьшаться. Полюса, этот круг схлопывается в точку.
Прямое восхождение, вам просто нужно посмотреть вверх. Эта произвольно выбранная линия с нулевым градусом, кажется, вращается вокруг неба каждый день, как Земля вращается. Кроме того, в течение года орбита Земли вокруг Солнца делает дополнительный видимый поворот неба. (Что находится над головой в середине зимы, находится прямо под вашими ногами в середине лета!) Итак, есть смещение — какое прямое восхождение находится над головой в этот день в полночь и как далеко (в часах) мы сейчас от полуночи? Объединив эти два параметра, вы сможете вычислить прямое восхождение над головой в любое время и в любую дату.
(потенциальные редакторы: я намеренно не использовал аббревиатуры для NCP, RA и т. д., поскольку это усложняет изучение этого материала людьми).
Экваториальная система координат очень похожа на систему, используемую на глобусе или на картах. Чтобы указать точку на сфере или глобусе, вам нужно всего два числа. Это долготы и широты.
На земном шаре у вас есть долготы от -180º до +180º и широты от -90º до +90º. Южный полюс находится на -90º широты, северный полюс на +90º широты.
Небо использует ту же систему, спроецированную на воображаемую небесную сферу. Экватор неба находится в том же положении, что и экватор земли. Только спроецировано на (бесконечно большую) небесную сферу. Вы можете найти много очень красивых фотографий в Интернете.
Однако, поскольку Земля вращается, система координат неба также вращалась бы, если бы это была только синхронизированная проекция. Таким образом, у каждой звезды будет координата, зависящая от времени суток!
Чтобы решить эту проблему, экваториальная система координат фиксируется на точках равноденствия. Поскольку Земля наклонена, эклипита (то есть орбита Земли вокруг Солнца) имеет два пересечения с экватором неба. Это точки равноденствия. Солнце будет располагаться там в дни весны и осени, когда день и ночь равны по продолжительности. Эти точки на небесной сфере относительно фиксированы и хорошо подходят для определения системы координат.
Система координат неба не использует градусное обозначение как для долготы, так и для широты. Вместо этого мы используем термины «Прямая координата» (т.е. долгота), которая идет от 0 часов до 24 часов, подобно суткам на Земле. А другой — склонение (т.е. широта), которое изменяется от -90º до +90º. Это похоже на традиционную систему координат Земли.
Таким образом, каждой неподвижной звезде можно присвоить координату на небе, которая не зависит от времени суток или года. Например, звезда Сириус (α CMa) имеет следующие координаты:
RA 06 ч 45 м 08,9173 с Dec −16 ° 42 ′ 58,017 ″
Их можно запрограммировать в компьютеризированные крепления для телескопов, которые затем смогут найти и отследить звезду, когда она движется вместе с вращением Земли.
Это довольно упрощенное объяснение. Следует почитать об экваториальных монтировках для телескопов, которые очень изящно используют эту систему координат.
Самый простой способ представить себе экваториальные координаты — это провести линии широты/долготы (географическая система координат, которую мы обычно изучаем в школе) в космос. Земной экватор становится небесным экватором, а северный и южный полюса становятся небесным северным и южным полюсами соответственно. Делая это, вы получаете довольно простой способ описать положение объекта в пространстве.
Каждое местоположение описывается парой координат:
1) Склонение (dec), которое измеряется в градусах (-90 для южного небесного полюса, 0 для небесного экватора и +90 для северного небесного полюса). Частичные градусы обычно описываются в минутах (') и секундах (''). Думайте о склонении как о широте.
2) Прямое восхождение (RA), которое обычно измеряется в часах, минутах и секундах. Думайте об этом как о земной долготе, простирающейся в космос, тогда измерение ее в часах имеет немного больше смысла (часовые пояса). Вы могли бы так же легко измерить его и в градусах, где 1 час равен 15 градусам. RA измеряется от точки, где солнце пересекает небесный экватор в мартовское равноденствие (находится в Рыбах).