В наблюдательной астрономии кульминацией называется прохождение небесного объекта (такого как Солнце , Луна , планета , звезда , созвездие или объект дальнего космоса ) через локальный меридиан наблюдателя . [1] Эти события также известны как транзиты меридиана , используются в хронометрировании и навигации и точно измеряются с помощью транзитного телескопа .
В течение каждого дня каждый небесный объект , по-видимому, движется по круговой траектории на небесной сфере из-за вращения Земли, создающего два момента, когда он пересекает меридиан. [2] [3] За исключением географических полюсов , любой небесный объект, проходящий через меридиан, имеет верхнюю кульминацию , когда он достигает своей наивысшей точки (момент, когда он ближе всего к зениту ), и почти двенадцать часов спустя за ним следует нижняя кульминация , когда он достигает своей самой низкой точки (ближайшей к надиру ). Время кульминации (когда объект достигает кульминации) часто используется для обозначения верхней кульминации. [2] [3] [4]
Высота объекта ( A ) в градусах в его верхней кульминации равна 90 минус широта наблюдателя ( L ) плюс склонение объекта ( δ ):
Три случая зависят от широты наблюдателя ( L ) и склонения ( δ ) небесного объекта : [ необходима ссылка ]
Третий случай применяется к объектам в части полного неба, равной косинусу широты (на экваторе он применяется ко всем объектам, поскольку небо вращается вокруг горизонтальной линии север-юг; на полюсах он не применяется ни к одному, поскольку небо вращается вокруг вертикальной линии). Первый и второй случаи применяются каждый к половине оставшегося неба. [ необходима цитата ]
Период между кульминацией и следующей — звездные сутки , которые составляют ровно 24 звездных часа и на 4 минуты меньше 24 обычных солнечных часов , в то время как период между верхней кульминацией и нижней составляет 12 звездных часов. Период между последовательными дневными (вращательными) кульминациями в основном зависит от собственного орбитального движения Земли , которое создает различную продолжительность между солнечными сутками (интервал между кульминациями Солнца) и звездными сутками (интервал между кульминациями любой опорной звезды ) или немного более точным, не затронутым прецессией , звездным днем . [5] Это приводит к тому, что кульминации происходят каждые солнечные сутки в разное время, и для повторения кульминации требуется звездный год (366,3 дня), год, который на один день длиннее солнечного года . Таким образом, только один раз в 366,3 солнечных дня кульминация повторяется в то же время солнечных суток, при этом повторяясь каждые звездные сутки. [6] Оставшиеся небольшие изменения в периоде кульминации от звездного года к звездному году, с другой стороны, в основном вызваны нутацией ( с циклом 18,6 лет), что приводит к более длительной временной шкале осевой прецессии Земли (с циклом 26 000 лет), [7] [8] в то время как апсидальная прецессия и другие механики оказывают гораздо меньшее влияние на звездное наблюдение, влияя на климат Земли через циклы Миланковича значительно больше. Хотя в таких временных масштабах сами звезды меняют положение, особенно те звезды, которые имеют, если смотреть из Солнечной системы , высокое собственное движение .
Звездный параллакс, по-видимому, является подобным движением, как и все эти видимые движения, но имеет только от неусредненных звездных суток до звездных суток небольшой эффект, возвращаясь к своему первоначальному видимому положению, завершая цикл на каждой орбите, с небольшим дополнительным длительным изменением положения из-за прецессий. Это явление возникает из-за изменения положения Земли на ее орбитальном пути.
Из тропиков и средних широт Солнце видно на небе в своей верхней кульминации (в солнечный полдень ) и невидимо (ниже горизонта) в своей нижней кульминации (в солнечную полночь ). При наблюдении из области внутри любого полярного круга вокруг зимнего солнцестояния этого полушария ( декабрьское солнцестояние в Арктике и июньское солнцестояние в Антарктике ), Солнце находится ниже горизонта в обеих своих кульминациях.
Предположим, что склонение Солнца составляет +20°, когда оно пересекает местный меридиан, тогда дополнительный угол 70° (от Солнца до полюса) прибавляется и вычитается из широты наблюдателя, чтобы найти высоты Солнца в верхней и нижней кульминациях соответственно. [ необходима цитата ]
Из большей части Северного полушария Полярная звезда (Северная звезда) и другие звезды созвездия Малой Медведицы вращаются против часовой стрелки вокруг северного небесного полюса и остаются видимыми в обеих кульминациях (пока небо ясное и достаточно темное). В Южном полушарии нет яркой полярной звезды, но созвездие Октанта вращается по часовой стрелке вокруг южного небесного полюса и остается видимым в обеих кульминациях. [9]
Любые астрономические объекты, которые всегда остаются выше местного горизонта, если смотреть с широты наблюдателя, описываются как циркумполярные . [ необходима цитата ] [9]