В наблюдательной астрономии кульминацией является прохождение небесного объекта (например , Солнца , Луны , планеты , звезды , созвездия или объекта дальнего космоса ) через местный меридиан наблюдателя . [1] Эти события были также известны как транзиты меридианов , использовались для измерения времени и навигации и точно измерялись с помощью транзитного телескопа .
В течение каждого дня каждый небесный объект движется по круговой траектории на небесной сфере из-за вращения Земли, создающего два момента, когда она пересекает меридиан. [2] [3] За исключением географических полюсов , любой небесный объект, проходящий через меридиан, имеет верхнюю кульминацию , когда он достигает своей высшей точки (момент, когда он находится ближе всего к зениту ), и почти двенадцать часов спустя, за ним следует более низкой кульминацией , когда она достигает своей низшей 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 : [ нужна ссылка ]
Третий случай применим к объектам в части всего неба, равной косинусу широты (на экваторе он применим ко всем объектам, поскольку небо вращается вокруг горизонтальной линии север-юг; на полюсах он не применяется ни к чему, потому что небо вращается вокруг вертикальной линии). Первый и второй случай применимы к половине оставшегося неба. [ нужна цитата ]
Период между кульминацией и последующими — сидерические сутки , равные ровно 24 сидерическим часам и на 4 минуты меньше, чем 24 обычных солнечных часа , тогда как период между верхней кульминацией и нижней — 12 сидерических часов. На период между последовательными изо дня в день (вращательными) кульминациями влияет главным образом собственное орбитальное движение Земли , которое приводит к разной продолжительности между солнечными сутками (интервалом между кульминациями Солнца) и сидерическими сутками (интервалом между кульминациями любой точки отсчета) . звезда ) или немного более точный звездный день , не подверженный прецессии . [5] Это приводит к тому, что кульминации происходят каждый солнечный день в разное время, и для повторения кульминации требуется сидерический год (366,3 дня), год, который на один день длиннее солнечного года . Следовательно, только один раз в 366,3 солнечных дня кульминация повторяется в одно и то же время солнечных суток, при этом повторяясь каждый звездный день. [6] Остальные небольшие изменения во времени кульминационного периода от сидерического года к сидерическому году, с другой стороны, в основном вызваны нутацией ( с циклом 18,6 лет), что приводит к более длительной осевой прецессии Земли (с 26 000-летним циклом). цикл), [7] [8] , в то время как апсидальная прецессия и другие механики оказывают гораздо меньшее влияние на сидерические наблюдения, значительно сильнее влияя на климат Земли через циклы Миланковича . Хотя в такие сроки сами звезды меняют положение, особенно те звезды, которые, если смотреть со стороны Солнечной системы , имеют высокое собственное движение .
Звездный параллакс выглядит таким же движением, как и все эти видимые движения, но имеет лишь небольшой эффект от неусредненного звездного дня к звездному дню, возвращаясь в исходное видимое положение, совершая цикл на каждом витке, с небольшим дополнительным длительным изменением положение из-за прецессии. Это явление является результатом изменения положения Земли на ее орбитальном пути.
Из тропиков и средних широт Солнце видно на небе в верхнюю кульминацию (в солнечный полдень ) и невидимо ( ниже горизонта) в нижнюю кульминацию (в солнечную полночь ). Если смотреть из региона 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 к полюсу) прибавляется и вычитается из широты наблюдателя , чтобы найти высоту Солнца в верхней и верхней точках. нижние кульминации соответственно. [ нужна цитата ]
С большей части Северного полушария Полярная звезда (Полярная звезда) и другие звезды созвездия Малой Медведицы вращаются против часовой стрелки вокруг северного полюса мира и остаются видимыми в обеих кульминациях (пока небо ясное и достаточно темное). В Южном полушарии нет яркой полярной звезды, но созвездие Октана вращается по часовой стрелке вокруг южного полюса мира и остается видимым в обеих кульминациях. [9]
Любые астрономические объекты, которые всегда остаются над местным горизонтом, если смотреть с широты наблюдателя, называются циркумполярными . [ нужна ссылка ] [9]