Эклиптика или плоскость эклиптики — это орбитальная плоскость Земли вокруг Солнца . [1] [2] [а] С точки зрения наблюдателя на Земле движение Солнца вокруг небесной сферы в течение года прослеживает путь по эклиптике на фоне звезд . [3] Эклиптика является важной опорной плоскостью и основой эклиптической системы координат .
Эклиптика – это видимый путь Солнца в течение года . [4]
Поскольку Земле требуется один год, чтобы совершить оборот вокруг Солнца, кажущемуся положению Солнца требуется один год, чтобы совершить полный оборот вокруг эклиптики. Поскольку в году чуть больше 365 дней, Солнце каждый день перемещается чуть менее чем на 1° к востоку [5] . Эта небольшая разница в положении Солнца относительно звезд приводит к тому, что любая конкретная точка на поверхности Земли догоняет Солнце (и становится прямо к северу или югу от него) каждый день примерно на четыре минуты позже, чем это было бы, если бы Земля не вращалась по орбите; Таким образом, день на Земле длится 24 часа, а не звездные сутки продолжительностью примерно 23 часа 56 минут . Опять же, это упрощение, основанное на гипотетической Земле, которая вращается вокруг Солнца с одинаковой скоростью. Фактическая скорость, с которой Земля вращается вокруг Солнца, незначительно меняется в течение года, поэтому скорость, с которой Солнце движется по эклиптике, также меняется. Например, Солнце находится к северу от небесного экватора примерно 185 дней в году и к югу от него примерно 180 дней. [6] Изменение орбитальной скорости является частью уравнения времени . [7]
Из-за движения Земли вокруг центра масс Земля-Луна видимая траектория Солнца слегка колеблется с периодом около одного месяца . Из-за дальнейших возмущений со стороны других планет Солнечной системы барицентр Земля-Луна слегка колеблется вокруг среднего положения сложным образом.
Поскольку ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости ее орбиты , экваториальная плоскость Земли не копланарна плоскости эклиптики, а наклонена к ней на угол около 23,4°, который известен как наклон эклиптики . [8] Если экватор проецируется наружу на небесную сферу , образуя небесный экватор , он пересекает эклиптику в двух точках, известных как точки равноденствия . Солнце в своем видимом движении по эклиптике пересекает в этих точках небесный экватор, одну с юга на север, другую с севера на юг. [5] Пересечение с юга на север известно как точка весеннего равноденствия , также известная как первая точка Овна и восходящий узел эклиптики на небесном экваторе. [9] Пересечение с севера на юг – это точка осеннего равноденствия или нисходящий узел .
Ориентация оси Земли и экватора не фиксирована в пространстве, а вращается вокруг полюсов эклиптики с периодом около 26 000 лет, этот процесс известен как лунно-солнечная прецессия , поскольку он обусловлен главным образом гравитационным воздействием Луны и Солнца . на экваториальной выпуклости Земли . Аналогично, сама эклиптика не является фиксированной. Гравитационные возмущения других тел Солнечной системы вызывают гораздо меньшее движение плоскости земной орбиты и, следовательно, эклиптики, известное как планетарная прецессия . Совместное действие этих двух движений называется общей прецессией и меняет положение точек равноденствия примерно на 50 угловых секунд (около 0,014°) в год. [10]
Еще раз, это упрощение. Периодические движения Луны и кажущиеся периодические движения Солнца ( собственно Земли на ее орбите) вызывают кратковременные малоамплитудные периодические колебания земной оси и, следовательно, небесного экватора, известные как нутация . [11] Это добавляет периодический компонент к положению равноденствий; положения небесного экватора и (весеннего) равноденствия с полностью обновленными прецессией и нутацией называются истинным экватором и равноденствием ; положения без нутации — это средний экватор и равноденствие . [12]
Наклон эклиптики — это термин, используемый астрономами для обозначения наклона экватора Земли по отношению к эклиптике или оси вращения Земли к перпендикуляру к эклиптике. Он составляет около 23,4° и в настоящее время уменьшается на 0,013 градуса (47 угловых секунд) за сто лет из-за планетарных возмущений. [13]
Угловое значение наклона определяется путем наблюдения за движением Земли и других планет на протяжении многих лет. Астрономы создают новые фундаментальные эфемериды по мере повышения точности наблюдений и улучшения понимания динамики , и на основе этих эфемерид получают различные астрономические значения, включая наклон.
До 1983 года наклон для любой даты рассчитывался на основе работы Ньюкомба , который анализировал положения планет примерно до 1895 года:
ε = 23°27′08,26″ − 46,845″ Т − 0,0059″ Т 2 + 0,00181″ Т 3
где ε — наклон, а T — тропические столетия от B1900.0 до рассматриваемой даты. [15]
С 1984 года серия компьютерных эфемерид DE Лаборатории реактивного движения стала фундаментальной эфемеридой Астрономического альманаха . Наклон на основе DE200, который анализировал наблюдения с 1911 по 1979 год, был рассчитан:
ε = 23°26′21,45″ - 46,815″ Т - 0,0006″ Т 2 + 0,00181″ Т 3
где далее T — юлианские века от J2000.0 . [16]
Фундаментальные эфемериды JPL постоянно обновляются. В Астрономическом альманахе за 2010 год указано: [17]
ε = 23°26′21,406″ − 46,836769″ Т − 0,0001831″ Т 2 + 0,00200340″ Т 3 − 0,576×10 −6 ″ Т 4 − 4,34×10 −8 ″ Т 5
Эти выражения для наклона предназначены для высокой точности в течение относительно короткого периода времени, возможно, нескольких столетий. [18] Дж. Ласкар вычислил выражение порядка T 10 хорошо до 0,04″ /1000 лет в течение 10 000 лет. [14]
Все эти выражения относятся к среднему наклону, то есть без учета нутации экватора. Истинное или мгновенное отклонение включает нутацию . [19]
Большинство крупных тел Солнечной системы вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости. Вероятно, это связано с тем, как Солнечная система сформировалась из протопланетного диска . Вероятно, самое близкое современное представление диска известно как неизменная плоскость Солнечной системы . Орбита Земли, а следовательно, и эклиптика, наклонена к неизменной плоскости чуть более чем на 1°, орбита Юпитера находится в пределах чуть более ½° от нее, а все остальные большие планеты — в пределах примерно 6°. Из-за этого большинство тел Солнечной системы кажутся на небе очень близко к эклиптике.
Неизменная плоскость определяется угловым моментом всей Солнечной системы, по сути, векторной суммой всех орбитальных и вращательных угловых моментов всех тел системы; более 60% от общего количества приходится на орбиту Юпитера. [20] Эта сумма требует точного знания каждого объекта в системе, что делает ее несколько неопределенным значением. Из-за неопределенности относительно точного местоположения неизменной плоскости и поскольку эклиптика хорошо определяется видимым движением Солнца, эклиптика используется в качестве базовой плоскости Солнечной системы как для точности, так и для удобства. Единственный недостаток использования эклиптики вместо неизменной плоскости заключается в том, что в геологических масштабах времени она будет двигаться относительно фиксированных опорных точек на отдаленном фоне неба. [21] [22]
Эклиптика образует одну из двух основных плоскостей , используемых в качестве ориентира для определения положения на небесной сфере, другая — небесный экватор . Перпендикулярно эклиптике расположены полюса эклиптики , причем северный полюс эклиптики является полюсом к северу от экватора. Из двух фундаментальных плоскостей эклиптика ближе к неподвижной на фоне звезд, ее движение из-за планетарной прецессии составляет примерно 1/100 движения небесного экватора. [23]
Сферические координаты , известные как эклиптическая долгота и широта или небесная долгота и широта, используются для указания положения тел на небесной сфере относительно эклиптики. Долгота измеряется в положительном направлении на восток [5] от 0° до 360° вдоль эклиптики от точки весеннего равноденствия, в том же направлении, в котором движется Солнце. Широта измеряется перпендикулярно эклиптике до +90 ° к северу или -90 ° к югу от полюсов эклиптики, причем сама эклиптика имеет широту 0 °. Для полного сферического положения также необходим параметр расстояния. Для разных объектов используются разные единицы расстояния. В пределах Солнечной системы используются астрономические единицы , а для объектов вблизи Земли — радиусы Земли или километры . Иногда также используется соответствующая правосторонняя прямоугольная система координат ; ось x направлена к точке весеннего равноденствия, ось y на 90° к востоку, ось z к северному полюсу эклиптики; астрономическая единица – это единица измерения. Символы эклиптических координат несколько стандартизированы; см. таблицу. [24]
Координаты эклиптики удобны для указания положения объектов Солнечной системы, поскольку орбиты большинства планет имеют небольшой наклон к эклиптике и поэтому всегда кажутся относительно близкими к ней на небе. Поскольку орбита Земли и, следовательно, эклиптика движется очень мало, она является относительно фиксированной точкой отсчета по отношению к звездам.
Из-за прецессионного движения точки равноденствия эклиптические координаты объектов на небесной сфере непрерывно изменяются. Указание положения в эклиптических координатах требует указания конкретного равноденствия, то есть равноденствия определенной даты, известной как эпоха ; координаты относятся к направлению равноденствия в эту дату. Например, в Астрономическом альманахе [27] гелиоцентрическое положение Марса в 0 часов земного времени , 4 января 2010 г., указано как: долгота 118°09′15,8″, широта +1°43′16,7″, истинное гелиоцентрическое расстояние 1,6302454 а.е., среднее равноденствие. и эклиптика даты. Здесь указано среднее равноденствие 4 января 2010 г. в 0 часов TT, как указано выше, без добавления нутации.
Поскольку орбита Луны наклонена к эклиптике всего на 5,145°, а Солнце всегда находится очень близко к эклиптике, затмения всегда происходят на ней или рядом с ней. Из-за наклона орбиты Луны затмения происходят не при каждом соединении и противостоянии Солнца и Луны, а только тогда, когда Луна находится рядом с восходящим или нисходящим узлом и одновременно находится в соединении ( новом ) или противостоянии ( полный ). Эклиптика названа так потому, что древние заметили, что затмения происходят только тогда, когда ее пересекает Луна. [28]
Точные моменты равноденствий и солнцестояний — это времена, когда видимая эклиптическая долгота (включая эффекты аберрации и нутации ) Солнца составляет 0 °, 90 °, 180 ° и 270 °. Из-за возмущений орбиты Земли и аномалий календаря даты их не фиксированы. [29]
В настоящее время эклиптика проходит через следующие созвездия :
Созвездия Кита и Ориона не находятся на эклиптике, но находятся достаточно близко, чтобы в них изредка могли появляться Луна и планеты. [31]
Эклиптика образует центр зодиака , небесный пояс шириной около 20° по широте, через который всегда движутся Солнце, Луна и планеты. [32] Традиционно этот регион делится на 12 знаков по 30° долготы, каждый из которых приблизительно соответствует движению Солнца за один месяц. [33] В древние времена знаки примерно соответствовали 12 созвездиям, расположенным по обе стороны эклиптики. [34] Эти знаки иногда до сих пор используются в современной терминологии. « Первая точка Овна » была названа, когда Солнце в день мартовского равноденствия фактически находилось в созвездии Овна ; с тех пор он переместился в Рыбы из-за прецессии равноденствий . [35]
астрология.
