stringtranslate.com

Эклиптика

Если смотреть с вращающейся вокруг Земли Земли , то Солнце , по-видимому, движется относительно неподвижных звезд , а эклиптика — это годовой путь, по которому Солнце движется по небесной сфере . Этот процесс повторяется в цикле, длящемся чуть более 365 дней .

Эклиптика или плоскость эклиптики — это плоскость орбиты Земли вокруг Солнца . [1] [ 2] [a] С точки зрения наблюдателя на Земле движение Солнца по небесной сфере в течение года описывает путь вдоль эклиптики на фоне звезд . [3] Эклиптика является важной плоскостью отсчета и является основой эклиптической системы координат .

Видимое движение Солнца

Эклиптика — это видимый путь Солнца в течение года . [ 4]

Поскольку Земля совершает полный оборот вокруг Солнца за год, видимое положение Солнца совершает полный оборот по эклиптике за год. При чуть большем количестве дней в году, Солнце перемещается на восток [5] чуть меньше, чем на 1° каждый день. Эта небольшая разница в положении Солнца относительно звезд приводит к тому, что любая конкретная точка на поверхности Земли догоняет (и становится прямо к северу или к югу от) Солнце примерно на четыре минуты позже каждый день, чем если бы Земля не вращалась; таким образом, день на Земле длится 24 часа, а не примерно 23 часа 56 минут, как звездные сутки . Опять же, это упрощение, основанное на гипотетической Земле, которая вращается вокруг Солнца с постоянной скоростью. Фактическая скорость, с которой Земля вращается вокруг Солнца, немного меняется в течение года, поэтому скорость, с которой Солнце, по-видимому, движется вдоль эклиптики, также меняется. Например, Солнце находится к северу от небесного экватора около 185 дней в году и к югу от него около 180 дней. [6] Изменение орбитальной скорости объясняет часть уравнения времени . [7]

Из-за движения Земли вокруг центра масс Земля-Луна видимый путь Солнца слегка колеблется с периодом около одного месяца . Из-за дальнейших возмущений со стороны других планет Солнечной системы барицентр Земли-Луны слегка колеблется вокруг среднего положения сложным образом.

Связь с небесным экватором

Плоскость орбиты Земли , спроецированная во всех направлениях, образует плоскость отсчета , известную как эклиптика. Здесь она показана спроецированной наружу (серым цветом) на небесную сферу вместе с экватором Земли и полярной осью (зеленым цветом). Плоскость эклиптики пересекает небесную сферу по большому кругу (черному), тому же кругу, по которому, как кажется, движется Солнце, когда Земля вращается вокруг него. Пересечения эклиптики и экватора на небесной сфере являются равноденствиями ( красным цветом), где Солнце, как кажется, пересекает небесный экватор.

Поскольку ось вращения Земли не перпендикулярна ее орбитальной плоскости , экваториальная плоскость Земли не компланарна плоскости эклиптики, а наклонена к ней под углом около 23,4°, который известен как наклон эклиптики . [8] Если экватор спроецировать наружу на небесную сферу , образуя небесный экватор , он пересекает эклиптику в двух точках, известных как равноденствия . Солнце, в своем видимом движении по эклиптике, пересекает небесный экватор в этих точках, одна с юга на север, другая с севера на юг. [5] Пересечение с юга на север известно как мартовское равноденствие , также известное как первая точка Овна и восходящий узел эклиптики на небесном экваторе. [9] Пересечение с севера на юг является сентябрьским равноденствием или нисходящим узлом .

Ориентация земной оси и экватора не фиксирована в пространстве, а вращается вокруг полюсов эклиптики с периодом около 26 000 лет, процесс, известный как лунно-солнечная прецессия , поскольку он обусловлен в основном гравитационным воздействием Луны и Солнца на экваториальную выпуклость Земли . Аналогично, сама эклиптика не фиксирована. Гравитационные возмущения других тел Солнечной системы вызывают гораздо меньшее движение плоскости орбиты Земли и, следовательно, эклиптики, известное как планетарная прецессия . Совместное действие этих двух движений называется общей прецессией и изменяет положение равноденствий примерно на 50 угловых секунд (около 0,014°) в год. [10]

Опять же, это упрощение. Периодические движения Луны и кажущиеся периодические движения Солнца ( фактически Земли по своей орбите) вызывают кратковременные малоамплитудные периодические колебания земной оси, а следовательно, и небесного экватора, известные как нутация . [11] Это добавляет периодическую составляющую к положению равноденствий; положения небесного экватора и (мартовского) равноденствия с полностью обновленными прецессией и нутацией называются истинным экватором и равноденствием ; положения без нутации являются средним экватором и равноденствием . [12]

Наклон эклиптики

Наклон эклиптики — 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 движениями Земли и других планет в течение многих лет. Астрономы создают новые фундаментальные эфемериды по мере повышения точности наблюдений и понимания динамики , и из этих эфемерид выводятся различные астрономические значения, включая наклон.

Наклон эклиптики за 20 000 лет, по Ласкару (1986). [14] Обратите внимание, что наклон меняется только от 24,2° до 22,5° в течение этого времени. Красная точка представляет 2000 год.

До 1983 года наклонение для любой даты рассчитывалось на основе работы Ньюкомба , который анализировал положения планет примерно до 1895 года:

ε = 23°27′08.26″ − 46.845″ T − 0.0059″ T 2 + 0.00181″ T 3

где ε – наклон, а T – тропические столетия от B1900.0 до рассматриваемой даты. [15]

С 1984 года серия DE компьютерных эфемерид Лаборатории реактивного движения стала основой Астрономического альманаха . Наклон на основе DE200, анализировавшей наблюдения с 1911 по 1979 год, был рассчитан:

ε = 23°26′21,45″ − 46,815″ T − 0,0006″ T 2 + 0,00181″ T 3

где далее T — юлианские столетия от J2000.0 . [16]

Фундаментальные эфемериды JPL постоянно обновляются. В Астрономическом альманахе за 2010 год указано: [17]

ε = 23°26′21,406″ − 46,836769″ T − 0,0001831″ T 2 + 0,00200340″ T 3 − 0,576×10 −6 ″ T 4 − 4,34×10 −8 ″ T 5

Эти выражения для наклона предназначены для высокой точности в течение относительно короткого промежутка времени, возможно, нескольких столетий. [18] Дж. Ласкар вычислил выражение для упорядочения T 10 до 0,04″ /1000 лет за 10 000 лет. [14]

Все эти выражения относятся к среднему наклону, то есть без учета нутации экватора. Истинный или мгновенный наклон включает нутацию. [19]

Плоскость Солнечной системы

Большинство основных тел Солнечной системы вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости. Вероятно, это связано с тем, как Солнечная система образовалась из протопланетного диска . Вероятно, наиболее близким современным представлением диска является неизменная плоскость Солнечной системы . Орбита Земли, а следовательно, и эклиптика, наклонена немного больше, чем на 1° к неизменной плоскости, орбита Юпитера находится в пределах немного больше, чем ½° от нее, а все остальные основные планеты находятся в пределах примерно 6°. Из-за этого большинство тел Солнечной системы кажутся очень близкими к эклиптике на небе.

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 потому что эклиптика хорошо определяется видимым движением Солнца, эклиптика используется в качестве опорной 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 далеком фоне неба. [21] [22]

Небесная плоскость отсчета

Видимое движение Солнца вдоль эклиптики (красный), как видно на внутренней стороне небесной сферы . Эклиптические координаты показаны (красный). Небесный экватор (синий) и экваториальные координаты (синие), будучи наклоненными к эклиптике, кажутся колеблющимися по мере продвижения Солнца.

Эклиптика образует одну из двух фундаментальных плоскостей, используемых в качестве опорных для положений на небесной сфере, другая — небесный экватор . Перпендикулярно эклиптике расположены эклиптические полюса , северный эклиптический полюс — это полюс к северу от экватора. Из двух фундаментальных плоскостей эклиптика ближе к неподвижности на фоне звезд, ее движение из-за планетарной прецессии составляет примерно 1/100 от движения небесного экватора. [23]

Сферические координаты , известные как эклиптическая долгота и широта или небесная долгота и широта, используются для указания положений тел на небесной сфере относительно эклиптики. Долгота измеряется положительно на восток [5] от 0° до 360° вдоль эклиптики от мартовского равноденствия, в том же направлении, в котором, по-видимому, движется Солнце. Широта измеряется перпендикулярно эклиптике, до +90° на север или −90° на юг к полюсам 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 около Земли используются радиусы Земли или километры . Соответствующая правосторонняя прямоугольная система координат также иногда используется; ось x направлена ​​к мартовскому равноденствию, ось y на 90° на восток, а ось z — к северному эклиптическому полюсу; единицей измерения является астрономическая единица. Символы для эклиптических координат несколько стандартизированы; см. таблицу. [24]

Эклиптические координаты удобны для указания положений объектов Солнечной системы, поскольку большинство орбит планет имеют небольшие наклоны к эклиптике и поэтому всегда отображаются на небе относительно близко к ней. Поскольку орбита Земли, а следовательно, и эклиптика, перемещаются очень мало, она является относительно фиксированной точкой отсчета по отношению к звездам.

Наклон эклиптики за 200 000 лет, по Дзёбеку (1892). [26] Это наклон к эклиптике в 101 800 г. н. э. Обратите внимание, что эклиптика вращается всего на 7° за это время, тогда как небесный экватор совершает несколько полных циклов вокруг эклиптики. Эклиптика является относительно стабильной точкой отсчета по сравнению с небесным экватором.

Из-за прецессионного движения равноденствия эклиптические координаты объектов на небесной сфере постоянно меняются. 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, Астрономический альманах [27] перечисляет гелиоцентрическое положение Марса в 0h земного времени , 4 января 2010 года как: долгота 118°09′15.8″, широта +1°43′16.7″, истинное гелиоцентрическое расстояние 1.6302454 AU, среднее равноденствие и эклиптика даты. Это определяет среднее равноденствие 4 января 2010 года 0h TT, как указано выше, без добавления нутации.

Затмения

Поскольку Земля вращается вокруг Солнца, приблизительная осевая параллельность плоскости орбиты Луны ( наклоненная на пять градусов к эклиптике) приводит к вращению лунных узлов относительно Земли. Это вызывает сезон затмений примерно каждые шесть месяцев, в течение которого солнечное затмение может произойти в фазе новолуния , а лунное затмение — в фазе полнолуния .

Поскольку орбита Луны наклонена всего лишь на 5,145° к эклиптике, а Солнце всегда находится очень близко к эклиптике, затмения всегда происходят на ней или около нее. Из-за наклона орбиты Луны затмения происходят не при каждом соединении и противостоянии Солнца и Луны, а только когда Луна находится вблизи восходящего или нисходящего узла в то же время, когда она находится в соединении ( новой ) или противостоянии ( полной ). Эклиптика так названа, потому что древние заметили, что затмения происходят только тогда, когда Луна пересекает ее. [28]

Равноденствия и солнцестояния

Точные моменты равноденствий и солнцестояний — это времена, когда кажущаяся эклиптическая долгота (включая эффекты аберрации и нутации ) Солнца составляет 0°, 90°, 180° и 270°. Из-за возмущений орбиты Земли и аномалий календаря эти даты не фиксированы. [ 29]

В созвездиях

Эквидистантный график склонения против прямого восхождения современных созвездий с пунктирной линией, обозначающей эклиптику. Созвездия имеют цветовую кодировку по семейству и году основания.

В настоящее время эклиптика проходит через следующие созвездия :

Созвездия Кита , Ориона и Секстанта не находятся на эклиптике, но достаточно близко, так что Луна и планеты могут иногда появляться в них. [31]

Астрология

Эклиптика образует центр зодиака , небесного пояса шириной около 20° по широте, через который Солнце, Луна и планеты всегда кажутся движущимися. [32] Традиционно эта область 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, которые охватывают эклиптику. [34] Эти знаки иногда все еще используются в современной терминологии. « Первая точка Овна » была названа, когда в мартовское равноденствие Солнце фактически находилось в созвездии Овна ; с тех пор оно переместилось в Рыбы из-за прецессии равноденствий . [35]

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Строго говоря, плоскость средней орбиты, с усредненными незначительными вариациями.
  1. ^ USNO Nautical Almanac Office; UK Hydrographic Office, HM Nautical Almanac Office (2008). Астрономический альманах на 2010 год . GPO . стр. M5. ISBN 978-0-7077-4082-9.
  2. ^ «УРОВЕНЬ 5 Лексикон и глоссарий терминов».
  3. ^ «Эклиптика: годовой путь Солнца на небесной сфере».
  4. ^ US Naval Observatory Nautical Almanac Office (1992). P. Kenneth Seidelmann (ред.). Пояснительное приложение к Astronomical Almanac . University Science Books, Mill Valley, CA. ISBN 0-935702-68-7., стр. 11
  5. ^ abc Направления на север и юг на небесной сфере имеют смысл по направлению к северному полюсу мира и к южному полюсу мира . Восток — это направление, в котором вращается Земля , запад — противоположное.
  6. ^ Астрономический альманах 2010 , раздел C
  7. ↑ Пояснительное приложение (1992), раздел 1.233
  8. ↑ Пояснительное приложение (1992), стр. 733
  9. ^ Астрономический альманах 2010 , стр. M2 и M6
  10. ↑ Пояснительное приложение (1992), раздел 1.322 и 3.21
  11. ^ Управление морского альманаха Военно-морской обсерватории США; Управление морского альманаха Её Величества (1961). Пояснительное дополнение к Астрономическим эфемеридам и Американскому эфемеридному и морскому альманаху . Канцелярия Её Величества, Лондон., раздел 2С
  12. ↑ Пояснительное приложение (1992), стр. 731 и 737.
  13. ↑ Шовене, Уильям (1906). Руководство по сферической и практической астрономии. Т. IJB Lippincott Co., Филадельфия., ст. 365–367, стр. 694–695, в Google Books
  14. ^ ab Laskar, J. (1986). "Светские термины классических планетарных теорий с использованием результатов общей теории относительности". Астрономия и астрофизика . 157 (1): 59. Bibcode : 1986A&A...157...59L., таблица 8, в SAO/NASA ADS
  15. ↑ Пояснительное приложение (1961), раздел 2B
  16. ^ Военно-морская обсерватория США, Управление морского альманаха; Управление морского альманаха Ее Величества (1989). Астрономический альманах на 1990 год . Типография правительства США. ISBN 0-11-886934-5., стр. B18
  17. ^ Астрономический альманах 2010 , стр. B52
  18. ↑ Ньюкомб, Саймон (1906). Компендиум сферической астрономии. MacMillan Co., Нью-Йорк., стр. 226-227, в Google Books
  19. ^ Меус, Жан (1991). Астрономические алгоритмы . Willmann-Bell, Inc., Ричмонд, Вирджиния. ISBN 0-943396-35-2., гл. 21
  20. ^ "Средняя плоскость (неизменяемая плоскость) Солнечной системы, проходящая через барицентр". 3 апреля 2009 г. Архивировано из оригинала 3 июня 2013 г. Получено 10 апреля 2009 г.произведено совместно с Витальяно, Альдо. "Solex 10". Архивировано из оригинала (компьютерная программа) 29 апреля 2009 г. Получено 10 апреля 2009 г.
  21. ^ Дэнби, Дж. М. А. (1988). Основы небесной механики . Willmann-Bell, Inc., Ричмонд, Вирджиния. Раздел 9.1. ISBN 0-943396-20-4.
  22. ^ Рой, А.Е. (1988). Орбитальное движение (третье изд.). Издательство Института физики. Раздел 5.3. ISBN 0-85274-229-0.
  23. ^ Монтенбрюк, Оливер (1989). Практические расчеты эфемерид . Springer-Verlag. ISBN 0-387-50704-3., сек 1.4
  24. ↑ Пояснительное приложение (1961), раздел 2А
  25. ↑ Пояснительное приложение (1961), раздел 1G
  26. ^ Дзёбек, Отто (1892). Математические теории планетарных движений. Register Publishing Co., Энн-Арбор, Мичиган., стр. 294, в Google Books
  27. ^ Астрономический альманах 2010 , стр. E14
  28. ^ Болл, Роберт С. (1908). Трактат о сферической астрономии. Cambridge University Press. стр. 83.
  29. ^ Meeus (1991), гл. 26
  30. ^ Сервисс, Гарретт П. (1908). Астрономия невооруженным глазом. Harper & Brothers, Нью-Йорк и Лондон. С. 105, 106.
  31. ^ Киджер, Марк (2005). Астрономические загадки: жизнь на Марсе, звезда Вифлеема и другие тайны Млечного Пути . Издательство Университета Джонса Хопкинса. С. 38–39. ISBN 9780801880261.
  32. ^ Брайант, Уолтер В. (1907). История астрономии. Забытые книги. стр. 3. ISBN 9781440057922.
  33. ↑ Брайант (1907), стр. 4.
  34. ^ См., например, Лео, Алан (1899). Астрология для всех. LN Fowler & Company. стр. 8. астрология.
  35. ^ Вальядо, Дэвид А. (2001). Основы астродинамики и ее применения (2-е изд.). Эль Сегундо, Калифорния: Microcosm Press. стр. 153. ISBN 1-881883-12-4.

Внешние ссылки

Найдите значение слова «эклиптика» в Викисловаре, бесплатном словаре.
В Викиверситете есть обучающие ресурсы по эклиптике
Викторины