§ 1.3. Системы небесных координат

Положение светила на небе, или вообще какой-либо точки на сфере, однозначно определяется по отношению к основным плоскостям и связанным с ними линиям и точкам небесной сферы и выражается количественно двумя величинами (центральными углами или дугами больших кругов), которые называются небесными координатами.

Для решения разнообразных задач астрономии пользуются различными системами небесных координат. Системы эти отличаются одна от другой выбором основной плоскости и началом отсчета.

Горизонтальная система координат. Основной плоскостью в этой системе является плоскость математического горизонта, а отсчет ведется от зенита и от одной из точек математического горизонта (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Горизонтальная система координат.

Одной координатой является высота светила над горизонтом h или зенитное расстояние z.

Высотой h светила М называется дуга круга высоты mМ от математического горизонта до светила или центральный угол mОМ между плоскостью математического горизонта и направлением на светило М.

Высоты отсчитываются в пределах от 0° до +90° к зениту (если светило находится в видимой части небесной сферы) и от 0° до 90° к надиру (если светило находится в невидимой части небесной сферы).

Зенитным расстоянием z светила М называется дуга круга высоты ZM от зенита до светила или центральный угол ZOM между отвесной линией и направлением на светило М. Зенитные расстояния отсчитываются в пределах от 0° до 180° в направлении от зенита к надиру. Светила, находящиеся в видимой части небесной сферы, имеют z  90°, а в невидимой части z > 90°.

Между зенитным расстоянием и высотой одного и того же светила всегда справедливо соотношение

Светила, находящиеся на одном альмукантарате, имеют одинаковые высоты и одинаковые зенитные расстояния.

Положение самого круга высоты на небесной сфере определяется другой координатой — азимутом А. Азимутом А светила М называется дуга математического горизонта Sm от точки юга S до круга высоты, проходящего через светило, или центральный угол SOm.

Азимуты отсчитываются в сторону суточного вращения небесной сферы, т.е. к западу от точки юга S, в пределах от 0° до 360°. Иногда азимуты отсчитываются от 0° до +180° к западу (западные азимуты) и от 0° до 180° (восточные азимуты).

Светила, находящиеся на одном круге высоты, имеют одинаковые азимуты.

Первая экваториальная система координат. Основной плоскостью в этой системе является плоскость небесного экватора QQ', а началом отсчета — точки небесного экватора и северный полюс мира (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Экваториальные системы координат.

Одной координатой является склонение светила .

Склонением  светила М называется дуга mМ круга склонения от небесного экватора до светила, или центральный угол mОМ между плоскостью небесного экватора и направлением на светило.

Склонения отсчитываются в пределах от 0° до + 90° к северному полюсу мира (светило находится в северном, полушарии небесной сферы) и от 0° до 90° к южному полюсу мира (светило находится в южном полушарии сферы).

Иногда, но весьма редко, склонение  заменяется полярным расстоянием р, т.е. дугой РМ круга склонения от северного полюса мира до светила, или центральным углом РОМ между осью мира и направлением на светило. Полярные расстояния отсчитываются в пределах от 0° до 180° от северного полюса мира к южному. Светила, находящиеся в северном полушарии небесной сферы, имеют р < 90°, а в южном полушарии р > 90°.

Между полярным расстоянием и склонением одного и того же светила всегда справедливо соотношение

Светила, находящиеся на одной суточной параллели, имеют одинаковые склонения  и одинаковые полярные расстояния р.

Положение самого круга склонения на небесной сфере определяется другой координатой — часовым углом t.

Часовым углом t светила М называется дуга небесного экватора Qm от верхней точки Q небесного экватора до круга склонения, проходящего через светило, или центральный угол QOm.

Часовые углы отсчитываются в сторону суточного вращения небесной сферы, т.е. к западу от верхней точки Q небесного экватора, в пределах от 0° до 360° (в градусной мере) или от 0^h до 24^h (в часовой мере). Иногда часовые углы отсчитываются от 0° до +180° (от 0^h до +12^h) к западу (западные часовые углы) и от 0° до 180° (от 0^h до 12^h) к востоку (восточные часовые углы).

Светила, находящиеся на одном круге склонения, имеют одинаковые часовые углы.

Вторая экваториальная система координат. Основной плоскостью в этой системе является также плоскость небесного экватора, а одной координатой — склонение  (реже — полярное расстояние р).

Другой же координатой, определяющей положение часового круга светила, является прямое восхождение .

Прямым восхождением  светила М называется дуга небесного экватора m (см. рис. 1.4) от точки весеннего равноденствия  до круга склонения, проходящего через светило, или центральный угол Оm.

Прямые восхождения  отсчитываются в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы, в пределах от 0° до 360° (в градусной мере) или от 0^h до 24^h (в часовой мере).

Светила, находящиеся на одном круге склонения, имеют одинаковые прямые восхождения.

Горизонтальные координаты (z, h, А) и часовой угол светила t непрерывно изменяются вследствие суточного вращения небесной сферы, так как они отсчитываются от неподвижных точек, не участвующих в этом вращении.

Экваториальные координаты светила (прямое восхождение  и склонение ) из-за суточного вращения небесной сферы не меняются, так как они отсчитываются от точек небесного экватора, которые сами участвуют в суточном вращении, и следовательно, положение светила относительно этих точек не изменяется.

Горизонтальная система координат используется для непосредственных определений видимых положений светил с помощью угломерных инструментов.

Первая экваториальная система (склонение и часовой угол) используется преимущественно при определении точного времени — одной из основных задач практической астрономии.

Вторая экваториальная система является основной при решении задач фундаментальной астрометрии. В этой системе составляются списки звездных положений (звездные каталоги) и звездные карты.