Небесная сфера. Созвездия

Представление о небесной сфере возникло в глубокой древности; в основу его легло зрительное впечатление о существовании куполообразного небесного свода. Это впечатление связано с тем, что в результате огромной удалённости небесных светил человеческий глаз не в состоянии оценить различия в расстояниях до них, и они представляются одинаково удалёнными. У древних народов это ассоциировалось с наличием реальной сферы, ограничивающей весь мир и несущей на своей поверхности многочисленные звёзды. Таким образом, в их представлении небесная сфера была важнейшим элементом Вселенной. С развитием научных знаний такой взгляд на небесную сферу отпал.

Тем не менее в астрономии осталось понятие «небесная сфера» - это воображаемая сфера произвольного радиуса, на которую проецируются небесные тела: служит для решения различных астрометрических задач. За центр небесной сферы принимают глаз наблюдателя; при этом наблюдатель может находиться как на поверхности Земли, так и в других точках пространства (например, он может быть отнесён к центру Земли). Для наземного наблюдателя вращение небесной сферы воспроизводит суточное движение светил на небе.

Каждому небесному светилу соответствует точка небесной сферы, в которой её пересекает прямая, соединяющая центр сферы с центром светила. При изучении положений и видимых движений светил на небесной сфере выбирают ту или иную систему сферических координат. Расчёты положений светил на небесной сфере производятся с помощью небесной механики и сферической тригонометрии и составляют предмет сферической астрономии.

Созвездия. Созвездия — в современной астрономии участки, на которые разделена небесная сфера для удобства ориентирования на звёздном небе. В древности созвездиями назывались характерные фигуры, образуемые яркими звёздами.

Большинство наиболее ярких звезд имеет собственные имена, многие из которых были присвоены им еще в средние века арабскими астрономами. По этой причине возникают трудности не только с запоминанием названий, но в ряде случаев и с их правильным произношением (к тому же ряд звезд имеет одинаковые имена). Однако в настоящее время астрономы очень редко используют эти старые названия — лишь в некоторых особо важных случаях. Они предпочитают использовать для обозначения звезд греческие буквы — способ, предложенный в начале XVII в. немецким астрономом И. Байером. В каждом созвездии Байер обозначал самую яркую звезду буквой «альфа», следующую по яркости — «бета», третью по яркости — «гамма» и так до самых слабых звезд, используя последовательно все буквы греческого алфавита. Из-за своей простоты эта система названий сохранилась до наших дней, несмотря на то что она применяется только для обозначения самых ярких звезд и что во многих случаях произошли изменения в оценке блеска звезд в созвездиях. Для обозначений более слабых звезд используются другие способы.

За греческой буквой при обозначении звезды обычно следует латинское название созвездия, к которому она относится, записанное в родительном падеже. В таблице приведены также стандартные трехбуквенные сокращенные названия созвездий, которые почти всегда используются в списках объектов; возможно, их легче запомнить, чем полное название созвездий. По мере изучения звездного неба эти и другие названия небесных тел станут для вас привычными. В качестве примера рассмотрим звезду Минтака, расположенную вблизи небесного экватора в созвездии Орион. Название Минтака, самой северной из трех звезд в поясе Ориона, произошло от арабского «аль-минтака» (пояс). Байер установил, что это четвертая по яркости звезда в этом созвездии и обозначил ее (дельта) Orionis; обычно астрономы записывают это как Ori.

Звёзды, видимые на небесной сфере на небольших угловых расстояниях друг от друга, в трёхмерном пространстве могут быть расположены очень далеко друг от друга. Таким образом, в одном созвездии могут быть и очень близкие, и очень далёкие от Земли звёзды, никак друг с другом не связанные.

Но в древние времена люди видели во взаимном расположении звёзд некоторую систему и группировали их в соответствии с ней в созвездия. В течение истории наблюдатели выделяли различное число созвездий и их очертания, а происхождение названий некоторых древних созвездий так и не выяснено до конца. До XIX века под созвездиями понимались не области неба, а группы звёзд, которые нередко перекрывались. При этом получалось, что некоторые звезды принадлежали сразу двум созвездиям, а некоторые бедные звёздами области не относились к какому-либо созвездию. В начале XIX века между созвездиями были проведены границы на небесной сфере, ликвидировавшие «пустоты» между созвездиями, однако их чёткого определения по-прежнему не было, и разные астрономы определяли их по-своему.

В 1922 году в Риме решением I Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза был окончательно утверждён список из 88 созвездий, на которые было разбито звёздное небо, а в 1928 году были приняты чёткие и однозначные границы между этими созвездиями, проведённые строго по кругам небесной сферы прямых восхождений и дугам склонений в экваториальной системе небесных координат на эпоху 1875.0. В течение пяти лет в границы созвездий вносились уточнения. В 1935 границы были окончательно утверждены и астрономы договорились, что больше изменять их не будут. Следует, однако, помнить, что на звёздных картах, составленных для эпох, не совпадающих с эпохой 1875.0, в частности, всех современных карт, из-за прецессии земной оси границы созвездий сдвинулись и уже не совпадают с координатами прямых восхождений и склонений.

Вот перечень созвездий:

Список созвездий

Русское название	Латинское название (именительный падеж)	Латинское название (родительный падеж)	Сокра- щение	Площадь (кв. градусы)	Число звёзд ярче 6,0^m[3]
Андромеда	Andromeda	Andromedae	And	722	100
Близнецы	Gemini	Geminorum	Gem	514	70
Большая Медведица	Ursa Major	Ursae Majoris	UMa	1280	125
Большой Пёс	Canis Major	Canis Majoris	CMa	380	80
Весы	Libra	Librae	Lib	538	50
Водолей	Aquarius	Aquarii	Aqr	980	90
Возничий	Auriga	Aurigae	Aur	657	90
Волк	Lupus	Lupi	Lup	334	70
Волопас	Bootes	Bootis	Boo	907	90
Волосы Вероники	Coma Berenices	Comae Berenices	Com	386	50
Ворон	Corvus	Corvi	Crv	184	15
Геркулес	Hercules	Herculis	Her	1225	140
Гидра	Hydra	Hydrae	Hya	1303	130
Голубь	Columba	Columbae	Col	270	40
Гончие Псы	Canes Venatici	Canum Venaticorum	CVn	465	30
Дева	Virgo	Virginis	Vir	1294	95
Дельфин	Delphinus	Delphini	Del	189	30
Дракон	Draco	Draconis	Dra	1083	80
Единорог	Monoceros	Monocerotis	Mon	482	85
Жертвенник	Ara	Arae	Ara	237	30
Живописец	Pictor	Pictoris	Pic	247	30
Жираф	Camelopardalis	Camelopardalis	Cam	757	50
Журавль	Grus	Gruis	Gru	366	30
Заяц	Lepus	Leporis	Lep	290	40
Змееносец	Ophiuchus	Ophiuchi	Oph	948	100
Змея	Serpens	Serpentis	Ser	637^[4]	60
Золотая Рыба	Dorado	Doradus	Dor	179	20
Индеец	Indus	Indi	Ind	294	20
Кассиопея	Cassiopeia	Cassiopeiae	Cas	598	90
Киль	Carina	Carinae	Car	494	110
Кит	Cetus	Ceti	Cet	1231	100
Козерог	Capricornus	Capricorni	Cap	414	50
Компас	Pyxis	Pyxidis	Pyx	221	25
Корма	Puppis	Puppis	Pup	673	140
Лебедь	Cygnus	Cygni	Cyg	804	150
Лев	Leo	Leonis	Leo	947	70
Летучая Рыба	Volans	Volantis	Vol	141	20
Лира	Lyra	Lyrae	Lyr	286	45
Лисичка	Vulpecula	Vulpeculae	Vul	268	45
Малая Медведица	Ursa Minor	Ursae Minoris	UMi	256	20
Малый Конь	Equuleus	Equulei	Equ	72	10
Малый Лев	Leo Minor	Leonis Minoris	LMi	232	20
Малый Пёс	Canis Minor	Canis Minoris	CMi	183	20
Микроскоп	Microscopium	Microscopii	Mic	210	20
Муха	Musca	Muscae	Mus	138	30
Насос	Antlia	Antliae	Ant	239	20
Наугольник	Norma	Normae	Nor	165	20
Овен	Aries	Arietis	Ari	441	50
Октант	Octans	Octantis	Oct	291	35
Орёл	Aquila	Aquilae	Aql	652	70
Орион	Orion	Orionis	Ori	594	120
Павлин	Pavo	Pavonis	Pav	378	45
Паруса	Vela	Velorum	Vel	500	110
Пегас	Pegasus	Pegasi	Peg	1121	100
Персей	Perseus	Persei	Per	615	90
Печь	Fornax	Fornacis	For	398	35
Райская Птица	Apus	Apodis	Aps	206	20
Рак	Cancer	Cancri	Cnc	506	60
Резец	Caelum	Caeli	Cae	125	10
Рыбы	Pisces	Piscium	Psc	889	75
Рысь	Lynx	Lyncis	Lyn	545	60
Северная Корона	Corona Borealis	Coronae Borealis	CrB	179	20
Секстант	Sextans	Sextantis	Sex	314	25
Сетка	Reticulum	Reticuli	Ret	114	15
Скорпион	Scorpius	Scorpii	Sco	497	100
Скульптор	Sculptor	Sculptoris	Scl	475	30
Столовая Гора	Mensa	Mensae	Men	153	15
Стрела	Sagitta	Sagittae	Sge	80	20
Стрелец	Sagittarius	Sagittarii	Sgr	867	115
Телескоп	Telescopium	Telescopii	Tel	252	30
Телец	Taurus	Tauri	Tau	797	125
Треугольник	Triangulum	Trianguli	Tri	132	15
Тукан	Tucana	Tucanae	Tuc	295	25
Феникс	Phoenix	Phoenicis	Phe	469	40
Хамелеон	Chamaeleon	Chamaeleontis	Cha	132	20
Центавр (Кентавр)	Centaurus	Centauri	Cen	1060	150
Цефей	Cepheus	Cephei	Cep	588	60
Циркуль	Circinus	Circini	Cir	93	20
Часы	Horologium	Horologii	Hor	249	20
Чаша	Crater	Crateris	Crt	282	20
Щит	Scutum	Scuti	Sct	109	20
Эридан	Eridanus	Eridani	Eri	1138	100
Южная Гидра	Hydrus	Hydri	Hyi	243	20
Южная Корона	Corona Australis	Coronae Australis	CrA	128	25
Южная Рыба	Piscis Austrinus	Piscis Austrini	PsA	245	25
Южный Крест	Crux	Crucis	Cru	68	30
Южный Треугольник	Triangulum Australe	Trianguli Australis	TrA	110	20
Ящерица	Lacerta	Lacertae	Lac	201	35

Из 88 созвездий только 47 являются древними, известными западной цивилизации уже несколько тысячелетий. Они основаны в основном на мифологии Древней Греции и охватывают область неба, доступную наблюдениям с юга Европы. Остальные современные созвездия были введены в XVII—XVIII веках в результате изучения южного неба (в эпоху великих географических открытий) и заполнения «пустых мест» на северном небе. Названия этих созвездий, как правило, не имеют мифологических корней.

Главными объектами наблюдения в астрономии инков (что нашло отражение в их мифологии) были тёмные участки Млечного пути — своеобразные «созвездия» в терминологии андских культур: Лама, Детёныш Ламы, Пастух, Кондор, Куропатка, Жаба, Змея, Лиса; а также звёзды: Южный крест, Плеяды, Лира и многие другие.

На приведённом ниже рисунке показана карта расположения созвездий на небесной сфере, с сортировкой их по группам и с указанием, когда именно эти созвездия получили свои названия.

Небесные координаты. Каким образом можно измерять положение звёзд и планет на небесной сфере?

Мы живём в пространстве, состоящем из трёх измерений. Однако поскольку для небесной сферы расстояние не имеет значения (речь идёт не о реальных, а о видимых с Земли положениях звёзд), то ограничиваются двумя координатами. На карте Земли (и других планет) в качестве координат используются широта и долгота, и ту и другую измеряют в градусах. Что же касается небесной сферы, то тут имеется несколько вариантов, зависящих от того, для каких целей мы их используем. Приведём три возможных варианта выбора системы координат.

Вариант 1 – горизонтальная система координат.

В этой системе центр помещается в месте нахождения наблюдателя на поверхности земли, основной плоскостью является плоскость математического горизонта. Одной координатой при этом является либо высота светила h, либо его зенитное расстояние z. Другой координатой является азимут A.

Высотой h светила называется дуга вертикального круга от математического горизонта до светила, или угол между плоскостью математического горизонта и направлением на светило. Высоты отсчитываются в пределах от 0° до +90° к зениту и от 0° до ?90° к надиру.

Зенитным расстоянием z светила называется дуга вертикального круга от зенита до светила, или угол между отвесной линией и направлением на светило. Зенитные расстояния отсчитываются в пределах от 0° до 180° от зенита к надиру.

Азимутом A светила называется дуга математического горизонта от точки юга до вертикального круга светила, или угол между полуденной линией и линией пересечения плоскости математического горизонта с плоскостью вертикального круга светила. Азимуты отсчитываются в сторону суточного вращения небесной сферы, то есть к западу от точки юга, в пределах от 0° до 360°. Иногда азимуты отсчитываются от 0° до +180° к западу и от 0° до ?180° к востоку. (В геодезии азимуты отсчитываются от точки севера.)

Такая система позволяет определять положение небесных тел на небе из любой точки в данный момент времени, и может быть пригодна для астрономических наблюдений (чтобы отмечать, в какой точке неба вы видели ту или иную звезду. Однако, поскольку небесная сфера вращается (см. параграфы про суточное и годовое движение небесной сферы), то фиксируемые таким образом координаты меняются со временем, а также зависят от местоположения наблюдателя.

Вариант 2 – экваториальная система координат

В этой системе, как и в первой экваториальной, основной плоскостью является плоскость небесного экватора, а одной координатой — склонение. Другой координатой является прямое восхождение.

Прямым восхождением светила называется дуга небесного экватора от точки весеннего равноденствия до круга склонения светила, или угол между направлением на точку весеннего равноденствия и плоскостью круга склонения светила. Прямые восхождения отсчитываются в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы, в пределах от 0° до 360° (в градусной мере) или от 0h до 24h (в часовой мере). Это астрономический эквивалент земной долготы.

Склонение — одна из двух координат экваториальной системы координат. Равняется угловому расстоянию на небесной сфере от плоскости небесного экватора до светила и обычно выражается в градусах, минутах и секундах дуги. Склонение положительно к северу от небесного экватора и отрицательно к югу. У склонения всегда указывается знак, даже если склонение положительно.

Такая система учитывает суточное и годовое вращение небесной сферы и удобна тем, что в ней все звёзды имеют фиксированные координаты (если не учитывать их собственное движение). Недостатком такой системы является то, что она привязана именно к Земле. В случае наблюдений с поверхности другой планеты придётся заново пересчитывать все координаты.

Вариант 3 – галактическая система координат

В этой системе основной плоскостью является плоскость нашей Галактики. Одной координатой при этом является галактическая широта b, а другой — галактическая долгота l.

Галактической широтой b светила называется дуга круга галактической широты от эклиптики до светила, или угол между плоскостью галактического экватора и направлением на светило.

Галактические широты отсчитываются в пределах от 0° до +90° к северному галактическому полюсу и от 0° до ?90° к южному галактическому полюсу.

Галактической долготой l светила называется дуга галактического экватора от точки начала отсчёта C до круга галактической широты светила, или угол между направлением на точку начала отсчёта C и плоскостью круга галактической широты светила. Галактические долготы отсчитываются против часовой стрелки, если смотреть с северного галактического полюса, то есть к востоку от точки начала отсчёта C в пределах от 0° до 360°.

Точка начала отсчёта C находится вблизи направления на галактический центр, но не совпадает с ним, поскольку последний, вследствие небольшой приподнятости Солнечной системы над плоскостью галактического диска, лежит примерно на 1° к югу от галактического экватора. Точку начала отсчёта C выбирают таким образом, чтобы точка пересечения галактического и небесного экваторов с прямым восхождением 280° имела галактическую долготу 32,93192° (на эпоху 2000).