A Star «s галактический , эклиптика и экваториальные координаты в проекции на небесную сферу . Эклиптические и экваториальные координаты разделяют Мартовское равноденствие в качестве основного направления , а галактические координаты относятся к галактический центр. Начало координат («центр сферы») неоднозначно; см. небесную сферу для получения дополнительной информации. |
В астрономии , небесной системы координат (или небесной системы отсчета ) представляет собой систему для определения позиции спутников , планет , звезд , галактик и других небесных объектов относительно физических опорных точек доступны для расположенного наблюдателя (например , истинный горизонт и северо кардинальное направление на наблюдателя, находящегося на поверхности Земли). Системы координат могут определять положение объекта в трехмерном пространстве или отображать только его направление на небесной сфере., если расстояние до объекта неизвестно или тривиально.
Системы координат реализованы в сферических или прямоугольных координатах . Сферические координаты, проецируемые на небесную сферу , аналогичны географической системе координат, используемой на поверхности Земли . Они отличаются выбором основной плоскости , которая делит небесную сферу на два равных полушария вдоль большого круга . Прямоугольные координаты в соответствующих единицах являются просто декартовым эквивалентом сферических координат с той же фундаментальной плоскостью ( x, y ) и первичной ( x-ось) направление . Каждая система координат названа в честь выбора основной плоскости.
Системы координат [ править ]
В следующей таблице перечислены общие системы координат, используемые астрономическим сообществом. Фундаментальная плоскость делит небесную сферу на две равные полушария и определяет основу для широтных координат, похожих на экватор в географической системе координат . Полюса расположены под углом ± 90 ° от основной плоскости. Первичное направление - это начальная точка продольных координат. Начало координат - это точка нулевого расстояния, «центр небесной сферы», хотя определение небесной сферы неоднозначно по поводу определения ее центральной точки.
Система координат [1] | Центральная точка (начало координат) | Фундаментальная плоскость (0 ° широты) | Поляки | Координаты | Основное направление (0 ° долготы) | |
---|---|---|---|---|---|---|
Широта | Долгота | |||||
Горизонтальный (также называется альт - аз или эль -az) | Наблюдатель | Горизонт | Зенит , надир | Высота ( а ) или превышение | Азимут ( А ) | Северная или южная точка горизонта |
Экваториальный | Центр Земли (геоцентрический) или Солнце (гелиоцентрический) | Небесный экватор | Небесные полюса | Склонение ( δ ) | Прямое восхождение ( α ) или часовой угол ( h ) | Мартовское равноденствие |
Эклиптика | Эклиптика | Полюса эклиптики | Эклиптическая широта ( β ) | Эклиптическая долгота ( λ ) | ||
Галактический | Центр Солнца | Галактический самолет | Галактические полюса | Галактическая широта ( б ) | Галактическая долгота ( л ) | Галактический Центр |
Супергалактический | Сверхгалактический самолет | Сверхгалактические полюса | Сверхгалактическая широта ( SGB ) | Сверхгалактическая долгота ( SGL ) | Пересечение сверхгалактической плоскости и галактической плоскости |
Горизонтальная система [ править ]
По горизонтали , или высота-азимут , система основана на положении наблюдателя на Земле, которая вращается вокруг своей оси один раз в сидерический день (23 часов, 56 минут и 4.091 секунд) по отношению к фон звезды. Расположение небесного объекта по горизонтальной системе меняется со временем, но это полезная система координат для определения местоположения и отслеживания объектов для наблюдателей на Земле. Он основан на положении звезд относительно идеального горизонта наблюдателя.
Экваториальная система [ править ]
Экваториальная система координат с центром в центре Земли, но фиксировано относительно небесные полюса и мартовское равноденствие . Координаты основаны на расположении звезд относительно экватора Земли, если он проецируется на бесконечное расстояние. Экваториальная линия описывает небо, видимое из Солнечной системы , а современные звездные карты почти исключительно используют экваториальные координаты.
Экваториальная система нормальная система координат для большинства профессиональных и многих астрономов - любителей , имеющих экваториальной монтировке , который следует за движением неба в течение ночи. Небесные объекты находятся путем настройки шкалы телескопа или другого инструмента таким образом, чтобы они соответствовали экваториальным координатам выбранного объекта для наблюдения.
Популярным выбором полюса и экватора являются более старые системы B1950 и современные системы J2000 , но также можно использовать полюс и экватор "даты", что означает дату, соответствующую рассматриваемой дате, например, при измерении положения планеты или космический корабль сделан. Есть также подразделения на координаты "среднее значение даты", которые усредняют или игнорируют нутацию , и "истинные даты", которые включают нутацию.
Система эклиптики [ править ]
Основная плоскость - это плоскость орбиты Земли, называемая плоскостью эклиптики. Существует два основных варианта эклиптической системы координат: геоцентрические эклиптические координаты с центром на Земле и гелиоцентрические эклиптические координаты с центром масс Солнечной системы.
Геоцентрическая эклиптическая система была основной системой координат для древней астрономии и до сих пор используется для вычисления видимых движений Солнца, Луны и планет. [2]
Гелиоцентрическая эклиптическая система описывает орбитальное движение планет вокруг Солнца и сосредоточена в барицентре Солнечной системы (то есть очень близко к центру Солнца). Система в основном используется для вычисления положения планет и других тел Солнечной системы, а также для определения их орбитальных элементов .
Галактическая система [ править ]
Галактическая система координат использует приблизительную плоскость нашей галактики в качестве своей фундаментальной плоскости. Солнечная система по-прежнему является центром системы координат, а нулевая точка определяется как направление к центру Галактики. Галактическая широта напоминает высоту над галактической плоскостью, а галактическая долгота определяет направление относительно центра галактики.
Сверхгалактическая система [ править ]
Сверхгалактическая система координат соответствует фундаментальной плоскости, которая содержит большее, чем среднее количество локальных галактик на небе, если смотреть с Земли.
Преобразование координат [ править ]
Приведены преобразования между различными системами координат. [3] См. Примечания перед использованием этих уравнений.
Обозначение [ править ]
- Горизонтальные координаты
- А , азимут
- h , высота
- Экваториальные координаты
- α , прямое восхождение
- δ , склонение
- ω , часовой угол
- Эклиптические координаты
- λ , эклиптическая долгота
- β , эклиптическая широта
- Галактические координаты
- l , галактическая долгота
- b , галактическая широта
- Разное
- λ o , долгота наблюдателя
- ϕ o , широта наблюдателя
- ε , наклон эклиптики (около 23,4 °)
- θ L , местное звездное время
- θ G , звездное время по Гринвичу
Часовой угол ↔ прямое восхождение [ править ]
Экваториальная эклиптика [ править ]
Классические уравнения, полученные из сферической тригонометрии , для продольной координаты представлены справа от скобки; Простое деление первого уравнения на второе дает удобное касательное уравнение, показанное слева. [4] Эквивалент матрицы вращения указан под каждым случаем. [5] Это деление неоднозначно, потому что tan имеет период 180 ° ( π ), тогда как cos и sin имеют периоды 360 ° (2 π ).
Экваториальный ↔ горизонтальный [ править ]
Обратите внимание, что азимут ( A ) отсчитывается от южной точки с положительным поворотом на запад. [6] Зенитное расстояние, угловое расстояние по большому кругу от зенита до небесного объекта, является просто дополнительным углом к высоте: 90 ° - a . [7]
При решении уравнения tan ( A ) для A , чтобы избежать неоднозначности арктангенса , рекомендуется использовать арктангенс с двумя аргументами , обозначенный arctan ( x , y ) . Арктангенс с двумя аргументами вычисляет арктангенсу/Икс, и учитывает квадрант, в котором он вычисляется. Таким образом, в соответствии с соглашением об измерении азимута с юга и положительном открытии на запад,
- ,
куда
- .
Если приведенная выше формула дает отрицательное значение для A , его можно сделать положительным, просто добавив 360 °.
- [8]
Опять же, при решении уравнения tan ( h ) для h рекомендуется использовать арктангенс с двумя аргументами, который учитывает квадрант. Таким образом, опять же в соответствии с соглашением об измерении азимута с юга и положительном открытии на запад,
- ,
куда
Экваториальный ↔ галактический [ править ]
Эти уравнения [9] предназначены для преобразования экваториальных координат в галактические координаты.
являются экваториальными координатами северного галактического полюса и галактической долготой северного полюса мира. Относительно J2000.0 значения этих величин следующие:
Если экваториальные координаты относятся к другому равноденствию , перед применением этих формул они должны быть прецессированы к их месту в J2000.0.
Эти уравнения преобразуются в экваториальные координаты, относящиеся к B2000.0 .
Примечания по преобразованию [ править ]
- Углы в градусах (°), минутах (′) и секундах (″) шестидесятеричной меры должны быть преобразованы в десятичные дроби перед выполнением вычислений. Преобразовываются ли они в десятичные градусы или радианы, зависит от конкретной вычислительной машины или программы. С отрицательными углами нужно обращаться осторожно; –10 ° 20 ′ 30 ″ необходимо преобразовать в −10 ° −20 ′ −30 ″ .
- Перед выполнением вычислений углы в часах ( h ), минутах ( m ) и секундах ( s ) измерения времени должны быть преобразованы в десятичные градусы или радианы . 1 ч = 15 °; 1 м = 15 ′; 1 с = 15 ″
- Углы больше 360 ° (2 π ) или меньше 0 °, возможно, потребуется уменьшить до диапазона 0 ° –360 ° (0–2 π ) в зависимости от конкретной вычислительной машины или программы.
- Косинус широты (склонение, эклиптическая и галактическая широта и высота) всегда положительный по определению, поскольку широта варьируется от -90 ° до + 90 °.
- Обратные тригонометрические функции арксинус, арккосинус и арктангенс являются квадрантно- неоднозначными, и результаты следует тщательно оценивать. Использование второй функции арктангенса (обозначается при вычислениях как atn2 ( y , x ) или atan2 ( y , x ) , которая вычисляет арктангенсу/Иксиспользование знака обоих аргументов для определения правого квадранта) рекомендуется при вычислении долготы / прямого восхождения / азимута. При вычислении широты / склонения / высоты рекомендуется использовать уравнение, которое находит синус , за которым следует функция arcsin .
- Азимут ( A ) здесь относится к южной точке горизонта , в обычном астрономическом исчислении. Объект на меридиане к югу от наблюдателя имеет A = h = 0 ° при таком использовании. Тем не менее, п Astropy AltAz «s, в Большой бинокулярный телескоп FITS файл конвенции, в XEphem , в МАЕ библиотеки стандартов фундаментальной астрономии и раздела В астрономического альманаха , например, азимут Восток Севера. В навигации и некоторых других дисциплинах азимут рассчитывается с севера.
- Уравнения для высоты ( а ) не учитывают атмосферную рефракцию .
- Уравнения для горизонтальных координат не учитывают суточный параллакс , то есть небольшое смещение положения небесного объекта, вызванное положением наблюдателя на поверхности Земли . Этот эффект важен для Луны , в меньшей степени для планет , меньше для звезд или более далеких объектов.
- Долгота наблюдателя ( λ o ) здесь измеряется положительно к западу от нулевого меридиана ; это противоречит действующим стандартам IAU .
См. Также [ править ]
- Азимут - угол между базовой плоскостью и точкой.
- Барицентрическая небесная система отсчета
- Небесная сфера - воображаемая сфера сколь угодно большого радиуса, концентрическая относительно наблюдателя.
- Международная небесная система отсчета - Текущая стандартная небесная система отсчета
- Элементы орбиты - параметры, однозначно определяющие конкретную орбиту.
Примечания и ссылки [ править ]
- ^ Маевски, Стив. «Системы координат» . UVa Отделение астрономии . Проверено 19 марта 2011 года .
- ^ Aaboe, Аскер . 2001 Эпизоды из ранней истории астрономии. Нью-Йорк: Springer-Verlag., Стр. 17–19.
- ^ Meeus, Жан (1991). Астрономические алгоритмы . Willmann-Bell, Inc., Ричмонд, Вирджиния. ISBN 0-943396-35-2., гл. 12
- ↑ Военно-морская обсерватория США, Управление морского альманаха; Управление морского альманаха HM (1961). Пояснительное приложение к астрономическим эфемеридам и американским эфемеридам и морскому альманаху . Канцелярия HM, Лондон., сек. 2А
- ↑ Военно-морская обсерватория США, Управление морского альманаха (1992). П. Кеннет Зайдельманн (ред.). Пояснительное приложение к астрономическому альманаху . Научные книги университета, Милл-Вэлли, Калифорния. ISBN 0-935702-68-7., раздел 11.43
- ^ Монтенбрук, Оливер; Пфлегер, Томас (2000). Астрономия на персональном компьютере . Springer-Verlag Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-67221-0., стр 35-37
- ↑ Военно-морская обсерватория США, Управление морского альманаха; Гидрографическое управление Великобритании, Управление морского альманаха HM (2008 г.). Астрономический альманах за 2010 год . Правительство США Типография. п. M18. ISBN 978-0160820083.
- ^ В зависимости от используемого азимутального соглашения знаки cos A и sin A появляются во всех четырех различных комбинациях. Карттунен и др., Тафф и Рот определяют точку А по часовой стрелке с юга. Лэнг определяет это с севера через восток, умный север через запад. Meeus (1991), стр. 89: sin δ = sin φ sin a - cos φ cos a cos A ; Пояснительное приложение (1961), стр. 26: sin δ = sin a sin φ + cos a cos A cosφ .
- ^ Poleski, Радослав (2013). «Преобразование экваториального собственного движения в Галактическую систему». arXiv : 1306.2945 [ astro-ph.IM ].
- Смарт, Уильям Маршалл (1949). Учебник по сферической астрономии . Издательство Кембриджского университета . Bibcode : 1965tbsa.book ..... S .
- Лэнг, Кеннет Р. (1978). Астрофизические формулы . Springer. Bibcode : 1978afcp.book ..... L . ISBN 3-540-09064-9.
- Тафф, LG (1981). Вычислительная сферическая астрономия . Вайли. Bibcode : 1981csa..book ..... T . ISBN 0-471-06257-X.
- Karttunen, H .; Kröger, P .; Oja, H .; Poutanen, M .; Доннер, HJ (2006). Фундаментальная астрономия (5-е изд.). Bibcode : 2003fuas.book ..... K . ISBN 978-3-540-34143-7.
- Рот, GD (23 октября 1989 г.). Handbuch für Sternenfreunde . Springer. ISBN 3-540-19436-3.
Внешние ссылки [ править ]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с системами небесных координат . |
- NOVAS , программное обеспечение векторной астрометрии Военно-морской обсерватории США , интегрированный пакет подпрограмм и функций для вычисления различных часто используемых величин в позиционной астрономии.
- SOFA , стандарты фундаментальной астрономии МАС , доступный и авторитетный набор алгоритмов и процедур, реализующих стандартные модели, используемые в фундаментальной астрономии.
- Эта статья изначально была основана на Astroinfo Джейсона Харриса, которая поставляется вместе с KStars , планетарием рабочего стола KDE для Linux / KDE .