Небесная сфера

Земля вращается в геоцентрической небесной сфере относительно малого радиуса . Здесь показаны звезды (белые), эклиптика (красный, контур видимого годового трека Солнца), а также линии прямого восхождения и круги склонения (голубые) экваториальной системы координат .

В астрономии и навигации , то небесная сфера является абстрактной сферой , которая имеет сколь угодно большой радиус и концентрические на Землю . Все объекты в небе можно представить как проецируемые на внутреннюю поверхность небесной сферы, центром которой может быть Земля или наблюдатель. Если сфокусироваться на наблюдателе, половина сферы будет напоминать полусферический экран над местом наблюдения.

Небесная сфера является практическим инструментом для сферической астрономии , позволяя астрономам , чтобы указать на очевидные позиции из объектов в небе , если их расстояния неизвестны или не имеет значения. В экваториальной системе координат , то небесный экватор делит небесную сферу на две половины: в северных и южных небесных полушарий .

Введение [ править ]

Небесная сфера, 18 век. Бруклинский музей .

Поскольку астрономические объекты находятся на таких удаленных расстояниях, обычное наблюдение неба не дает никакой информации об их действительных расстояниях. Все небесные объекты кажутся одинаково далекими , как если бы они закреплены на внутренней части сферы с большим, но неизвестным радиусом ^[1], которая, кажется, вращается на запад над головой; Между тем Земля под ногами, кажется, не двигается. Для сферической астрономии , которая занимается только направлениями на небесные объекты, не имеет значения, так ли это на самом деле или вращается Земля. в то время как небесная сфера неподвижна.

Небесную сферу можно считать бесконечной по радиусу . Это означает, что любую точку внутри него, в том числе занятую наблюдателем, можно считать центром . Это также означает, что все параллельные линии , будь они в миллиметрах друг от друга или поперек Солнечной системы друг от друга, будут казаться пересекающими сферу в одной точке, аналогично точке схода в графической перспективе . ^[2] Все параллельные плоскости будут пересекать сферу по совпадающему большому кругу ^[3] («исчезающий круг»).

И наоборот, наблюдатели, смотрящие в одну и ту же точку на небесной сфере бесконечного радиуса, будут смотреть вдоль параллельных линий, а наблюдатели смотрят в сторону того же большого круга, вдоль параллельных плоскостей. На небесной сфере бесконечного радиуса все наблюдатели видят одни и те же вещи в одном и том же направлении.

Для некоторых объектов это слишком упрощено. Объекты, которые находятся относительно близко к наблюдателю (например, Луна ), будут казаться меняющими положение относительно далекой небесной сферы, если наблюдатель переместится достаточно далеко, скажем, с одной стороны планеты Земля на другую. Этот эффект, известный как параллакс , можно представить как небольшое смещение от среднего положения. Небесная сфера может считаться с центром в центре Земли , в центре Солнца , или любом другом удобном месте, и смещения с позиций , указанных в эти центры могут быть рассчитаны. ^[4]

Таким образом, астрономы могут предсказывать геоцентрические или гелиоцентрические положения объектов на небесной сфере без необходимости вычислять индивидуальную геометрию какого-либо конкретного наблюдателя, и при этом сохраняется полезность небесной сферы. При необходимости отдельные наблюдатели могут рассчитывать свои собственные небольшие отклонения от средних позиций. Во многих случаях в астрономии смещения незначительны.

Таким образом, небесную сферу можно рассматривать как своего рода астрономическую стенографию , и ее очень часто применяют астрономы. Например, в Астрономическом альманахе за 2010 г. видимое геоцентрическое положение Луны 1 января в 00: 00: 00.00 по земному времени в экваториальных координатах указано как прямое восхождение 6 ^ч 57 ^м 48,86 ^с , склонение.+ 23 ° 30 '05,5 ". В этом положении подразумевается, что оно проецируется на небесную сферу; любой наблюдатель в любом месте, смотрящий в этом направлении, увидел бы" геоцентрическую Луну "в том же месте на фоне звезд. использования (например, расчет приблизительной фазы Луны), это положение, если смотреть из центра Земли, является адекватным.

Для приложений, требующих точности (например, для расчета траектории тени от затмения ), Альманах дает формулы и методы для расчета топоцентрических координат, то есть, если смотреть из определенного места на поверхности Земли, на основе геоцентрического положения. ^[5] Это значительно сокращает количество деталей, необходимых в таких альманахах, поскольку каждый наблюдатель может справиться со своими собственными конкретными обстоятельствами.

Греческая история о небесных сферах [ править ]

Первоначально греческие астрономы, такие как Аристотель (384–322 гг. До н.э.), считали небесные сферы совершенными и божественными сущностями . Греческий философ Аристотель сформулировал набор принципов, названных аристотелевской физикой.это очерчивает естественный порядок и структуру мира. Как и другие греческие астрономы, Аристотель также считал «... небесную сферу точкой отсчета для своих геометрических теорий движения небесных тел» (Olser, pg. 14). С принятием Аристотелем теории Евдокса, Аристотель описал небесные тела в пределах небесной сферы как наполненные чистотой, совершенством и квинтэссенцией (пятый элемент, который, согласно Аристотелю, был известен как божественный и чистый). Примечательно, что Аристотель считал Солнце, Луну, планеты и неподвижные звезды идеально концентрическими сферами, разделенными на две области; подлунная область и сверхлунная область Аристотель утверждал, что эти тела (в сверхлунной области) совершенны и не могут быть повреждены ни одним из четырех элементов; огонь, вода,воздух и земля. Подлунные элементы содержались только в подлунной области, а нетленные - в надлунной области геоцентрической модели Аристотеля. Аристотель считал, что небесные шары должны двигаться в небесном движении (совершенном круговом движении), которое продолжается вечно. Он также утверждал, что поведение и свойства строго следуют принципу естественного места, где элемент квинтэссенции свободно перемещается только по божественной воле, в то время как другие элементы; огонь, воздух, вода и земля подвержены изменениям и несовершенству. Ключевые концепции Аристотеля основаны на природе пяти элементов, различающих Землю и Небеса в астрономической реальности, с применением модели Евдокса для определения сфер как физически реальных.Подлунные элементы содержались только в подлунной области, а нетленные - в надлунной области геоцентрической модели Аристотеля. Аристотель считал, что небесные шары должны двигаться в небесном движении (совершенном круговом движении), которое продолжается вечно. Он также утверждал, что поведение и свойства строго следуют принципу естественного места, где элемент квинтэссенции свободно перемещается только по божественной воле, в то время как другие элементы; огонь, воздух, вода и земля подвержены изменениям и несовершенству. Ключевые концепции Аристотеля основаны на природе пяти элементов, различающих Землю и Небеса в астрономической реальности, с применением модели Евдокса для определения сфер как физически реальных.Подлунные элементы содержались только в подлунной области, а нетленные - в надлунной области геоцентрической модели Аристотеля. Аристотель считал, что небесные шары должны двигаться в небесном движении (совершенном круговом движении), которое продолжается вечно. Он также утверждал, что поведение и свойства строго следуют принципу естественного места, где элемент квинтэссенции свободно перемещается только по божественной воле, в то время как другие элементы; огонь, воздух, вода и земля подвержены изменениям и несовершенству. Ключевые концепции Аристотеля основаны на природе пяти элементов, различающих Землю и Небеса в астрономической реальности, с применением модели Евдокса для определения сфер как физически реальных.геоцентрическая модель. Аристотель считал, что небесные шары должны двигаться в небесном движении (совершенном круговом движении), которое продолжается вечно. Он также утверждал, что поведение и свойства строго следуют принципу естественного места, где элемент квинтэссенции свободно перемещается только по божественной воле, в то время как другие элементы; огонь, воздух, вода и земля подвержены изменениям и несовершенству. Ключевые концепции Аристотеля основаны на природе пяти элементов, различающих Землю и Небеса в астрономической реальности, с применением модели Евдокса для определения сфер как физически реальных.геоцентрическая модель. Аристотель считал, что небесные шары должны двигаться в небесном движении (совершенном круговом движении), которое продолжается вечно. Он также утверждал, что поведение и свойства строго следуют принципу естественного места, где элемент квинтэссенции свободно перемещается только по божественной воле, в то время как другие элементы; огонь, воздух, вода и земля подвержены изменениям и несовершенству. Ключевые концепции Аристотеля основаны на природе пяти элементов, различающих Землю и Небеса в астрономической реальности, с применением модели Евдокса для определения сфер как физически реальных.Он также утверждал, что поведение и свойства строго следуют принципу естественного места, где элемент квинтэссенции свободно перемещается только по божественной воле, в то время как другие элементы; огонь, воздух, вода и земля подвержены изменениям и несовершенству. Ключевые концепции Аристотеля основаны на природе пяти элементов, различающих Землю и Небеса в астрономической реальности, с применением модели Евдокса для определения сфер как физически реальных.Он также утверждал, что поведение и свойства строго следуют принципу естественного места, где элемент квинтэссенции свободно перемещается только по божественной воле, в то время как другие элементы; огонь, воздух, вода и земля подвержены изменениям и несовершенству. Ключевые концепции Аристотеля основаны на природе пяти элементов, различающих Землю и Небеса в астрономической реальности, с применением модели Евдокса для определения сфер как физически реальных.

Многочисленные открытия Аристотеля и Евдокса (примерно с 395 г. до н.э. по 337 г. до н.э.) вызвали различия в обеих их моделях и одновременно обладали схожими свойствами. Аристотель и Евдокс утверждали, что на небесах существует два разных числа сфер. Согласно Евдоксу, на небе было всего 27 сфер, тогда как в модели Аристотеля их 55. Евдокс пытается математически построить свою модель из трактата, известного как « О скоростях» (переведенный с греческого на английский), и утверждает форму бегемота или лемнискаты.быть связанным с планетарным регрессом. Аристотель подчеркивал, что скорость небесных сфер неизменна, как небо, в то время как Евдокс подчеркивал, что шары имеют идеальную геометрическую форму. Сферы Евдокса будут вызывать нежелательные движения в нижнюю часть планет, в то время как Аристотель вводил развертки между каждым набором активных сфер, чтобы противодействовать движениям внешнего набора, иначе внешние движения будут переданы внешним планетам. Позже Аристотель наблюдал «... движения планет, творчески используя комбинации вложенных сфер и круговых движений, но дальнейшие наблюдения продолжали сводить на нет их работу» (Olser pg. 15).

Помимо Аристотеля и Евдокса, Эмпедокл объясняет, что движение небес, движущихся вокруг него с божественной (относительно высокой) скоростью, ставит Землю в неподвижное положение из-за кругового движения, предотвращающего движение вниз по естественным причинам. Аристотель подверг критике случай Эмпедокла, поскольку он утверждал, что все тяжелые объекты движутся к Земле, а не сам вихрь, приходящий на Землю. Он высмеивал и утверждал, что заявление Эмпедокла крайне абсурдно. Все, что противоречит движению естественного места и неизменным небесам (включая небесные сферы, немедленно подвергнется критике со стороны Аристотеля).

Системы небесных координат [ править ]

Эти концепции важны для понимания небесных систем координат , рамок для измерения положения объектов на небе . Некоторые опорные линии и плоскости на Земле при проецировании на небесную сферу образуют основы опорных систем. К ним относятся экватор , ось и орбита Земли . На пересечении с небесной сферой они образуют небесный экватор , северный и южный небесные полюса и эклиптику , соответственно. ^[6]Поскольку небесная сфера считается произвольной или бесконечной по радиусу, все наблюдатели видят небесный экватор, небесные полюса и эклиптику в одном и том же месте на фоне звезд .

По этим базам направления к объектам в небе можно количественно определить путем построения небесных систем координат. Подобно географической долготе и широте , экваториальная система координат определяет положения относительно небесного экватора и небесных полюсов с использованием прямого восхождения и склонения . Эклиптики система координат позиции указывает относительно эклиптики (земной орбиты ), используя эклиптики долготы и широты . Помимо экваториальной и эклиптической систем, некоторые другие небесные системы координат, такие как галактическая система координат, больше подходят для конкретных целей.

История [ править ]

Древние принимали буквальную истину о звездах, прикрепленных к небесной сфере, вращающихся вокруг Земли за один день, и неподвижной Земле. ^[7] Eudoxan планетарная модель , на которой аристотелевы и Птолемея были основаны модели, был первым геометрическое объяснение для «блуждающих» из классических планет . ^[8] Считалось, что самая внешняя из этих «кристаллических сфер» несет неподвижные звезды . Евдокс использовал 27 концентрических сферических тел, чтобы ответить на вопрос Платона : «Исходя из предположения о том, какие равномерные и упорядоченные движения могут быть объяснены видимыми движениями планет?» ^[9]

Звездный глобус [ править ]

Небесная сфера также может относиться к физической модели небесной сферы или небесного шара. Такие глобусы отображают созвездия на внешней стороне сферы, что приводит к зеркальному отображению созвездий, если смотреть с Земли. Самым старым сохранившимся примером такого артефакта является шар скульптуры Фарнезского Атласа , копия 2-го века более ранней ( эллинистический период , около 120 г. до н.э.) работы.

Другие тела, кроме Земли [ править ]

Наблюдатели в других мирах, конечно, видели бы объекты в этом небе почти в тех же условиях - как если бы они проецировались на купол. Можно было построить системы координат, основанные на небе этого мира. Они могут быть основаны на эквивалентных «эклиптике», полюсах и экваторе, хотя причины для построения такой системы имеют не столько технический, сколько исторический характер.

См. Также [ править ]

Примечания [ править ]

Ссылки [ править ]

• Боудич, Натаниэль (2002). Американский практический навигатор . Bethesda, MD: Национальное агентство изображений и картографии . ISBN 0-939837-54-4. Архивировано из оригинала на 2007-06-24.
• MacEwen, William A .; Уильям Хейлер; Терпин, Эдвард А. (1989). Справочник офицеров торгового флота: основан на оригинальном издании Эдварда А. Терпина и Уильяма А. Макьюэна (5-е изд.). Кембридж, Мэриленд: Cornell Maritime Press . С. 46–51. ISBN 0-87033-379-8.Библиография (ссылки) для задания Википедии по небесной сфере. (Формат APA6). Кроу, MJ (2001). Теории мира от античности до Коперниканской революции . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications.
• Ослер, MJ (2010). Реконфигурация мира: природа, бог и человеческое понимание от средневековья до Европы раннего Нового времени .
• Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса. Аристотелевская физика. (2020, 13 ноября). Получено 19 декабря 2020 г. с https://en.wikipedia.org/wiki/Aristotelian_physics.
• Аристотель. (2020, 15 декабря). Получено 19 декабря 2020 г. с https://en.wikipedia.org/wiki/Aristotle.
• Небесные сферы. (nd). Получено 19 декабря 2020 г. с https://en.wikipedia.org/wiki/Celestial_spheres?action=edit.
• Евдокс Книдский. (2020, 10 декабря). Получено 19 декабря 2020 г. с https://en.wikipedia.org/wiki/Eudoxus_of_Cnidus.
• Лемниската. (2020, 17 декабря). Получено 19 декабря 2020 г. с https://en.wikipedia.org/wiki/Lemniscate.
• Эмпедокл. (2020, 14 декабря). Получено 19 декабря 2020 г. с https://en.wikipedia.org/wiki/Empedocles.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме небесных сфер .

• ИЗМЕРЕНИЕ НЕБО Краткое руководство по небесной сфере - Джим Калер, Университет Иллинойса
• Общая астрономия / Небесная сфера - Викиучебники
• Вращающийся исследователь неба - Университет Небраски-Линкольн
• Интерактивная карта звездного неба - SkyandTelescope.com в веб-архиве Библиотеки Конгресса (архив 13 июня 2005 г. )
• Ежемесячные карты неба - для каждого места на Земле