Гелиоцентрическая система

Содержание

10 величайших астрономических открытий всех времен

Тысячи лет назад человек впервые взглянул в небо и, честно говоря, не понял ничего. Возможно, он увидел там бога. Возможно, комету. Пусть разбираются историки. Прошли тысячи лет, и человек снова взглянул в небо — уже с помощью, например, космического телескопа Хаббла. Он увидел там мириады звезд, квинтиллионы планет, гигантские расстояния и… ничего (темную материю, то есть). Мы быстро учимся. Космический телескоп Джеймса Вебба будет в 100 раз мощнее Хаббла и покажет еще больше. Но что-то мы открыли и без него.

Небо меняется, планеты движутся

Наши древнейшие предки отслеживали смену времен года по небу. Оно говорило им, когда можно будет охотиться на определенные виды животных, например. Когда развилось сельское хозяйство, цивилизации вроде Древнего Египта использовали звезды, чтобы определить, когда нужно засевать урожай, а когда собирать. Мы использовали небо как гигантские часы, чтобы считать время в течение года. Когда случались затмения или кометы, их считали неожиданными событиями, знамением богов. Сегодня мы знаем, что они происходят вследствие гравитационных взаимодействий и орбитального положения в космосе.

Со временем некоторые умные люди подметили, что звезды движутся по небу предсказуемым образом. Они проходили по тому же пути, что и Солнце, и движутся на фоне других звезд. Теперь мы знаем, что это планеты (от греческого слова, означающего «странники»). Во многих культурах эти планеты получили имена богов. Меркурий, Венера, Марс, Сатурн и Юпитер, Нептун, Уран названы в честь высших существ, почитаемых в древности.

Земля и Солнце не являются центром Вселенной

Ранние верования (в зависимости от религий) часто указывали Землю центром Вселенной. Но когда первые астрономы наблюдали небо, они не понимали многих вещей. Почему Марс, например, иногда меняет свой курс в небе, а затем снова начинает маршировать в том же направлении, что и другие планеты? Некоторые астрономы придумали сложные геометрический построения — эпициклы — которые должны были предсказывать хаотическое, на первый взгляд, движение планет.

Простое решение было предложение Николаем Коперником в 1500-х годах, когда он поставил Солнце в центр Вселенной, а Землю пустил вращаться вокруг него, подобно другим планетам. (В третьем веке это также предлагал Аристарх Самосский из Греции, но его труды не были хорошо известны в западном мире на тот момент). Такая расстановка решала проблему эпицикла и подкреплялась другими свидетельствами. К примеру, открытие Галилеем спутников Юпитера в 1610 году показало, что не все вращается вокруг Земли. Религиозные власти были недовольны, но со временем все встало на свои места.

По мере развития телескопических технологий, мы узнали также, что и Солнце не является центром Вселенной. В 1750-х годах считалось, что Млечный Путь — это большая коллекция звезд со своим собственным центром. К началу 1900-х наблюдения новых звезд в других галактиках показали, что они были дальше, чем Млечный Путь. Наконец, астроном Эдвин Хаббл обнаружил доказательства того, что Вселенная расширяется равномерно во всех направлениях, не имея истинного центра.

Все зависит от гравитации

Хотя мы видим движение планет, почему они движутся, было непонятно тысячи лет. В 1600-х годах все изменилось, когда сэр Исаак Ньютон начал применять математическую теорию к наблюдениям Вселенной. Он рассчитал три основных закона движения, а также закон всемирного тяготения, согласно которому две любые вещи во Вселенной взаимно притягиваются. Планеты обладают большей силой притяжения, галька в кольцах Сатурна — меньшей.

В начале 1900-х наше понимание гравитации изменилось вместе с наблюдениями физиков вроде Альберта Эйнштейна, который выяснил, что время может меняться в зависимости от системы координат. Если вы путешествуете на скорости, близкой к световой, ваше чувство времени замедляется по сравнению с чувством живущих на Земле. Время стали считать четвертым измерением (после ширины, высоты и длины), и это привело к лучшему пониманию невероятных гравитационных условий вокруг черных дыр и других массивных гравитационных объектов. Гравитация объекта стала следствием «искривления» пространства-времени.

В начале 2016 года гравитационные волны были обнаружены обсерваторией LIGO. Это рябь в пространстве-времени, вызванная взаимным вращением массивных объектов вроде черных дыр. Эйнштейн предсказал их существование, и астрономы искали их более 50 лет.

За Сатурном есть планеты

Телескоп показал множество мелких объектов, недосягаемых невооруженному глазу. Уильям Гершель открыл Уран в 1781 году случайно, когда каталогизировал все звезды, которые мог найти, восьмой величины или ярче. Тогда-то он и нашел Уран, движущийся на фоне звезд. Он планировал назвать его в честь короля Георга III, но другие астрономы решили назвать планету в честь бога, как и остальные.

За этим открытием стремительно последовали другие: Церера (тогда ее назвали астероидом, а не карликовой планетой) была обнаружена в 1801 году. Нептун в 1846, а Плутон (сначала ставший планетой) в 1930 году. Солнечная система оказалась куда более большим местом, чем думали раньше. Со временем модели позволили предположить, что кометы обитают за пределами орбиты Нептуна среди других ледяных объектов — в поясе Койпера. В начале 2000-х несколько новых объектов размером с Плутон были обнаружены в поясе Койпера, что позволило Международном астрономическому союзу создать новую категорию объектов — «карликовые планеты» — и поместить Плутон и Цереру в эту категорию.

Не менее поразительным стало открытие планет за пределами нашей Солнечной системы. Сначала астрономы нашли три планеты возле пульсара PSR B1257+12 в 1992 году, потом крупную экзопланету возле звезды главной последовательности 51 Пегаса в 1995 году. Сегодня мы знаем о существовании более 1000 планет за пределами Солнечной системы, и еще тысячи ожидают своего часа. Большую их часть обнаружил космический телескоп NASA Кеплер, запущенный в 2009 году.

Существует космический предел скорости

Мы используем скорость света как один из способов измерения Вселенной. Веками мы уточняли его скорость, и сегодня она составляет порядка 300 000 километров в секунду в вакууме. Солнце в восьми световых минутах от Земли. Ближайшая звездная система (Альфа Центавра) в четырех световых годах от нас, а ближайшая из крупных галактик (Андромеда) в 2,5 миллиона световых лет.

Хотя все мы мечтаем о варп-двигателе из «Звездного пути», который позволил бы нам в мгновение ока покрывать огромные расстояния, нас стесняют ограничения физики. Другим открытием Эйнштейна было уравнение E = mc2, определяющее эквивалентность массы и энергии. Когда вы летаете на скорости, близкой к скорости света, необходимая вам энергия увеличивает вашу массу. В точке непосредственно перед нарушением светового предела масса становится бесконечной. Двигаться быстрее просто невозможно.

Однако теоретическая физика предлагает хитроумные короткие ходы. Возможно, во Вселенной имеются червоточины, через которые вы сможете путешествовать легко и непринужденно, пересекая огромные расстояния в минуты. Возможно, существуют способы хотя бы коммуникации со скоростью света, поскольку квантово-запутанные частицы могут сообщаться мгновенно, вне зависимости от разделяющего их расстояния. Но насколько нам известно сейчас, скорость света равна максимально возможной скорости путешествия.

Мы видим эхо Большого Взрыва

Если бы Вселенная началась с сингулярности и затем расширилась наружу — согласно теории Большого Взрыва, — она должна была находиться в окружении невообразимой энергии. Со временем, когда Вселенная стала больше, эта энергия рассеялась, остыла и конденсировалась в вещество, которое заполнило космос.

Мы можем наблюдать останки этого огромного взрыва, благодаря случайному открытию в 1965 году. В то время как существование фонового излучения впервые предположил Ральф Альфер в 1948 году, двое ученых из Bell Telephone Laboratories обнаружили его лишь десятки лет спустя, когда столкнулись с помехами на новом радиоприемнике. Арно Пензиас и Роберт Вильсон нашли излучение вместе с другой командой, что вылилось в две работы (по одной от каждой группы), опубликованные в Astrophysical Journal в 1965 году.

Астрономы теперь знают о существовании крошечных температурных колебаний (анизотропии) в космическом микроволновом фоне (CMB), которые выявляют незначительные колебания плотности в ранней Вселенной. Эти незначительные флуктуации могут быть обнаружены с помощью очень чувствительных приборов вроде WMAP и европейского космического телескопа Планка. Считается, что эти вариации могут раскрыть многое о формировании ранней Вселенной, крупномасштабной структуры Вселенной и природе самых первых галактик.

Вселенная расширяется (и все быстрее)

В 1929 году астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется. Он был старательным и прилежным наблюдателем со своим 100-дюймовым телескопом на горе Вильсон в Калифорнии и сделал множество открытий вроде настоящих расстояний до галактик. Он вглядывался в новые звезды в этих галактиках, оценивал их яркость и затем рассчитывал, как сильно должна была тускнеть эта яркость с расстоянием. Затем, основываясь на работе астронома Весто Слифера, Хаббл измерил движение галактик и опубликовал работу, в которой окончательно показал расширение Вселенной.

Открытие было весьма громким, но еще больше астрономы удивились в конце 90-х годов прошлого века, когда обнаружили, что расширение ускоряется. Астрономы, измеряющие сверхновые в далеких галактиках, обнаружили, что эти сверхновые были менее яркими, чем предсказывали по их красному смещению (что указывает на то, что они удаляются от нас). Это открытие в конечном итоге принесло ученым Нобелевскую премию.

Мы не сможем увидеть большую часть материи во Вселенной

Ускоренное расширение Вселенной было загадкой для астрономов, но они предположили, что должна быть некая сила, которая «расталкивает» Вселенную. Ведущей теорией сегодня является темная энергия, которую нельзя обнаружить напрямую с помощью современных астрономических методов.

Есть также несколько теорий относительно того, чем может быть эта темная энергия. Она может быть свойством самого пространства-времени. По мере расширения пространства рождается больше темной энергии, которая еще дальше толкает расширение. Другое возможное объяснение связано с квантовой теорией вещества, в рамках которой допускается возникновение и исчезновение частиц, рождающих энергию.

Темная энергия, как полагают, составляет 68% массы известной Вселенной, а темная материя — 27%. Ученые не уверены относительно природы темной материи, но знают о ее существовании по гравитационному воздействию. Мы видим, как она искривляет свет за счет гравитационного линзирования. Остальная часть Вселенной, менее 5%, состоит из привычной энергии и материи, которые мы можем видеть с телескопами.

На других мирах есть вода и лед

Вода считалась одним из ключевых элементов для жизни, и со временем мы пришли к выводу, что это универсальный элемент в Солнечной системе и вообще во Вселенной. Первые наблюдения космических аппаратов в 1970-х и 80-х годах показали существование ледяных миров за пределами Земли. Открытие ледяных лун возле Юпитера, Сатурна и дальше стало сюрпризом, поскольку мы привыкли наблюдать безвоздушную Луну близ Земли. Со временем эти миры продемонстрировали сложный химический состав.

Европа, спутник Юпитера, и Энцелад, спутник Сатурна, считаются наиболее перспективными для жизни за пределами Земли, по крайней мере в Солнечной системе. Кроме того, вода может существовать в жидкой форме внутри этих лун. На Титане, спутнике Сатурна, много углеводородов, а под поверхностью может скрываться жидкий океан.

Более продвинутые наблюдения в 90-х годах и далее нашли водяной лед в самых неожиданных местах. Оказалось, водяной лед может быть на безвоздушной Луне и даже на Меркурии — ближайшей к Солнце планете — если лежит в постоянно закрытых от Солнца кратерах или под защитным слоем пыли. Полярные шапки, состоящие частично из льда, имеются на Марсе. Лед есть на кометах и на небольших мирах вроде карликовой планеты Церера.

Впереди нас ждет много интересного

Астрономия только начинает быть интересной, поскольку телескопы становятся все лучше и лучше, появляются новые способы исследовать нашу Вселенную. Один из запланированных к запуску в 2018 году телескопов, Джеймс Вебб, должен быть в 100 раз мощнее своего предшественника, телескопа Хаббла.

Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп, который будет завершен в 2024 году, если все пойдет по плану, будет изучать тайны Вселенной с Земли. По плану, он будет искать экзопланеты, вглядываться в первые дни существования Вселенной, сверхмассивные черные дыры и загадочную темную материю. Телескопы нового поколения также поищут планеты, похожие на Землю, в других солнечных системах, изучат их атмосферы, орбиты и происхождение.

Недавнее открытие гравитационных волн, ключевого компонента общей теории относительности Эйнштейна, открыло путь новому типу астрономии — гравитационно-волновой астрономии. Независимая от электромагнитного спектра, гравитационно-волновая астрономия измерит рябь пространства-времени и покажет массивные объекты, которые оставались бы невидимыми для оптических телескопов.

Гелиоцентрическая система мира

Астрономия в древности

Трудно точно сказать, когда именно зародилась астрономия: до нас почти не дошли сведения, относящиеся к доисторическим временам. В ту отдаленную эпоху, когда люди были совершенно бессильны перед природой, возникла вера в могущественные сверхъестественные силы, которые будто бы создали мир и управляют им. На протяжении многих веков обожествлялись Луна, Солнце, планеты. Об этом мы узнаем из мифов всех народов мира.

Первые представления о мироздании были очень наивными, они тесно переплетались с религиозными верованиями, в основу которых было положено разделение мира на две части – земную и небесную. Если сейчас каждый школьник знает, что Земля сама является небесным телом, то раньше “земное” противопоставлялось “небесному”. Думали, что существует “твердь небесная”, к которой прикреплены звезды, а Землю принимали за неподвижный центр мироздания.

Геоцентрические системы мира

Представление о центральном положении Земли во Вселенной впоследствии было положено учеными Древней Греции в основу геоцентрических систем мира. Так, крупнейший греческий философ и ученый – энциклопедист Аристотель (384 – 322 гг. до н.э), уже знавший (из наблюдений лунных затмений) о том что Земля имеет шарообразную форму, считал, что планета неподвижна. Он отмечал, что если бы Земля двигалась, то данное движение можно было бы обнаружить по положению звезд на небе – они бы изменялись. На самом деле такие кажущиеся (или параллактические) смещения звезд происходят, но из-за огромной удаленности звезд эти смещения ничтожно малы и были впервые обнаружены лишь в XIX в.

Достижения античной астрономии во II в. н. э. обобщил александрийский астроном Клавдий Птолемей. Он разработал геоцентрическую систему мира, согласно которой вокруг неподвижной Земли движутся Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн и “сфера неподвижных звезд”. На протяжении многих веков церковь поддерживала геоцентрическую систему мира, в которой, как и в самом церковном учении, Земле отводилось положение “центра Вселенной”.

Несмотря на то что система мира Птолемея основывалась на абсолютно ошибочных представлениях о строении Вселенной, она все же объясняла многие особенности видимого движения небесных светил, и в частности петлеобразное движение планет. Этого Птолемей добился, рассматривая движение каждой планеты как комбинацию нескольких равномерных движений. Например, считалось, что планета не просто движется вокруг Земли, а движется около точки, которая сама обращается вокруг Земли. Таблицы, составленные Птолемеем, позволяли определить заранее положение планет на небе. Но с течением времени астрономы обнаружили расхождение наблюдаемых положений планет с предвычисленными. На протяжении веков думали, что система мира Птолемея просто недостаточно совершенна и, пытаясь усовершенствовать ее, вводили для каждой планеты новые и новые комбинации круговых движений.

Гелиоцентрическая система мира

Свою систему мира великий польский астроном Николай Коперник (1473 — 1543) изложил в книге “О вращениях небесных сфер”, вышедшей в год его смерти. Согласно его учению, в центре мира находится не Земля, а Солнце. Вокруг Земли движется лишь Луна. Сама же Земля является третьей по удаленности от Солнца планетой и самая близкая к Земле планета — Венера. Земля обращается вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси. За орбитой Земли расположены орбиты Марса, Юпитера и Сатурна. На очень большом расстоянии от Солнца Коперник поместил “сферу неподвижных звезд”.

Система мира, предложенная Коперником, называется гелиоцентрической. Он просто и естественно объяснил петлеобразное движение планет тем, что мы наблюдаем обращающиеся вокруг Солнца планеты не с подвижной Земли, а с Земли, движущейся тоже вокруг Солнца. Коперник впервые в астрономии не только дал правильную схему строения Солнечной системы, но и определил относительные расстояния (в единицах расстояния Земли от Солнца) планет от Солнца и вычислил период их обращения вокруг него.

Учение Коперника нанесло сокрушительный удар геоцентрической системе мира. Оно далеко вышло за рамки астрономической науки, став мощным толчком для развития всего естествознания.

Становление гелиоцентрического мировоззрения

Учение Коперника было признано не сразу. По приговору инквизиции в 1600 г. был сожжен в Риме выдающийся итальянский философ, последователь Коперника Джордано Бруно (1548 — 1600). Бруно, развивая учение Коперника, утверждал, что во Вселенной нет и не может быть центра, что Солнце – это только центр Солнечной системы. А Земля планета солнечной системы. Он также высказывал гениальную догадку о том, что звезды – такие же солнца, как наше, причем вокруг бесчисленных звезд движутся планеты, на многих из которых существует разумная жизнь. Ни пытки, ни костер инквизиции не сломили волю Джордано Бруно, не заставили его отречься от нового учения.

В 1609 г. Галилео Галилей (1564 — 1642) впервые направил на небо телескоп и сделал открытия, наглядно подтверждающие учения Коперника. На Луне он увидел горы. Значит, поверхность Луны в какой-то степени сходна с земной и не существует принципиального различия между “земным” и “небесным”. Галилей открыл четыре спутника Юпитера. Их движение вокруг Юпитера опровергало ошибочное представление о том, что только Земля может быть центром движения небесных тел. Галилей обнаружил, что Венера – шарообразное тело, которое светит отраженным солнечным светом. Изучая особенности изменения вида Венеры, Галилей сделал правильный вывод о том, что она движется не вокруг Земли, а вокруг Солнца. На Солнце, олицетворявшем “небесную чистоту”, Галилей открыл пятна и, наблюдая за ними, установил, что Солнце вращается вокруг своей оси. Значит, различным небесным телам, например Солнцу, присуще осевое вращение. Наконец, он обнаружил, что Млечный путь – это множество слабых звезд, не различимых невооруженным глазом. Следовательно, Вселенная значительно грандиознее, чем думали раньше, и крайне наивно было предполагать, что она за сутки совершает полный оборот вокруг маленькой Земли.

Открытия Галилея умножили число сторонников гелиоцентрической системы мира и одновременно заставили церковь усилить преследования коперниканцев. В 1616 г. книга Коперника “О вращениях небесных сфер” была внесена в список запрещенных книг, а изложенное в ней учение объявлено противоречащим Священному Писанию. Галилею запретили пропагандировать учение Коперника. Однако в 1632 г. ему все-таки удалось опубликовать книгу “Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой”, в которой он сумел убедительно показать истинность гелиоцентрической системы, чем и навлек на себя гнев католической церкви. В 1633 г. Галилей предстал перед судом инквизиции. Престарелого ученого заставили подписать “отречение” от своих взглядов и до конца жизни держали под надзором инквизиции. Лишь в 1992 г. католическая церковь окончательно оправдала Галилея.

Казнь Бруно, официальный запрет учения Коперника, суд над Галилеем не смогли остановить распространения коперниканства. В Австрии Иоганн Кеплер (1571 — 1630) развил учение Коперника, открыв законы движения планет. В Англии Исаак Ньютон (1643 — 1727) опубликовал свой знаменитый закон всемирного тяготения. В России учение Коперника смело поддерживал М.В. Ломоносов (1711 — 1765), который открыл атмосферу на Венере, защищал идею о множественности обитаемых миров и в остроумных стихах высмеивал сторонников геоцентризма.

Гелиоцентрическая система мира

Польский ученый Николай Коперник совершил революцию в астрономии. В процессе изучения «Альмагеста» Птолемея восхищение Коперника сменилось сомнением в истинности, а затем и уверенностью в противоречивости геоцентрической системы. В поисках фундаментальных астрономических идей Коперник обратился к античному наследию и там нашел ответ.

Аристарх Самосский утверждал, что Земля движется. Пифагореец Филолай полагал, что Солнце и планеты вращаются вокруг «Центрального Огня». Мистические и эзотерические учения Античности и Средневековья говорили о духовном центре мира, который они связывали с Солнцем.

В 1543 году вышел в свет труд Коперника «Об обращении небесных сфер», в котором излагалась новая теория видимых движений Солнца, Луны, планет и сферы звезд. Гениальный ученый лежал на смертном одре, когда в его холодеющие руки друг вложил только что напечатанный том, еще пахнущий типографской краской. Со своим детищем в руках Коперник и скончался.

Теория Коперника объяснила видимое движение планет и суточного вращение небосвода. Движение планет кажется петлеобразным из-за вращения Земли вокруг Солнца. Стало понятно, почему происходит смена времен года. При движении Земли вокруг Солнца ось ее вращения сохраняет положение в пространстве. Коперник впервые в истории астрономии поставил проблему определения действительных расстояний планет от Солнца.

В теории Коперника сохранялись античные и средневековые традиции:

  1. круговые равномерные движения небесных тел;

  2. центральное положения Солнца во Вселенной;

  3. конечность Вселенной;

  4. единственность планетной системы Солнца.

Поскольку Коперник допускал лишь круговые равномерные движения планет по окружности, ему пришлось сохранить деференты и эпициклы. Правда, их оставалось только 34. Поэтому расчеты по теории Коперника долгое время оказывались не намного более простыми и не более точными, чем по теории Птолемея.

Значение теории Коперника

1. Теория Коперника заменила геоцентрическую систему – основание первой научной картины миры.

2. Теория Коперника стала основой нового научного мировоззрения – механистической картины мира.

3. Теория Коперника явилась важнейшей предпосылкой создания классической механики.

4. Теория Коперника определила новую научную методологию. Философы, представители схоластики, считали, что сущность можно непосредственно постигать разумом. Коперник впервые показал, что сущность может быть понята только после тщательного изучения явления.

Учение Джордано Бруно

Джордано Бруно, монах неаполитанского монастыря, пришел к пониманию, что Солнце – такая же звезда, как и множество других звезд на небосводе, и оно не занимает центральное положение во Вселенной. В бесконечной Вселенной существует бесконечное количество планетных систем наподобие Солнечной, и среди них есть обитаемые.

К середине XVII в. научный мир окончательно признал гелиоцентрическую теорию. Возникла проблема ее физического обоснования. В середине XVII в. астрономическая революция трансформировалась в физическую революцию.

Развитие гелиоцентрической системы мира от её появления до её признания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Создание гелиоцентрической системы мира

2. Система мира Коперника

3. Развитие и утверждение учения Коперника

Заключение

Список литературы

Введение

Каждый человек с начала времен стремится к познанию себя и окружающего его действительности. Огромное количество людей посвятило себя поиску ответов на вопросы о строении, происхождении и развитии мира, посвятило себя изучению вселенной и её законов.

Астрономия — это одна из старейших наук, возникшая во 2 тысячелетии до н. э. В Вавилоне и Египте велись многолетние систематические наблюдения за движением Солнца, Луны и планет, была установлена периодичность лунных и солнечных затмений. Однако люди того времени считали, что Земля плоская, держится на трех китах и накрыта выпуклой крышкой.

Впервые к выводу о том, что Земля имеет шарообразную форму, пришёл древнегреческий ученый Пифагор в VI в. до н. э. Почти все древнегреческие ученые считали, что Земля это центр мира и все остальные небесные тела вращаются вокруг неё. Такую систему мира называют геоцентрической системой мира. Такая система была разработана Эвдоксом и Аристотелем, и усовершенствована александрийским астрономом К. Птолемеем в II в н. э., поэтому её часто называют птолемеевой системой мира. Геоцентрическая система мира была общепризнанной почти полторы тысячи лет.

Представление Н. Коперника о солнечной системе стало революционным открытием в астрономии и по сей день является фундаментом для дальнейшего изучения вселенной. Поэтому тема «Гелиоцентрическая система мира Коперника» на протяжении уже почти 5 столетий остаётся актуальной.

Цель данной работы изучить и проанализировать развитие гелиоцентрической системы мира от её появления до её признания.

1. Создание гелиоцентрической системы мира

На протяжение многих веков принимая геоцентрическую систему мира априори верной, о возможности иного устройства мира задумывались редко. Свои догадки в перерез центральному расположению Земли высказал Аристарх Самосский в III в. до н. э. На основе астрономических наблюдений он установил, что расстояние до Солнца значительно больше расстояния до Луны. Он полагал, что в центре мира находится Солнце, что видимое движение небесных тел объясняется вращением Земли вокруг своей оси и обращением Земли и планет вокруг Солнца. Однако такая модель была отвергнута из религиозных соображений и, назвав безбожником, Аристарха изгнали из Александрии. В атмосфере упадка науки таки религиозные обвинения привели к тому, что астрономы и физики, даже если были сторонниками теории Аристарха, старались воздерживаться от публичных заявлений, что и привело к забвению такой модели мира. После чего геоцентрическая теория Птолемея прочно укрепилась на долгое время.

Революцию в научных представлениях об устройстве Вселенной произвел Николай Коперник в XVI в., опубликовав книгу под названием «Об обращении небесных кругов». Коперник показал, что вес наблюдаемые движения небесных светил легко объясняются гелиоцентрической системой мира (от греческого Гелиос — Солнце). В центре мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого движутся планеты, в том числе и Земля со своим единственным реальным спутником Луной. На огромном расстоянии от планет находилась сфера «постоянных» звезд. Вывод об огромной удаленности этой сферы диктовался самим гелиоцентрическим принципом. Так Коперник смог согласовать гелиоцентризм с видимым отсутствием у звезд параллактических. Таким было одно из существенных возражений Аристотеля против идеи движения Земли.

В своей книге Коперник старался не касаться чрезвычайно скользких богословских вопросов. Он придал изложению такой характер, чтобы можно было прочесть значительную часть книги, не заметив заключающегося в ней нового учения о Земле, планетах и Солнце. Коперник вполне ясно сознавал важные последствия, вытекающие из его системы мира, по отношению ко всему принятому в его эпоху мировоззрению и что вначале лишь немногие в силах будут оценить его идеи. Он знал — эти идеи вызовут противодействие церкви, и именно поэтому он долго оттягивал издание готового сочинения. Он даже думал, не выпуская в свет своего труда, а передать свое учение узкому кругу лиц, которые сохранили бы его и передали потомкам как предание. Лишь в 1542 г., за год до своей смерти, семидесятилетний Коперник решился издать свой труд. Книга была напечатана в Нюрнберге в мае 1543 г., как раз после того, как опубликованный папский приказ запретил печатать, читать и продавать книги, не прошедшие одобрения «конгрегацией индекса» запрещенных книг, т. е. инквизиционной цензурой.

2. Система мира Коперника

Николай Коперник родился в 1473 г. в польском городе Торне. Сын богатого купца, он получил всестороннее образование в лучших университетах того времени. Затем в 1505 г. вернулся на родину в маленький город Фрауенбург и принял должность каноника (духовного чиновника при епископе по управлению делами церкви). Благодаря этой должности он был вполне обеспечен, и у него было много свободного времени для научных занятий. Однако, хотя Коперник и принадлежал к духовенству, он не был священником и церковных служб не совершал.

Коперник был врачом, правоведом и опытным инженером. Но главным в своей жизни он считал астрономические исследования и все свободное время посвящал наблюдениям небесных светил и астрономическим вычислениям. Он, как и многие подобные ему, пытался разгадать: как же устроен мир? В поисках ответа на этот вопрос он пришел к созданию новой системы астрономии, всецело основанной на представлении о движении Земли.

Со стороны попов предпринималось не мало попыток опорочить идеи Коперника. Они прибегали прежде всего к злостным и грубым насмешкам. Некоторые острили, будто этот астроном много пьет, потому что только у очень пьяных людей Земля вертится под ногами. Дело дошло до того, что некий драматург сочинил комедию о Копернике; в 1531 г. в Эльбинге, недалеко от Фрауенбурга, на глазах у престарелого Коперника была разыграна комедия, в которой учение о движении Земли и автор этого учения были представлены в шутовском виде.

Коперник не обращал внимания на поповские трюки, он спокойно и невозмутимо продолжал разрабатывать свое учение и до последних дней жизни стойко удерживал занятую им позицию. Он, несомненно, был одним из тех великих ученых, которые вели борьбу против устаревших идей и закладывали основы для новой науки.

Как большинство натурфилософов Древней Греции, Коперник представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным сферой звезд, неподвижных каждая на своем месте. Он считал истинные движения небесных тел равномерными и круговыми. Попытка достичь строгого выполнения провозглашенных Платоном и утвержденных Аристотелем основных принципов движения небесных тел, — его равномерного кругового характера, что явно нарушалось в системе Птолемея введением экванта, была для Коперника, по его собственным словам, стимулом для поисков иных способов описания движений небесных тел. Но другим, несравненно более важным с точки зрения дальнейшего развития науки стимулом к ревизии и отказу от теории Птолемея стало для Коперника стремление восстановить утраченную логическую простоту и стройность планетной теории.

В ту эпоху сосуществовало несколько моделей движений небесных тел. И все они опирались на принцип геоцентризма. В этих теориях движение планет представлялось с помощью нескольких равноправных, неоднозначных математических моделей. Для объяснения петель для каждой планеты предполагалось, помимо движения по деференту, движение по своей группе эпициклов, никак не связанных, вообще говоря, с эпициклами и деферентом для другой планеты. Это было слишком сложно, и поэтому Коперник видел в такой модели несовершенство, более того, указание на коренную несостоятельность теории Птолемея. В ней отсутствовал единый принцип, который мог бы объяснить, по крайней мере, основные закономерности в движении планет. Коперник пришел к мысли о ложности теории Птолемея и других подобных геоцентрических схем (в том числе и гомоцентрических) в чем-то основном. В них нарушался основной принцип, известный еще древним грекам: «природа не терпит лишнего».

Этот принцип для Коперника представлял более глубокое проявление гармонии мира, выражающейся в стремлении меньшим числом причин объяснить большее число следствий, явлений. Такая единая причина могла бы, по мнению Коперника, выявить общий мировой порядок, так сказать «симметрию» Вселенной. В то время как птолемеева теория не претендовала не на что большее, чем просто описание видимых угловых перемещений небесных светил. Для Коперника главным изъяном геоцентрических систем мира было то, что «они не смогли определить форму мира и точную соразмерность его частей».

Подобным утверждениям Коперник отмечал основную особенность птолемеевой и других подобных систем — их условный, модельный характер и ограниченность узкопрактическими целями. Эти теории позволяли вычислить лишь направления на небесные светила, без попыток раскрыть истинную удаленность и расположение в пространстве. Птолемей даже не пытался решать последние две задачи, считая их не разрешимыми. Коперник же учитывая физические характеристики небесных тел — уже во вводных главах своего труда — показывает его отношение к своей теории как к теории реального устройства планетной системы и всей Вселенной.

Коперник упоминает представления древнегреческих философов Филолая и Хикетаса, как источник главной идеи иного, не геоцентрического способа описания видимого движения планет. Это была идея подвижности Земли, обращающейся вокруг неподвижного в пространстве тела, расположенного в центре мира. Коперник принял за это тело — Солнце. Усвоенное и развитое им представление об относительном характере движения помогло принять гелиоцентризм. Кинематический принцип относительности известный грекам еще в древности начал вновь возрождаться как основа для понимания устройства окружающей Вселенной уже в сочинениях отдельных философов в средние века. Именно на этом основывалась главная идея многих мыслителей — о возможности объяснить основные астрономические явления — смену дня и ночи и движение звездной сферы (скорость которой при ее принимавшихся уже огромных размерах оказывалась фантастически большой) — подвижностью Земли, ее вращением. Но никто не решался взяться за серьезное обоснование этой идеи на базе астрономического материала.

Как и Птолемей, Коперник считал неравномерное петлеобразное движение планет, неравномерное движение Солнца, лишь кажущимся эффектом. Причиной этого эффекта он считал перемещение самого наблюдателя, тем самым избавившись от подбора и комбинации движений по условным вспомогательным окружностям. Он допустил, таким образом, что наблюдение ведется с движущейся Земли. Это допущение подвижности Земли и стало главным принципом в системе Коперника. Он стремился обосновать его рядом физических и логических соображений.

Вторым допущением было принятие идеи — центрального положения Солнца в системе мира. Стоит заметить, что из принятия подвижности Земли еще вовсе не следует с необходимостью неподвижность и центральное положение Солнца во Вселенной. Коперник принял центральное положение именно Солнца, выделив его положение во Вселенной, имея на то свои особые причины — кинематические и физические.

Коперник обратил внимание на особую роль Солнца, отразившуюся уже в ряде характерных закономерностей еще в птолемеевой модели. Планеты в ней по свойствам их движений как бы разделялись Солнцем на две группы — ближние (ближе к Земле, чем к Солнцу) и дальние. Для описания видимого движения каждой планеты в комбинации кругов обязательно существовал один круг с годичным, как у Солнца, периодом движения по нему. Для дальних планет это был первый, или главный эпицикл, для ближних — деферент. Более того, Меркурий и Венера вообще все время сопровождали Солнце, лишь совершая около него колебательные движения. Одним из главных физических оснований для выделения Солнца служили общепринятые к тому времени оценки его размеров — в сотни раз больше Земли по объему.

Коперник отметил, что еще Капелла допускал, что Меркурий и Венера обращаются не вокруг Земли, а вокруг Солнца. Коперник писал: «Если воспользоваться этим и принять для Сатурна, Юпитера и Марса тот же центр, обратив при этом внимание на большее протяжение их орбит, окружающих не только орбиту Меркурия и Венеры, но и путь Земли,— то этим можно объяснить их движений. Известно, что Сатурн, Юпитер и Марс всегда ближе к Земле, когда они восходят вечером, т. е. в то время, когда вступают в оппозицию с Солнцем, иначе говоря, когда Земля стоит между ними и Солнцем. Когда заходят вечером они находятся дальше всего от Земли, т. е. когда между ними и Землей стоит Солнце. Это служит правдоподобным доказательством того, что центр их обращения — Солнце, служащее центром и для орбит Венеры и Меркурия. И так как все названные планеты имеют один центр, то остается, чтобы в свободном пространстве, между Венерой и Марсом помещалась орбита Земли, сопровождаемая спутником Луною. Бесспорно, Луна, стоящая ближе всего к Земле, никак не может быть отдалена от нее уже даже потому, что в этом пространстве для нее вполне достаточно места. Поэтому мы не боимся утверждать, что все то, что охватывает собой сфера обращения Луны, вместе с центром этой сферы — Землей, описывает между планетами вокруг Солнца в течение года тот большой круг, в центре которого помещается центр вселенной, т. е. неподвижно покоящееся Солнце. И всё, что прежде объясняли движением Солнца, можно объяснить движением Земли».

Все же допустить в XVI в. подвижность Земли, лишив ее положения центра мира, настолько противоречило общепринятому «здравому смыслу», что сам Коперник, как уже отмечалось ранее, постарался смягчить впечатление от своего нововведения. Он делал большой акцент на то, что поскольку размеры сферы звезд и удаленность ее от планет колоссальны, то вся система планет вместе с подвижной теперь Землей оказывалась практически в центре этой Вселенной.

В свое время Птолемей (а до него еще Гиппарх) введением эксцентриков для более точного отображения неравномерности видимого движения небесных светил уже лишили Землю ее статуса единственного центра всех обращений, каким она обладала во Вселенной Аристотеля. От такой множественности центров обращения не смог избавиться и Коперник. Однако он попытался восстановить в чистом виде принцип равномерности небесных движений, что повлекло отказ от идеи экванта. Сохранил он также идею кругового движения, что в последствие привело к некоторым трудностям в описании, но в те времена просто не существовало альтернативы. Таким образом, Коперник сделал немалый шаг назад, как это выяснилось, впрочем, лишь в свете открытий Кеплера.

Принцип круговых равномерных движений вынудил Коперника и в гелиоцентрической системе сохранить несколько десятков эпициклов для достаточно точного описания движения планет, ввиду чего теория Коперника при расчетах была ненамного проще птолемеевой и практически не отличалась от нее по точности определения положений планет на длительный промежуток времени. На основе расчетов Коперника его ученики и последователи составили таблицы будущих положений небесных светил, и они были довольно точные, но это объяснялась не введением гелиоцентрического принципа системы, а более развитым (по сравнению с XIII в.) математическим аппаратом вычислений. Эти таблицы, как и их предшественники, вскоре неизбежно разошлись с наблюдениями. Этот факт даже охладило первоначальное восторженное отношение к теории Коперника у тех вычислителей, которые ожидали от нее немедленных практических выгод.

Учение Коперника, как и ожидалось, получило резко отрицательную оценку со стороны католической церкви, так как прямо противоречило тексту Библии и переносило человека из центра Вселенной на окраину, на одну из рядовых планет, обращающихся вокруг центрального светила — Солнца.

гелиоцентрический система мир коперник

3. Развитие и утверждение учения Коперника

Еще большее неприятие церкви вызвали труды итальянских ученых Джордано Бруно и Галилео Галилея, последователей Коперника. Прочитав книгу Коперника, монах Бруно принял основные идеи и дополнил это учение новым, принципиально важными положениями. Бруно полагал, что каждая звезда подобна Солнцу и вокруг каждой звезды обращаются свои планеты, на которых обитают живые существа. Одни звезды с планетами и жизнью на них возникают, другие погибают, но Вселенная бесконечна и в ней неисчислимое количество обитаемых миров, жизнь во Вселенной вечна.

За такие безбожные высказывания Джордано Бруно был объявлен еретиком, и он бежал из монастыря. Несколько лет скрывался за пределами Италии, продолжая развивать и распространять свое учение. Однако он все же был схвачен и семь лет находился в тюрьме. От него добивались публичного отречения от своих взглядов на устройство Вселенной, угрожая смертной казнью. Однако он был тверд и стоял на своем, за что и был приговорен к сожжению на костре. Казнь была 17 февраля 1600 года на одной из площадей Рима. Но она не смогла остановить распространение нового учения, а даже наоборот. Люди пытались узнать, в чем же заключалась идея, за которую человек добровольно пошел на смерть.

Положение гелиоцентрической системы мира укрепил немецкий астроном Иоган Кеплер.

Он увлекся идеями Коперника еще в университете и стал искать пути её усовершенствовать. В этом ему помог случай. В 1600 г. Кеплер был приглашен датским астрономом Тихо Браге для совместной работы. Им предстояло обработать результаты двадцатилетних наблюдений за движением планет.

Тихо Браге хотел создать свою собственную теорию о системе мира. Для математической обработки результатов он и пригласил Кеплера. Однако Кеплеру пришлось продолжить работу самостоятельно в связи с кончиной его наставника. Закончив работу он, наконец, пришел к правильному решению задачи в 1609 г.

Основные выводы Кеплера гласили: первое — Марс движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце, второе — радиус-вектор, соединяющий планету и Солнце, за равные промежутки времени описывает равные площади, и третье (открыл этот закон в 1619 г.) — квадраты периодов обращения планет относятся как кубы средних радиусов орбит.

Больших успехов в утверждении гелиоцентрической системы мира достиг, несомненно, великий итальянский ученый Галилео Галилей.

Он одним из первых применил зрительную трубу для астрономических наблюдений, а затем изготовил телескоп, благодаря которому смог наблюдать горы на луне и пятна на Солнце. Наблюдая за движением пятен, Галилей обнаружил вращение Солнца вокруг своей оси.

Направив свой телескоп на Млечный Путь, он понял, что белая полоса на небе — это бесконечное множество малых звезд. Этим наблюдением подтверждалась теория Джордано Бруно о бесконечной Вселенной.

Основные результаты трудов Галилея были опубликованы в 1632 г. в книге «Диалог о двух главнейших системах мира — Птолемеевой и Коперниковой». За такие идеи Галилея могла постигнуть участь Бруно, но он под угрозой пытки вынужден был публично отречься от своих высказываний. Он спас себе жизнь, но закрыл возможность дальше заниматься научными исследованиями.

Заключение

Гелиоцентрическая система мира прошла огромный тернистый и ухабистый путь. Прорываясь в атмосфере упадка науки в III в. до н. э. (Аристарх Самосский) и угасая, она вернулась уже в учениях великого Коперника, твердая и невозмутимая. Но тут ей пришлось повстречаться с серьезным противником геоцентрической системой мира Птолемея и несокрушимым врагом — инквизицией. Это в большой степени отбросило возможность прогресса назад.

Триумфом гелиоцентрической системы мира было открытие закона всемирного тяготения, но и тут теория была не до конца состоятельной. Еще долгие годы и многие открытия вели бесценный труд Коперника к признанию.

Первым успешным измерением годичного параллакса была работа российского астронома Пулковского в 1837 г. Это была одна из самых проблемных точек в теории Коперника. Неудачные попытки обнаружить параллакс приводили к выводу о неподвижности Земли.

Несмотря на все обстоятельства, гелиоцентрическая система Коперника дошла до наших дней и считается величайшим прорывом в астрономии.

Список литературы

1. Г.А. Гурев. «Система мира от древнейших времен до наших дней». Московский рабочий, 1950 г.

2. А.И. Еремеева, Ф.А. Цицин. «История астрономии». Издательство Московского университета, 1989 г.

3. А.Т. Глазунов, О.Ф. Кабардин, А.Н. Малинин, В.А. Орлов, А.А. Пинский. Физика 11, Москва «Просвещение», 2007 г.

4. ru.wikipedia.org/wiki/История_развития_представлений_о_Вселенной

Гелиоцентрические координаты

Связь эклиптической и второй экваториальной систем координат.

Эклиптическая система координат, или эклиптикальные координаты:49 — это система небесных координат, в которой основной плоскостью является плоскость эклиптики, а полюсом — полюс эклиптики. Она применяется при наблюдениях за движением небесных тел Солнечной системы, плоскости орбит многих из которых, как известно, близки к плоскости эклиптики, а также при наблюдениях за видимым перемещением Солнца по небу за год:30.

Описание

Одной координатой в этой системе является эклиптическая широта β, а другой — эклиптическая долгота λ.

Эклиптической широтой β светила называется дуга круга широты от эклиптики до светила, или угол между плоскостью эклиптики и направлением на светило. Эклиптические широты отсчитываются в пределах от 0° до +90° к северному полюсу эклиптики и от 0° до −90° к южному полюсу эклиптики.

Эклиптической долготой λ светила называется дуга эклиптики от точки весеннего равноденствия до круга широты светила, или угол между направлением на точку весеннего равноденствия и плоскостью круга широты светила. Эклиптические долготы отсчитываются в сторону видимого годового движения Солнца по эклиптике, то есть к востоку от точки весеннего равноденствия в пределах от 0° до 360°.

Различают два типа эклиптических координат. В первом из них за центральную точку берётся центр Земли. Эклиптическая геоцентрическая система координат используется в небесной механике для расчета орбиты Луны. Во втором центральной точкой считается центр Солнца. Эклиптическая гелиоцентрическая система координат используется для расчета орбит планет и других тел Солнечной системы обращающихся вокруг Солнца.

Вследствие предварения равноденствий и колебания угла наклона плоскости эклиптики к небесному экватору, на продолжительных промежутках времени эклиптическая система координат не является фиксированной, в таких случаях необходимы ссылки на эпоху, то есть время, когда были измерены координаты.

Экваториальные координаты полюсов эклиптики на эпоху 1 января 2000 г.:

  • Северный: прямое восхождение 18ч 0м 0.0с (точное значение), склонение +66° 33′ 38.55″ (созвездие Дракона)
  • Южный: прямое восхождение 6ч 0м 0.0с (точное значение), склонение -66° 33′ 38.55″ (созвездие Золотой Рыбы).

Переход от второй экваториальной

Обозначим α {\displaystyle \alpha } — прямое восхождение, δ {\displaystyle \delta } — склонение, ε {\displaystyle \varepsilon } — угол наклона эклиптики к небесному экватору. Тогда формулы перехода от второй экваториальной системы координат к эклиптической системе координат имеют следующий вид:

sin ⁡ β = sin ⁡ δ cos ⁡ ε − cos ⁡ δ sin ⁡ ε sin ⁡ α {\displaystyle \sin \beta =\sin \delta \cos \varepsilon -\cos \delta \sin \varepsilon \sin \alpha } cos ⁡ β cos ⁡ λ = cos ⁡ δ cos ⁡ α {\displaystyle \cos \beta \cos \lambda =\cos \delta \cos \alpha } cos ⁡ β sin ⁡ λ = sin ⁡ δ sin ⁡ ε + cos ⁡ δ cos ⁡ ε sin ⁡ α {\displaystyle \cos \beta \sin \lambda =\sin \delta \sin \varepsilon +\cos \delta \cos \varepsilon \sin \alpha }

Если косинусов и синусов недостаточно, и нужны сами λ {\displaystyle \lambda } и β {\displaystyle \beta } , их выражают из этих трёх формул: угол β {\displaystyle \beta } — из первой формулы, а угол λ {\displaystyle \lambda } — из второй и третьей формул. Причём для получения λ {\displaystyle \lambda } нужно разобраться со знаками. Обозначим правую часть второй формулы x {\displaystyle x} , а правую часть третьей — y {\displaystyle y} , тогда

Остаётся рассмотреть значения α {\displaystyle \alpha } и δ {\displaystyle \delta } , которые обращают x {\displaystyle x} в нуль:

Вывод формул перехода

Обозначим северный полюс эклиптики — R {\displaystyle R} , северный полюс мира — P {\displaystyle P} , положение данного небесного тела — M {\displaystyle M} и рассмотрим сферический треугольник R P M {\displaystyle RPM} . По теореме косинусов имеем:

cos ⁡ ( 90 ∘ − β ) = cos ⁡ ε cos ⁡ ( 90 ∘ − δ ) + sin ⁡ ε sin ⁡ ( 90 ∘ − δ ) cos ⁡ ( 90 ∘ + α ) {\displaystyle \cos(90^{\circ }-\beta )=\cos \varepsilon \cos(90^{\circ }-\delta )+\sin \varepsilon \sin(90^{\circ }-\delta )\cos(90^{\circ }+\alpha )} sin ⁡ β = sin ⁡ δ cos ⁡ ε − cos ⁡ δ sin ⁡ ε sin ⁡ α {\displaystyle \sin \beta =\sin \delta \cos \varepsilon -\cos \delta \sin \varepsilon \sin \alpha }

Первая формула получена. Теперь к тому же сферическому треугольнику применяем теорему синусов:

sin ⁡ ( 90 ∘ − β ) sin ⁡ ( 90 ∘ + α ) = sin ⁡ ( 90 ∘ − δ ) sin ⁡ ( 90 ∘ − λ ) {\displaystyle {\frac {\sin(90^{\circ }-\beta )}{\sin(90^{\circ }+\alpha )}}={\frac {\sin(90^{\circ }-\delta )}{\sin(90^{\circ }-\lambda )}}} cos ⁡ β cos ⁡ λ = cos ⁡ δ cos ⁡ α {\displaystyle \cos \beta \cos \lambda =\cos \delta \cos \alpha }

Вторая формула получена. Теперь применяем к нашему сферическому треугольнику формулу пяти элементов:67:12:

sin ⁡ ( 90 ∘ − β ) cos ⁡ ( 90 ∘ − λ ) = sin ⁡ ε cos ⁡ ( 90 ∘ − δ ) − cos ⁡ ε sin ⁡ ( 90 ∘ − δ ) cos ⁡ ( 90 ∘ + α ) {\displaystyle \sin(90^{\circ }-\beta )\cos(90^{\circ }-\lambda )=\sin \varepsilon \cos(90^{\circ }-\delta )-\cos \varepsilon \sin(90^{\circ }-\delta )\cos(90^{\circ }+\alpha )} cos ⁡ β sin ⁡ λ = sin ⁡ δ sin ⁡ ε + cos ⁡ δ cos ⁡ ε sin ⁡ α {\displaystyle \cos \beta \sin \lambda =\sin \delta \sin \varepsilon +\cos \delta \cos \varepsilon \sin \alpha }

Третья формула получена. Итак, все три формулы получены из рассмотрения одного сферического треугольника.

Переход ко второй экваториальной

Формулы перехода от эклиптической системы координат ко второй экваториальной системе координат имеют следующий вид. Обозначим α {\displaystyle \alpha } — прямое восхождение, δ {\displaystyle \delta } — склонение, ε {\displaystyle \varepsilon } — угол наклона эклиптики к небесному экватору. Тогда

sin ⁡ δ = sin ⁡ ε sin ⁡ λ cos ⁡ β + cos ⁡ ε sin ⁡ β {\displaystyle \sin \delta =\sin \varepsilon \sin \lambda \cos \beta +\cos \varepsilon \sin \beta } cos ⁡ δ cos ⁡ α = cos ⁡ λ cos ⁡ β {\displaystyle \cos \delta \cos \alpha =\cos \lambda \cos \beta } cos ⁡ δ sin ⁡ α = cos ⁡ ε sin ⁡ λ cos ⁡ β − sin ⁡ ε sin ⁡ β {\displaystyle \cos \delta \sin \alpha =\cos \varepsilon \sin \lambda \cos \beta -\sin \varepsilon \sin \beta }

Зодиакальная система координат

В астрологии используется разновидность эклиптической системы координат, называемая зодиакальной. При этом эклиптическая долгота преобразовывается в зодиакальную позицию, которая состоит из указания знака зодиака и разности эклиптических долгот светила и начала знака, в котором оно находится. Знак зодиака при этом указывается полным названием, конвенциальным обозначением или соответствующим астрологическим символом. Таким образом, зодиакальная позиция светила в знаке зодиака = λ − 30° × (N − 1), где N — порядковый номер знака. Например, эклиптическая долгота 284° соответствует 14° Козерога (14° Cap или 14°♑), а 77°1’11″ — 17°1’11″ Близнецов (17°1’11″ Gem или 17°1’11″♊).

Эклиптическая широта в подавляющем большинстве случаев не рассматривается в астрологии, но в случае необходимости указывается так же, как в астрономии, то есть как β от +90° до −90°.

Текущая эклиптическая долгота Солнца

251.14756433594°

> См. также

  • Система небесных координат
  • Сферическая система координат

Примечания

  1. 1 2 Цесевич В.П. Что и как наблюдать на небе. — 6-е изд. — М.: Наука, 1984. — 304 с.
  2. Белова Н.А. Курс сферической астрономии. — М.: Недра, 1971. — 183 с.
  3. 1 2 3 Небесные координаты — статья из Большой советской энциклопедии.
  4. Балк М.Б., Демин В.Г., Куницын А.Л. Сборник задач по небесной механике и космодинамике. — М.: Наука, 1972. — 336 с.

Литература

  • Цесевич В.П. Что и как наблюдать на небе. — 6-е изд. — М.: Наука, 1984. — 304 с.
  • Даффет-Смит П. Практическая астрономия с калькулятором. — М.: Мир, 1982. — 176 с.

Ссылки

  • Н. Александрович «Эклиптическая система координат и годичное движение Солнца»
  • Программа для перевода небесных координат (англ.)

Лекция № 2 Земные геоцентрические системы координат

II. Классификация систем координат.

Необходимость использования различных систем координат в спутниковой геодезии становится понятной, если учесть, что для вычисления орбит спутников, прогнозирования их движения используются одни системы координат, для определения координат пунктов в процессе наблюдения используются другие координаты, а для использования полученных координат при решении различных прикладных задач требуются совершенно иные системы. Кроме того, нужна соответствующая теория времени, поскольку решение задач спутниковой геодезии производится по наблюдениям объектов, часто движущихся с огромными скоростями.

Инерциальнымисистемами координат называют системы, оси которых фиксированы в пространстве, либо изменяющие своё положение с течением времени по хорошо известным законам относительно других фиксированных осей. Свободная материальная точка в такой системе движется равномерно и прямолинейно. Эти системы лучше всего подходят для изучения движения искусственных спутников Земля (ИСЗ).

Системы координат, вращающиеся вместе с Землёй, называют земными.

Инерциальные системы, не участвующие в суточном вращении Земли называют небесными или звёздными.

Системы, начало которых совпадает с центром масс Земли, называют геоцентрическими.

Земные геоцентрические системы называют также общеземными или глобальными, мировыми референцными (опорными), или условными земными (условными – в смысле принятыми по соглашению).

Общеземные системы образуются с помощью методов космической геодезии:

— По наблюдениям на радиоинтерферометрах со сверхдлинными базами.

— Лазерной локацией спутников и Луны.

— По навигационным спутникам.

Квазигеоцентрические, или локальные референцные – системы начало которых находится в центре референц-эллипсоида, наилучшим образом подходящего к территории страны или материка.

Локальные референцные системы образуются с помощью градусных измерений классической геодезии:

— Триангуляции.

— Трилатерации.

— Полигонометрии.

— Астрономических определений.

Топоцентрические – координаты с началом в точке наблюдений. Используются для наблюдений за спутниками относительно точек горизонта или относительно звёзд.

При рассмотрении некоторых вопросов космической геодезии применяются системы координат:

— Гелиоцентрические – с началом в центре Солнца.

— Барицентрические – с началом в барицентре Солнечной системы или барицентра системы «Земля –Луна».

— Планетоцентрические – с началом в центре масс некоторой планеты.

— Спутникоцентрические– с началом в центре масс спутника.

За основную координатную плоскость системы принимают плоскости земного или небесного экваторов, горизонта или орбиты ИСЗ, в связи с чем выделяют :

— Экваториальные системы координат.

— Горизонтальные системы координат.

— Орбитальные системы координат.

Иногда используются:

— Эклиптические системы координат.

— Галактические системы координат.

Направление осей системы координат задаётся относительно некоторых точек небесной сферы или земной поверхности, а также фундаментальных векторов. К этим векторам относят вектор кинетического момента Земли, направление мгновенной оси её вращения, вектор направления силы тяжести, нормаль к орбите Земли (к эклиптике), вектор линии узлов земной орбиты (направление на точку весеннего равноденствия) и другие. Координаты, связанные с отвесной линией, называют астрономическими.

Вследствие того, что выбранные для ориентировки систем точки могут изменять своё положение, обязательно указывается эпоха – тот момент, к которому относятся направление осей. При построении систем координат, в которых учитываются релятивистские эффекты, вводят систему отсчёта и системы времени.

При проведении топографо-геодезических работ и навигации часто используются плоские координаты в различных картографических проекциях. На Украине и в странах СНГ широко распространена проекция Гаусса-Крюгера. В спутниковой аппаратуре и её программном обеспечении пользователи часто встречаются с близкой к ней поперечной проекцией Меркатора UTM.

III. Небесные системы координат.

Для описания движения спутника вокруг Земли в соответствии с законами Ньютона, необходима инерциальная координатная система, в которой можно выражать векторы силы ускорения, скорости и положения. Инерциальная опорная система по определению должна быть стационарной в пространстве или движущейся с постоянной скоростью (без ускорения). Такая система задаётся следующим образом:

— Начало находится в центре масс Земли О.

— Ось направлена по мгновенной оси вращения Земли к истинному северному полюсу мира Р.

— Ось в экваториальной плоскости к истинной точке весеннего равноденствия (точке пересечения плоскости истинного экватора Земли с орбитой Земли, наклонённой к экватору на угол ).

— Ось У дополняет систему до правой.

Строго говоря, такая система не отвечает требованиям к инерциальной системе, так как центр масс Земли движется вокруг Солнца с изменяющейся по законам Кеплера скоростью. Однако на коротких интервалах времени такую систему координат можно считать инерциальной.

Положение объекта в небесной системе можно задать либо сферическими координатами – прямым восхождением и склонением , либо прямоугольными координатами Прямоугольные координаты являются компонентами вектора положения .

Прямое восхождение это угол в экваториальной плоскости, измеренный против часовой стрелки от точки весеннего равноденствия до круга склонений (иногда называемого часовым кругом).

Склонение объекта это угол, измеряемый от плоскости экватора до светила; он положителен для объектов в северной полусфере и отрицателен для южной полусферы. При заданном положении спутника в этой системе вводится геоцентрическое расстояние , для звёзд его обычно принимают равным единице.

Прямоугольные и сферические координаты связаны соотношениями:

Описанная система называется истинной небесной системой координат. Основной плоскостью в ней является плоскость истинного небесного экватора, в каждый момент времени совпадающая и плоскостью мгновенного экватора Земли.

Истинная небесная система не является строго инерциальной (по этой причине её иногда называют квазиинерциальной): ориентировка её осей изменяется со временем в пространстве из-за лунно-солнечной прецессии и астрономической нутации земной оси; при этом истинный полюс Р совершает вековое и колебательное движение вокруг полюса эклиптики Рэ . Положение эклиптики в пространстве также изменяется под влиянием прецессии от планет.

IV. Прецессия и нутация.

Причина прецессии и нутации лежит в постоянно изменяющемся гравитационном притяжении Солнца, Луны ( а так же в малой степени – планет) и элементов масс Земли. Это происходит вследствие орбитального движения Земли и Луны. Поскольку эти изменения в расстояниях являются периодическими, то прецессия и нутация оказываются периодическими функциями времени, что является отражением периодичности орбитальных движений Солнца и Луны; единственное исключение – прецессия от планет.

Гравитационное притяжение несферической Земли Солнцем и Луной заставляет Землю колебаться подобно волчку (период около 25700 лет) и при этом испытывать малые наклоны, называемые нутацией ( главный период18,6 года). Для точного вычисления прецессии и нутации очень важным является распределение земных масс. Самые важные члены прецессии и нутации зависят от сжатия Земли и несовпадения плоскостей экватора и эклиптики ( и несовпадение экваториальной плоскости Луны с эклиптикой). Сферическая Земля с однородным распределением плотности не имела бы ни прецессии, ни нутации.

Если в положении истинного полюса Р учесть влияние нутации в данную эпоху , то получится положение среднего полюса на эту эпоху. Ему соответствует плоскость среднего небесного экватора и средняя точка весеннего равноденствия

. Такая система называется средней небесной системой в эпоху , а соответствующее положение объекта называют средним положением.

Положение основной плоскости и направления координатных осей в пространстве для некоторых эпох Т, называют фундаментальными эпохами и задаваемых обычно на начало Бесселева года, например, В1950.0, или на начало Юлианского года, например, , закрепляются в каталогах координатами звёзд или других небесных объектов. Связь между средними координатами и на эпоху наблюдений и средними координатами и фундаментальной эпохи Т осуществляется с помощью прецессионных параметров и .

На рисунке показаны средние небесные системы координат на эпохи Т и . Экваторы систем отмечены соответственно и , содержат точки весеннего равноденствия и и пересекаются по прямой ОМ. Переход от средней небесной системы эпохи каталога Т к эпохе наблюдений через прямоугольные координаты выполняется по формуле:

,

в которой Р – матрица для учёта прецессии за интервал времени , она вычисляется через экваториальные прецессионные параметры и :

или после перемножения матриц получается как

В модели прецессии, принятой Международным астрономическим союзом в 1976 году эти параметры вычисляются по формулам:

где интервал, измеренный в юлианских столетиях по барицентрическому динамическому времени (TDB) между фундаментальной эпохой и эпохой :

Значение юлианской даты 2451545,0 соответствует эпохе .

Истинный небесный экватор ортогонален оси вращения Земли и подвержен действию прецессии и нутации, то есть он не совпадает со средним экватором из-за нутации, вычисляемой на нужную эпоху . Нутация раскладывается на долго- и короткопериодическую (период менее 35 суток) нутацию по долготе (вдоль эклиптики) и на долго- и короткопериодическую нутацию наклона (перпендикулярно эклиптике).

На рисунке показаны средний и истинный экваторы на эпоху , а также средний наклон эклиптики к экватору и истинный наклон , они связаны через нутация наклона.

Переход от средних координат в эпоху к истинным координатам этой же эпохи выполняется через матрицу нутации :

Матрица нутации вычисляется через долго- и короткопериодическую нутацию по долготе , коротко- и долгопериодическую нутацию наклона и наклоны эклиптики средний и истинный :

При разложении с точностью до членов первого порядка формула принимает вид:

Средний наклон эклиптики к экватору, изменяющийся только под действием прецессии даётся уравнением:

Полное преобразование от среднего положения в юлианскую дату фундаментальной эпохи Т до истинного положения в юлианскую дату имеет вид:

Истинное прямое восхождение и истинное склонение можно вычислить из уравнений:

и ,

Расстояние при этом преобразовании не изменяется.

Полный набор членов нутации зависит от принятой модели. В модели нутации МАС от 1980 г., основанной на теории твёрдой Земли Киношита и геофизической модели Джильберта и Дзевонски ( твёрдое внутреннее ядро, жидкое внешнее ядро и распределение эластичных параметров, выведенных по большому набору сейсмологических данных), 106 членов. В модели нутации 1996 г. содержится 263 члена по каждому компоненту , а в моделях МАС 2000А и 2000В содержится 678 членов лунно-солнечной нутации и добавляется 687 членов планетарной нутации . Увеличение числа членов объясняется повышением требований к точности координатных преобразований. Первые члены в нутации равны 17,2″ по долготе и 9,2″ по наклону. С увеличением номера расположения в ряду амплитудные коэффициенты становятся всё меньше. В моделях нутации МАС 2000 направление на полюс обеспечивается с точностью 0.0000002″.

Истинный полюс мира, положение которого устанавливается на основании теории прецессии и нутации, получил название Небесного эфемеридного полюса (НЭП). Референц-ось, проходящая через НЭП, не совпадает с мгновенной осью вращения Земли и вектором кинетического момента и почти не имеет суточных колебаний ни в инерциальной, ни в земной системах. Степень удаления НЭП от истинного небесного полюса зависит от точности принятых моделей прецессии и нутации. Концепция НЭП ( а также связанного с ним небесного эфемеридного начала, Гринвичского истинного звёздного времени и ряда других понятий) позволяет делать строгие преобразования с достаточной точностью не обращаясь к истинному полюсу, положение которого в пределах точности Международной небесной системы отсчёта ICRS не обеспечивается. Более того, концепция НЭП позволяет оперативно совершенствовать теорию координатных систем без введения дополнительных понятий и ограничений.

Введение в использование Международным астрономическим союзом Международной небесной системы ICRS с 1 января 1998 г и точность, достигнутая в большинстве современных моделей и наблюдений вращения Земли требуют переопределения Параметров ориентировки Земли (ПОЗ). Во – первых должны быть переопределены параметры прецессии-нутации и Гринвичского звёздного времени, которые в настоящее время определяются системой FK5, чтобы быть согласованными с ICRS. Во-вторых, принятие определения Небесного эфемеридного полюса НЭП должно быть расширено, чтобы соответствовать большинству современных моделей нутации и полярного движения до микросекундной точности, включая суточные и субсуточные компоненты, как и новые методики наблюдений.

В моделях прецессии и нутации МАС 2000 появились суточные и субсуточные члены. Это привело к значительному усложнению теории прецессии-нутации, связи земных и небесных координатных систем. С появление Международной службы вращения Земли (МСВЗ) в 1988 г стало возможным оперативно уточнять вычисляемое на основе теории положения НЭП по наблюдениям. Смещения небесного полюса публикуются МСВЗ в бюллетене А как поправки по долготе и по наклону . Это повышает точность привязки небесной системы координат к инерциальному пространству.

V. Реализация небесных координат.

Традиционный способ реализации небесной системы координат – составление фундаментальных каталогов звёздных положений, полученных на основе оптических наблюдений ярких звёзд (обычно до 6-7 величины). В частности, с 1986 г в Астрономическом ежегоднике используется схема каталога FK5. Каталог содержит координаты и собственные движения 1535 звёзд для экватора и равноденствия эпохи J2000.0 .

Наиболее точные инерциальные небесные системы реализуются МСВЗ в международных небесных систем отсчёта International Celestial Reference Frame, ICRF. Их первая реализация относится к 1995 году. Эти системы определяются через каталоги экваториальных форме координат более чем 200 компактных внегалактических объектов (преимущественно квазаров), полученных по наблюдениях на радиоинтерферометрах со сверхдлинными базами (РСДБ). Объекты в каталоге ICRF разделены на три категории: «определяющие», «кандидаты в определяющие» и «другие». Определяющие источники должны иметь большое число наблюдений (не менее 20), а протяжённость наблюдений должна быть не менее двух лет. Координаты радиоисточников вычисляются ежегодно несколькими Центрами анализа МСВЗ и независимыми группами обработки данных РСДБ. По результатам этой обработки выводятся средние взвешенные координаты источников. Постоянство направлений осей ICRF в пространстве основано на предположении, что внегалактические объекты не имеют никаких собственных движений. Направление осей в ICRF согласованы с системой FK5. Успешные реализации ICRF, сделанные до настоящего времени поддерживают направления осей в пространстве в пределах ±0.00002″.

Для согласования оптической и внегалактической систем отсчёта по рекомендации МАС европейским космическим агентством в августе 1989 г был запущен астрометрический спутник «Гиппаркос». В каталоге Hipparcos приводятся координаты 118218 звёзд на эпоху 1991.25 с их собственными движениями, параллаксами и звёздными величинами.

Каталог фундаментальных звёзд FK6 объединяет наземные астрометрические данные основных фундаментальных звёзд, полученных более чем за два столетия и представляемых в каталоге FK5, с наблюдениями астрометрического спутника Hipparcos. Первая часть каталога FK6 была опубликована в 1999 году.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *