Екліптика
Еклі́птика (від грец. έκλειψις — затьмарення) — площина орбіти Землі навколо Сонця[1][2][ком. 1]. З точки зору наземного спостерігача, річний рух Сонця небесною сферою на тлі нерухомих зір відбувається уздовж екліптики[3]. Екліптика є важливою площиною відліку і є основою екліптичної системи небесних координат.
Кут нахилу площини екліптики до небесного екватора дорівнює куту нахилу площини екватора Землі до площини її орбіти й становить близько 23°26’21"[4]. Точки перетину екліптики з небесним екватором називають точками рівнодення[4].
Походження назви від грецького "затьмарення" пов'язано з тим, що місячні й сонячні затемнення відбуваються лише тоді, коли Місяць у своєму русі небосхилом перетинає екліптику. Екліптика проходить через 12 сузір'їв, що називаються зодіакальними сузір'ями, та сузір'я Змієносця.
Видимий рух Сонця ред.
Екліптика - це видимий шлях Сонця протягом року[5].
Оскільки Земля обертається навколо Сонця за один рік, Сонцю теж потрібний один рік, щоб його видиме із Землі положення зробило повний круг вздовж екліптики. Поділивши 360° на трохи більше ніж 365 днів у році, отримуємо, що Сонце щодня рухається трохи менше ніж на 1° на схід[6]. Цей невеликий зсув Сонця відносно зір змушує будь-яку конкретну точку на поверхні Землі кожного дня наздоганяти Сонце приблизно на чотири зайві хвилини, тому сонячний день на Землі триває 24 години, тоді як зоряний день - всього 23 години 56 хвилин. Ця модель заснована на гіпотетичній Землі, яка обертається навколо Сонця з однаковою швидкістю. Фактична швидкість, з якою Земля обертається навколо Сонця, дещо змінюється протягом року, тому швидкість, з якою Сонце рухається екліптикою, також змінюється. Наприклад, Сонце знаходиться на північ від небесного екватора приблизно 185 днів на рік і на південь від нього приблизно 180 днів[7]. Зміна орбітальної швидкості пояснює частину рівняння часу[8].
Через рух Землі навколо барицентру Земля-Місяць видима траєкторія Сонця злегка коливається з періодом близько одного місяця. Через гравітаційні збурення з боку інших планет Сонячної системи барицентр системи Земля-Місяць додатково коливається складним чином навколо свого середнього положення.
Стосунок до небесного екватора ред.
Оскільки вісь обертання Землі не перпендикулярна площині її орбіти, екваторіальна площина Землі не збігається з площиною екліптики, а нахилена до неї приблизно під кутом 23,4°, який відомий як нахил осі обертання[9]. Екватор Землі, проєктуючись на небесну сферу, утворює небесний екватор, який перетинає екліптику в двох точках, відомих як точки рівнодення. Сонце під час свого видимого руху по екліптиці перетинає небесний екватор у цих точках, один раз з півдня на північ, други раз - з півночі на південь[6]. Перетин з півдня на північ відомий як точка весняного рівнодення або висхідний вузол екліптики[10], а перетин з півночі на південь - як точка осіннього рівнодення або низхіднимй вузол.
Орієнтація осі Землі не є фіксованою, а обертаються навколо полюсів екліптики[en] з періодом близько 26 000 років, - цей процес, відомий як місячно-сонячна прецесія, оскільки він зумовлений переважно гравітаційним впливом Місяця та Сонця на сплюснуту фігуру Землі. Екліптика також не є фіксованою, - гравітаційні збурення інших тіл Сонячної системи викликають набагато менший рух площини орбіти Землі, а отже, і екліптики, відомий як планетна прецесія. Сукупна дія цих двох рухів називається загальною прецесією і змінює положення точок рівнодення приблизно на 50 кутових секунд (приблизно 0,014°) на рік[11].
На цей повільний прецесійний рух накладаються короткочасні періодичні коливання земної осі малої амплітуди, відомі як нутація[12]. Це додає періодичний компонент до положення рівнодення. Положення небесного екватора та рівнодення з повністю врахованими прецесією та нутацією називають справжнім екватором та справжнім рівноденням, а положення без врахування нутації - середнім екватором та середнім рівноденням[13].
Нахил екліптики ред.
Нахил екліптики — це термін, який астрономи використовують для позначення нахилу екватора Землі відносно екліптики або осі обертання Землі віносно перпендикуляра до екліптики. Він зараз становить близько 23,4° і зменшується на 0,013° (47 кутових секунд) за сто років через планетарні збурення[14].
Кутове значення нахилу визначається зі спостережень за рухом Землі та інших планет. Астрономи розраховують нові фундаментальні ефемериди в міру того, як покращується точність спостережень і зростає розуміння динаміки, і з цих ефемерид визначаються різні астрономічні величини, включаючи кут нахилу.
| Зміна нахилу екліптики з часом |
|---|
|
До 1983 року нахил для будь-якої дати обчислювався на основі роботи Ньюкомба, яка ґрунтувалась на положеннях планет приблизно до 1895 року: ε = 23°27′08.26″ − 46.845″ T − 0.0059″ T2 + 0.00181″ T3, де ε – нахил, а T – тропічне століття з епохи B1900.0 до поточної дати[15]. З 1984 року основними ефемеридами Астрономічного альманаху стали Development Ephemeris, розраховані комп’ютером Лабораторії реактивного руху. На основі спостережень з 1911 по 1979 роки, було виведено таку ормулу для нахилу: ε = 23°26′21.45″ − 46.815″ T − 0.0006″ T2 + 0.00181″ T3, де T – юліанське століття від J2000.0[16]. Основні ефемериди Лабораторії реактивного руху постійно оновлювалися. Астрономічний альманах за 2010 рік визначає[17]: ε = 23°26′21.406″ − 46.836769″ T − 0.0001831″ T2 + 0.00200340″ T3 − 0.576×10−6″ T4 − 4.34×10−8″ T5. Ці вирази для нахилу призначені для отримання високої точності на відносно коротких проміжках часу порядку кількох століть[18]. Ласкар обчислив вираз до членів порядку T10, який мав точність в межах 0.04″ /1000 років протягом 10 000 років[19]. Усі ці вирази наведено для середнього кута нахилу, тобто без урахування нутації екватора. Справжній або миттєвий нахил включає також нутацію[20]. |
|
Площина Сонячної системи ред.
Більшість великих тіл Сонячної системи обертаються навколо Сонця майже в одній площині. Це пов'язано з тим, як Сонячна система утворилася з протопланетного диска. Ймовірно, найкращим сучасним наближенням до того диска є незмінна площина Сонячної системи. Орбіта Землі, а отже, і екліптика, нахилена трохи більше 1° до незмінної площини, орбіта Юпітера - трохи більше ½°, а інші великі планети знаходяться в межах приблизно 6° від незмінної площини. Через це більшість тіл Сонячної системи рухаються небом дуже близько до екліптики.
Незмінна площина визначається кутовим моментом усієї Сонячної системи, - векторною сумою всіх орбітальних і обертальних моментів усіх тіл системи Понад 60% від загального кутового моменту припадає на орбітальний рух Юпітера[22]. Ця сума вимагає точного знання всіх об’єктів системи, що робить її дещо невизначеною величиною. Через таку невизначеність незмінної площини та через те, що екліптика точніше вимірюється через видимий рух Сонця, саме екліптика використовується як площина для відліку координат в Сонячній системі - як для точності, так і для зручності. Єдиним недоліком використання екліптики замість незмінної площини є те, що в геологічних масштабах часу вона рухається відносно інерціальної систему відліку[23][24].
|
Небесна площина відліку ред.
Екліптика утворює одну з двох фундаментальних площин, які використовуються як орієнтир для позицій на небесній сфері (іншою є небесний екватор). З двох фундаментальних площин екліптика з більшою точністю є нерухомою на фоні зір, її рух через планетарну прецесію становить приблизно 1/100 руху небесного екватора[26].
Сферичні координати, відомі як екліптична довгота та широта, використовуються для визначення положення тіл на небесній сфері відносно екліптики. Довгота вимірюється на схід[6] від 0° до 360° вздовж екліптики від точки весняного рівнодення, у тому самому напрямку, в якому відбувається видимий рух Сонця. Широта вимірюється перпендикулярно до екліптики, від +90° для північного полюса екліптики до −90° для південного полюса, а сама екліптика має широту 0°. Третьою сферичною координатою виступає відстань до обʼєкта, яка в межах Сонячної системи зазвичай вимірюється в астрономічних одиницях. За центр екліптичної системи координат можна приймати як Сонце, так і Землю. Традиційні позначення екліптичних координат представлені в таблиці[27].
| Довгота | Широта | Відстань | |
| Геоцентричні | λ | β | Δ |
| Геліоцентричні | л | b | r |
Координати екліптики зручні для визначення положень об'єктів Сонячної системи, оскільки більшість орбіт планет мають невеликі нахили до екліптики, і тому завжди розташовані відносно близько від неї. Оскільки орбіта Землі, а тому й екліптика, рухається дуже повільно, така система відліку близька до інерціальної.
Через прецесійний рух точки рівнодення екліптичні координати об'єктів на небесній сфері поступово змінюються. Задання положення в екліптичних координатах вимагає задання конкретного рівнодення, тобто рівнодення певної дати, відомої як епоха. Координати відносяться до напрямку рівнодення на цю дату.
Затемнення ред.
Орбіта Місяця нахилена приблизно на 5,145° до екліптики. Тому затемнення не відбуваються в кожному сполученні чи протистоянні Місяця - зазвичай він в ці моменти проходить вище або нижче екліптики. Затемнення можуть відбуватися лише поблизу точок перетину проєкцій орбіт Місяця і Сонця на небесну сферу - в так званих вузлах орбіти. протистояння з'єднання піднімаючого або спускаючого вузла новий повний. Слово "екліптика" означає "затемнення", і походить від спостереження давніх людей, що затемнення відбуваються тільки тоді, коли Місяць перетинає екліптичне коло[29].
Рівнодення і сонцестояння ред.
Точні моменти рівнодення та сонцестояння — це моменти, коли видима екліптична довгота Сонця становить 0°, 90°, 180° та 270°. Через збурення орбіти Землі та наявність високосних років у календарі ці мементи не є фіксованими, а трохи різняться між роками[30].
Зодіакальні сузірʼя ред.
Екліптика проходить через такі 13 сузір'їв:
- Овен
- Телець
- Близнята
- Рак
- Лев
- Діва
- Терези
- Скорпіон
- Змієносець[31] (в давні часи не включався в зодіак)
Сузір'я Кита й Оріона не перетинаються екліптикою, але знаходяться достатньо близько від неї, щоб Місяць і планети могли іноді в них з'являтися[32].
Смуга навколо екліптики шириною близько 20°, через яку рухаються Сонце, Місяць і всі планети, називаʼться зодіаком[33]. В античні часи ця область поділялась на 12 знаків зодіаку, кожен з яких приблизно відповідав руху Сонця за один місяць і простягався за довготою приблизно на 30°[34][35].
Ця стародавня відповідність між датами та знаками зодіаку продовжує використовуватись в астрології, незважаючи на те, що через прецесію рівнодення відповідність між датами і сузірʼями змістилась[36].
Див. також ред.
Коментарі ред.
- ↑ Точніше, площина середньої орбіти, усереднена за часом для усунення невеликих збурень.
Джерела ред.
- ↑ USNO Nautical Almanac Office; UK Hydrographic Office, HM Nautical Almanac Office (2008). The Astronomical Almanac for the Year 2010. GPO. с. M5. ISBN 978-0-7077-4082-9.
- ↑ LEVEL 5 Lexicon and Glossary of Terms.
- ↑ The Ecliptic: the Sun's Annual Path on the Celestial Sphere.
- ↑ а б Екліптика // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 148. — ISBN 966-613-263-X.
- ↑ U.S. Naval Observatory Nautical Almanac Office (1992). У P. Kenneth Seidelmann. Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac. University Science Books, Mill Valley, CA. ISBN 0-935702-68-7., p. 11
- ↑ а б в The directions north and south on the celestial sphere are in the sense toward the north celestial pole and toward the south celestial pole. East is the direction toward which Earth rotates, west is opposite that.
- ↑ Astronomical Almanac 2010, sec. C
- ↑ Explanatory Supplement (1992), sec. 1.233
- ↑ Explanatory Supplement (1992), p. 733
- ↑ Astronomical Almanac 2010, p. M2 and M6
- ↑ Explanatory Supplement (1992), sec. 1.322 and 3.21
- ↑ U.S. Naval Observatory Nautical Almanac Office; H.M. Nautical Almanac Office (1961). Explanatory Supplement to the Astronomical Ephemeris and the American Ephemeris and Nautical Almanac. H.M. Stationery Office, London. , sec. 2C
- ↑ Explanatory Supplement (1992), p. 731 and 737
- ↑ Chauvenet, William (1906). A Manual of Spherical and Practical Astronomy I. J.B. Lippincott Co., Philadelphia., art. 365–367, p. 694–695, at Google books
- ↑ Explanatory Supplement (1961), sec. 2B
- ↑ U.S. Naval Observatory, Nautical Almanac Office; H.M. Nautical Almanac Office (1989). The Astronomical Almanac for the Year 1990. U.S. Govt. Printing Office. ISBN 0-11-886934-5., p. B18
- ↑ Astronomical Almanac 2010, p. B52
- ↑ Newcomb, Simon (1906). A Compendium of Spherical Astronomy. MacMillan Co., New York., p. 226-227, at Google books
- ↑ Laskar, J. (1986). Secular Terms of Classical Planetary Theories Using the Results of General Relativity. Astronomy and Astrophysics 157 (1): 59. Bibcode:1986A&A...157...59L., table 8, at SAO/NASA ADS
- ↑ Meeus, Jean (1991). Astronomical Algorithms. Willmann-Bell, Inc., Richmond, VA. ISBN 0-943396-35-2., chap. 21
- ↑ Laskar, J. (1986). Secular Terms of Classical Planetary Theories Using the Results of General Relativity. Astronomy and Astrophysics 157 (1): 59. Bibcode:1986A&A...157...59L., table 8, at SAO/NASA ADS
- ↑ The Mean Plane (Invariable Plane) of the Solar System passing through the barycenter. 3 квітня 2009. Архів оригіналу за 3 June 2013. Процитовано 10 квітня 2009. produced with Vitagliano, Aldo. Solex 10 (computer program). Архів оригіналу за 29 квітня 2009. Процитовано 10 квітня 2009.
- ↑ Danby, J.M.A. (1988). Fundamentals of Celestial Mechanics. Willmann-Bell, Inc., Richmond, VA. section 9.1. ISBN 0-943396-20-4.
- ↑ Roy, A.E. (1988). Orbital Motion (вид. third). Institute of Physics Publishing. section 5.3. ISBN 0-85274-229-0.
- ↑ Dziobek, Otto (1892). Mathematical Theories of Planetary Motions. Register Publishing Co., Ann Arbor, Michigan., p. 294, at Google books
- ↑ Montenbruck, Oliver (1989). Practical Ephemeris Calculations. Springer-Verlag. ISBN 0-387-50704-3., sec 1.4
- ↑ Explanatory Supplement (1961), sec. 2A
- ↑ Explanatory Supplement (1961), sec. 1G
- ↑ Ball, Robert S. (1908). A Treatise on Spherical Astronomy. Cambridge University Press. с. 83.
- ↑ Meeus (1991), chap. 26
- ↑ Serviss, Garrett P. (1908). Astronomy With the Naked Eye. Harper & Brothers, New York and London. с. 105, 106.
- ↑ Kidger, Mark (2005). Astronomical Enigmas: Life on Mars, the Star of Bethlehem, and Other Milky Way Mysteries. The Johns Hopkins University Press. с. 38–39. ISBN 9780801880261.
- ↑ Bryant, Walter W. (1907). A History of Astronomy. с. 3. ISBN 9781440057922.
- ↑ Bryant (1907), p. 4.
- ↑ See, for instance, Leo, Alan (1899). Astrology for All. L.N. Fowler & Company. с. 8. «astrology.»
- ↑ Vallado, David A. (2001). Fundamentals of Astrodynamics and Applications (вид. 2nd). El Segundo, CA: Microcosm Press. с. 153. ISBN 1-881883-12-4.
Посилання ред.
- Екліптика // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
- The Ecliptic: the Sun's Annual Path on the Celestial Sphere Durham University Department of Physics
- Seasons and Ecliptic Simulator University of Nebraska-Lincoln
- MEASURING THE SKY A Quick Guide to the Celestial Sphere James B. Kaler, University of Illinois
- Earth's Seasons Archived 13 October 2007 at the Wayback Machine U.S. Naval Observatory
- The Basics - the Ecliptic, the Equator, and Coordinate Systems AstrologyClub.Org
- ; comparison of the definitions of LeVerrier, Newcomb, and Standish.Kinoshita, H.; Aoki, S. (1983). The definition of the ecliptic. Celestial Mechanics 31 (4): 329–338. Bibcode:1983CeMec..31..329K. doi:10.1007/BF01230290.
|
Овен |
