Під час спостережень за зорями нам здається, що всі небесні світила розташовані на однаковій відстані, ніби світять на поверхні велетенської сфери, у центрі якої розташований спо стерігач. Нині відомо, що зорі та планети перебу вають на різних відстанях від Землі , а наша планета не розміщується у центрі Всесвіту, тому таку небесну сферу вважають допоміжною при визначенні сферичних координат світил. На таку до поміжну сферу проектуються зображення зір та пла нет, і ми можемо виміряти тільки кути між напрям ками на ці світила. При цьому центр небесної сфери може розташовуватися у будь-якій точці простору; залежно від цього розрізняють топоцентричні, геоцен тричні чи геліоцентричні координати.
На небесній і земній сферах можна провести деякі кола, за допомогою яких визначаються небесні координати світил . На земній сфері існують дві особливі точки — географічні полюси, де вісь обертання Землі перети нає поверхню планети (N, S — відповідно Північний та Південний полюси). Площина земного екватора, яка ділить нашу планету на північну та південну пів кулі, проходить через центр Землі перпендикулярно до її осі обертання. Меридіани на Землі проходять че рез географічні полюси та точки спостереження. По чатковий (нульовий) меридіан проходить поблизу міс цезнаходження колишньої Гринвіцької обсерваторії. Якщо продовжити вісь обертання Землі в кос мос, то на небесній сфері ми отримаємо дві точки пе ретину, які називаються полюсами світу : Північний полюс Рі (у сучасну епоху біля Полярної зорі) і Південний полюс Р2 (у сузір'ї Октант). Пло щина земного екватора перетинається з небесною сферою, і в перерізі ми отримаємо небесний екватор, який поділяє небо на дві рівні півкулі — північну та південну. Але існує одна суттєва відмінність між по люсами та екватором на земній кулі та полюсами світу і небесним екватором. Географічні полюси ре ально існують як точки на поверхні Землі, де вісь обертання Землі перетинається з поверхнею планети, і до них можна долетіти чи доїхати так само, як і до екватора. Полюсів світу як реальних точок у космічному просторі немає, бо радіус небесної сфери є невизначеним, тому ми можемо по значити тільки напрямок, у якому вони спостерігаються.
Орієнтування на місцевості
У повсякденному житті для визначення напрямку ми викорис товуємо орієнтири, які нам добре знайомі,— будинки, дороги, ріки тощо. Якщо ми потрапляємо в незнайому місцевість, то наші звич ні орієнтири зникають, і ми можемо заблукати. У цьому випадку надійними орієнтирами можуть бути небесні світила, бо вони нам світять і вдома, і на чужині. Для орієнтування на поверхні Землі астрономи застосовують терміни прямовисна лінія та горизонт. Напрямок прямовисної лінії задається силою тяжіння Землі в точці спостереження. Його можна визначити за допомогою звичайного виска-тягарця, який підвішують на нитці. Напрямок ООг по виску вниз називають надиром, протилежний напря мок OZ, угору,— зенітом. Зараз горизонт визначають як площину, яка є перпенди кулярною до прямовисної лінії. Обрій, або лінія перетину площи ни горизонту з небесною сферою, буде ко лом, у центрі якого перебуває спостерігач. На горизонті розрізняють чотири точки: N — північ, S — південь, Е — схід, W — захід, за допомогою яких люди орієнту ються і визначають напрямки під час ман дрівок . Унаслідок обертання Землі навколо осі площини меридіана та горизонту про тягом доби зміщуються у просторі щодо зір, але нам на поверхні Землі здається, що все відбу вається навпаки — небесні світила рухаються щодо го ризонту. Ми кажемо, що Сонце сходить, коли воно з'являється над обрієм на сході. Потім Сонце підніма ється все вище і вище й опівдні займає найбільшу ви соту над горизонтом. Цей момент астрономи називають верхньою куль мінацією (від лат.— вершина). Верхня кульмінація настає у той момент, коли Сонце перетинає площину меридіана і розташовується над точкою півдня. Момент верхньої кульмінації Сонця можна визначити за до помогою палички, яку треба встановити перпендикулярно до гори зонту . Для визначення кульмі нації уважно слідкуйте за довжиною тіні: коли Сонце розташоване над точкою пів дня, тінь указує напрямок на північ і має найменшу довжину. Тільки в березні та вересні Сонце схо дить поблизу точки сходу, а заходить біля точки заходу. Влітку Сонце сходить на пів нічному сході, а заходить на північному за ході. Узимку Сонце сходить на південному сході, а заходить на південному заході. Деякі зорі на наших широтах ніко ли не заходять, тому на небі ми можемо побачити не тільки верхню, але й ниж ню кульмінацію, коли світило перебуває найнижче над горизонтом (дивись рухо му карту зоряного неба, на звороті якої є інструкція, як визначати момент куль мінації зір).
Екваторіальна система небесних координат і карти зоряного неба
Основними площинами в цій системі координат є площини не бесного екватора та кола схилень. Для визначення екваторіальних небесних координат світила S проводять коло схилення через полюси світу Рх і Р2, яке перетинає небесний екватор у точ ці М . Перша координата а має назву пря ме сходження {пряме піднесення) і відлічується по ду зі небесного екватора від точки весняного рівнодення Y проти ходу годинникової стрілки, якщо дивитися з Північного полюса, та вимірюється годинами. Дру га координата 8 — схилення визначається дугою кола схилень MS від екватора до даного світила і вимірюється градусами. На північ від екватора схилення додатне, на південь — від'ємне. Межі визна чення екваторіальних координат такі: 0год<а<2 4 год; -90°><8 >< + 90°. Карта зоряного неба у формі прямокутника є певною проекцією небесної сфери на площину, на якій позначені екваторіальні коорди нати а , 8 (рис. 2.8). Ці координати не залежать від місця спостере ження на Землі і майже не змінюються протягом року, тому картою зоряного неба можна користуватись у будь-якій країні. Правда, через тисячі років екваторіальні координати зір можуть суттєво змінитися, бо змінюється з часом положення небесного екватора і полюсів світу, до того ж зорі обертаються навколо центра Галактики . Існує карта зоряного неба у вигляді круга (див. вкладку до під ручника). Північний полюс світу розміщується у центрі карти побли зу Полярної зорі. Коло схилень у проекції на площину карти має вигляд радіальної лінії, яку проводять від Північного полю са світу. Небесний екватор на карті зобра жений виділеним колом, а інші концен тричні кола для різних схилень проведені через кожні 30°. Координату 8 на карті визначають як відрізок радіальної лінії від екватора до даної зорі. Схилення зір на екваторі до рівнює 0°, а на Північному полюсі світу +90°. Пряме піднесення а на карті визна чають як дугу екватора від точки весня ного рівнодення Y до радіальної лінії, яка проведена від полюса світу через дану зорю. Для зручності а позначено на екваторі через кож ну годину (1 \ 2\ 3\ ...). Унаслідок обертання Землі навколо осі пло щина горизонту зміщується у просторі, тому всі світила теж змінюють своє положення відносно го ризонту. Момент, коли деякі світила перетинають площину горизонту, називають сходом або заходом світила. Моменти сходу—заходу небесних світил можна визначити за допомогою рухомої карти зоряного неба, або планісфери, на якій є спеціальний накладний круг із лінією горизонту та меридіаном. Та кою зоряною картою з накладним кругом можна користуватись у будь-якій країні Північної півкулі на географічній широті Украї ни (+50 ° ±5°). Правила користування рухомою картою зоряного неба надруковані на її зворотному боці.
