Реферат на тему:

Видимий річний рух Сонця. Тропічний і зоряний рік

1. Зміна вигляду зоряного неба впродовж року. Вже здавна було виявлено, що положення зір на небосхилі невпинно, від вечора до вечора, змінюються. Зокрема, зорі, які навесні безпосередньо після заходу Сонця підіймаються над горизонтом на сході, через три місяці на цю ж пору доби проходять через небесний меридіан у його південній частині. Ще через три місяці вони зникають у вечірній заграві на заході.

Зміна вигляду зоряного неба у різні пори року свідчить про те, що Сонце зміщується на тлі зір. Його видимий річний рух відбувається назустріч обертанню небесної сфери приблизно на 1° (4 хв) за добу, так що за рік воно проходить шлях довжиною у 360° (24 год), тобто здійснює повний оберт серед зір на небі. Для унаочнення швидкості, з якою змінюється вигляд зоряного неба, візьмемо такий приклад. Сузір'я Оріона красується над точкою півдня 1 січня о 23 год, 1 лютого о 21 год, 1 березня - о 19 год.

Гарним показником зміни вигляду зоря-його неба на певний момент доби і року є Ківш Великої Ведмедиці. Лінія, проведена від Полярної зорі через середину відстані між «передніми колесами» Воза - зорями у і 5, вказує положення точки осіннього рівнодення й, а точніше - її кутову відстань від небесного меридіана. Це дає змогу побудувати зоряний годинник, за яким можна визначати як місцевий сонячний час її, так і зоряний час s .

2. Зодіакальні сузір'я і знаки Зодіака. Шлях Сонця на небі уздовж екліптики пролягає серед певних сузір'їв, які здавна мають назву зодіакальних (від грец. «зоон» - «тварина» і похідного від цього слова «зодіакос», тобто «тваринний»), оскільки серед назв цих сузір'їв багато назв тварин, як-от: Овен, Телець, Рак, Лев тощо. Слово «зодіак» означає «коло із зображеннями тварин» або «пояс тварин». В зодіаку налічується 12 сузір'їв.

Черговість проходження Сонця сузір'ями Зодіака відображено. Зауважимо: з 20 листопада по 18 грудня Сонце перебуває у 13-му сузір'ї - Змієносця, проте воно до числа зодіакальних не зараховане.

Для зручності відліку положення Сонця на екліптиці (а також для визначення положень Місяця і планет) астрономи Давнього Вавілону понад 2 700 років тому розділили екліптику на 12 рівних відрізків по 30°. Кожний із цих відрізків отримав назву того зодіакального сузір'я, в межах якого він знаходився. Таким чином,

Знак Зодіака — це дуга екліптики протяжністю в 30°, позначена назвою відповідного зодікального сузір'я.

Знаки Зодіака відлічують уздовж екліптики на схід від точки весняного рівнодення  так, що першим є знак Овна; понад

2 000 років тому Сонце проходило цей відрізок екліптики з 21 березня По 21 квітня. Другим знаком Зодіака є знак Тельця, Сонце проходило Його з 22 квітня по 21 травня, і так далі. В кожному знаку Зодіака Сонце перебуває місяць.

3. Прецесія. В наш час знаки Зодіака не вкладаються в ті зодіакальні сузір'я, які, власне, і дали їм назви. Кожний із знаків Зодіака розташовується в сусідньому сузір'ї, так що, перебуваючи в знаку Овен, Сонце рухається по сузір'ю Риб, знаходячись у знаку Телець, Сонце рухається по сузір'ю Овна тощо.

Така невідповідність знаків Зодіака зодіакальним сузір'ям пояснюється тим, що точка , до якої «прив'язані» знаки Зодіака, не займає

постійного положення на небі, а весь час рухається назустріч видимому річному рухові Сонця. За рік вона зміщується вздовж екліптики на незначну величину в 50,26". Як наслідок, Сонце кожного року приходить в точку весняного рівнодення трохи раніше (на 24 хв 24 с), ніж у попередньому році. Таким чином, точка весняного рівнодення поступово зміщується вздовж усього зодіакального сузір'я (чи знаку), проходячи весь Зодіак за 25 800 років.

Такий зворотний рух точки весняного рівнодення називається прецесією рівнодення (з лат. - «випередження»). Явище прецесії було відкрите ще давньогрецьким астрономом Гіппархом (II ст. до н. е.), а пояснив причину прецесії І. Ньютон.

Оскільки Земля не має правильної сферичної форми, а вісь її добового обертання нахилена до площини екліптики під кутом 66,5°, то Місяць і Сонце, притягаючи найближчі до них приекваторіальні маси Землі сильніше, ніж найвіддаленіпіі, створюють обертальний момент, який намагається сумістити площину земного екватора з площиною земної орбіти, а вісь обертання Землі встановити перпендикулярно до площини екліптики. Та швидке обертання Землі перешкоджає цьому. Як наслідок, вісь Землі, наче вісь велетенської дзиґи, описує в просторі навколо середнього положення конус розхилом 23°26,5' з періодом у 25 800 років.

При цьому у просторі змінюється положення площини екватора, а отже і точок рівнодень, у яких екватор перетинається з екліптикою. Змінюється також і положення полюсів світу серед зір. Кожний з них за 25 800 років описує на небі мале коло радіусом 23°26,5' навколо полюса екліптики. І якщо в наш час Полярною зорею є а Малої Ведмедиці, то 4 500 років тому Полярною зорею була а Дракона (Тубан), а через 12 000 років нею буде найяскравіша зоря літнього неба а Ліри (Вега).

Внаслідок прецесії сітка небесних координат безперервно, хоч і дуже повільно, зміщується відносно зір, тому й умови їхньої видимості у певному пункті змінюються з часом. Так, через 12 000 років більшої частини сузір'я Оріона на території України не буде видно.

4. Ефекти, обумовлені видимим річним рухом Сонця.

Оскільки Сонце, рухаючись по небесній сфері вздовж екліптики, то віддаляється від лінії небесного екватора, то наближається до неї, відбувається безперервна зміна його екваторіальних небесних координат - прямого піднесення α_⊙ і схилення δ_⊙.

21 березня Сонце перетинає небесний екватор у точці весняного рівнодення, переходячи з південної півкулі неба у північну. У цей момент схилення Сонця δ_⊙ і пряме піднесення α_⊙ дорівнюють 0°, в північній півкулі Землі починається астрономічна весна.

Коли Сонце знаходиться в точці весняного рівнодення, то воно на всіх широтах сходить у точці сходу Е, а заходить у точці заходу W. Половина його добового шляху на небі знаходиться над горизонтом, половина - під горизонтом. Отже, на всій земній кулі (окрім приполярних областей) день та ніч стають рівними між собою. Цей день називається днем весняного рівнодення.

22 червня, у день літнього сонцестояння, Сонце най-далі відходить від лінії небесного екватора у північну небесну півкулю; У північній півкулі Землі починається астрономічне літо. В цей час α_⊙ = 6^h, a δ_⊙ = +23°26'. Протягом декількох днів схилення Сонця, а отже, і його висота над горизонтом у верхній кульмінації не змінюється (звідси і назва явища - «сонцестояння»). При цьому у північній півкулі тривалість дня найбільша, а ночі - найменша.

23 вересня Сонце знову перетинає небесний екватор у точці осіннього рівнодення, переходячи з північної у південну небесну півкулю; у північній півкулі Землі настає астрономічна осінь. В цей момент схилення Сонця δ_⊙ знову, як і в день весняного рівнодення, дорівнює 0°, а пряме піднесення α_⊙ = 12^h. Знову на земній кулі день та ніч стають рівними між собою. Цей день називається днем осіннього рівнодення.

22 грудня, у день зимового сонцестояння, Сонце знову найдалі відходить від лінії небесного екватора, але вже у південну небесну півкулю. Це - початок астрономічної зими у північній півкулі. В цей день схилення Сонця δ_⊙ = -23°26', а пряме піднесення α_⊙ = 18^h. В північній півкулі Землі тривалість дня стає найменшою, а ночі - найбільшою в році.

Така зміна схилення Сонця δ_⊙ упродовж року обумовлена тим, що вісь добового обертання Землі не змінює свого напрямку в просторі під час орбітального руху навколо Сонця. В якій би точці своєї орбіти не знаходилась Земля, кут нахилу її осі обертання до площини екліптики завжди становить

90° - ε = 66°34'. Як наслідок, промені Сонця впродовж року падають на земну поверхню в одних і тих же широтах під різними кутами. Саме цим обумовлена зміна пір року.

Та подивившись у календар, ми побачимо, що ні 21 березня, ні 23 вересня день та ніч не рівні між собою. 21 березня на широті φ = 50° день триває 12 год 10 хв, а не 12 год 00 хв, рівнодення ж настає 17-18 березня. Восени згідно з календарем рівнодення настає 26, а не 23 вересня. На це є дві причини.

По-перше, ми вважаємо, що момент рівнодення настав, коли центр сонячного диска потрапить у точку весняного рівнодення. Але ж ми визначаємо початок дня не за центром сонячного диска, а за тим моментом, коли верхній край Сонця торкнеться лінії горизонту. Відповідно кінець дня визначається моментом, коли верхній край Сонця зникне під горизонтом. Таким чином, Сонце в цілому проводить на небі трохи більше часу, ніж центр його диска.,

По-друге, є таке явище, як атмосферна рефракція - відхилення світлового променя від прямолінійного напрямку при його проходженні через неоднорідну атмосферу Землі. На горизонті рефракція досягає найбільшого значення 35', тобто, навіть перевищує кутові розміри Сонця і Місяця (вони близькі до 31'). За рахунок рефракції верхній край Сонця з'явиться над горизонтом раніше, а зайде пізніше, ніж Сонце зійде і зайде насправді.

Завдяки цьому явищу тривалість дня на Землі завжди довша, ніж це було б на планеті, позбавленій атмосфери. Відповідно точки сходу і заходу світил при φ = 50° зміщуються у бік півночі приблизно на 1°.

Іноді, внаслідок особливо хаотичних рухів атмосферних мас, кут рефракції може, різко змінюючись, сягати 2° і більше. Тоді спостерігачеві здається, що Сонце то «визирає» з-під горизонту, то ховається за ним. Виявивши цей факт, наші предки склали повір'я, ніби «на Великдень Сонце тричі купається».

Разом із зміною екваторіальних координат Сонця, спричинених його видимим рухом по небесній сфері, безперервно змінюються упродовж року також азимути А_Е і A_W точок сходу і заходу Сонця, висота Сонця h_⊙ над горизонтом у верхній кульмінації і тривалість його перебування над горизонтом.

5. Тропічний і зоряний рік. Завдяки явищу прецесії з'явились поняття тропічного і зоряного року.

Зоряний рік Т_* - це проміжок часу, за який центр диска Сонця здійснює повний оберт по екліптиці відносно зір. Т_* = 365,25636^d = 365 діб 6 год 9 хв 10 с. Фактично зоряний рік - це проміжок часу, за який Земля здійснює повний оберт навколо Сонця відносно далеких зір.

Тропічний рік Т — це проміжок часу між двома послідовними проходженнями центра диска Сонця через точку весняного рівнодення. Тропічний рік є основною календарною одиницею часу.

Через прецесію, яка змушує точку весняного рівнодення рухатися назустріч Сонцю на 50,26" щороку, тропічний рік Т виявляється коротшим від зоряного Т_* на 20 хв 24 с. В результаті багаторічних спостережень встановлено, що тривалість тропічного року Т = 365,24220^d = 365 діб 5 год 48 хв 46 с. Отже

Т_* = Т + 20 хв 24 с.