AstroNEWS - Astronomiczne Aktualności
- Imieniny

Wszechświat

Gwiazdozbiory

Inne

Info o stronie

Strona kompatybilna ze standardami W3C

Zalecana rozdzielczość: 1024x768 z 24-bitowym kolorem.

statystyka

Układ Słoneczny

Sonda

Celujący
Bardzo dobry
Dobry
Dostateczny
Dopuszczający
Niedostateczny

Zobacz wyniki

Subskrypcja

Jeśli chcesz być powiadamiany o nowościach wpisz swój adres email:


Strona główna » Astronomiczny elementarz

Astronomiczny elementarz

Dzień i noc

Dzień i nocSkąd się bierze dzień i noc? Ziemia obraca się w okół własnej osi. Kręci się z zachodu na wschód wystawiając na światło słoneczne kolejne części świata. Kiedy u nas jest noc, w Ameryce jest dzień i odwrotnie. Pełny obrót Ziemi trwa około 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy, i nazywa się dobą gwiazdową. Jej nazwa pochodzi od tego, że tyle właśnie czasu mija między kolejnymi górowaniami gwiazd (moment w którym dana gwiazda znajduje się najwyżej ponad horyzont).

Na co dzień jednak używamy innej doby - doby słonecznej, czyli okresu między kolejnymi górowaniami Słońca. Trwa ono nie co dłużej bo 24 godziny, a to dlatego, że Ziemia prócz tego że obraca się w okół własnej osi, to jeszcze krąży w okół Słońce i to w tym samym kierunku, w którym obraca się w okół własnej osi. W ciągu roku dób gwiazdowych jest o jedno więcej niż dób słonecznych. Gdyby Ziemia kręciła się w drugą stronę, albo w przeciwnym kierunku okrążała Słońce, wtedy to doba Słoneczna była by krótsza od gwiazdowej.

Pory roku

Jak sami zauważamy z życia codziennego, raz jest pora ciepła - zwana latem. Za pół roku znowu pora zimna - wana zimą. Ten cykl się powtarza dokładnie co rok. Ale co go powoduje?

Jak wiadomo Ziemia krąży w okół Słońca po orbicie. Ta orbita nie jest dokładnie kołowa. Jest elipsą. Jak wiemy z matematyki, elipsa ma dwa środki. W jednym z tych środków leży Słońce. Ziemia jest raz bliżej Słońca, raz dalej. Jednak ta różnica jest bardzo niewielka. W prawdzie 5 mln km różnicy między aphelium (najdalej od Słońca) a peryhelium (najbliżej Słońca) robi wrażenie, stanowi to tylko nieco ponad 3% średniej odległości Ziemia-Słońce. Ponadto paradoksalnie peryhelium przypada na około 2-3 stycznia czyli środek naszej Zimy!

Dlaczego w takim razie, skoro zimą Ziemia jest bliżej Słońca, jest zimniej? Ponieważ zimą dzień trwa krócej, a Słońce wschodzi w południe niżej. Gdy Słońce świeci pionowo na przedmiot, przekazuje mu najwięcej energii cieplnej. Jednak gdy przedmiot ustawiony jest pod skosem, wtedy mniej energii ze Słońca do niego dociera. Dlatego na równiku (gdzie Słońce świeci prawie pionowo) jest ciepło, a na biegunach zimno i dlatego zimą, gdy Słońce jest nisko, nie jest w stanie ogrzać powierzchni w taki sposób jak robi to latem.

Ale dlaczego Słońce zimą świeci nisko i krótko, a latem wysoko i dłużej?

Pory roku

Ponieważ oś obrotu Ziemi nie jest ustawiona prostopadle to płaszczyzny orbity, lecz jest nieco nachylona pod kątem 23,4° od tej prostopadłej. W najkrótszy dzień w roku w południe Słońce jest o 23,4° niżej nad horyzontem niż w czasie równonoce i o 46,9° niżej niż w południe najdłuższego dnia w roku.

Rodzi się jeszcze jedno pytanie, dlaczego najdłuższy dzień w roku jest początkiem lata, a nie jego środkiem i podobnie dlaczego najkrótszy dzień w roku jest dopiero początkiem zimy? Ponieważ powierzchnia po zimie musi zdążyć się ogrzać, a po lecie ochłodzić. Dlatego najcieplejszym miesiącem jest lipiec a nie czerwiec, a najzimniejszym styczeń a nie grudzień.

Orientacja na sferze niebieskiej

W starożytności ludzie myśleli, że ponad Ziemią rozciąga się sfera gwiazd stałych czyli sfera do której na stałe przyklejone są gwiazdy. Dziś wiemy, że niema żadnej kuli otaczającej Ziemię. Jest to tylko złudzenie optyczne. Z drugiej strony musi istnieć jakiś sposób opisania położenia tego co widzimy na niebie. Dlatego pozostawiono termin sfery niebieskiej do przedstawienia współrzędnych obiektów na niebie.

W obecnym rozumowaniu, sfera niebieska to abstrakcyjna sfera o nieokreślonym promieniu otaczającym obserwatora znajdującego się na Ziemi, utożsamiana z widzianym przez niego niebem. Sfera niebieska podzielona jest na gwiazdozbiory, coś jak podział Ziemii na państwa. Sfera niebieska jest nieruchoma względem osi obrotu Ziemi. Ziemia obracając się, obraca się również względem sfery. Doba gwiazdowa to okres czasu między takimi samymi ustawieniami się Ziemi względem sfery niebieskiej. Pomijając precesję i ruch własny gwiazd, można powiedzieć że gwiazdy i gwiazdozbiory są względem sfery niebieskiej nieruchome.

Horyzont

Horyzonty

W dużym uproszczeniu horyzont to granica między tym co widać, a tym czego nie widać ponieważ chowa się... za horyzont. A ściślej, horyzont to koło powstałe w wyniku przecięcia sfery niebieskiej na dwie części, wyznaczające granicę pomiędzy przestrzenią widoczną dla obserwacji i zasłoniętą przez Ziemię.

W astronomii mówiąc o horyzoncie, mamy na myśli zawsze horyzont astronomiczny, którego płaszczyzna przecina się pod kątem prostym z lokalnym mionem. Prócz tego występuje jeszcze pojęcie horyzontu prawdziwego, którego różnica od horyzontu astronomicznego staje się widoczna gdy znajdziemy się wysoko nad powierzchnią Ziemi. Mówi się też o horyzoncie topograficznym, oddzielającym to co widać od tego co zasłaniają drzewa, góry itp.

Zenit i strony świata

Zenit to punkt który znajduje się dokładnie pionowo nad głową obserwatora. Po jego przeciwnej stronie leży nadir.

Na horyzoncie wyróżniamy cztery strony świata: wschód (E), południe (S), zachód (W) i północ (N). W środku między wschodem a południem znajduje się południowy wschód, między południem a zachodem południowy zachód itd. Kompas i Gwiazda Polarna pomagają wyznaczyć te kierunki, i są wystarczająco dokładne dla większości zastosowań. Tak się składa, że biegun magnetyczny Ziemi, na który wskazuje igła kompasu, nie leży dokładnie w miejscu bieguna geograficznego. Z kolei Gwiazda Polarna nie leży dokładnie na osi obrotu Ziemi. Na sferze niebieskiej od bieguna niebieskiego jest oddalona o około dwie średnice kątowe Księżyca.

Linia łącząca zenit z południem nazywa się południkiem. Gwiazdy i Słońce osiągają na niebie swoje najwyższe położenie właśnie wtedy, kiedy przechodzą przez południk. Moment ten nazywa się kulminacją lub górowaniem.

Współrzędne na sferze niebieskiej

Współrzędne na kuli ziemskiej określane są przez długość i szerokość geograficzną. Sfera niebieska posiada dwa układy współrzędnych: horyzontalny - nieruchomy względem obserwatora i równikowy - nieruchomy względem sfery niebieskiej.

Horyzontalny układ współrzędnych

Układ ten jest oparty o płaszczyznę horyzontu i jest on wyznaczany względem obserwatora. W tym układzie położenie danego ciała niebieskiego opisuje się dwoma współrzędnymi: wysokością i azymutem.

Wysokość jest wyrażona w stopniach kątowych i mieści się w przedziale od -90° w nadirze, przez 0 na płaszczyźnie horyzontu do +90° w zenicie. Wysokość można wyznaczyć rysując ćwiartkę koła, która przechodzi od zenitu, przez gwiazdę i łączy się z horyzontem pod kątem prostym. Punktem w którym ćwiartka koła łączy się z horyzontem nazywamy punktem A. Wysokość to kąt oparty na łuku łączącym punkt A z gwiazdą. Z kolei oparty na łuku łączącym punkt A z południem (S) na horyzoncie nazywa się azymutem astronomicznym. Wartość azymutu mieści się w przedziale od 0° w punkcie S (w punkcie S na półkuli północnej, a N na południowej) do 360° po zatoczeniu pełnego koła. Wartość azymutu zawsze narasta w kierunku zachodu (W).

Azymut astronomiczny różni się nieco od azymutu geograficznego, którego to 0° zawsze znajduje się na północy (N) i narasta zgodnie z ruchem wskazówek zegara.

Równikowy układ współrzędnych

W przeciwieństwie do horyzontalnego układu współrzędnych który opisuje położenie obiektów względem obserwatora, równikowy układ współrzędnych opisuje położenie obiektów względem nieruchomej sfery niebieskiej.

Współrzędne opisywane są przez dwie wartości: deklinację i rektascencję.

Deklinacja na sferze niebieskiej jest tym czym na globusie jest szerokość geograficzna. Deklinacja przyjmuje wartość od -90° (biegun niebieski południowy) przez 0° (równik niebieski) do +90° (biegun niebieski północny).

Tym czym na globusie jest długość geograficzna, na sferze niebieskiej jest rektascencja. Z tą różnicą, że nie jest wyrażana w stopniach a w godzinach. Pełne koło to 24 godziny. Godzina 0h znajduje się w Punkcie Barana czyli miejscu, którym znajduje się Słońce na sferze niebieskiej w czasie równonocy wiosennej.

Jak kula ziemska rzutowana jest na sferę niebieską

O ile o kuli ziemskiej mówimy jak o kuli widzianej z zewnątrz. Sfera niebieska jest nieskończenie ogromną kulą oglądaną od wewnątrz, a my znajdujemy się w jej środku.

Oś obrotu Ziemi na kuli ziemskiej zmienia się w oś światła. W miejscu przecięcia się osi światła ze sferą niebieską znajduje się biegun niebieski. Dla obserwatora stojącego na biegunie ziemskim, biegun niebieski znajduje się dokładnie w zenicie, a linia horyzontu wyznacza równik niebieski.

Ważną rzeczą jest jeszcze ekliptyka - linia ruchu Słońca na sferze niebieskiej. Gdyby oś obrotu Ziemii była prostopadła do płaszczyzny orbity, ekliptyka pokrywała by się z równikiem niebieskim. Jednak równik ziemski jest nachylony do płaszczyzny orbity pod kątem około 23,4° i pod takim właśnie kątem nachylona jest ekliptyka do równika niebieskiego. Przecina ona równik niebieski w dwu równo oddalonych od siebie punktach. Gdy Słonce znajduje się w miejscu przecięcia się ekliptyki z równikiem niebieskim następuje równonoc wiosenna lub jesienna.

Kosmiczne wielkości

Czasem chcąc wyróżnić coś bardzo dużego mówi się o kosmicznych liczbach, czy astronomicznych odległościach. Ale czym one są? Czy naprawdę są one aż tak duże?

Odpowiedź mi: TAK!

Są tak duże, że dla lepszego ich określenia nie stosuje się dobrze nam znanych kilometrów, czy ton. Jedynie czas nie doczekał się astronomicznych jednostek i nadal np. wiek Wszechświata wyraża się w latach (a konkretnie miliardach lat), a nie jak ma to miejsce z odległościami i masą.

Ale ja duże są astronomiczne wielkości?

Jednostki odległości

Jednostka astronomiczna (AU)

Ziemia ma średnicę nie całe 13 tys. km. Księżyc znajduje się 30 razy dalej, bo około 400 tys. km. Jeszcze większa jest średnica Słońca, około 1,3 mln km. Natomiast odległość Ziemia-Słońce to około 150 mln km.

Tu do akcji wkracza Jednostka Astronomiczna (AU). 1 AU = 149.597.870 km czyli tyle ile średnia odległość Ziemia-Słońce.

W tej jednostce wyraża się często odległości planet od gwiazdy macierzystej w układach słonecznych, również w naszym. Średnia odległość najdalszej odkrytej planety Układu Słonecznego - Neptuna od Słońca wynosi około 30 AU.

Sonda Voyager 1 znajduje się obecnie w odległości około 107 AU (stan z 30 czerwca 2008 roku). Jest to najodleglejszy obiekt zbudowany przeze Człowieka. Światło ze Słońca leci do sondy Voyager 1 aż 14 godzin.

Rok świetlny

A to i tak mało. Najbliższą gwiazdą, poza Słońcem, jest Proxima Centauri. Światło od niej leci do nas 4,28 lat.

1 rok świetlny = 9460,5 bilionów km = 63240 AU

Odległość do najdalszej gwiazdy widocznej gołym okiem: ok. 2 tys. lat św.
Odległość do krańców naszej Galaktyki: ok. 30 tys. lat św.
Odległość do najbliższej galaktyki (Sagittarius): 8 tys. lat św.
Średnica Galaktyki: ok. 100 tys. lat św.
Odległość do najdalszego obiektu widocznego gołym okiem (galaktyka M 31 w Andromedzie): 2,4 mln lat św.
Średnica Lokalnej Grupy Galaktyk: ok. 7 mln lat św.
Odległość do najbliższych kwazarów: 1,5 mld lat św.
Odległość do najdalszych rejonów Wszechświata dostępnych dla obserwacji: ok. 15 mld lat św.

Jednostki masy

Ziemia waży około 6 kwadrylionów kg. Do określenia masy planet czasem stosuje się jednostki Masa Ziemi, która wynosi:
1 M = 5,9736×1024 kg.

Dla przykładu, masa niektórych ciał Układu Słonecznego:
Księżyc - 0,012 M
Mars - 0,107 M
Jowisz - 317,5 M
Słońce - 333000 M

Często masy gazowych olbrzymów odkrywanych w obcych układach słonecznych podaje się w jednostce Masa Jowisza, która wynosi:
1 MJ = 317,5 M = 1,8986×1027 kg

Masę gwiazd i cięższych ciał niebieskich podaje się w Masach Słońca:
1 M = 1047,5 MJ = 1,98891×1030

Masa największych galaktyk: 108 do 1010 M

Autor: Michał Niedźwiecki
Opublikowany: 2008-10-13 18:47
Uaktualniony: 2008-10-13 22:45

Dodaj swój komentarz