ОСНОВЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ.ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ КООРДИНАТ

Схема лекции
1) Основные понятия астрономии. Системы координат на небесной сфере.
2) Исторические трактовки движения небесных тел и его современное объяснение.
3) Роль географических координат в повседневной жизни
4) Роль кривизны Земли в повседневной жизни и её влияние на измерения
5) Влияние экспозиции склонов
Трофимов М.Е.

Системы координат в астрономии
Эклиптическая система координат (эклиптические широта и долгота), применялась в прошлом, применяется в астрономии для расчета орбиты Луны и в астрологии
Первая экваториальная система координат (склонение (реже полярное расстояние) и часовой угол)
Вторая экваториальна система координат склонение (реже полярное расстояние) и прямле восхождение), применяется в астрометрии
Горизонтальная система координат (высота над математическим горизонтом или зенитное расстояние и азимут)
Трофимов М.Е.

Эклиптические координаты
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°.
Трофимов М.Е.

Первая экваториальная система координат
Склонением δ светила называется дуга круга склонения от небесного экватора до светила, или угол между плоскостью небесного экватора и направлением на светило. Склонения отсчитываются в пределах от 0° до +90° к северному полюсу мира и от 0° до −90° к южному полюсу мира.
Полярным расстоянием p светила называется дуга круга склонения от северного полюса мира до светила, или угол между осью мира и направлением на светило. Полярные расстояния отсчитываются в пределах от 0° до 180° от северного полюса мира к южному.
Часовым углом t светила называется дуга небесного экватора от верхней точки небесного экватора (то есть точки пересечения небесного экватора с небесным меридианом) до круга склонения светила, или двугранный угол между плоскостями небесного меридиана и круга склонения светила. Часовые углы отсчитываются в сторону суточного вращения небесной сферы, то есть к западу от верхней точки небесного экватора, в пределах от 0° до 360° (в градусной мере) или от 0h до 24h (в часовой мере). Иногда часовые углы отсчитываются от 0° до +180° (от 0h до +12h) к западу и от 0° до −180° (от 0h до −12h) к востоку.
Трофимов М.Е.

Вторая экваториальная система координат
Прямым восхождением (RA, α) светила называется дуга небесного экватора от точки весеннего равноденствия до круга склонения светила, или угол между направлением на точку весеннего равноденствия и плоскостью круга склонения светила. Прямые восхождения отсчитываются в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы, в пределах от 0° до 360° (в градусной мере) или от 0h до 24h (в часовой мере).
RA — астрономический эквивалент земной долготы. И RA и долгота измеряют угол восток-запад вдоль экватора; обе меры берут отсчёт от нулевого пункта на экваторе. Для долготы, нулевой пункт — нулевой меридиан; для RA нулевой отметкой является место на небе, где Солнце пересекает небесный экватор в весеннее равноденствие.
Склонение (δ) в астрономии — одна из двух координат экваториальной системы координат. Равняется угловому расстоянию на небесной сфере от плоскости небесного экватора до светила и обычно выражается в градусах, минутах и секундах дуги. Склонение положительно к северу от небесного экватора и отрицательно к югу.
Трофимов М.Е.

Геоцентрические координаты:
λ - долгота, φ-широта
Трофимов М.Е.

Геодезические координаты
Трофимов М.Е.

Угол падения солнечных лучей в Сиене и Александрии
из книги «Astronomy Through the Ages» Роберта Уильсона (Robert Wilson)
Трофимов М.Е.

Общий вид эпициклов по Птолемею
из книги «Astronomy Through the Ages» Роберта Уильсона (Robert Wilson)
Трофимов М.Е.

Эпициклы и деференты у Птолемея

Эклиптическая и горизонтальная системы координат
http://en.wikipedia.org

Вторая экваториальная система координат
http://en.wikipedia.org

Планеты и плоскость эклиптики

Годовое вращение Земли

Годовое вращение Земли

Годовое вращение Земли

Схематическое определение паралакса

Угловые размеры небесных тел
wikipedia.org

Годовой параллакс

Продолжительность года на 1 января 2000
Сидерический год 365.256363004 суток
Тропический год 365,2421897 суток
Разница составляет 20 минут 24,5128 секунды

Маятник Фуко (1851)

Небесный экватор и плоскость эклиптики
wikipedia.org

Соотношение Земли и небесной сферы

Сравнение наклонов оси вращения разных планет
http://en.wikipedia.org

Сравнение наклонов оси вращения разных планет
http://www.redshift-live.com

Соотношение Земли и небесной сферы

Физический смысл широты

Схематическое изображение прецессии земной оси
http://www.astronomynotes.com

Общая схема звёздного неба

Положение небесного экватора в Северном полушарии

Путь Солнца по небу в Северном полушарии

Положение Солнца и теней в разное время года
Трофимов М.Е.

Азимуты восхода и заката Солнца для наблюдателя на 35° с.ш.
http://www.naturephotographers.net/
Трофимов М.Е.

Годовое смещение точек восхода в Долине монументов (Аризона США)
http://www.naturephotographers.net/
Трофимов М.Е.

Восхода в Долине монументов 21 июля
http://www.naturephotographers.net/
Трофимов М.Е.

Восхода в Долине монументов 21 декабря
http://www.naturephotographers.net/
Трофимов М.Е.

Положение Солнца для наблюдателя на 56°с.ш.:
вверху – летнее солнцестояние, внизу – зимнее солнцестояние, посередине – равноденствия.
wikipedia.org
Трофимов М.Е.

Положение Солнца для наблюдателя средних широт в зимнее солнцестояние
http://www.solarplots.info/
Трофимов М.Е.

Положение Солнца для наблюдателя средних широт в летнее солнцестояние
http://www.solarplots.info/
Трофимов М.Е.

Путь Солнца по небу в разное время года в северном (вверху) и южном (внизу) полушарии

Движение Солнца в летнее солнцестояние (вверху), весеннее равноденствие (в середине) и зимнее солнцестояние (внизу)
(съемка камерой рыбий глаз в декабре 2007 – июне 2008, Бурса, Турция)
Tunk Tesel http://www.twanight.org/
Трофимов М.Е.

Движение Солнца в день зимнего солнцестояния
(монтаж из 43 снимков сделанных в 2005 году в Санта-Севера, Италия, в направлении на Тирренское море)
Danilo Pivato http://www.danilopivato.com/
Трофимов М.Е.

Схема солнечной аналеммы для Гринвичской обсерватории (Великобритания)
wikipedia.org

Солнечные аналеммы
(монтажи из серии снимков)
Anthony Ayiomamitis http://www.perseus.gr
Древний Коринф 9:00
7.01.03-20.12.03
Древняя Олимпия 11:00
30.03.03 – 24.03.04
Трофимов М.Е.

Вращение звездного неба на Северном полюсе (справа) и в средних широтах (слева)

Характер вращения звёздного неба на разных широтах
Трофимов М.Е.

Вращение звездного неба на экваторе и в низких широтах

Фото с длительной экспозицией на горе Сайлент Спрингс, Австралия (31°ю.ш.)
из книги «Astronomy Through the Ages» Роберта Уильсона (Robert Wilson)
Трофимов М.Е.

Звёздное небо над вулканами Паринакота (6348 м ) и Померапе (6282 м), граница Чили и Боливии Stéphane Guisard http://sguisard.astrosurf.com/
Трофимов М.Е.

Звёздное небо Южного полушария (Патагония)
Stéphane Guisard http://sguisard.astrosurf.com/
Трофимов М.Е.

Звёздное небо Южного полушария (Патагония) при долгой экпозиции
Stéphane Guisard http://sguisard.astrosurf.com
Трофимов М.Е.

Стефан Гусард на съёмках в Чили
Kwon o Chul
http://www.twanight.org/

Star trail, различные варианты съёмок
Chris Bray, http://www.chrisbray.net
Трофимов М.Е.

Фото северного небесного полюса с горы Чимборазо, Эквадор (1,5° ю.ш.)
Stéphane Guisard http://sguisard.astrosurf.com/
Трофимов М.Е.

Фото южного небесного полюса с горы Чимборазо, Эквадор (1,5° ю.ш.)
Stéphane Guisard http://sguisard.astrosurf.com/
Трофимов М.Е.

Long exposure фото небесного экватора с горы Чимборазо, Эквадор (1,5° ю.ш.)
Stéphane Guisard http://sguisard.astrosurf.com/
Трофимов М.Е.

Фото с длительной экспозицией через камеру «рыбий глаз» с горы Чимборазо, Эквадор
Stéphane Guisard
http://sguisard.astrosurf.com/
Трофимов М.Е.

Long exposure фото одного из небесных полюсов с горы Килиманджаро (3° ю.ш., 5895 м)
Kwon o Chul
http://www.twanight.org/
Трофимов М.Е.

Панорамный вид на гору Килиманджаро (3° ю.ш.)
Kwon o Chul
http://www.twanight.org/

Квонг о Чул на фоне горы Килиманджаро (3° ю.ш.)
Kwon o Chul
http://www.twanight.org/

Фото северного небесного полюса в Тикале, Гватемала (17° ю.ш.)
Stéphane Guisard http://sguisard.astrosurf.com/
Трофимов М.Е.

Фото с длительной экспозицией с горы Бромо, Индонезия (8° ю.ш.)
Daniel Leong
http://500px.com/danielleong81
Трофимов М.Е.

Фото с длительной экспозицией с горы Бромо, Индонезия (8° ю.ш.)
Daniel Leong
http://500px.com/danielleong81
Трофимов М.Е.

Long exposure фото звездного неба в Мистертоне, Великобритания (53,5° с.ш.)
Mark Humpage http://www.dailymail.co.uk
Трофимов М.Е.

Вид на северный небесный полюс с горы Мауна Кеа (20° с.ш.)
Peater Meuchaud, http://apod.nasa.gov/
Трофимов М.Е.

Положение небесного на экваторе (слева) и в средних широтах (справа)
Kwon o Chul http://www.twanight.org/, Phil Daintith http://www.dailymail.co.uk
Трофимов М.Е.

Startrails в Манчестере (слева, 53,5 с.ш.) и Сиднее (справа, 34 ю.ш.)
Phil Daintith http://www.dailymail.co.uk, Chris Bray, http://www.chrisbray.net
Трофимов М.Е.

Фото с пятнадцатичасовой экспозицией через объектив «рыбий глаз» (Австралия)
Lincoln Harrison
http://www.lincolnharrison.com/
Трофимов М.Е.

Фото с пятнадцатичасовой экспозицией (Австралия)
Lincoln Harrison
http://www.lincolnharrison.com/
Трофимов М.Е.

Фото с длительной экспозицией (Австралия)
Lincoln Harrison
http://www.lincolnharrison.com/
Трофимов М.Е.

Фото с длительной экспозицией (Австралия)
Lincoln Harrison
http://www.lincolnharrison.com/
Трофимов М.Е.

Фото с длительной экспозицией (Эльбрус, вид на полярную звезду, в углу заход Луны)
Трофимов М.Е.

Некоторые эффекты кривизны земной поверхности
Изменение дальности горизонта в зависимости от высоты
Сумма углов достаточно большого треугольника больше 180°
Невозможность изображения достаточно большого участка земной поверхности без значительных искажений
Различие длины дуги в зависимости от высоты над земной поверхностью

Три вида горизонта

Зависимость дальности горизонта от высоты

Зависимость дальности горизонта от высоты

Верхний мираж

Нижний мираж

Фата Моргана

Зелёная вспышка
http://pirates.wikia.com/wiki/Green_Flash

«Золотой час» в Бангкоке
http://en.wikipedia.org

Дуга и хорда соединяющие точки на земной поверхности
Зависимость длины хорды от длины дуги на земной поверхности (значения в метрах)

Общий вид моста Verrazano Narrows (Нью-Йорк)

Схематическое изображение моста Verrazano Narrows (Нью-Йорк)

Схема климатов Аристотеля
wikipedia.org
Трофимов М.Е.

Схема климатов Аристотеля
wikipedia.org
Трофимов М.Е.