01 Spis treści i wstęp


ASTRONOMIA SFERYCZNA
Wykład dla studentów astronomii
Kompilacja i opracowanie Tadeusz Jan Jopek
(Ad Usum Internum)
z
z1
x1
¸
O
È
Ć y
N
x
Poznań AD 8 lipca 2006
2
Podziękowania
Pani dr Iwonie Wytrzyszczak składam podziękowania za poczynione
uwagi oraz za dyskusjÄ™ na temat czasu w astronomii.
Spis treści
1 Wstęp 7
1.1 Sfera niebieska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Położenia ciał na sferze 9
2.1 Definicja położeń punktów w przestrzeni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Elementy geometryczne na sferze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Sferyczne współrzędne biegunowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Współrzędne prostokątne punktów na sferze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5 Podstawowe wzory trygonometrii sferycznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.6 Małe przesunięcie na sferze niebieskiej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.7 Wektorowe transformacje współrzędnych sferycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.8 Dygresja na temat miary małych kątów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.9 Zadanka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 Astronomiczne układy współrzędnych 27
3.1 Streszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2 Układy współrzędnych wykorzystywane w astronomii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3 Dygresja. Współrzędne sferyczne na powierzchni Ziemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4 Układ współrzędnych równikowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.5 Układ współrzędnych horyzontalnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6 Współrzędne godzinne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.7 Współrzędne ekliptyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.8 Współrzędne galaktyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.9 Czas gwiazdowy i rektascensja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.10 Skala czasu słonecznego prawdziwego i średniego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.11 Macierzowe transformacje współrzędnych astronomicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.12 Dygresja. Nastawianie teleskopów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.13 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4 Astronomiczne układy odniesienia 51
4.1 Układ inercjalny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2 Dygresja: układ inercjalny w wielkim świecie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3 Układ inercjalny a precesja, nutacja iruch własny gwiazd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.4 Początek układu odniesienia  środek sfery niebieskiej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.5 Przesunięcie paralaktyczne i aberracyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.6 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5 Refrakcja 63
5.1 Wstęp  miejsca topocentryczne ciał niebieskich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.2 Refrakcja  model płaskiej atmosfery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3 Wpływ refrakcji na współrzędne równikowe obiektu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.4 Refrakcja  model atmosfery radialnie symetrycznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.5 Stałe refrakcji. Tablice refrakcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.6 Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6 Współrzędne geocentryczne 75
6.1 Współrzędne geocentryczne obserwatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.2 Paralaksa geocentryczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.3 Dygresja. Jednostka astronomiczna  1 AU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.4 Aberacja dobowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.5 Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4 SPIS TREÅšCI
7 Pomiary rektascensji i deklinacji 85
7.1 Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
7.2 Koło południkowe  zasada pomiaru rektascensji i deklinacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
7.3 Usuwanie wpływów instrumentalnych w kole południkowym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.4 Redukcja obserwacji na miejsce widome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
7.5 Ruch biegunów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
7.6 Koło wertykalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.7 Astrolabia Danjon a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.8 Fotograficzny teleskop zenitalny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.9 Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
8 Współrzędne helio- i barycentryczne 99
8.1 Paralaksa roczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
8.2 Aberacja roczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
8.3 Przybliżone formuły na paralaksę i aberrację . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
8.4 Aberracja planetarna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
8.5 Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
9 Ruch Ziemi 107
9.1 Ruch obiegowy Ziemi i Księżyca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
9.2 Ruch wirowy Ziemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
9.3 Ruch biegunów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
9.4 Punkt równonocy wiosennej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
10 Precesja i nutacja 115
10.1 Streszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
10.2 Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
10.3 Precesja luni-solarna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
10.4 Precesja planetarna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
10.5 Precesja ogólna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
10.6 Ścisłe formuły precesji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
10.7 Precesyjna macierz obrotu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
10.8 Nutacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
10.9 Wpływ nutacji na współrzędne gwiazd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
10.10Aączny wpływ precesji i nutacji w formalizmie macierzowym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
10.11Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
11 Koncepcja czasu w astronomii 135
11.1 Streszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
11.2 Służba czasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
11.3 Skale czasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
11.4 Czas gwiazdowy i słoneczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
11.5 Czas efemerydalny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
11.6 Współczesne dynamiczne skale czasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
11.7 Rok Juliański i rok Bessel a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
11.8 Przejście przez południk efemerydalny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
11.9 Dygresja: czas własny i czas układowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
11.10Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
12 Ruch własny gwiazd 153
12.1 Streszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
12.2 Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
12.3 Pojęcia podstawowe, definicje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
12.4 Zmiany składowych ruchu własnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
12.5 Ruch własny, podejście wektorowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
12.6 Zmiany precesyjne ruchu własnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
12.7 Wyznaczanie ruchów własnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
12.8 Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
13 Miejsca średnie, prawdziwe i widome 167
13.1 Streszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
13.2 Terminologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
13.3 Zmiany roczne i wiekowe (variatio annua, variatio saecularis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
13.4 Miejsce prawdziwe gwiazdy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
13.5 Miejsce widome gwiazdy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
13.6 Miejsce widome gwiazdy, formalizm wektorowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
SPIS TREÅšCI 5
13.7 Miejsce widome planety, formalizm wektorowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
13.8 Katalogi gwiazdowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
13.9 Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
14 Astrometria na płaszczyznie stycznej 183
14.1 Streszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
14.2 Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
14.3 Projekcja centralna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
14.4 Współrzędne standardowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
14.5 Wpływ błędu środka optycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
14.6 Wpływ refrakcji astronomicznej i aberracji rocznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
14.7 Stałe płyty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
14.8 Podstawy redukcji płyty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
14.9 Metoda dependensów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
14.10Bezpośrednie wykorzystywanie współrzędnych prostokątnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
14.11Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
15 Gwiazdy podwójne 205
15.1 Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
15.2 Rys historyczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
15.3 Narzędzia do obserwacji gwiazd wizualnie podwójnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
15.4 Elementy orbity gwiazd podwójnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
15.5 Wyznaczenie mas składników gwiazd wizualnie podwójnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
15.6 Wyznaczenie mas składników gwiazd spektralnie podwójnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
15.7 Zadanka na ćwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
6 SPIS TREÅšCI
Rozdział 1
Wstęp
1.1 Sfera niebieska
Spoglądając w pogodną noc ku niebu nie dziwi nas przekonanie starożytnych astronomów, w
myśl którego ciała niebieskie rozmieszczone są na sferze a obserwator znajduje się w jej punkcie
centralnym. Okazuje się, że nawet dzisiaj, dla celów pozycyjnych często wygodnie jest ignorować
prawdziwe odległości do ciał niebieskich i przyjąć, że wszystkie znajdują się jednakowo daleko
od obserwatora, w odległości równej promieniowi sfery. Dla jeszcze większej wygody można
położyć, że . Zatem umawiamy się, że ciała niebieskie znajdują się na sferze o promieniu
równym jedności.
Pojęcia "położenie", "pozycja"w astronomii dotyczą kierunku, z którego dp obserwatora dociera
promieniowanie elektromagnetyczne emitowane lub odbijane przez ciała niebieskie.
8 Wstęp


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
01 spis tresci i wstep
00 Spis treści, Wstęp, Wprowadzenie
01 Spis treści
01 Spis tresci (2)
01 spis tresci
Spis treści, wstęp
Spis treści, wstęp
00 spis tresci wstep
01 Spis treści
00 Spis treści, Wstęp
01 Spis treści

więcej podobnych podstron