Systém pro určování pozic nebeských objektů
Orientace astronomických souřadnic
|
Astronomické souřadnicové systémy jsou organizovaná uspořádání pro specifikaci poloh satelitů , planet , hvězd , galaxií a dalších nebeských objektů vzhledem k fyzickým referenčním bodům dostupným pro situovaného pozorovatele (např. Skutečný horizont a severní světový směr k pozorovateli umístěnému na zemském povrchu) . Souřadnicové systémy v astronomii mohou určit polohu objektu v trojrozměrném prostoru nebo vykreslit pouze jeho směr na nebeské sféře , pokud je vzdálenost objektu neznámá nebo triviální.
Sférické souřadnice , promítnuté na nebeskou sféru , jsou analogické s geografickým souřadnicovým systémem používaným na povrchu Země . Ty se liší výběrem základní roviny , která rozděluje nebeskou sféru na dvě stejné polokoule podél velkého kruhu . Obdélníkové souřadnice v příslušných jednotkách mají stejnou základní ( x, y ) rovinu a primární ( x -osový) směr , například osu otáčení . Každý souřadnicový systém je pojmenován podle svého výběru základní roviny.
Souřadnicové systémy
Následující tabulka uvádí běžné souřadnicové systémy používané astronomickou komunitou. Základní rovina rozděluje nebeskou sféru na dvě stejné polokoule a definuje základní linii pro příčných souřadnic, podobně jako na rovníku v geografickém souřadnicovém systému . Póly jsou umístěny ± 90 ° od základní roviny. Primární směr je výchozím bodem podélných souřadnic. Původem je bod nulové vzdálenosti, „střed nebeské sféry“, ačkoli definice nebeské sféry je ohledně definice jejího středového bodu nejednoznačná.
Horizontální systém
Horizontální , nebo nadmořská výška azimutu , systém je založen na pozici pozorovatele na Zemi, která se otáčí kolem své osy jednou za hvězdný den (23 hodin, 56 minut a 4.091 sekund) ve vztahu k hvězdné pozadí. Umístění nebeského objektu horizontálním systémem se mění s časem, ale je to užitečný souřadnicový systém pro lokalizaci a sledování objektů pro pozorovatele na Zemi. Je založen na poloze hvězd vzhledem k ideálnímu horizontu pozorovatele.
Rovníková soustava
Rovníková souřadný systém je soustředěn ve středu Země, ale pevně ve vztahu k nebeské póly a rovnodennosti března . Souřadnice jsou založeny na umístění hvězd vzhledem k zemskému rovníku, pokud by byly promítány ven do nekonečné vzdálenosti. Rovníková popisuje oblohu při pohledu ze sluneční soustavy a moderní hvězdné mapy téměř výhradně používají rovníkové souřadnice.
Rovníkové systém je normální souřadnicový systém pro většinu profesionálních a mnoho amatérských astronomů, které mají rovníkové hoře, který sleduje pohyb na obloze v noci. Nebeské objekty se nacházejí úpravou stupnic dalekohledu nebo jiného nástroje tak, aby odpovídaly rovníkovým souřadnicím vybraného objektu, který je třeba pozorovat.
Populární volbou pólu a rovníku jsou starší systémy B1950 a moderní systémy J2000 , ale lze použít také pól a rovník „data“, což znamená, že je vhodné pro uvažované datum, například při měření polohy planety nebo je vyrobena kosmická loď. Existují také rozdělení na souřadnice „průměru data“, které průměrují nebo ignorují nutaci , a „pravda data“, které zahrnují nutaci.
Ekliptický systém
Základní rovina je rovina oběžné dráhy Země, nazývaná ekliptická rovina. Existují dvě hlavní varianty ekliptického souřadného systému: geocentrické ekliptické souřadnice se středem na Zemi a heliocentrické ekliptické souřadnice se středem těžiště sluneční soustavy.
Geocentrický ekliptický systém byl hlavním souřadnicovým systémem starověké astronomie a je stále užitečný pro výpočet zjevných pohybů Slunce, Měsíce a planet.
Heliocentrický ekliptický systém popisuje oběžný pohyb planet kolem Slunce a soustřeďuje se na barycentrum Sluneční soustavy (tj. Velmi blízko středu Slunce). Systém se používá především pro výpočet poloh planet a dalších těles sluneční soustavy a pro definování jejich orbitálních prvků .
Galaktický systém
Galaktický souřadný systém používá jako základní rovinu přibližnou rovinu naší galaxie. Sluneční soustava je stále středem souřadnicového systému a nulový bod je definován jako směr ke galaktickému středu. Galaktická šířka se podobá výšce nad galaktickou rovinou a galaktická délka určuje směr vzhledem ke středu galaxie.
Supergalaktický systém
Supergalaktický souřadnicový systém odpovídá základní rovině, která obsahuje vyšší než průměrný počet místních galaxií na obloze při pohledu ze Země.
Převod souřadnic
Jsou uvedeny převody mezi různými souřadnicovými systémy. Podívejte se na poznámky před použitím těchto rovnic.
Zápis
- Horizontální souřadnice
- Rovníkové souřadnice
- Ekliptické souřadnice
- Galaktické souřadnice
- Smíšený
Hodinový úhel ↔ pravý vzestup
Rovníková ↔ ekliptická
Klasické rovnice odvozené ze sférické trigonometrie pro podélné souřadnice jsou uvedeny vpravo od závorky; prostým vydělením první rovnice druhou získáte vhodnou tečnou rovnici viděnou vlevo. Ekvivalent rotační matice je uveden pod každým případem. Toto rozdělení je nejednoznačné, protože tan má periodu 180 ° ( π ), zatímco cos a sin mají periody 360 ° (2 π ).
Rovníková ↔ horizontální
Všimněte si, že azimut ( A ) se měří od jižního bodu, přičemž se na západ obrací kladně. Zenithova vzdálenost, úhlová vzdálenost podél velkého kruhu od zenitu k nebeskému objektu, je jednoduše komplementární úhel nadmořské výšky: 90 ° - a .
Při řešení rovnice tan ( A ) pro A , aby se předešlo nejednoznačnosti arktangens , se doporučuje použít argangant se dvěma argumenty , označovaný arctan ( x , y ) . Argustangens se dvěma argumenty vypočítá arktangens
y/X, a odpovídá za kvadrant, ve kterém se vypočítává. V souladu s konvencí azimutu měřeného od jihu a otevírajícího se kladně na západ,
-
,
kde
-
.
Pokud výše uvedený vzorec vytvoří zápornou hodnotu pro A , lze ji vykreslit kladně přidáním 360 °.
Opět platí, že při řešení tan ( h ) rovnice pro h je doporučeno použít argangangens se dvěma argumenty, který odpovídá kvadrantu. Takže opět v souladu s konvencí azimutu měřeného od jihu a otevírajícího se kladně na západ,
-
,
kde
Rovníková ↔ galaktická
Tyto rovnice slouží k převodu rovníkových souřadnic na galaktické souřadnice.
jsou rovníkové souřadnice severního galaktického pólu a jsou galaktickou délkou severního nebeského pólu. Podle J2000.0 jsou hodnoty těchto veličin:
Pokud jsou rovníkové souřadnice odkazoval na jinou rovnodennosti , musí být precesi na své místo u J2000.0 před použitím těchto vzorců.
Tyto rovnice se převádějí na rovníkové souřadnice podle B2000.0 .
Poznámky k převodu
- Úhly ve stupních (°), minutách (′) a sekundách (″) sexagesimální míry musí být před výpočty převedeny na desítkové. Zda jsou převedeny na desetinné stupně nebo radiány, závisí na konkrétním počítacím stroji nebo programu. S negativními úhly je třeba zacházet opatrně; –10 ° 20 ′ 30 ″ je třeba převést na −10 ° −20 ′ −30 ″ .
- Úhly v hodinách ( h ), minutách ( m ) a sekundách ( s ) časového opatření je třeba před výpočty převést na desetinné stupně nebo radiány . 1 h = 15 °; 1 m = 15 '; 1 s = 15 ″
- Úhly větší než 360 ° (2 π ) nebo menší než 0 ° může být nutné zmenšit na rozsah 0 ° −360 ° (0–2 π ) v závislosti na konkrétním počítacím stroji nebo programu.
- Kosinus zeměpisné šířky (deklinace, ekliptická a galaktická šířka a nadmořská výška) není podle definice nikdy záporný, protože zeměpisná šířka se pohybuje mezi -90 ° a +90 °.
-
Inverzní goniometrické funkce arcsine, arccosine a arctangens jsou jednoznačné kvadranty a výsledky by měly být pečlivě vyhodnoceny. Použití druhé arctangens funkce (označená ve výpočtu jako
atn2 ( y , x ) nebo atan2 ( y , x ) , která vypočítá arktangensy/Xpoužití znaku obou argumentů k určení pravého kvadrantu) se doporučuje při výpočtu délky/pravého stoupání/azimutu. Při výpočtu zeměpisné šířky/deklinace/nadmořské výšky se doporučuje rovnice, která najde sinus , následovanou funkcí arcsin .
- Azimut ( A ) je zde odkazován na jižní bod obzoru , což je běžné astronomické počítání. Objekt na poledníku na jih od pozorovatele má při tomto použití A = h = 0 °. Například n Astropy 's AltAz, v konvenci souboru FITS velkého binokulárního dalekohledu , v XEphem , v knihovně IAU Standardy základní astronomie a Sekce B astronomického almanachu, například azimut je na východ od severu. V navigaci a některých dalších disciplínách je azimut znázorněn ze severu.
- Rovnice pro nadmořskou výšku ( a ) nezohledňují atmosférický lom .
- Rovnice pro vodorovné souřadnice nepočítají s denní paralaxou , tj. Malým posunem v poloze nebeského objektu způsobeným polohou pozorovatele na zemském povrchu. Tento efekt je významný pro Měsíc , méně pro planety , minutový pro hvězdy nebo vzdálenější objekty.
- Zeměpisná délka ( λ o ) se zde měří pozitivně na západ od hlavního poledníku ; to je v rozporu se současnými standardy IAU .
Viz také
Poznámky
Reference
externí odkazy
-
NOVAS , software vektorové astrometrie americké námořní observatoře , integrovaný balíček podprogramů a funkcí pro výpočet různých běžně potřebných veličin v poziční astronomii.
-
SOFA je IAU je Standardy základních astronomie, dobře přístupném a autoritativní sady algoritmů a postupů, které implementují standardních modelů používaných zejména v základním astronomii.
- Tento článek byl původně založen na Astroinfu Jasona Harrise, které je dodáváno s KStars , desktopovým planetáriem KDE pro Linux / KDE .