Main menu:

Небесная сфера

Тот факт, что небесная сфера совершает полный оборот вокруг оси за время чуть меньше суток, означает, что положение Солнца на небесной сфере не остается неизменным, ибо в противном случае промежуток времени между двумя последовательными восходами Солнца был бы равен промежутку времени между двумя последовательными восходами каждой из звезд. Но поскольку первый из названных интервалов в среднем на 4 мин. превышает второй, делаем вывод, что Солнце перемещается по небесной сфере в направлении, противоположном суточному вращению Земли; поэтому восход Солнца ежедневно запаздывает по сравнению с восходом звезд. Отмечая ежедневное положение Солнца относительно звезд в момент восхода (или захода), можно проследить его траекторию на небесной сфере. Оказывается, что эта траектория представляет собой еще один круг, центр которого совпадает с центром Земли, а плоскость наклонена под небольшим углом (23,5°) к плоскости небесного экватора. По этому кругу, называемому эклиптикой, Солнце движется в направлении с запада на восток с почти постоянной скоростью, равной примерно 1° в сутки (что вдвое превышает угловой диаметр солнечного диска), совершая таким образом полный оборот за 365 дней и примерно 6 ч.

Когда Солнце находится в одной из двух точек пересечения эклиптики с экватором, продолжительности дня и ночи совпадают. В эти дни, называемые равноденствиями, высота Солнца в полдень равна 90° минус широта точки наблюдения. Например, в Бостоне (широта 42°) высота Солнца в полдень 21 марта составляет 48°. При перемещении Солнца к северу от экватора время между восходом и заходом увеличивается для наблюдателя, находящегося в Северном полушарии Земли, и сокращается для наблюдателя в Южном полушарии. В день летнего солнцестояния (22 июня для Северного полушария) высота Солнца в полдень достигает максимального значения; оно равно 90° минус широта точки наблюдения и плюс 23,5° (т.е. угол между плоскостями эклиптики и экватора). Это самый длинный день в году для Северного полушария и самый короткий - для Южного. На земном экваторе длительности дня и ночи всегда равны между собой. В день солнцестояния наше дневное светило как бы замирает: его полуденная высота перестает увеличиваться, но еще не начинает уменьшаться (или прекращает уменьшаться, но еще не начинает увеличиваться 22 декабря).

На Северном и Южном полюсах Земли Солнце при своем движении ежедневно описывает окружность, параллельную горизонту. В день летнего солнцестояния эта окружность расположена на высоте 23,5°. В дальнейшем окружность снижается, и в день равноденствия путь центра солнечного диска совпадает с линией горизонта (хотя вследствие искривления световых лучей в земной атмосфере нам кажется, что Солнце целиком находится над горизонтом). В течение последующих шести месяцев окружности, описываемые Солнцем при движении, лежат под горизонтом.

Луна также непрерывно перемещается относительно звезд. Ее траектория представляет собой окружность, в центре которой находится Земля. Плоскость окружности,  наклонена к эклиптике под углом 5°. Луна почти равномерно движется вдоль своей траектории в том же направлении, что и Солнце (т. е. обратно направлению суточного вращения небесной сферы), совершая полный оборот за время немногим более 27 сут. Как и движение Солнца, движение Луны приводит к тому, что ее восход ежедневно запаздывает относительно восхода звезд, но уже не на четыре минуты, как у Солнца, а почти на целый час.

По чистой случайности угловой диаметр Луны (при наблюдении с Земли) почти в точности совпадает с солнечным. Когда Солнце и Луна одновременно находятся в одной из двух точек пересечения окружностей, по которым они движутся, они оказываются на одной прямой с Землей, и Луна в таком случае может закрывать Солнце. Если же Солнце находится в одной из этих точек, а Луна - в противоположной, то Земля своей тенью может затмить Луну.

Пять ярких планет - Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн - также движутся относительно звезд, однако их перемещения гораздо сложнее, чем движения Солнца и Луны. Попытки объяснить эти нерегулярные движения планет и оказались в центре внимания древнегреческих астрономов.