Главная страница
Навигация по странице:

  • Прямое восхождение

  • Изменение экваториальных координат Солнца.

  • Тропическим годом

  • Явления, связанные с движением Солнца для наблюдателей в различных широтах.

  • Законы Кеплера.

  • вопрос №23(2014). Вопрос 23. Суточное и годовое движ. Солнца. Законы Кеплера. Особенности движения солнца в тропич и полярных районах


    Скачать 119.08 Kb.
    НазваниеВопрос 23. Суточное и годовое движ. Солнца. Законы Кеплера. Особенности движения солнца в тропич и полярных районах
    Анкорвопрос №23(2014).docx
    Дата27.12.2017
    Размер119.08 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлавопрос №23(2014).docx
    ТипДокументы
    #9767

    Вопрос №23.Суточное и годовое движ. Солнца.Законы Кеплера.Особенности движения солнца в тропич.и полярных районах

    Известно, что небесная сфера со всеми находящимися на ней светилами вращается вокруг оси мира. Это движение называется видимым суточным движением сферы. Направлено суточное движение по часовой стрелке, если смотреть на на сферу со стороны северного полюса PN. Вследствие суточного движения все светила, вращаясь с вместе со сферой, двигаются параллельно небесному экватору, т.е. по небесным параллелям, всегда пересекают в этом движении меридиан наблюдателя, некоторые пересекают I-ый вертикал и горизонт.
    Пересечение светилом в своем суточном движении полуденной части меридиана наблюдателя называется верхней кульминацией, а пересечение светилом полуночной части называется нижней кульминацией. Из нижнего рисунка видно, что для постоянной широты и светила с постоянным склонением в момент верхней кульминации светило имеет максимальную высоту, а в момент нижней кульминации - минимальную высоту. Пересечение светилом в своем суточном движении плоскости истинного горизонта называется точками восхода и захода.

    Видимое годовое движение Солнца.

    В результате движения Земли по своей орбите наблюдателю на Земле кажется, что Солнце все время перемещается по небесной сфере относительно неподвижных звезд. Правда наблюдать движение Солнце относительно звезд не представляется возможным, т.к. звезды в дневное время не видны. Перечислим некоторые убедительные факты перемещения Солнца относительно звезд:

    1. В разное время года в полночь видны разные звезды.

    2. Меридиональная высота Cолнца в течении года изменяется.

    3. Изменяются также азимуты восхода и захода Солнца, а также продолжительность дня и ночи.

    http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/orbita.jpg

    Земля, двигаясь по своей орбите, сохраняет в мировом пространстве неизменное положение своей оси вращения. Угол наклона оси вращения Земли с плоскостью орбиты Земли составляет 66°33', следовательно, угол между плоскостью орбиты Земли и плоскостью земного экватора составляет 23°27'. http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/ecliptic1.jpg

    Эклиптика - это видимый годовой путь, по которому перемещается Солнце по небесной сфере. Эклиптика - это проекция плоскости земной орбиты на небесную сферу. Т.к. плоскость небесного экватора - это продолжение земного экватора, а плоскость эклиптики - это плоскость орбиты Земли, то плоскость эклиптики составляет с плоскостью небесного экватора угол http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/epsilon.gif= 23°27'.
    Точкой Овна (http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/aries.gif) называется точка на небесной сфере, в которой Солнце в своём видимом годовом движении меняет своё склонение с южного на северное. В эту точку Солнце ежегодно приходит 21-го марта - в день весеннего равноденствия.
    Точка Овна задает точку отсчета еще для одной координаты - для прямого восхождения.
    Прямое восхождение (http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/alfa.gif) - это дуга небесного экватора от точки Овна до меридиана светила, в сторону обратных западных часовых углов (или если смотреть со стороны северного полюса, то против часовой стрелки). Именно в этом направлении по небесной сфере перемещваются Солнце, Луна и, следовательно, увеличивается прямое восхождение этих светил.http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/ecliptic.jpg

    Изменение экваториальных координат Солнца.

    В течении года Солнце по небесной сфере проходит четыре точки (смотри таблицу).

    Дата

    Название

    Точка

    http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/alfa_sun.gif

    http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/dec_sun.gif

    21 марта

    День весеннего равноденствия

    http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/aries.gif





    22 июня

    День летнего солнцестояния

    http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/rak.gif

    90°

    23,5°N

    23 сентября

    День осеннего равноденствия

    http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/vesy.gif

    180°



    22 декабря

    День зимнего солнцестояния

    http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/kozerog.gif

    270°

    23,5°S

    Тропическим годом называется промежуток времени между двумя последовательными прохождения центра Солнца через точку Овна. Его продолжительность составляет 365,2422 суток. Этот период положен в основу календарного года. Уточнение величины тропического года оставило свой след в истории астрономии в виде египетского года, юлианского и григорианского стилей.
    Для приближенных расчетов необходимо знать суточные изменения координат Солнца. Прямое восхождение Солнца в течение года изменяется почти равномерно. Суточная скорость изменения прямого восхождения Солнца составляет http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/delta.gifhttp://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/alfa_sun.gifhttp://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/about.gif360°/365,2422 http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/about.gif1°/сутки.

    Склонение Солнца в течении года изменяется неравномерно

    • http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/delta.gifhttp://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/dec_sun.gif=0,4°/сутки в течении 1 месяца до и 1 месяца после дней равноденствий;

    • http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/delta.gifhttp://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/dec_sun.gif=0,1°/сутки в течении 1 месяца до и 1 месяца после дней солнцестояний;

    • http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/delta.gifhttp://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/dec_sun.gif=0,3°/сутки в оставшиеся 4 промежуточных месяца. http://www.mastro.narod.ru/img/ekliptica/dec_sun_gr.jpg

    Явления, связанные с движением Солнца для наблюдателей в различных широтах.

    Явления, сопровождающие годовое и суточное движение Солнца.

    Времена года. Количество солнечной энергии, получаемой единичной площадью на Земле, зависит главным образом от высоты Солнца над горизонтом и времени освещения. В средних широтах высоты Солнца меняются за год на 46°53', что и приводит к смене времен года. На рис. 23 в положении // Земля обращена к Солнцу северным полушарием, где высоты Солнца больше, время освещения продолжительнее — наступает лето. В положении IV наоборот — в северном полушарии зима, в южном — лето.

    Астрономическими признаками времен года принято считать соотношение знака и величины склонения Солнца с широтой места. Когда δ становится одноименным с φ, начинается весна, а при δmax начинается лето. Когда δ становится разноименным с φ, начинается осень, а при δmax начинается зима.

    Вследствие неравномерности движения Солнца по эклиптике время прохождения участков эклиптики между точками времен года неодинаково, поэтому в северном полушарии весна продолжается 92,9 сут; лето — 93,6; осень — 89,8; зима — 89,0 сут; теплый весенне-летний период на семь дней длиннее осенне-зимнего. В тропиках вместо лета и зимы различают два сезона — соответственно сухой и дождливый.

    Климатические пояса.

    Разделение Земли на климатические пояса связано с количеством тепла, получаемым от Солнца, и особенностями его суточного движения. С астрономической точки зрения Земля разделяется на пять климатических поясов.

    Жаркий, или тропический, пояс включает районы, в которых Солнце может проходить через зенит. Условие прохождения через зенит: δ= φ Следовательно, границами пояса будут параллели 23°27' N и S,
    т. е тропики Рака и Козерога

    Умеренный пояс (северный и южный) включает районы, в которых Солнце каждый день восходит и заходит, но не проходит через зенит. Условие восхода δ< 90°—φ Следовательно, границами этих двух поясов будут параллели от 23°27' до 66°33'N и S, т. е. от тропиков до полярных кругов.

    Холодный, или полярный, пояс (арктический, антарктический) включает районы, в которых возможны дни с незаходящим или невосходящим Солнцем. При δ >90-φ к одноименных Солнце будет незаходящим, а при δ >90-φ и разноименных — невосходящим.

    Крайние параллели, на которых возможно незаходящее или невосходящее Солнце, называются полярными кругами: северным — в φ = 66°33' N и южным — в φ = 66°33'S Следовательно, два холодных пояса простираются от полярных кругов до полюсов.
    Особенности движения Солнца в разных широтах.

    Рассмотрим, как происходит совместное суточное и годовое движение Солнца при изменении широты места. Как показано на рис. 24, в течение года Солнце движется по спирали и его крайние параллели создают пояса сферы в пределах 23°27'N и S. Для выяснения особенностей движения Солнца эти пояса заносятся на сферу в данной широте (рис. 27).

    На экваторе (рис. 27, а) все параллели Солнца делятся пополам, поэтому день всегда приближенно равен ночи. В дни равноденствий (δ=0) Солнце движется по экватору, который совпадает здесь с первым вертикалом; в полдень Солнце проходит через зенит. До полудня Солнце движется по Е части первого вертикала, а после полудня — по W, т. е. в полдень азимут Солнца мгновенно изменяется на 180°. В дни солнцестояний параллелями являются тропики (δ = 23°27'), при этом меридиональные высоты Н = 66°33' будут наименьшими.

    В тропическом поясе (рис. 27, б) крайние параллели Солнца вмещают зенит (φ ≤ 23°27'N, S), поэтому Солнце проходит через зенит дважды в год, а на границах пояса — один. Продолжительность дня в течение года меняется мало. Солнце может пересекать первый вертикал (δ < φ) и не пересекать его. В тропиках изменение азимута происходит весьма неравномерно: велико около кульминаций и мало около первого вертикала.

    В умеренном поясе Солнце в течение года всегда восходит и заходит, причем продолжительность дня меняется в широких пределах (крайние параллели на рис. 24). В этом поясе Солнце никогда не проходит через зенит, а меридиальные высоты меняются в течение одного года на 2δmax.

    В полярном поясе (рис. 27, в) может наблюдаться незаходящее или невосходящее Солнце, когда
    δ≥ 90° — φ, т. е. возможен полярный день или ночь. В остальное время Солнце восходит и заходит

    Полярным днем называется промежуток времени, в течение которого Солнце в суточном движении не заходит и движется над горизонтом (параллели bb1, Na на рис 27, в), он продолжается, пока δ≥ 90°—φ и одноименно

    Полярной ночью называется промежуток времени, в течение которого Солнце в суточном движении не восходит и движется под горизонтом (параллели Sc, d1d), ночь продолжается, пока δ≥ 90°—φ и разноименно

    На полюсах полярные день и ночь продолжаются почти полгода, на северном полюсе день — с 21 марта по 23 сентября, ночь — с 23 сентября по 21 марта, на южном — наоборот

    Законы Кеплера.

    1. Орбиты планет есть эллипсы, в одном из фокусов которых находится Солнце. Радиус-вектор точки эллипса (рис. 21) выражается формулой:



    2. Площади, описываемые радиусом-вектором планеты в равные промежутки времени, равны (см. рис. 21)



    где с — момент количества движения точки единичной массы.

    Этот закон учитывает неравномерность движения данной планеты по ее орбите: ближе к Солнцу планета движется быстрее, дальше — медленнее.

    3. Квадраты звездных периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит. Этот закон показывает, что более близкие к Солнцу планеты имеют большие средние орбитальные скорости, чем более удаленные; например Меркурий имеет v = 48 км/с, Венера —35 км/с, а Плутон — около 5 км/с.

    Ньютон показал, что законы Кеплера в общем виде относятся ко всем космическим телам и действуют в любом поле тяготения и что эти законы должны учитывать массы и скорости тел. Формула (51) для радиуса-вектора была выведена Ньютоном из закона всемирного тяготения в общем виде (как уравнение конического сечения с е от 0 до ∞). Из нее следовало, что в центральном поле тяготения орбитами космических тел являются конические сечения: в зависимости от скорости движения тело может описывать эллипс, параболу или гиперболу.

    Помимо вращения вокруг оси, Земля, как и все планеты, обращается по эллиптической (е = 0,0167) орбите вокруг Солнца (рис. 23) в направлении суточного вращения, причем ее ось pnps наклонена к плоскости орбиты на угол 66°33', сохраняющийся в процессе обращения (без учета возмущений). Движение Земли по орбите происходит неравномерно, что отражено во втором законе Кеплера (см. § 12). Быстрее всего Земля движется в перигелии (точка П' на рис. 23), где
    v=30,3 км/с, который она проходит около 4 января; медленнее всего - в афелии (точка А' на рис. 23), где v = 29.2 км/с, который она проходит около 4 июля Вследствие этого участки орбиты ///—IV—/ Земля проходит быстрее, а участки /—II—/// — медленнее. Средняя орбитальная скорость 29,76 км/с у Земли бывает около равноденствий (/ и ///). Орбитальное движение вызывает изменение направлений на светила для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли. Вследствие этого положения светил на сфере должны изменяться, т. е. светила, помимо суточного движения со сферой, должны иметь еще и видимые, собственные движения о сфере
    написать администратору сайта