Видимый путь Солнца по небесной сфере

Введение

Эклиптика, или эклиптическая плоскость, – это плоскость орбиты Земли вокруг Солнца. С точки зрения наблюдателя на Земле, движение Солнца вокруг небесной сферы в течение года очерчивает путь вдоль эклиптики на фоне звёзд. Эклиптика является важной опорной плоскостью и основой эклиптической системы координат.

Видимое движение Солнца

Эклиптика — это видимый путь Солнца в течение года. Поскольку Земле требуется один год для обращения вокруг Солнца, кажущемуся положению Солнца требуется один год, чтобы совершить полный оборот по эклиптике. Поскольку в году чуть больше 365 дней, Солнце перемещается на восток чуть меньше чем на 1°. Изменение скорости орбитального движения частично объясняет уравнение времени. Из-за движения Земли вокруг общего центра масс системы Земля-Луна, видимый путь Солнца слегка колеблется с периодом около одного месяца. Под воздействием дополнительных возмущений со стороны других планет Солнечной системы, барицентр системы Земля-Луна слегка колеблется вокруг среднего положения сложным образом.

Отношение к небесному экватору

Поскольку ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости ее орбиты, плоскость земного экватора не сопланарна с плоскостью эклиптики, а наклонена к ней под углом около 23,4°, что известно как наклон эклиптики. Если экватор спроецировать на небесную сферу, образуя небесный экватор, он пересечет эклиптику в двух точках, известных как точки равноденствия. Солнце в своем видимом движении по эклиптике пересекает небесный экватор в этих точках: одно – с юга на север, другое – с севера на юг. Пересечение с юга на север называется мартовским равноденствием, также известным как первая точка Овна и восходящий узел эклиптики на небесном экваторе. Пересечение с севера на юг – сентябрьское равноденствие, или нисходящий узел. Ориентация оси Земли и экватора не фиксирована в пространстве, а вращается вокруг полюсов эклиптики с периодом около 26 000 лет – этот процесс называется лунно-солнечной прецессией, поскольку он обусловлен главным образом гравитационным воздействием Луны и Солнца на экваториальный выпячивание Земли. Аналогично, сама эклиптика также не фиксирована. Гравитационные возмущения других тел Солнечной системы вызывают гораздо меньшее движение плоскости орбиты Земли, а следовательно, и эклиптики, известное как планетарная прецессия. Совместное действие этих двух движений называется общей прецессией и приводит к изменению положения точек равноденствия примерно на 50 угловых секунд (около 0,014°) в год. Это, в свою очередь, является упрощением. Периодические движения Луны и кажущиеся периодические движения Солнца (на самом деле Земли на ее орбите) вызывают кратковременные колебания малой амплитуды оси Земли, а следовательно, и небесного экватора, известные как нутация. Это добавляет периодическую составляющую к положению точек равноденствия; положения небесного экватора и (мартовского) равноденствия, рассчитанные с учетом полностью обновленной прецессии и нутации, называются истинным экватором и равноденствием, а положения, не учитывающие нутацию, – средним экватором и равноденствием.

Because Earth's rotational axis is not perpendicular to its orbital plane, Earth's equatorial plane is not coplanar with the ecliptic plane, but is inclined to it by an angle of about 23.4°, which is known as the obliquity of the ecliptic. If the equator is projected outward to the celestial sphere, forming the celestial equator, it crosses the ecliptic at two points known as the equinoxes. The Sun, in its apparent motion along the ecliptic, crosses the celestial equator at these points, one from south to north, the other from north to south. The crossing from south to north is known as the March equinox, also known as the first point of Aries and the ascending node of the ecliptic on the celestial equator. The crossing from north to south is the September equinox or descending node. The orientation of Earth's axis and equator are not fixed in space, but rotate about the poles of the ecliptic with a period of about 26,000 years, a process known as lunisolar precession, as it is due mostly to the gravitational effect of the Moon and Sun on Earth's equatorial bulge. Likewise, the ecliptic itself is not fixed. The gravitational perturbations of the other bodies of the Solar System cause a much smaller motion of the plane of Earth's orbit, and hence of the ecliptic, known as planetary precession. The combined action of these two motions is called general precession, and changes the position of the equinoxes by about 50 arc seconds (about 0.014°) per year. Once again, this is a simplification. Periodic motions of the Moon and apparent periodic motions of the Sun (actually of Earth in its orbit) cause short term small amplitude periodic oscillations of Earth's axis, and hence the celestial equator, known as nutation. This adds a periodic component to the position of the equinoxes; the positions of the celestial equator and (March) equinox with fully updated precession and nutation are called the true equator and equinox; the positions without nutation are the mean equator and equinox.

Обликуемость эклиптики

Облик эклиптики – термин, используемый астрономами для обозначения наклона земного экватора к эклиптике или наклона оси вращения Земли к плоскости, перпендикулярной эклиптике. Он составляет около 23,4° и в настоящее время уменьшается на 0,013° (47 угловых секунд) в столетие из-за планетарных возмущений. Значение угла наклона определяется путем наблюдения за движениями Земли и других планет на протяжении многих лет. Астрономы создают новые фундаментальные эфемериды по мере повышения точности наблюдений и углубления понимания динамики, и из этих эфемерид выводятся различные астрономические величины, включая наклон. [[Файл:Obliquity of the ecliptic laskar. PNG|thumb|upright=1.4|left|Облик эклиптики за 20 000 лет по Ласкару (1986). С 1984 года серия DE компьютерных эфемерид, разработанная Лабораторией реактивного движения (JPL), стала основной эфемеридой Астрономического альманаха. Облик, основанный на DE200, который анализировал наблюдения за период с 1911 по 1979 год, рассчитывается следующим образом: где далее T – юлианские века, отсчитываемые от J2000.0. Фундаментальные эфемериды JPL постоянно обновляются. В Астрономическом альманахе за 2010 год указано: "Эти выражения для наклона предназначены для обеспечения высокой точности на относительно коротком промежутке времени, возможно, в течение нескольких столетий". Ж. Ласкар вычислил выражение порядка T^(10), которое обеспечивает точность 0,04″/1000 лет в течение 10 000 лет. Все эти выражения относятся к среднему наклону, то есть без учета нутации экватора. Истинный или мгновенный наклон включает в себя нутацию.

Плоскость Солнечной системы

200px200px200pxВерхний и боковой вид плоскости эклиптики, показывающий планеты Меркурий, Венера, Земля и Марс. Большинство планет вращаются вокруг Солнца почти в той же плоскости, в которой вращается Земля, – эклиптике. Пять планет (включая Землю) выстроились вдоль эклиптики в июле 2010 года, иллюстрируя, как планеты вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости. Фотография сделана на закате, с запада над Суракартой, Ява, Индонезия. Большинство основных тел Солнечной системы вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости. Это, вероятно, связано с тем, как Солнечная система сформировалась из протопланетного диска. Наиболее близким современным представлением этого диска является так называемая неизменная плоскость Солнечной системы. Орбита Земли, а следовательно, и эклиптика, наклонена чуть более чем на 1° к неизменной плоскости, орбита Юпитера находится в пределах чуть более чем на ½° от неё, а другие крупные планеты – в пределах примерно 6°. Благодаря этому большинство тел Солнечной системы кажутся очень близкими к эклиптике на небе. Неизменная плоскость определяется угловым моментом всей Солнечной системы, по сути, векторной суммой всех орбитальных и вращательных угловых моментов всех тел системы; более 60% этой суммы приходится на орбиту Юпитера. Для вычисления этой суммы требуется точное знание каждого объекта в системе, что делает её несколько неопределённой. Из-за неопределённости в точном определении положения неизменной плоскости, а также благодаря тому, что эклиптика чётко определена видимым движением Солнца, эклиптика используется в качестве опорной плоскости Солнечной системы как с точки зрения точности, так и удобства. Единственным недостатком использования эклиптики вместо неизменной плоскости является то, что в геологических масштабах времени она будет смещаться относительно неподвижных точек отсчета на далёком фоне неба.

Затмения

Поскольку Земля вращается вокруг Солнца, приблизительный параллелизм орбитальной плоскости Луны (наклоненной на пять градусов к эклиптике) приводит к вращению лунных узлов относительно Земли. Это вызывает сезоны затмений примерно каждые шесть месяцев, в течение которых солнечное затмение может произойти в фазе новолуния, а лунное затмение – в фазе полнолуния. Поскольку орбита Луны наклонена к эклиптике всего примерно на 5,145°, а Солнце всегда находится очень близко к эклиптике, затмения всегда происходят на ней или вблизи неё. Из-за наклона орбиты Луны затмения не происходят при каждом соединении и противостоянии Солнца и Луны, а только тогда, когда Луна находится вблизи восходящего или нисходящего узла одновременно с соединением (новолунием) или противостоянием (полнолунием). Эклиптика получила свое название потому, что древние заметили, что затмения происходят только тогда, когда Луна пересекает её.

Астрология

Эклиптика образует центр зодиака – небесного пояса шириной около 20° по широте, через который всегда кажутся движущимися Солнце, Луна и планеты. Традиционно эта область разделена на 12 знаков по 30° долготы, каждый из которых приблизительно соответствует движению Солнца в течение месяца. В древности эти знаки в значительной степени соответствовали 12 созвездиям, расположенным по обе стороны от эклиптики. Эти знаки до сих пор иногда используются в современной терминологии. "Первая точка Овна" получила свое название, когда весеннее равноденствие приходилось на созвездие Овна; впоследствии, из-за прецессии равноденствий, оно сместилось в созвездие Рыб.