Эклиптика в астрономии - особенности движения и положения небесных тел в одной плоскости

Определение и значение

Проекция плоскости орбиты Земли над небесной сферой называется эклиптикой. Этим термином также характеризуется видимый путь, который Солнце проходит за год через двенадцать созвездий зодиака. Он совпадает с линией, определяющей плоскость орбиты Земли и других планет вокруг небесного светила.

Ещё в древности люди заметили сменяемость времён года, характеризующихся различными погодными условиями. Первые земледельческие цивилизации появились возле рек:

• Нил;
• Евфрат;
• Инд;
• Янцзы и т. д.

Каждый год уровень воды в этих реках испытывал большие сезонные колебания, поэтому для предсказания погоды и времени наступления разливов применялись знания о движении Солнца. Люди давно заметили, что оно движется по разным траекториям, которые повторяются примерно через 365 земных суток, то есть годичный цикл.

Космология античности описывала движение Солнца двумя линиями. Одна из них ежедневно проходила с востока на запад, а вторая (ретроградная) создавала проекцию на небесную сферу, которую назвали эклиптикой.

Её наклон был измерен греческим астрономом Эратосфеном в третьем веке до нашей эры (23º 51 '19). В своём путешествии вокруг Солнца Земля всегда поддерживает этот наклон в одном и том же направлении, вызывая климатические сезоны из-за различных положений солнечного луча.

Точки координат

В астрономии эклиптика используется в качестве основного круга для системы координат. Небесная широта измеряется от северного до южного полюсов эклиптики с востока на запад (полюс эклиптики — это точка на небесной сфере, находящаяся на пересечении с перпендикуляром к плоскости).

Эклиптика разрезает небесный экватор на две точки, которые называются равноденствиями или узлами. Посреди маршрута между ними находятся летнее и зимнее солнцестояние.

Небесный экватор или линия равноденствия — это плоскость, перпендикулярная оси вращения Земли, которая проходит через её центр. Геостационарные спутники находятся именно в этой плоскости. На картах звёзд небесный экватор — это линия, идущая точно через восток и запад и следующая за ежедневным поворотом звёзд.

Слово «экватор» означает «линия равенства». Он называется так потому, что звёзды, находящиеся в этой области, проводят над горизонтом столько же времени, сколько и ниже его. То же происходит с Солнцем два раза в год во время равноденствий.

Плоскость эклиптики совпадает с небесным экватором, то есть образует угол 23º 27', который известен как наклон эклиптики. Его постоянство устойчиво в течение миллионов лет. В настоящее время известно, что оно уменьшается в каждом столетии на 48 секунд. Это будет продолжаться на протяжении нескольких тысяч лет, пока не достигнет минимума 22° 54'.

Солнцестояние и равноденствие

Перпендикулярное падение лучей солнечного света охватывает почти 47º (ровно 46º 54´) земного шара. Когда они достигают 23º 27´ северной широты, то попадают на так называемый тропик Рака (21 июня). Когда лучи освещают 23º 27´ южной широты, это называется тропиком Козерога (22 декабря). Максимальные и минимальные точки, которых Солнце достигает по воображаемой линии движения по небу, называются солнцестояниями (от латинского слова Solstitium, что означает «самое высокое Солнце»).

Названия тропиков определяются двумя созвездиями: Рака в северном полушарии и Козерога — в южном. Две точки, где небесный экватор и эклиптика пересекаются, — это:

• весенняя, расположенная в созвездии Рыб;
• осенняя, находящаяся в созвездии Девы.

Весенняя точка представляет в небесных координатах гринвичский меридиан.

В этих двух точках лучи солнечного света перпендикулярно падают на земной экватор, равномерно освещая всю планету. Они называются равноденствиями (латинское название Aequus Nox, что означает «равная продолжительность ночей»). В своём ежегодном путешествии Земля достигает этих точек 21 марта и 21 сентября соответственно.

Поворот плоскости экватора относительно эклиптики приводит к тому, что равноденствия не фиксируются. Продолжительность каждого витка составляет около 25 868 лет. Это движение называется прецессией. Если нужно узнать реальное положение звезды в любой момент, необходимо проследить прецессию по небесным картам.

Происхождение плоскости орбит

Неслучайно солнце и планеты находятся почти на одном уровне. Причина может быть найдена на ранних стадиях формирования Солнечной системы.

Солнце было создано из межзвёздного материала, который породил предыдущие поколения звёзд, выпуская их в фазы красного гиганта и сверхновые. Это вещество имеет момент импульса, то есть оно вращается, поэтому структура диска образуется из-за центробежных сил, которые отталкивают вещество от оси.

Магнитно-гидродинамические процессы, вызывающие нестабильность вращения, образуют накопление вещества в центре протопланетного диска. Как только этот материал достигает предела критической массы, начинаются процессы термоядерного синтеза и гравитационный коллапс.

При этом Солнце производит излучение, которое пробивается из фотосферы в космос. Однако фотоны имеют импульс и оказывают давление излучения. Кроме того, Солнце испускает солнечный ветер, который также влияет на окружающую среду.

Радиационное давление и солнечный ветер сдувают оставшуюся материю, из которой возникло Солнце. Но не всю. Внутри диска скопления эти вещества сконденсировались под действием силы тяжести, образовав:

• планеты и их спутники;
• астероиды;
• кометы и другие небесные тела.

Эклиптика засвидетельствовала этот процесс, так как даже сегодня Солнце и планеты, образованные из первичного диска, располагаются в одной плоскости.

Путь Солнца по знакам зодиака

Известно, что тела движутся в небесной сфере, но их перемещение не хаотично, а ограничено узкой полосой, которая делит пространство пополам. Она проходит по 12 созвездиям зодиака.

Таблица созвездий, которые пересекает эклиптика Солнца

Также можно рассчитать, где Солнце находится в зодиаке, как это делали древние астрономы. Для этого нужно наблюдать, по каким созвездиям проходит эклиптика небесного светила, совершая полный круг каждый год, а также какое из последних созвездий зодиака восходит перед Солнцем или после него. Таким образом, каждый месячный период в течение года имеет свой зодиакальный знак.

Астрологи считают, что звёзды таинственным образом управляют жизнью в зависимости от того, под каким знаком человек родился. Однако нужно понимать, что знак, присваиваемый каждому месяцу в гороскопе, — это не созвездие, где Солнце находится в этом месяце, а то, где оно было в далёкие времена. Разница объясняется прецессией равноденствий.

Небесные тела и Луна

Планеты, видимые в небе, всегда находятся близко к эклиптике. Это означает, что их орбиты никогда не располагаются далеко от плоскости. Другими словами, большинство тел в солнечной системе движется почти в одной плоскости.

Орбита Луны пересекает эклиптику под небольшим углом около 5 градусов, поэтому она следует по своему пути через небесную сферу и зодиак. Одну половину времени Луна находится к северу от эклиптики, а другую половину — к югу. Если её тень встречает Землю, Солнце затмевается затенённой областью. Когда Земля закрывает Луну, наступает затмение. Оба эти процесса могут происходить только тогда, когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной линии.

Луне требуется около месяца, чтобы совершить полный оборот вокруг Земли. За это время её орбита дважды пересекает эклиптику, переходя с одной стороны на другую.

Во время пересечения Солнце может располагаться в любом месте вдоль эклиптики, но обычно не на линии Земля — Луна. В некоторых случаях, однако, оно находится на ней. Когда это случается, Луна затмевает Солнце, так как располагается между ним и Землёй. Но если она занимает противоположную позицию, тогда тень нашей планеты отбрасывается на Луну.

Эклиптика в небе

Необходимо разобраться, каким образом можно приблизительно проследить за эклиптикой. Для начала необходимо понимать, что это путь, по которому Солнце, Луна и планеты проходят по небу, если смотреть с Земли. Эта воображаемая линия лучше всего может быть визуализирована в дни перед полнолунием, особенно когда на небе есть яркие звёзды.

Нужно выйти на открытое пространство сразу после заката. Небо должно быть чистым. На западе, прямо над заходящим Солнцем, будет видна блестящая планета Венера. Луна находится низко на востоке, чуть выше горизонта. Ещё выше можно увидеть Марс, который даст третью точку. Примерно через 2 часа поднимется Сатурн на востоке, определив ещё одну точку. Если провести воображаемую линию, соединяющую эти планеты, она и будет эклиптикой.

Нужно обратить внимание, что Луна и планеты не располагаются точно на линии эклиптики. Хоть их орбиты находятся почти в одной плоскости с Землёй, они все немного разбросаны. Это несоответствие объясняет, почему не бывает затмения каждый месяц.

Поскольку плоскости Луны и Земли немного отличаются, первая обычно проходит выше или ниже Солнца или тени нашей планеты. Исключением является место, где пересекаются две орбиты.