Зоряний купол для земного спостерігача знаходиться в безперервному обертанні. Якщо, будучи в Північній півкулі планети, в безлунну і безхмарну ніч досить довго дивитися в північну частину неба, стане помітно, що вся діамантова розсип зірок обертається навколо однієї непримітної тьмяної зірочки (це тільки неучі розповідають, що Полярна зірка - найяскравіша). Частина світил ховається за горизонтом в західній частині небосхилу, їх місце займають інші.
Карусель триває до самого ранку. Але наступного дня, в цей же час, кожна зірочка знову опиняється на своєму місці. Координати зірок відносно один одного змінюються настільки повільно, що для людей вони здаються вічними і нерухомими. Не випадково наші предки уявляли собі небо твердим куполом, а зірки - отворами в ньому.
Дивна зірка - точка відліку
Давним-давно наші предки звернули увагу на одну дивну зірочку. Особливістю її є нерухомість на небесному схилі. Вона ніби зависла в одній точці над північною кромкою горизонту. Все ж інші небесні світила описують навколо неї правильні концентричні кола.
В яких лише образах не представляла ця зірка в уяві стародавніх астрономів. Наприклад, араби вважали її золотим колом, вбитим у небесну тверду. Навколо ж цього колу скаче золотий жеребець (ми називаємо це сузір'я Великою Ведмедицею), прив'язаний до нього золотим арканом (сузір'я Малої Ведмедиці).
Саме з цих спостережень і беруть свій початок небесні координати. Цілком природно і логічно нерухома зірка, яку ми називаємо Полярною, стала для астрономів відправною точкою визначення місця розташування об'єктів на небесній сфері.
До речі, нам, жителям Північної півкулі, крупно пощастило з зоряним компасом. Волею випадку, з тих, що бувають один на мільйон, точно на лінії осі обертання планети знаходиться наша Полярна зірка, завдяки якій в будь-якому місці півкулі легко можна визначити точне положення щодо сторін світла.
Перші зоряні координати
Не відразу з'явилися технічні засоби для точного вимірювання кутів і відстаней, проте хоч якось систематизувати і розсортувати зірки люди прагнули давно. І нехай прилади, якими володіла стародавня астрономія, координати зірок у звичному для нас оцифрованому вигляді визначати не дозволяли, це з лишком компенсувалося уявою.
Знущання жителі всіх частин світу ділили зірки на групи, іменовані сузір'ями. Найчастіше сузір'ям давалися імена виходячи із зовнішньої схожості з тими чи іншими предметами. Так сузір'я Великої Ведмедиці слов'яни називали просто ковшем.
Але найбільше поширення набули назви сузір'їв, дані на честь персонажів давньогрецького епосу. Можна, нехай і з деякою натяжкою, сказати, що назви сузір'їв і зірок на небі і є їхні перші примітивні координати.
Перлини неба
Не обійшли своєю увагою астрономи і найкрасивіші яскраві зірки. Вони також отримали назви на честь еллінських богів і героїв. Так альфа і бета сузір'я Близнюків названі відповідно Кастор і Поллукс за іменами синів Зевса, громовержця, народжених після його чергової любовної пригоди.
Особливої уваги заслуговує зірка Алголь, альфа сузір'я Персей. За переказами, цей герой, здолавши в смертельній битві зникнення похмурого Тартара - горгону Медузу, яка поглядом звертає все живе в камінь, захопив з собою її голову в якості своєрідної зброї (очі навіть відрубаної голови продовжували «працювати»). Так от, зірка Алголь є в сузір'ї оком цієї самої голови Медузи, і це не зовсім випадково. Давньогрецькі спостерігачі звернули увагу на періодичні зміни яскравості Алголь (подвійна зоряна система, компоненти якої періодично перекривають один одного для земного спостерігача).
Природно, «підморгуюча» зірка і стала оком казкового монстра. Координати зірки Алголь на небосхилі: пряме сходження - 3 год 8 хв, схиляння + 40 °.
Небесний календар
Але не слід забувати, що Земля обертається не тільки навколо своєї осі. Кожні 6 місяців планета виявляється з іншого боку Сонця. Картина нічного неба при цьому, природно, змінюється. Це здавна стало використовуватися зірочками для точного визначення часів року. Наприклад, у Стародавньому Римі учні з нетерпінням чекали, коли на ранковому небі стане з'являтися Сіріус (його назва у римлян звучала Канікула), бо в ці дні їх відпускали додому на відпочинок. Як видно, зоряна назва цих учнівських відпусток збереглася донині.
Крім шкільних канікул, положення об'єктів на небосхилі визначало початок і закінчення морських і річкових навігацій, давало старт військовим походам, сільськогосподарським заходам. Авторами перших докладних календарів у різних частинах світу були саме астрологи, зірочки, жерці храмів, які навчилися точно визначати координати зірок. На всіх континентах, де знаходяться залишки стародавніх цивілізацій, виявляються цілі кам'яні комплекси, побудовані для астрономічних спостережень і вимірювань.
Горизонтальна система координат
Показує координати зірок та інших об'єктів у небесній сфері в режимі «тут і зараз» відносно горизонту. Перша координата - це висота об'єкта над горизонтом. Величина кутова, вимірюється в градусах. Максимальне значення + 90 ° (зеніт). Нульове значення координати мають світила, розташовані на лінії горизонту. І нарешті, мінімальне значення висоти - 90 ° мають об'єкти, що знаходяться в точці надіру або у спостерігача «під ногами» - зеніт навпаки.
Другою координатою служить азимут - кут між горизонтальними лініями, спрямованими на об'єкт і на північ. Ще цю систему називають топоцентричною через прив'язку координат до певної точки на земній кулі.
Система не позбавлена недоліків. Обидві координати кожної зірки в ній змінюються щомиті. Тому вона мало підходить для опису, скажімо, розташування зірок у сузір'ях.
Зоряні ГЛОНАСС і GPS
А як же використовується така система? Якщо пересуватися по планеті на досить великі відстані, зоряна картинка, безумовно, буде змінюватися. Це було помічено ще стародавніми мореплавцями. У спостерігача, що стоїть на самому Північному полюсі, Полярна зірка опиниться в зеніті, прямо над головою. А ось житель екватора зможе бачити Полярну тільки лежить на лінії горизонту. Переміщаючись уздовж паралелей (зі сходу на захід), мандрівник зауважить, що точки і час сходу-заходу сонця тих чи інших небесних об'єктів також зміняться.
Цим і навчилися користуватися мореплавці для визначення свого місця розташування в океанах. Вимірювавши кут піднесення над горизонтом Полярної зірки, штурман судна отримував значення широти. Використовуючи точний хронометр, моряки порівнювали час місцевого півдня з еталонним (гринвічським) і отримували довготу. Обидві земні координати, як видно, неможливо було отримати, не обчисливши координати зірок та інших небесних тіл.
При всій своїй складності і приблизності описана система визначення місця розташування в просторі вірою і правдою служила мандрівникам протягом більш ніж двох століть.
Екваторіальна перша система зоряних координат
У ній небесні координати прив'язані як до поверхні землі, так і до орієнтирів на небосхилі. Першою координатою є схиляння. Вимірюється кут між лінією, спрямованою на світило, і площиною екватора (площина, перпендикулярна осі світу - лінії напрямку на Полярну зірку). Таким чином, для нерухомих об'єктів неба, таких як зірки, ця координата завжди залишається незмінною.
Другою координатою в системі буде кут між напрямком на зірку і небесним меридіаном (площина, в якій схрещуються вісь світу і відвіс). Таким чином, друга координата залежить від положення спостерігача на планеті, а також моменту часу.
Використання цієї системи досить специфічно. Нею користуються при установці і налагодженні механізмів телескопів, змонтованих на поворотних платформах. Такий прилад може «стежити» за об'єктами, що обертаються разом з небесним куполом. Це робиться для підвищення часу експозиції під час фотографування ділянок неба.
Екваторіальна № 2 зоряна
А як на небесній сфері визначають координати зірок? Для цього існує друга екваторіальна система. Осі її нерухомі відносно віддалених космічних об'єктів.
Першою координатою, як і в першої екваторіальної системи, є кут між світилом і площиною небесного екватора.
Друга координата називається прямим сходженням. Це кут між двома лініями, що лежать на площині небесного екватора і перетинаються в точці його перетину з віссю світу. Перша лінія прокладається до точки весняного рівнодення, друга - до точки проекції світила на небесний екватор.
Кут прямого сходження відкладається по дузі небесного екватора за годинниковою стрілкою. Він може вимірюватися як в градусах від 0 ° до 360 °, так і в системі "годинник: хвилини ". Щогодини дорівнює 15 градусам.
Як виміряти пряме сходження світила, показує схема.
Якими ще бувають координати зірок
Для визначення нашого місця серед інших зірок жодна з перерахованих вище систем не підходить. Положення найближчих світил вчені фіксують в екліптичній системі координат. Вона відрізняється від другої екваторіальної тим, що базовою площиною є площина екліптики (площина, в якій лежить земна орбіта навколо Сонця).
І нарешті, для визначення розташування ще більш далеких об'єктів, таких як галактики, туманності, використовується галактична система координат. Неважко здогадатися, що в ній за основу взято площину галактики Чумацький Шлях (так називається наша рідна спіральна галактика).
Чи так все ідеально
Не зовсім. Координати полярної зірки, а саме схиляння, становить 89 градусів 15 хвилин. Це означає, що майже на градус вона знаходиться осторонь полюса. Для орієнтування на місцевості, якщо заблукала людина шукає дорогу, таке розташування ідеальне, а от для планування курсу судна, якому належить пройти тисячі миль, доводилося робити поправку.
Та й нерухомість зірок - явище уявне. Тисячу років тому (зовсім трохи за космічними мірками) сузір'я мали зовсім інші обриси.
Так вчені довго не могли визначити, для чого в піраміді Хеопса від похоронної камери йде похилий тунель на поверхню однієї з граней. Виручила астрономія. Координати найяскравіших зірок у різні періоди часу були вирахувані досконально, і астрономи підказали, що в період будівництва піраміди точно на лінії, куди «дивиться» цей тунель, знаходилася зірка Сіріус - символ бога Осіріса, знак вічного життя.
