Układy współrzędnych niebieskich

Jason Harris

Podstawowym wymogiem studiowania nieba jest umiejętność określania co gdzie się na nim znajduje. Aby określić pozycje na niebie, astronomowie stworzyli kilka układów współrzędnych. Każdy korzysta z siatki współrzędnych rzutowanej na sferę niebieskią, podobnie do geograficznego układu współrzędnych wykorzystywanego na powierzchni Ziemi. Układy współrzędnych różnią się tylko wyborem płaszczyzny podziału, która dzieli niebo na dwie równe półkule wzdłuż wielkiego koła. (płaszczyzną podziału geograficznego układu współrzędnych jest równik na Ziemi). Każdy układ współrzędnych nosi swoją nazwę od płaszczyzny podziału.

Układ współrzędnych równikowych

Układ współrzędnych równikowych jest prawdopodobniej najbardziej popularnym układem współrzędnych niebieskich. Jest także najbardziej związany z układem współrzędnych geograficznych, ponieważ korzystają one z tej samej płaszczyzny podziału. Projekcja ziemskiego równika na sferze niebieskiej nosi nazwę równika niebieskiego. Podobnie jest w przypadku biegunów niebieskich, które są wyznaczane przez rzutowanie ziemskiego bieguna północnego i południowego.

Istnieje jednak znacząca różnica pomiędzy równikowym a geograficznym układem współrzędnych: ten drugi jest dostosowany do Ziemi; obraca się wraz z nią. Układ równikowy dopasowany jest do gwiazd [1], więc wydaje się obracać z nimi po niebie. Oczywiście to Ziemia obraca się, podczas gdy niebo pozostaje nieruchome.

Kąt odpowiadający szerokości geograficznej w układzie równikowym zwany jest deklinacją (w skrócie Dec). Mierzy on kąt obiektu poniżej lub powyżej równika niebieskiego. Współrzędna odpowiadająca długości geograficznej nosi nazwę rektascensji (w skrócie RA). Mierzy ona kąt obiektu na wschód od punktu równonocy wiosennej. W przeciwieństwie do szerokości geograficznej, rektascensja jest zazwyczaj mierzona w godzinach, a nie w stopniach, ponieważ widoczny obrót systemu współrzędnych równikowych jest blisko związany z czasem gwiezdnym oraz kątem godzinnym. Ponieważ pełna rotacja nieba zajmuje 24 godziny, jedna godzina rektascensji odpowiada 15 stopniom (360 stopni/24 godziny).

Układ współrzędnych horyzontalnych

Układ współrzędnych horyzontalnych jako płaszczyznę podziału wykorzystuje horyzont obserwatora lokalnego. To rozwiązanie dzieli niebo na górną półkulę, którą możesz zobaczyć oraz na półkulę dolną, której nie widać (bo zasłania ją ziemia). Biegunem górnej pólkuli jest zenit. Biegunem półkuli dolnej jest nadir. Kąt obiektu poza lub poniżej horyzontu zwany jest wysokością (w skrócie wys). Kąt obiektu wokoło horyzontu (licząc z punktu północnego na wschód) jest zwany azymutem. System współrzędnych horyzontalnych czasami zwany jest także systemem współrzędnych Wys/az (ang. Alt/Az).

Układ współrzędnych horyzontalnych jest związany z Ziemią, nie z gwiazdami. Dlatego wysokość i azymut obiektu zmienia się wraz z czasem kiedy obiekt przesuwa się po niebie. Dodatkowo, ponieważ układ horyzontalny jest definiowany przez horyzont lokalny, to ten sam obiekt widoczny z różnych lokalizacji będzie posiadał różne wartości wysokości i azymutu.

Współrzędne horyzontalne są bardzo przydatne przy określaniu wschodu i zachodu obiektów znajdujących się na niebie. Gdy obiekt ma wysokość równą 0 stopni, jest to albo wschód (jeżeli azymut wynosi < 180 stopni) albo zachód (jeśli azymut wynosi > 180 stopni).

Układ współrzędnych ekliptycznych

Układ współrzędnych ekliptycznych wykorzystuje jako płaszczyznę podziału ekliptykę. Ekliptyka to ścieżka jaką podąża Słońce po niebie w trakcie trwania roku. Jest to także rzut płaszczyzny orbity ziemskiej na sferę niebieską. Kąt odpowiadający szerokości geograficznej nosi nazwę szerokości ekliptycznej, natomiast drugi kąt to, odpowiadnio,długość ekliptyczna. Podobnie jak rektascensja w równikowym systemie współrzędnych, punktem zerowym dla długości ekliptycznej jest punkt równonocy wiosennej.

Do czego taki układ może być przydatny? Jeżeli zgadujesz, że do tworzenia mapy Układu Słonecznego, to masz rację. Każda z planet (poza Plutonem) okrąża Słońce praktycznie na tej samej płaszczyźnie, więc zawsze znajduje się gdzieś niedaleko ekliptyki.

Układ współrzędnych galaktycznych

Układ współrzędnych galaktycznych jako płaszczyznę podziału wykorzystuje Drogę Mleczną. Stąd szerokość nosi nazwę szerokości galaktycznej, natomiast kąt długości nazywamy długością galaktyczną. Ten układ współrzędnych jest wykorzystywany do studiowania samej galaktyki. Na przykład, możesz chcieć wiedzieć jak zmienia się gęstość gwiazd w funkcji długości galaktycznej, czyli jak bardzo spłaszczona jest Droga Mleczna.



[1] właściwie, współrzędne równikowe nie są do końca do nich dopasowane. Zobacz: precesja. Ponadto, jeżeli zamiast rektascensji wykorzystywany jest kąt godzinny, to układ równikowy dopasowany jest do Ziemi, a nie do gwiazd.