A szferikus csillagászat legfontosabb feladata a csillagászati objektumok éggömbön való helyzetének, illetve mozgásainak vizsgálata.

Ehhez célszerű egy jól megválasztott koordináta-rendszert használni. Aszerint, hogy mi helyezkedik el a választott koordináta-rendszer (KR) középpontjában az alábbi különbségeket tehetjük:

Alapvető definíciók:

1., Éggömb: tetszőlegesen nagy sugarú képzeletbeli gömb a megfigyelő körül, amelyen az égitestek helyét a látszó irányuk adja meg.

2., Zenit: a megfigyelő feje feletti irány az éggömbön

3., Nadír: a megfigyelő talpa alatti irány az éggömbön.

4., Égi pólus (északi, illetve déli): a Föld forgástengelyének irányai, döféspontjai az éggömbön

5., Égi egyenlítő: a Föld egyenlítőjének az éggömbön való vetülete

6., Ekliptika: a Föld keringési síkjának az éggömbön való vetülete.

7., Meridián: az égi pólusokon és a zeniten, illetve nadíron áthaladó főkör.

8., Főkör: a gömb középpontján átmenő síkkal kimetszett kör.

 

Linkek:

Az ég mozgásban (videó)

Az égbolt forgása, a csillagok mozgása (videó)

A csillagok nyomai az elforduló éjszakai égbolton (videó)

Városi fényektől távol, tiszta időben szabad szemmel körülbelül 2000 csillag látható az égbolton. Ezek - gyakran véletlen elhelyezkedésük ellenére - jellegzetes alakzatokat formálnak. Már az ókori kultúrák is megkülönböztették a csillagképeket, mint bizonyos egymáshoz közel mutatkozó csillagok alakzatait. A csillagos égen különleges helyet foglal el a Tejút. Ez az egész eget körben átszelő halvány csík nem más, mint saját Galaxisunk korongja, ahogyan azt mi a korongon belülről szemléljük.

Az ókori görög csillagképekre épülő rendszerbe néhány középkori csillagkép is került; azonban máig kis módosításokkal úgy osztjuk be az eget, mint az ókori görögök. A csillagképek neve latin, és számos csillag neve arab eredetű, a középkor virágzó arab csillagászatának emlékét őrizve. E hagyománytól eltérően különleges kivételt képez azoknak a csillagképeknek a csoportja, amelyek annyira délre helyezkednek el, hogy megpillantásukhoz a trópusi égövbe kell utaznunk, és ezért a görög utazók még nem láthatták őket. Ezeket a nagy földrajzi fölfedezések korában nevezték el (közülük az egyik legismertebb a Crux, magyarul a Dél Keresztje).

 

A XX. században a Nemzetközi Csillagászati Unió rögzítette a csillagképek rendszerét. Az új definíció szerint a csillagképek egy-egy adott égterületet jelentenek, amelynek határát égi koordinátákkal nagyon pontosan kijelölték - az új csillagtérképeken ezeket fel szokás tüntetni. A teljes égbolton 88 csillagkép van, ezek közül kb. 20 egyáltalán nem látható hazánkból. Mivel a csillagképek nem a fényesebb tagjaik által kijelölt alakzatok, hanem nagyobb égterületek, a vetélkedők beugratós kérdése, hogy hány csillagból áll egy csillagkép, természetesen nem értelmezhető.

A Föld évente egy adott síkban, az ekliptika síkjában kering a Nap körül - ebből következik, hogy  a Nap az éggömbön látszólag egy kör (ún. főkör) mentén mozog. A Nap útjába eső csillagoknak az ókori ember különleges jelentőséget tulajdonított, ezek az úgynevezett zodiákus, vagy állatövi csillagképek.

Egy-egy csillagkép csillagai tőlünk eltérő távolságban helyezkednek el. Azonban szemünkkel a távolságot nem érzékeljük, ezért minden csillagot látszólag ugyanolyan messze, az éggömbre vetülve látunk - innen származik a gömb alakú ég ókortól a kora újkorig uralkodó elképzelése. A Göncölszekérre rá sem ismernénk, ha csillagait térben, valódi helyzetükben láthatnánk.

 

Animáció:

A látható égbolt változása

Linkek:

A csillagképek teljes listája fontosabb adataikkal (méret, láthatóság)

Videók:

A Nap útja a csillagképek között 1. rész

A Nap útja a csillagképek között 2. rész

Az éggömbön két pont távolságát a szögtávolsággal szoktuk megadni, vagyis azzal a szöggel, amit az egyik ponthoz húzott egyenes a másik ponthoz húzott egyenessel bezár; tekintet nélkül a valós térbeli távolságukra. Ezeket a szögtávolságokat a kezünk segítségével is meg tudjuk becsülni, mert kb. 53 cm-ről minden cm 1 fok szögtávolságnak látszik. De akkor sem mondhatjuk, hogy a Hold az égen 0,5 cm kiterjedésű! Helyette úgy kell fogalmaznunk, hogy a Hold látszó mérete fél fokos, vagy a Göncölszekér hossza mintegy 15 fok.

Gömbháromszög: olyan gömbi felület, melyet három főkör határol.

Gömbháromszögtani összefüggéseket felhasználva a koordinátákat átszámíthatjuk egyik koordináta-rendszerből a másikba.

Link:

További gömbháromszögtani összefüggések

Egyenlítői koordinátákból horizontális koordinátákba való átváltás:

(1) cos m sin A = cos δ sin t

(2) sin m = sin δ sin φ + cos δ cos φ cos t

(3) cos m cos A = - sin δ cos φ + cos δ sin φ cos t

Ha a horizontális koordinátákból az egyenlítői koordinátákat szeretnénk meghatározni:

(4) cos δ sin t = cos m sin A

(5) sin δ = sin φ cos z – cos φ sin z cos A

(6) cos δ cos t = sin m cos φ + cos m sin φ cos A

A magasság, az azimut és a földrajzi szélesség ismeretéből a (3) egyenlet felhasználásával a deklinációt számíthatjuk ki, majd az (1) összefüggéssel az óraszöget. Természetesen az óraszög azonos időpontban eltérő földrajzi helyeken más és más! A földrajzi hosszúság segítségével korrigált új óraszög, a deklináció és az új földrajzi szélesség adatainak felhasználásával, illetve a (2) egyenlet segítségével kiszámítható az új helyszínre vonatkozó magasság, majd az (1) összefüggéssel meghatározható az új azimut.

Az ég napi forgása mindenki által ismert jelenség. Reggel a Nap fölkel, este lenyugszik, napközben folyamatosan halad keletről nyugatra. Ha éjszaka a csillagokat hosszan szemléljük, a csillagok hasonló mozgását is megfigyelhetjük.

A jelenség oka, hogy a Föld forog a forgástengelye körül, nyugatról kelet felé. Ezért az álló vagy csak lassan mozgó égitestek fordított irányban, tehát keletről nyugatra haladnak a földi megfigyelő számára. Minden álló égitest látszólag egy körpályát ír le, amelynek középpontja az égi pólus, a Föld forgástengelyének döféspontja az égbolton.

Hogy a mozgásokat pontosabban megismerjük, tudnunk kell, hogy az égi irányok hogyan helyezkednek el. A horizont (ahol "az ég a földet éri") egy kör, mégpedig a földfelszínt érintő síknak metszete az éggömbbel. Erre a síkra merőleges irány a zenit, az a pont az égen, ami a megfigyelő "feje fölött" van. A zenittel átellenben, a megfigyelő talpa alatt van a nadír iránya.

Ha a megfigyelő teste a Föld forgástengelyével párhuzamos, akkor az égi pólust pontosan a feje fölött, a zenitben látja; ehhez az északi vagy déli pólusra kell utaznunk. Ha a megfigyelő az egyenlítőn van, tehát a teste merőleges a Föld forgástengelyére, akkor az égi pólust pontosan a horizonton látja, illetve csak ekkor az északi és a déli pólust is látja, egyszerre. Az északi sark és az egyenlítő közötti helyeken lévő megfigyelők az északi égi pólust észak felé látják. Minél északabbra van a megfigyelő, annál magasabban látja az északi égi pólust a látóhatár felett. A pólus horizont feletti magassága pedig megegyezik az adott hely földrajzi szélességével, amint az az alábbi ábrán is látható.

Könnyen belátható, hogy vannak csillagképek, amelyek egy adott megfigyelőhelyről mindig a horizont alatt vannak; ezek egy adott földrajzi helyről sohasem láthatóak. Vannak csillagképek, amelyek pedig mindig láthatóak, mert állandóan a horizont fölött helyezkednek el, ezek az ún. cirkumpoláris csillagképek. Azért ez a nevük, mert az égi pólus körül körben helyezkednek el.

A Föld forgástengelye 23,5 fokos szögben hajlik a keringés síkjára, az ekliptikára állított merőlegeshez képest. Ha csillagunknak a Föld forgása miatt előálló napi mozgását nem vesszük figyelembe, a Nap az év napjai során látszólag körbejárja a Földet az állatövi csillagképek közt. Mozgása során nem mindig az égi egyenlítőn halad. Nyáron északabbra helyezkedik el, télen délebbre, az égi egyenlítőtől legföljebb 23,5 fokra - ezért nyáron hamarabb fölkel, és magasabbra emelkedik, télen pedig később kel föl és alacsonyan jár hazánkból nézve. A legmagasabban a nyári napforduló idején, június 21. körül jár a Nap, a legalacsonyabban pedig december 22. táján. A középkori naptár szerint Karácsony napján járt a legalacsonyabban, ezért ekkor kezdték az új évet, és erre a napra helyezték Jézus születésének, és szemléletük szerint az emberiség újjászületésének ünnepét. A napéjegyenlőségek idején pontosan az égi egyenlítőn van a Nap, tehát a nappal elvileg pontosan 12 órán át tart. A Föld forgástengelyének ferdeségéből adódó éves vándorlás okozza a felszínre eső besugárzás nagyságának és így az évszakoknak is a változását.

Ha a megfigyelő az északi sarkkörtől is északabbra van, akkor már majdnem az egész égboltot cirkumpolárisnak látja. Ekkor a nyári félév egy szakaszában, ha a Nap is elég magasan jár, nem látja lemenni a Napot; úgy is mondhatjuk, hogy számára a Nap is cirkumpoláris. Egy nap során keletről dél felé haladva kissé fölemelkedik a Nap, majd ereszkedik, de nyugaton sem megy le. A Napot a megfigyelő még észak felé is látni fogja; bár alacsonyabban, mint délen. Innentől kezdve a Nap fokozatosan kissé emelkedve halad megint kelet felé, ahová az új nap "reggelére" ér el.

A Naprendszer égitestei állandó mozgásban vannak. Mivel a bolygók (és a holdak egy része) az ekliptikához közel kering, gyakran előfordul, hogy az egyik naprendszerbeli égitest a másik elé kerül. Ilyenkor fedésről vagy fogyatkozásról beszélünk.

A Földről látható leglátványosabb fogyatkozás a napfogyatkozás, amikor a Hold a Nap korongja elé kerül. Ha a Hold elég közel jár a Földhöz, látszó átmérője kicsit nagyobb, mint a Nap látszó mérete, ekkor teljesen eltakarja a Nap fényes korongját, és láthatóvá válik a Napot övező ritka korona. Ha bolygónktól messze jár a Hold, kisebbnek látszik, a két égitest legnagyobb fedésekor a Hold mögül körben látszik a napkorong "pereme": ekkor gyűrűs napfogyatkozásról beszélünk. Ha pedig a Hold nem kerül teljesen a Nap elé, csak egy részét takarja le, akkor a fogyatkozás részleges.

Holdfogyatkozáskor a Hold kerül a Föld árnyékkúpjába: a teljes holdfogyatkozás alatt a Holdról teljes napfogyatkozást lehet látni, amit a Föld korongja okoz. Körben fénylik a Föld légköre is, ami kissé megvilágítja a Holdat, ezért a teljes holdfogyatkozáskor is jól látszik a Hold, színe sárga, rozsdaszínű, sötétvörös vagy kissé lilás is lehet, a Föld légkörének állapotától függően.

Nap-, illetve holdfogyatkozás nem következik be minden újholdkor, illetve teleholdkor! Ennek oka az, hogy a holdpálya síkja mintegy 5 fokos szöget zár be az ekliptika síkjával, amint az alábbi ábrán is látható. Ezért a geometriai feltételek viszonylag ritkán adottak a fogyatkozás bekövetkeztéhez.

A belső bolygók is a Nap korongja elé kerülhetnek, ekkor ezek átvonulásáról beszélünk. Régen a Vénusz-átvonulások megfigyelésével határozták meg a Nap-Föld távolságot, itt a magyar Hell Miksa nevét külön meg kell említenünk, mert a 18. században ő számította az egyik legpontosabb értéket. A Hold eltakarhatja a bolygókat is, ekkor Vénusz-fedésről, Szaturnusz-fedésről stb. beszélünk. Csillagfedés akkor következik be, ha a Hold, egyik bolygó vagy valamelyik kisbolygó egy csillagot takar el.

Linkek:

Fogyatkozásoknak szentelt angol nyelvű oldal sok animációval

A NASA fogyatkozásokkal foglalkozó oldala

Videók:

A fogyatkozások magyarázata (angol nyelvű)

Egy napfogyatkozás gyorsított felvételen

Animáció:

A 2010. januári 15-i gyűrűs napfogyatkozás szimulációja