Основная часть для отчета по практике

1. Определение астрономической широты и долготы

Географическая широта и долгота играют важную роль в навигации, картографии и астрономии, позволяя нам точно определить местоположение объектов на поверхности планеты.

В качестве астрономического определения традиционно определяют широту и долготу посредством измерения астрономического угла и времени соответственно. Название «определение местоположения» несколько вводит в заблуждение, поскольку определяется не само местоположение, а его направление по отвесу. Этот термин получил распространение в географии и научных экспедициях около 200 лет назад, поскольку в то время это был единственный способ измерить неизвестное положение с точностью около 1 км без посторонней помощи. Собственно, речь идет об определении астрономической широты и долготы, то есть определении направления физического отвеса относительно вращающейся земной оси и плоскости астрономического меридиана из Гринвича (или любой другой обсерватории).

Рисунок 1 — Астрономические « определения местоположения » на Земле на самом деле являются определениями направления на небесной сфере

Причина, по которой АО не является определением положения в прямом смысле этого слова, а лишь измерением направления, заключается в отклонении от перпендикуляра. Это отклонение перпендикуляра (или вертикального геоида = уровня моря, рис. 2) от его математического положения является результатом распределения массы на земном теле и внутри него . В высоких горах она может достигать 50″, что означало бы кажущуюся пространственную ошибку в 1,5 километра (1 угловая секунда в центре Земли соответствует примерно 31 м на земной поверхности).

Рисунок 2 — Отклонение от перпендикуляра вызывает кажущийся сдвиг широты или местоположения, который составляет 620 метров в среднем на 20″. Углы B и B’ представляют собой географическую и астрономическую широты соответственно.

На рис. 3 схематически показана Земля. Точка О – центр Земли; РР1 – ось вращения Земли; при пересечении с земной поверхностью она образует северный Р и южный Р1 – географические полюсы Земли; QQ1 – плоскость, проходящая через центр Земли перпендикулярно к РР1, которая называется экваториальной плоскостью.

Рисунок 3 – Земной сфероид

Возьмем точку М на поверхности Земли. В такой шарообразной модели Земли радиусы, соединяющие центр сферы, представляют направления отвесных линий, следовательно, ОМ – отвесная линия.

Координаты любой точки на поверхности Земли определяются по отношению к двум взаимноперпендикулярным основным координатным кругам.

В географической системе координат основными кругами являются земной экватор и начальный (нулевой) меридиан. На международной конференции в Вашингтоне в 1884 году за начальный меридиан был принят географический меридиан астрономической обсерватории Гринвич [2].

Построим астрономический меридиан через точки РМР1. Плоскость астрономического меридиана для любой точки, расположенной на земной поверхности, проходит через отвесную линию в данной точке и ориентирована параллельно оси вращения Земли. (ОВ – линия пересечения плоскости астрономического меридиана с экватором).

Из изложенного следует, что положение точки на земной поверхности определяется двумя координатами: астрономической широтой φ и астрономической долготой λ.

Для последующего изложения дадим определения:

Астрономической широтой (φ) называется угол между отвесной линией, проведенной в точке наблюдения, и экваториальной плоскостью Земли [1].

Другими словами, астрономическую широту можно охарактеризовать как сферическое расстояние по дуге меридиана от экватора до данной точки. Широты отсчитываются от экватора к северу и к югу и измеряются от 0 до 90°. В северном полушарии широты положительные, а в южном – отрицательные.

Представьте себе, что Земля представляет собой прозрачную сферу (на самом деле форма слегка овальная, из-за вращения Земли ее экватор немного выпирает). Сквозь прозрачную Землю (рисунок) мы видим ее экваториальную плоскость, а ее середину — точку О, центр Земли. Чтобы указать широту некоторой точки P на поверхности, нарисуйте радиус OP к этой точке. Тогда угол возвышения этой точки над экватором равен ее широте λ — северной широте, если к северу от экватора, и южной (или отрицательной) широте, если к югу от него (рис. 4).

Рисунок 4 — Угол широты лямбда

Мы должны использовать угол, который дополняет его до 90 °, между данной линией и углом, перпендикулярным плоскости. Здесь это будет угол (90°-λ) между OP и осью Земли, известный как совместная широта P.

Если на глобусе Земли соединить все точки, находящиеся на одной широте, мы получим круги разного размера. Это «линии широты» (рисунок). Самый длинный — экватор , широта которого равна нулю, а на полюсах, на широтах 90° северной широты и 90° южной широты (или –90°), круги сжимаются в точку (рис. 5).

Рисунок 5 – Линия широты

Астрономической долготой (λ) называется двухгранный угол между плоскостью астрономического меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального астрономического меридиана [1].

Линия долготы также называется меридианом, происходящим от латинского слова meri , вариации слова «medius», которое означает «середина», и diem , что означает «день». Когда-то это слово означало «полдень», а время дня до полудня было известно как «до-меридиан», а время после него — «после полудня». Сегодняшние сокращения утра и вечера произошли от этих терминов, а Солнце в полдень иногда называют «проходящим меридиан». Все точки на одной и той же линии долготы переживали полдень (и любой другой час) одновременно, и поэтому считалось, что они находятся на одной и той же «меридианной линии», которая для краткости стала «меридианом» (рис. 6).

Рисунок 6 — Линии долготы или «меридианы»

Долготы измеряют либо в часовой мере от 0h до 24h, либо в градусной мере от 0 до 360°. Различают долготы восточные (λЕ) к востоку от Гринвичского меридиана и западные долготы (λW). Обычно применяют только восточные долготы.

Кроме широт и долгот определяют и астрономические азимуты.

Астрономический азимут – двухгранный угол между плоскостью астрономического меридиана данной точки и вертикальной плоскостью, ориентированной по данному направлению. Очевидно, что астрономические координаты это величины, реально существующие в природе.

Геодезическая широта так же, как и астрономическая, отсчитывается от экватора со знаком плюс к северному полюсу (от 0° до +90°) и со знаком минус – к южному полюсу ( от 0° до -90°); долгота отсчитывается от начального (гринвичского) меридиана на восток со знаком плюс ( от 0° до +180°) и на запад – со знаком минус ( от 0° до -180°).

Таблица 1 — С определениями и свойствами географической широты и долготы

Рефракция – это явление изменения направления распространения света при переходе из одной среды в другую с различными оптическими свойствами. В астрономии рефракция играет важную роль при измерении расстояний до небесных объектов, таких как звезды и планеты.

Когда свет проходит через атмосферу Земли, он взаимодействует с различными слоями атмосферы, которые имеют разную плотность и температуру. Это приводит к изменению скорости распространения света и его направления. В результате, когда мы наблюдаем небесные объекты, их положение на небосводе может быть смещено из-за рефракции.

Рефракция может приводить к искажению изображений небесных объектов и изменению их видимого положения на небосводе. Например, звезды могут казаться немного смещенными или искаженными из-за рефракции света в атмосфере.

Когда астрономы измеряют расстояния до звезд и других небесных объектов, они должны учитывать влияние рефракции. Если не учесть рефракцию, измеренные значения могут быть неточными.

Разность r = z — z¢ = h¢ — h, называется рефракцией (рис. 7).

Рисунок 7 — Явление рефракции в земной атмосфере

Рефракция изменяет лишь зенитные расстояния z, но не изменяет часовые углы. Если светило находится в кульминации, то рефракция изменяет только его склонение и на ту же величину, что и зенитное расстояние, так как в этом случае плоскости его часового и вертикального кругов совпадают. В остальных случаях, когда эти плоскости пересекаются под некоторым углом, рефракция изменяет и склонение, и прямое восхождение светила.

Следует отметить, что рефракция в зените принимает значение r = 0, а на горизонте она достигает 0.5 — 2 градуса. Из-за рефракции диски Солнца и Луны вблизи горизонта выглядят овальными, так как у нижнего края диска рефракция на 6¢ больше, чем у верхнего и поэтому вертикальный диаметр диска кажется укороченным в сравнении с горизонтальным диаметром, который рефракцией не искажается.

Для учета влияния рефракции на измерение расстояний астрономы используют различные методы коррекции. Один из таких методов – это применение атмосферных коэффициентов, которые учитывают изменение показателя преломления света в атмосфере. Эти коэффициенты позволяют скорректировать измеренные значения и получить более точные результаты.

Важно отметить, что влияние рефракции на измерение расстояний может быть разным в разных условиях и в разных частях небосвода. Поэтому астрономы постоянно улучшают методы коррекции и проводят дополнительные исследования, чтобы получить более точные измерения расстояний до небесных объектов.

Скачать основную часть для отчета по практике можно по ссылке: Скачать основную часть для отчета по практике