Весняне рівнодення. Чому воно знаменує початок весни та системи небесних координат

Цього року весняне рівнодення настане незвично рано — 20 березня о 3 годині 6 хвилині за всесвітнім часом (5:06 за київським часом). Однією з головних причин такої «завчасності» є 29 лютого, що додається кожні 4 роки, аби «скинути» накопичені додаткові майже 6 годин, на які тривалість оберту Землі навколо Сонця перевищує 365 земних діб. Наступні три роки момент рівнодення щоразу наставатиме приблизно на 6 годин пізніше… аж до наступного високосного року.

Прийнято вважати, що у дні рівнодення, як випливає з їхньої назви, світловий день стає рівним ночі, хоча насправді це з кількох причин не зовсім так. Згідно з сучасним визначенням, час цієї події визначається як момент проходження центру сонячного диска через точку весняного рівнодення, де екліптика перетинається з небесним екватором. Для астрономів ця точка має дуже важливе значення: вона є «нульовим пунктом» найважливішої системи небесних координат.

Щоб зрозуміти, чому вчені вирішили «прив’язатися» саме до точки весняного рівнодення, треба згадати, що одним із перших завдань астрономії був відлік часу. Наші древні предки помітили, що кожній порі року відповідає свій «набір» сузір’їв. Неважко було здогадатися, що вдень Сонце кульмінує в частині небесної сфери, протилежній тій, яку ми бачимо опівночі. Виглядає так, нібито наше світило «рухається» серед зірок уявною лінією, яку назвали екліптикою. Чому? Бо іноді його навіть можна було серед цих зірок побачити — в той час, коли його повністю затуляв Місяць. Тобто під час повних сонячних затемнень (eclipse). До речі, місячні затемнення теж відбуваються неподалік екліптики.

«Зодіакальні» координати

Перша система небесних координат була «одномірною» та являла собою все ту ж екліптику, поділену на 12 рівних частин — «зодіакальних знаків». Пізніше її поділили на 360°. Саме стільки діб, за підрахунками древніх астрономів, мав тривати рік. За початок відліку була взята точка зимового сонцестояння: після проходження неї наше світило починало свій рух «до літа», кожного дня підіймаючись у небі все вище. Але визначити точний момент цього «початку» тоді було неможливо, бо схилення Сонця в цей час змінюється дуже повільно. Власне, схилення й стало тим самим «виміром», завдяки якому небесні координати набули того вигляду, який вони мають зараз.

Ще в давнину люди помітили, що всі небесні тіла беруть участь у добовому обертанні небесної сфери, але абсолютна більшість із них — за винятком Сонця, Місяця, планет і комет — не змінює при цьому взаємного положення, зберігаючи постійні візерунки сузір’їв. Це виглядало так, наче всі вони закріплені на величезній сфері. Її так і назвали — «сфера нерухомих зірок». Вона оберталася навколо однієї точки (полюса світу), що для конкретного місця спостережень завжди займав постійне положення відносно горизонту. Коли мандрівники потрапили до Південної півкулі нашої планети, вони побачили, що південна півкуля неба теж має свій полюс світу. Ці полюси виглядали гарними «опорними точками» для системи координат, першою віссю якої стало рівновіддалене від них коло — небесний екватор.

Екваторіальна система координат. Літерами P позначені полюси світу,
літерами Q — проєкції точок сонцестояння на небесний екватор,
O — спостерігач, M — об’єкт спостережень

Кутова відстань від небесного екватора до об’єкта спостережень називається схиленням. Вона вимірюється в градусах і в напрямку північного полюса має значення від 0 до +90°, а в напрямку південного — від 0 до -90°. Неважко зрозуміти, що в конкретній точці земної поверхні в зеніті кульмінують небесні тіла, схилення яких дорівнює географічній широті місця спостережень. На земних полюсах у нас «над головою» розташовуватиметься відповідний полюс світу.

Зоряний час

Схилення — це лише одна координата, для чіткого визначення положення на небесній сфері її недостатньо. Друга — це кут між «проєкцією» об’єкту на небесний екватор і якоюсь фіксованою точкою на ньому. Такою точкою був обраний його перетин з екліптикою, в якому Сонце, рухаючись по небу відносно «нерухомих» зірок, переходить із південної півкулі небесної сфери у північну. Це і є точка весняного рівнодення.

Тут може виникнути питання, чому б не скористатися більш «помітною» точкою відліку — наприклад, достатньо яскравою зорею, що лежить на небесному екваторі (так ми знаходимо північний полюс світу за Полярною зорею). Але, по-перше, ми вже давно знаємо, що всі ці «нерухомі» світила насправді постійно змінюють своє положення. По-друге, в нашу епоху такого світила просто немає. А по-третє, «прив’язка» небесних координат до точки рівнодення полегшує роботу астрономів-спостерігачів, бо показує добове обертання неба, яке насправді є наслідком обертання нашої планети навколо осі. Тому друга координата, що отримала назву «пряме піднесення», вимірюється не в градусах, а в годинах, хвилинах і секундах. Вона відраховується від точки весняного рівнодення на схід і може мати значення від 0 до 24 годин.

Пряме піднесення небесних тіл, що наразі проходять верхню кульмінацію у місці спостережень, дорівнює місцевому зоряному часу. Колись його саме так і визначали, але зараз частіше вирішують зворотну задачу: знаючи дату, географічні координати спостерігача та поясний час, розраховують зоряний час, і вже з його допомогою наводять астрономічні інструменти в потрібну точку неба.

Епохи рівнодення

У II столітті до нашої ери давньогрецький астроном Гіппарх, порівнюючи власні спостереження місячних затемнень з аналогічними спостереженнями його попередників Аристіла та Тімохаріса, дійшов висновку, що точка весняного рівнодення не знаходиться на одному місці серед «нерухомих зірок», а повільно рухається екліптикою назустріч руху Сонця. Це явище назвали прецесією. Його природа є темою окремої статті. Тут зазначимо, що саме завдяки йому древні астрологічні «зодіакальні знаки» давно вже не співпадають із сузір’ями, на честь яких вони названі.

Обкладинка зоряного атласу на епоху рівнодення 1950 року

Не так уже й давно прецесія змушувала астрономів кожні 50 років видавати зоряні карти з «посунутою» координатною сіткою. До 1990-го найчастіше вживалися карти, на яких положення точок рівнодення та сонцестояння відповідало 1950-му року. «Під них» розраховувались і публікувались ефемериди — таблиці координат небесних тіл у певні моменти часу, що дозволяли знаходити їх на небі. Потім увесь світ досить швидко перейшов на карти епохи 2000.0, які використовуються досі. Зараз, коли в нашому розпорядженні є потужна обчислювальна техніка, що дозволяє швидко перерахувати «маршрут» комети чи астероїда на яку завгодно епоху, ця проблема так гостро не стоїть, але в ефемеридах обов’язково вказується, для якої координатної сітки вони складені.

Напрямок на точку весняного рівнодення є однією з осей у деяких інших системах координат — наприклад, у тривимірній геліоцентричній системі, що використовується для розрахунку траєкторій космічних апаратів.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine

Juno зробив дивовижне фото Юпітера
Новий квантовий комп’ютер встановив рекорд швидкості дії
Blue Origin демонструє технологію вертикальної посадки ракети New Glenn: відео
Космічне кільце: астрономи зазнімкували гіперсвітну галактику
Викрадення «Луни-2»: як ЦРУ дізналися секрети радянської космічної програми під носом у КДБ
Вчені виявили неподалік від Сонця неймовірно швидкий об’єкт
Галактика-конструктор: телескоп Hubble зазнімкував незвичайного сусіда Чумацького Шляху
Астронавти залишатимуться на борту МКС під час її падіння в атмосферу Землі
Не помічали 55 років: пенсіонер виявив помилку у старій відеогрі Lunar Lander
Новий сонячний цикл вже міг розпочатися