curs_6 astronomie
DESCRIPTION
CURS_6 astronomieTRANSCRIPT
Cursul 6
MIŞCAREA APARENTĂ A SOARELUI
Structura cursului:
1. GENERALITĂŢI PRIVIND SISTEMUL SOLAR ŞI LEGILE CARE GUVERNEAZĂ MIŞCAREA AŞTRILOR SĂI
2. MIŞCAREA ANUALĂ APARENTĂ A SOARELUI
3. EFECTE ALE MIŞCĂRII APARENTE A SOARELUI
1. GENERALITĂŢI PRIVIND SISTEMUL SOLAR ŞI LEGILE CARE
GUVERNEAZĂ MIŞCAREA AŞTRILOR SĂI
Sistemul nostru solar reprezintă o grupare de corpuri cereşti în jurul Soarelui (stea) care este sursa de lumină şi căldură care întreţine viaţa pe Pământ
Elementele sistemului solar – Soarele, Luna şi 8 planete: Mercur Venus Pământ Marte Jupiter Saturn Uranus Neptun
Observarea sferei cereşti – reguli stelele răsar şi apun în acelaşi punct pe orizont
elementele sistemului solar nu respectă regula înălţimea meridiană
stele - constantă aştrii din sistemul solar - variabilă
intervalul de timp între două culminaţii succesive stele - constant aştrii sistemului solar - variabil
durata arcului diurn şi a celui nocturn stele - constante aştrii sistemului solar -variabile
lege de aur orice stea sclipeşte planeta are o lumină fixă.
Existenţa sistemului solar şi mişcarea aştrilor acestuia se datorează acţiunii unor legi fundamentale
Legea atracţiei universale - Isaac Newton „Două corpuri oarecare se atrag reciproc cu o forţă direct proporţională cu produsul maselor lor şi invers proporţională cu pătratul distanţei dintre ele ”.
f = constanta atracţiei universale ( ).
1 2
2
m mF f
d
86,664 10f
Legea lui Newton
Se bazează pe următoarele trei principii :
principiul inerţiei – un corp îşi menţine starea de repaus sau de mişcare rectilinie şi uniformă atâta timp cât nu intervine o forţă exterioară capabilă să modifice respectiva stare
principiul independenţei acţiunii forţelor – efectul unei forţe asupra unui corp este independent de viteza lui precum şi de acţiunile altor forţe
principiul acţiunii şi reacţiunii – acţiunile reciproce a două corpuri sunt întotdeauna egale şi de sens contrar
Legea I - datorită atracţiei universale planetele se rotesc în jurul Soarelui pe orbite de formă eliptică, în sens direct, Soarele aflându-se în unul din focarele orbitei din această cauză, distanţa dintre Soare şi orice
planetă variază continuu punctul de distanţă minimă - periheliu punctul de distanţă maximă - afeliu axa mare a elipsei care uneşte cele două puncte
se numeşte axa absidelor Pământul se găseşte
la periheliu între 1 şi 3 ianuarie la afeliu între 1 şi 3 iulie.
Legile lui Kepler
PhAph
PeriheliuApheliu
Linia apsidelor
Legea a II-a - raza vectoare a elipsei orbitale a oricărei planete (dreapta care uneşte un punct de pe elipsă cu unul din focare) acoperă arii egale în intervale de timp egale
Ca urmare a acţiunii acestei legi viteza de deplasare pe orbită a oricărei planete va fi variabilă în sensul că va fi maximă la periheliu şi minimă la afeliu.
Aph
PeriheliuApheliu
Linia apsidelor
P1
P3
P4 P5
P2
B
A
C
Legea a III-a – pătratele perioadelor de revoluţie ale planetelor în jurul Soarelui sunt proporţionale cu cuburile semiaxelor mari ale orbitelor eliptice
în care: a - semiaxele mari ale orbitelor eliptice ale planetelor T - perioadele lor de revoluţie ale planetelor în jurul Soarelui.
33 381 2
2 2 21 2 8
...aa a
constantT T T
2. MIŞCAREA ANUALĂ APARENTĂ A SOARELUI
mişcarea anuală aparentă a Soarelui - consecinţă a mişcării de revoluţie a Pământului în jurul Soarelui în decursul unui an
pentru un observator terestru, în mod aparent, Soarele se roteşte în jurul Pământului şi nu invers
variaţia semidiametrului Soarelui d = 16’ 18” când Pământul se află la periheliu d = 15’ 46” când Pământul se află la afeliu.
tranzitul diurn
răsăritul şi apusul
culminaţia
intervalul de timp dintre două culminaţii succesive
mărimea arcului diurn şi a arcului nocturn.
2.1. Caracteristicile mişcării anuale aparente a Soarelui
a. Tranzitul diurn
în mişcarea lor diurnă stelele parcurg acelaşi paralel de declinaţie, în acelaşi interval de timp, tot timpul anului
mişcarea aparentă a Soarelui pe sfera cerească în decursul unui an este perceput ca fo spirală compusă din 365 de spire a căror axă este axa lumii
limitele acestei spirale pe sfera cerească - paralele de declinaţie:
N23°27” S23°27”
Na
Z
NS
PNc
PSc
Q
Q’ N23°27’
S23°27’
b. Răsăritul şi apusul
orice stea are un acelaşi punct de răsărit şi un acelaşi punct de apus în fiecare zi pe durata
întregului an
Soarele răsare în fiecare zi din alt punct comparativ cu ziua precedentă acest punct fiind cuprins într-un sector de orizont din cadranele I şi II şi apune în fiecare zi în alt punct care la rândul lui este cuprins într-un sector din cadranele III şi IV, în funcţie de anotimp
c. Culminaţia
orice stea are în fiecare zi aceeaşi înălţime meridiană
înălţimea meridiană a Soarelui variază de la o zi la alta.
d. Intervalul de timp dintre două culminaţii succesive
este mai mare cu aproximativ 4 minute în cazul Soarelui comparativ cu cel al unei stele oarecare
e. Mărimea arcului diurn şi a arcului nocturn
orice stea are aceeaşi mărime a arcului diurn şi aceeaşi mărime a arcului nocturn în fiecare zi a anului
arcul diurn şi arcul diurn al Soarelui variază de la o zi la alta luând valori egale la echinocţii şi maxime diferite la solstiţii
2.2. Mişcarea de revoluţie a Pământului şi mişcarea anuală aparentă a Soarelui
mişcarea de rotaţie a Pământului – mişcarea în jurul axei proprii - în cursul unei zile de 24 de ore
mişcare de revoluţie a Pământului - mişcarea
Pământului în jurul Soarelui în decursul unui an
se produce datorită legii atracţiei universale a lui Newton
respectă legile lui Kepler
durata mişcării de revoluţie este de 365 zile, 6 ore, 9 minute şi 9,5 secunde.
mişcarea aparentă a Soarelui - mişcarea lui pe sfera cerească aşa cum este ea percepută de om neglijând mişcarea de rotaţie a Pământului
convenţii: Pământul şi observatorul terestru se află în centrul sferei cereşti sfera cerească se consideră a fi imobilă - traiectoria descrisă de Soare în decursul unui an va putea avea ca repere constelaţiile cereşti
prima lege a lui Kepler - Pământul descrie o elipsă în jurul Soarelui, aflat în unul din focare
semiaxa mare aproximativ 150 milioane km viteza de deplasare a Pământului pe această orbită eliptică, conform legii a II-a a lui Kepler, este cuprinsă între 30,27 27 km/s la periheliu şi 29,27 km/s la afeliu.
2. 3. Ecliptica şi descrierea mişcării anuale aparente a Soarelui
pe parcursul întregii mişcări de revoluţie Pământul îşi păstrează neschimbată orientarea axei sale de rotaţie care face cu planul elipsei sale orbitale un unghi de 6633’
sfera terestră şi mişcarea ei de rotaţie nu interesează observatorul terestru se află chiar în centrul sferei
cereşti orbita aparentă pe care Soarele o descrie în decursul unui an pe sfera cerească pe care o considerăm fixă se numeşte ecliptică.
66°33’
23°27’
21 martie
23 septembrie
22 iunie 22 decembrie
I
III
II IV
S
ε ε’
PS
Q’
Q
PN
ε ε’
PS
Q’
Q
PN
PS
Q’
Q
PN
ε ε’
PS
Q’
Q
PN
Echinocţiul de primăvară
Echinocţiul de toamnă
Solstiţiul de vară Solstiţiul de
iarnă
O1
O2
O3
O4
intersecţia ecuatorului sferei cereşti cu planul eclipticii determină punctul vernal ( ) şi opusul lui punctul tomnal ( )
linia care uneşte punctul vernal cu cel tomnal se numeşte linia echinocţiilor
punctul este numit solstiţiul de vară iar punctul ’este numit solstiţiul de iarnă
linia care uneşte punctul cu punctul ’ se numeşte linia solstiţiilor.
poziţia I
perioada apropiată zilei de 21 martie observatorul dispus în punctul O1 vede Soarele pe
direcţia O1S a cărei intersecţie cu sfera cerească este punctul vernal
punctul vernal este originea de contare a ascensiunii drepte şi a unghiului orar sideral (). declinaţia Soarelui şi ascensiunea sa dreaptă sunt
egale cu zero arcul diurn este egal cu cel nocturn şi ca urmare
ziua este egală cu noaptea constelaţia zodiacală în care se află Soarele în
această perioadă este Berbecul
poziţia II este specifică perioadei apropiate de ziua de 22
iunie observatorul în punctul O2 vede Soarele pe direcţia O2S
declinaţia Soarelui este = N23°27’ iar ascensiunea sa dreaptă este = 90°
constelaţia zodiacală în care se află Soarele - Gemenii
momentul se numeşte solstiţiul de vară
în emisfera nordică este vară iar în cea sudică este iarnă.
poziţia III este specifică perioadei apropiate de ziua de 23
septembrie
observatorul dispus în punctul O3 vede Soarele pe direcţia O3S a cărei intersecţie cu sfera cerească este punctul tomnal
declinaţia Soarelui este = 0°00’ iar ascensiunea sa dreaptă este = 180°
constelaţia zodiacală în care se află Soarele în această perioadă este Balanţa
momentul se numeşte echinocţiul de toamnă.
poziţia IV este specifică perioadei apropiate de ziua de 22
decembrie observatorul dispus în punctul O4 vede Soarele pe
direcţia O4
declinaţia Soarelui este = S23°27’ iar ascensiunea dreaptă este = 270° constelaţia zodiacală în care se află Soarele în
această perioadă este Vărsătorul. momentul se numeşte solstiţiul de iarnă în emisfera nordică este iarnă iar în emisfera sudică este vară.
mişcarea anuală aparentă a Soarelui pe sfera cerească se execută în sens direct - viteză unghiulară de aproximativ 1 ° pe zi , rezultă un tur complet al eclipticii în cele 365 zile ale anului. planul eclipticii împarte sfera cerească în
emisfera boreală – cu polul NORD ceresc emisfera australă – cu polul SUD ceresc
axa eclipticii - axa perpendiculară pe planul eclipticii care trece prin centrul acesteia face cu axa lumii un unghi = 23°27’ intersectează sfera cerească în în polul boreal
(PA) şi polul austral (PB) punctul vernal şi punctul tomnal execută mişcarea
lor diurnă pe ecuatorul ceresc
Cercul polar arctic - paralelul de declinaţie descris de polul boreal Cercul polar antarctic - paralelul descris de
polul austral tropice – paralele de declinaţie descrise de punctul de declinaţie maximă pozitivă ( = N23°27) şi de cel de declinaţie maximă negativă ( = S23°27)
tropicul Racului – tropicul de nord tropicul Capricornului - tropicul de sud
la tropice Soarele se află la solstiţii – variaţia declinaţiei este minimă proiecţia cercurilor polare şi a celor două tropice
cereşti pe sfera terestră determină paralele geografice cu aceleaşi nume.
66°33’
Q
e’
PNc
PSc
PB
PA
e
Q’
Tropicul Capricornului
Tropicul Racului
Cercul polarAnatarctic
Cercul polarArctic
S66°33’
N66°33’
N23°27’
0°
Ecliptica
Axa eclipticii
Punctul vernal
Punctul tomnal
Emisfera australă
Emisfera boreală
23°27’
S23°27’
3. EFECTE ALE MIŞCĂRII APARENTE A SOARELUI
anul sideral şi anul tropic anotimpurile variaţia zilelor şi a nopţilor crepusculul
3.1. Anul sideral şi anul tropic
poziţia punctului vernal se schimbă în timp, în sens retrograd, fenomen cunoscut sub numele de
precesia echinocţiilor anul sideral - intervalul de timp în care Soarele
face o rotaţie completă pe ecliptică (365 zile, 6 ore, 9 minute şi 9,5 secunde)
anul tropic - intervalul de timp în care se produc două treceri consecutive ale Soarelui prin punctul vernal
deplasarea în sens retrograd a punctului vernal pe ecuatorul ceresc de la un an la altul face ca timpul în care Soarele ajunge în noul punct vernal să fie mai scurt..
Q
e’
PNc
PSc
e
Q’
A
'
3.2. Anotimpurile Soarele - principalul izvor de lumină şi energie pentru planetele
din sistemul solar . Mişcarea Soarelui pe ecliptică determină cantitatea de căldură pe care o furnizează Pământului
echinocţiul de primăvară –21 martie - începutul primăverii pentru emisfera nordică. Soarele trece din emisfera australă în emisfera boreală. Vremea se încălzeşte în emisfera nordică – primăvară, toamnă în emisfera sudică
solstiţiul de vară - 22 iunie – începutul verii în emisfera nordică, începutul iernii în emisfera sudică . Declinaţia Soarelui este zero – maximum de căldură în emisfera nordică echinocţiul de toamnă - 23 septembrie - începe toamna în
emisfera nordică şi primăvara în emisfera sudică. Soarele trece din emisfera nordică în cea sudică. La această dată el se găseşte în punctul tomnal. Vremea începe să se răcească la nord de ecuator şi să se încălzească la sud de acesta.
solstiţiul de iarnă - 22 decembrie - începe iarna în emisfera nordică şi vremea se răceşte din ce în ce mai mult în timp ce în emisfera sudică debutează vara.
Durata celor patru anotimpuri:
primăvara - de la 21 martie la 22 iunie – 92,9 zile vara - de la 22 iunie la 23 septembrie – 93,6 zile toamna - de la 23 sept. la 22 dec. – 89,8 zile iarna - de la 22 decembrie la 21 martie – 89,0 zile.
Durata inegală a anotimpurilor este cauzată de forma orbitei Pământului şi de viteza variabilă a Pământului pe această orbită, aşa cum s-a prezentat anterior.
3.3. Variaţia zilelor şi a nopţilor
a. Observatorul se află pe ecuator Soarele are răsărit şi apus, arcul diurn este egal cu arcul nocturn,
ziua este egală cu noaptea între 21 martie şi 23 septembrie Soarele răsare în cadranul NE şi
apune în cadranul NW iar între 23 septembrie şi 21 martie răsare în cadranul SE şi apune în cadranul SW
la echinocţii Soarele răsare în punctul cardinal EST şi apune în punctul cardinal WEST. În aceste zile (21 martie şi 23 septembrie) Soarele culminează în zenitul observatorului iar înălţimea meridiană H=90°.
la solstiţii înălţimea meridiană este minimă culminaţia producându-se în meridianul nordic la solstiţiul de vară (22 iunie) şi în meridianul sudic la solstiţiul de iarnă (22 decembrie)
în restul timpului Soarele se îndepărtează faţă de ecuator cu o valoare egală cu declinaţia
Soarele nu taie niciodată primul vertical deoarece paralele de declinaţie sunt paralele cu primul vertical
înălţimea meridiană (H) şi distanţa polară () a Soarelui sunt egale
S
Z
N
Tropicul Capricornului
Tropicul Racului
Ecliptica
22 dec.
22 iunie
23 sept.
21 mart.
ε’
Q
Na Q’
PNCPSC
ε
La ecuator φ =0°
a. Observatorul se află în zona tropicală φ≤23°27’ Soarele are răsărit şi apus în fiecare zi la echinocţii Soarele răsare din punctul cardinal EST şi apune în
punctul cardinal WEST iar ziua este egală cu noaptea între echinocţiul de primăvară şi cel de toamnă ziua este mai lungă
decât noaptea în zona tropicală nordică şi mai scurtă decât noaptea în zona tropicală sudică între echinocţiul de toamnă şi echinocţiul de primăvară ziua este mai scurtă decât noaptea în zona tropicală nordică şi mai lungă decât noapte în zona tropicală sudică
atunci când declinaţia este egală şi de acelaşi semn cu latitudinea pe latitudinile cuprinse între tropice Soarele culminează la zenit de două ori pe an şi o singură dată pe an la tropice
dacă <φ şi sunt de acelaşi nume Soarele intersectează primul vertical. În aceste condiţii azimutul lui se va găsi în toate cele patru cadrane de orizont
când declinaţia şi latitudinea sunt de semne contrare Soarele nu taie primul vertical şi se va găsi numai în cadranele SE şi SW
atunci >φ când şi de acelaşi nume azimutul Soarelui va fi cuprins numai în două cadrane
S
Z
N
Na
Q
Q’
PNC
PSC
Tropicul Capricornului
Tropicul Racului
Ecliptica
ε
ε’22 iunie
22 dec.
Zona tropicală φ ≤ 23°27’
Observatorul în zona temperată 23°27’<φ<66°33’ Soarele răsare şi apune în fiecare zi la echinocţii Soarele răsare în punctul cardinal EST şi apune în punctul cardinal WEST iar ziua este egală cu noaptea, declinaţia este egală cu zero ziua cea mai lungă are loc atunci când declinaţia Soarelui este maximă în valoare absolută şi de acelaşi semn cu latitudinea, adică la solstiţiul de vară în emisfera nordică şi la solstiţiul de iarnă în emisfera sudică ziua cea mai scurtă are loc atunci când declinaţia este egală în valoare absolută cu latitudinea şi de nume contrar cu aceasta, adică la solstiţiul de iarnă în emisfera nordică şi la solstiţiul de vară în emisfera sudică culminaţia Soarelui nu se produce niciodată în zenitul observatorului culminaţia se produce în meridianul sudic pentru observatorul dispus în emisfera nordică şi în meridianul nordic pentru observatorul dispus în emisfera sudică de la echinocţiul de primăvară la cel de toamnă, în emisfera nordică şi de la echinocţiul de toamnă la cel de primăvară, în emisfera sudică Soarele taie în fiecare zi primul vertical, deci trece prin toate cele patru cadrane de orizont între echinocţiul de toamnă şi cel de primăvară, în emisfera nordică şi între echinocţiul de primăvară şi cel de toamnă, în emisfera sudică Soarele nu taie primul vertical aşa că el se va afla în cadranele SE şi SW pentru observatorul din emisfera nordică şi în cadranele NE şi NW pentru observatorul din emisfera sudică.
S
Z
N
Na
PNC
PSC
Q
Q’
ε
ε’
Ecliptica
22 iunie
Tropicul Racului
22 dec.
Tropicul Capricornului
Zona temperată 66°33’N < φ < 90°
S
Z
N
Na
φ=66°33’N
PNC
PSC
ε ε’
22 iunie
Q
Q’
Tropicul Racului
Ecliptica
22 dec.
Tropicul Capricornului
66 33' 90
Zona polară 23°27’ < φ < 66°23’
La pol φ =90°
H
Z
H’
Na
PNC
PSC
ε
ε’ω=23°27’N
Q Q’
Tropicul Racului
Tropicul Capricornului
22 iunie
22 dec.21 mart.
23 sept.Ecliptica
3.4. Crepusculul
observăm că după apusulSoarelui lumina mai persistă
înainte de răsăritul Soarelui este deja suficientă lumină
această perioadă tranzitorie de la zi la noapte şi de la noapte la zi se nuneşte crepuscul
crepuscul de seară
crepuscul de dimineaţă
Z
H H’
A
Atmosfera terestră
Răsăritul şi apusul adevărat reprezintă momentul în care centrul Soarelui trece prin orizontul adevărat al observatorului. Răsăritul şi apusul vizibil reprezintă momentul în
care bordul superior al Soarelui tangentează orizontul vizibil. Din practică s-a putut constata că atunci când înălţimea ochiului observatorului se află la o înălţime de 5 m deasupra nivelului mării în momentul în care bordul superior al Soarelui tangentează orizontul vizibil înălţimea centrului Soarelui deasupra acestui orizont este de -0°55’.
SEARA apusul Soarelui crepuscul civil apus -00°55’ - 06°00’ crepuscul nautic - 06°00’- 12°00’ crepuscul astronomic - 12°00’ - 18°00’
DIMINEAŢA crepuscul astronomic - 18°00’ - 12°00’ crepuscul nautic - 12°00’ - 06°00’ crepuscul civil - 06°00’ – 00°55’ rărăsăritul Soarelui
ALMANAHUL BROWN’S - table de crepuscul
S
Z
Na
PNC
PSC
Q
Q’
-18°00’
N- 0°55’-06°00’
-12°00’
p
p’S3
S2
S1
S
observaţiile nautice de seară se efectuează între sfârşitul crepusculului civil de seară şi sfârşitul crepusculului nautic de seară
în table găsim orele sfârşitului crepusculului civil şi nautic de seară
observaţiile nautice de dimineaţa se efectuează între momentul începutului crepusculului nautic de dimineaţă şi începutul crepusculului civil de dimineaţă
în table găsim orele începutului crepusculului nautic şi civil de dimineaţă