Dangaus sfera ir jos elementai

Giedrą naktį ilgesnį laiką stebėdami žvaigždėtą dangų rytų, pietų ir vakarų kryptimis pamatome, kad žvaigždės (ir kiti dangaus šviesuliai) rytuose pamažu kyla aukštyn ir slenka į vakarus, pietinėje dangaus pusėje žvaigždės pakyla aukščiausiai virš horizonto ir slenka vakarų kryptimi maždaug lygiagrečiai su horizontu, o vakaruose jos pamažu leidžiasi link horizonto, kol už jo ir nusileidžia. Stebėdami dangų šiaurės kryptimi matome, kad žvaigždės tarytum sukasi ratu aplink tašką, esantį visai šalia Šiaurinės (Mažųjų Grįžulo Ratų α), prieš laikrodžio rodyklę. Per parą žvaigždėto dangaus skliautas apsisuka vieną kartą. Šis regimasis dangaus skliauto judėjimas vadinamas pariniù judėjimu. Iš tiesų tai yra Žemės sukimosi aplink savo ašį atspindys. Žvelgiant nuo Žemės šiaurės ašigalio, Žemė aplink savo ašį sukasi prieš laikrodžio rodyklę (iš vakarų į rytus). Todėl mums atrodo, kad dangaus skliautas su šviesuliais sukasi iš rytų į vakarus. Šiaurinės padėtis horizonto atžvilgiu beveik nesikeičia, nes į ją apytiksliai nukreipta Žemės sukimosi ašis. Žvaigždžių parinį judėjimą iliustruoja 2.3.1 pav., kuriame pateikta Šiaurinės aplinkos dangaus nuotrauka, nufotografuota su ilga ekspozicija nejudančia fotokamera. Šioje nuotraukoje matomi pusapskritimiai yra žvaigždžių regimojo parinio judėjimo takai. Jų bendras centras yra dangaũs šiáurės põlius, kurio kryptį rodo Žemės sukimosi ašis. Arčiausiai centro matomas pusapskritimis yra Šiaurinės pėdsakas. Šiaurinė savo ryškiu neišsiskiria iš aplinkinių žvaigždžių. Tačiau ją nesunku surasti pagal Didžiųjų Grįžulo Ratų žvaigždes (2.3.2 pav.).

Stebint žvaigždėtą dangų mums atrodo, kad visi šviesuliai yra nutolę vienodais atstumais nuo mūsų ir švyti didžiulės sferos, kurios centre yra stebėtojas, paviršiuje. Šiais laikais mes žinome, kad žvaigždės ir kiti dangaus šviesuliai nuo Žemės yra nutolę skirtingais atstumais, o mūsų planeta nėra Visatos centre. Tačiau dangaus sferos įvaizdis yra patogi priemonė šviesulių tarpusavio padėtims ir judėjimui matuoti.

Dangaus sferos centru gali būti laikoma stebėtojo vieta tam tikrame Žemės paviršiaus taške, Žemės arba Saulės centras ir kt. Toliau šiame skyriuje nagrinėsime dangaus sferą, kurios centras yra stebėtojo akis tam tikrame Žemės paviršiaus taške. Atstumai dangaus sferoje matuojami kampiniais vienetais (laipsniais ir laipsnio dalimis – minutėmis ir sekundėmis). Atstumas tarp kurių nors žvaigždžių α ir β yra kampas, kuris matuojamas tarp krypčių „stebėtojas–žvaigždė α“ ir „stebėtojas–žvaigždė β“. Pavyzdžiui, atstumas tarp Didžiųjų Grįžulo Ratų žvaigždžių Merako ir Dubės yra 5°22’ (žr. 2.3.2 pav.). Tai reiškia, kad šis kampas buvo išmatuotas tarp krypčių „stebėtojas–Merakas“ ir „stebėtojas–Dubė“. Dangaus šviesulių regimieji matmenys dangaus sferoje taip pat įvertinami kampiniais vienetais. Pavyzdžiui, Saulės ir Mėnulio regimieji kampiniai skersmenys apytiksliai lygūs 0,5°. Šie duomenys gali būti panaudoti norint apytiksliai įvertinti kampinius atstumus tarp kitų šviesulių, matomų danguje.

Šviesulių padėtys dangaus sferoje matuojamos ir skaičiuojamos tam tikrų sutartinių dangaus sferos plokštumų ir taškų atžvilgiu. Pagrindiniai dangaus sferos elementai pavaizduoti 2.3.3 ir 2.3.4 pav.

Žemės sukimosi ašies tęsinys kerta dangaus sferą dviejuose taškuose, P_N ir P_S. Taškas P_N, esantis Žemės šiaurės ašigalio pusėje, vadinamas dangaũs šiáurės põliumi, o taškas P_S, esantis pietų ašigalio pusėje, vadinamas dangaũs pietų põliumi. Tiesė, jungianti dangaus šiaurės ir pietų polius, vadinama dangaũs ašimi. Kadangi Žemės matmenys yra nepaprastai maži, palyginti su atstumais iki žvaigždžių, tai bet kuriam stebėtojui, esančiam Žemėje, dangaus ašis bus lygiagreti su Žemės sukimosi ašimi. Mūsų laikais dangaus šiaurės polius yra arčiau nei per 1° nuo Mažųjų Grįžulo Ratų α žvaigždės, kuri dėl to ir vadinama Šiaurinè. Dangaus pietų polius yra Oktanto žvaigždyne. Žemės pusiaujo plokštumos tęsinys su dangaus sfera kertasi apskritimu Q’Q, vadinamu dangaũs pusiáuju, kuris padalija dangaus sferą į dvi hemisferas (pussferes, pusrutulius): šiaurės hemisferą, kurios viršūnė yra dangaus šiaurės polius, ir pietų hemisferą, kurios viršūnė yra dangaus pietų polius. Toliau panagrinėkime, kokius svarbius dangaus sferos taškus ir plokštumas fiksuoja stebėtojas, esantis ant Žemės paviršiaus tam tikroje šiaurės platumoje (žr. 2.3.4 pav.). Vertikali tiesė ZAZ’, išvesta per stebėtojo vietą A, kerta dangaus sferą dviejuose taškuose: virš stebėtojo esančiame taške Z, kuris vadinamas zenitù¹, ir diametraliai priešingoje pusėje po stebėtojo kojomis esančiame taške Z’, kuris vadinamas nadyrù². Plokštuma NESW, išvesta per stebėtojo vietą A statmenai vertikalei ZZ’, vadinama horizònto plókštuma. Ši plokštuma yra liestinė Žemės rutulio paviršiaus taške, kuriame yra stebėtojas A. Ji kertasi su dangaus sfera apskritimu, kuris vadinamas horizòntu. Horizonto plokštuma padalija dangaus sferą į dvi dalis: virš horizonto esančią regimąją dalį, kurioje stebėtojas A gali matyti visus jos taškus, ir po horizontu esančią neregimąją dalį, kurios stebėtojas A visai nemato. Plokštuma, išvesta per vertikaliąją liniją ZAZ’ ir dangaus ašį P_NAP_S, kertasi su dangaus sfera apskritimu P_NZQP_SQ’, kuris vadinamas dangaũs dienóvidiniu. Šio dienovidinio plokštumos susikirtimo su horizonto plokštuma linija vadinama vidùrdienio linija. Vidurdienio linija kerta dangaus sferą šiáurės taškè N ir pietų taškè S. Šiaurės taškas yra tas, kuris arčiau dangaus šiaurės poliaus, o pietų taškas yra priešingoje horizonto pusėje. Dangaus pusiaujas kertasi su horizontu rytų taškè E ir vakarų taškè W.