Встав на такую точку зрения, легко понять, как происходит видимое с Земли движение планет по звездному небу. В самом деле, положение любой планеты, а также Солнца среди звезд (при взгляде с Земли) определяется направлением луча, направленного из Земли на эту планету. Если мысленно продолжить этот луч до пересечения со сферой неподвижных звезд, то он «проткнет» ее в некоторой точке. Эта точка и даст положение нашей планеты среди звезд в данный момент времени.
Поскольку все планеты, включая Землю, вращаются вокруг Солнца, то луч, направленный из Земли на любую из планет (включая Солнце и Луну) все время поворачивается, рис.5.2. Поскольку поворачивается как начало, так и конец отрезка, продолжением которого является этот луч. Соответственно, Солнце и все планеты медленно (но с разной скоростью) смещаются относительно неподвижных звезд. Небесный путь каждой из планет определяется, очевидно, траекторией точки пересечения луча, направленного на эту планету с Земли, и воображаемой сферы неподвижных звезд, рис.5.2.
Заметим теперь, что все эти лучи постоянно находятся в одной и той же плоскости – «плоскости орбит» Солнечной системы. В самом деле, в астрономии известно, что плоскости вращения планет вокруг Солнца очень близки друг к другу, хотя и не совпадают в точности. Приближенно можно считать, что все они являются одной той же плоскостью – «плоскостью орбит». Пересечение этой плоскости со сферой неподвижных звезд и даст, очевидно, тот «звездный путь», по которому будет происходить видимое с Земли годовое движение всех планет (включая Солнце и Луну) среди звезд.
Самым простым будет звездный путь Солнца. Приблизительно равномерное вращение Земли вокруг Солнца превращается, с точки зрения земного наблюдателя, в такое же равномерное вращение Солнца вокруг Земли. Это сводится к тому, что Солнце движется среди звезд в одном и том же направлении и с постоянной скоростью. Совершая полный круг в течение года. Точная величина этого промежутка времени называется в астрономии «звездным годом».
Пути движения других планет сложнее. Они получаются в итоге взаимодействия двух вращений: вращения Земли – начала отрезка, – и вращения планеты – конца отрезка, определяющего направление на эту планету. В результате, с точки зрения земного наблюдателя планеты время от времени останавливаются на звездном небе. Затем поворачивают назад, потом снова поворачивают и продолжают движение в основном направлении. Это – так называемое «попятное» движение планет. Оно было замечено давно и его объяснению были посвящены усилия многих древних астрономов. Надо сказать, что «античная» теория Птолемея описывает это явление уже с весьма высокой точностью.
Здесь мы все время говорили о годовом движении Солнца и планет среди звезд. Что касается суточного движения Солнца по небу – от восхода до заката и обратно, – то оно не смещает Солнце относительно звезд и вообще ничего не меняет на звездном небе. То есть – не меняет гороскопа. Поскольку причиной суточного движения является вращение Земли вокруг своей оси, которое не влияет на взаимную конфигурацию планет в солнечной системе. Поэтому при суточном движении ни Солнце, ни планеты не смещаются по сфере неподвижных звезд и вращаются с ней как единое целое.
5.4. Разбиение зодиакального пояса на созвездия
Итак, годовой путь Солнца, Луны и планет среди звезд проходит вдоль одной и той же окружности на небесной сфере, которая в астрономии называется эклиптикой. Звезды, расположенные вблизи эклиптики, образуют зодиакальные созвездия. Получается замкнутый пояс созвездий, охватывающий небесный свод и как бы нанизанный на эклиптику.
Если говорить точнее, то эклиптикой называется окружность пересечения плоскости вращения Земли вокруг Солнца с воображаемой сферой неподвижных звезд. За центр этой сферы можно принять центр Солнца, лежащий в плоскости эклиптики. рис.5.3 это точка O. Впрочем, как мы уже говорили, по отношению к далеким звездам движением Земли, а также расстоянием от Земли до Солнца, можно пренебречь и считать Землю неподвижным центром небесной сферы.
рис.5.3
Сегодня известно, что эклиптика поворачивается с течением веков, хотя и очень медленно. Поэтому вводится понятие мгновенной эклиптики для данного года или для данной эпохи. Мгновенное положение эклиптики для той или иной эпохи называется эклиптикой данной эпохи. Например, положение эклиптики на 1 января 2000 года называется «эклиптикой эпохи 2000 года» или, сокращенно, «эклиптикой J2000».
Буква «J» в обозначении эпохи J2000 напоминает о том, что в астрономии время обычно исчисляется в юлианских веках [97], [98]. Есть и другой способ астрономического исчисления времени, которым мы пользовались в наших вычислениях – в днях юлианского периода скалигера. Скалигер предложил пронумеровать дни подряд, начиная с 4713 года до н.э. Например, юлианский день 1 января 1400 года равен 2232407 [27], с.316.
Кроме эклиптики на небесной сфере на рис.5.3 изображена еще одна большая окружность – так называемый экватор. Экватор на небесной сфере – это окружность, по которой плоскость земного экватора пересекается с этой воображаемой сферой. Окружность экватора довольно быстро поворачивается со временем, постоянно меняя свое положение на небесной сфере.
Эклиптика и экватор пересекаются на небесной сфере под углом приблизительно 23 градуса 27 минут. Точки их пересечения обозначены через Q и R на рис.5.3. Солнце в своем годичном движении вдоль эклиптики два раза пересекает экватор в этих точках. Точка Q, через которую Солнце переходит в северную полусферу, называется точкой весеннего равноденствия. В это время день равен ночи. Противоположная ей точка на небесной сфере – это точка осеннего равноденствия. Она обозначена через R на рис.5.3. Через точку осеннего равноденствия Солнце переходит в южную полусферу. В этот момент день также сравнивается с ночью.
Точки зимнего и летнего солнцестояний на небесной сфере тоже расположены на эклиптике. Четыре точки равноденствий и солнцестояний делят эклиптику на 4 равные части, рис.5.3.
С течением времени все четыре точки равноденствий и солнцестояний медленно движутся вдоль эклиптики в направлении уменьшения эклиптикальных долгот. Это движение называется в астрономии прецессией долгот или просто прецессией [97]. Скорость прецессии составляет примерно 1 градус за 72 года. Это смещение точек равноденствий и солнцестояний приводит к так называемому «предварению равноденствий» в юлианском календаре.
В самом деле, поскольку юлианский год очень близок к звездному году – то есть к периоду обращения Земли вокруг Солнца, – то смещение точки весеннего равноденствия по эклиптике влечет за собой смещение дня весеннего равноденствия в юлианском календаре (то есть – по «старому стилю»). А именно, день весеннего равноденствия по «старому стилю» постепенно передвигается на все более ранние числа марта – со скоростью приблизительно 1 сутки за 128 лет. См. рис.3.14 выше.
Для определения положений небесных светил необходимы координаты на небесной сфере. В астрономии существует несколько таких систем координат. Нам понадобятся эклиптикальные координаты, задаваемые следующим образом, рис.5.3.
Рассмотрим небесный меридиан, проходящий через полюс эклиптики P и через данную точку A на небесной сфере, координаты которой надо определить. Он пересечет плоскость эклиптики в некоторой точке D, рис.5.3. Тогда дуга QD на рис.5.3 будет изображать эклиптикальную долготу точки А, а дуга AD – ее эклиптикальную широту. Напомним, что Q – это точка весеннего равноденствия.
Таким образом, эклиптикальные долготы на небесной сфере отсчитываются от точки весеннего равноденствия той эпохи, эклиптику которой мы выбрали в данном случае. Другими словами, система эклиптикальных координат на небесной сфере «привязана» к некоторой фиксированной эпохе. Однако, один раз зафиксировав эклиптику и выбрав систему координат на небесной сфере, можно с ее помощью задавать положения Солнца, Луны, планет и вообще – любых небесных тел, – в любой момент времени.
В своих расчетах для задания координат на небесной сфере мы пользовались эклиптикой J2000 эпохи 1 января 2000 года.
В качестве приблизительной основы для разграничения зодиакальных созвездий по эклиптикальной долготе J2000 мы взяли разбиение эклиптики J1900 (1 января 1900 года), предложенное Т.Н.Фоменко [1], с.782. Это разбиение выполнено по очертаниям созвездий на карте звездного неба [51]. В пересчете на координаты эпохи J2000 (1 января 2000 года) это разбиение выглядит следующим образом:
Надо сказать, что границы созвездий на звездном небе определены не совсем четко. Поэтому любое разбиение эклиптики по зодиакальным созвездиям в какой-то мере приблизительно и грешит условностью. Различные авторы приводят несколько разнящиеся разбиения. Например, разбиение эклиптики на зодиакальные созвездия, предложенное в [27], с.26, которое мы привели выше на рис.3.14, слегка отличается от приведенного выше. Однако несложный расчет показывает, что различия не превышают 5 градусов дуги или, что равносильно – величины смещения Солнца за 5 дней. При сравнении надо иметь в виду, что на рис.3.14 эклиптика размечена положениями Солнца по дням года, а не в градусах.
