Χαρτογραφώντας τον ουρανό
Είχαμε δει στην “Γέννηση της Αστρονομίας” ότι η λεπτομερής παρατήρηση του ουρανού έθεσε τις βάσεις για ερωτήματα σχετικά με την κίνηση των ουρανίων σωμάτων.
Σε αυτό το άρθρο θα εστιάσουμε περισσότερο σε δύο τρόπους για να τον προσδιορισμό της θέσης ενός αστέρα στον ουρανό. Ειδικότερα θα δούμε ποιες είναι οι θέσεις του Ήλιου κατά την διάρκεια ενός έτους, αναφέροντας την εκλειπτική και τον ζωδιακό κύκλο.
Ας δούμε πρώτα τι είναι οι οριζόντιες συντεταγμένες ενός αστέρα. Λέγονται “οριζόντιες” γιατί σχετίζονται με τον ορίζοντα ενός παρατηρητή, τον νοητό κύκλο δηλαδή με κέντρο τον παρατηρητή που εκτείνεται μέχρι τα σημεία που ο ουρανός ενώνεται με την Γη. Στην επόμενη διαδραστική εφαρμογή φαίνονται τα 4 σημεία του ορίζοντα και το αζιμούθιο και το ύψος αστέρα.
Δείτε και μια προσομοίωση από το έδαφος:
Το ζενίθ είναι το σημείο του ουράνιου θόλου με το μεγαλύτερο ύψος (ακριβώς πάνω από το κεφάλι του), ενώ ναδίρ είναι το αντιδιαμετρικό του (σε θόλο κάτω από τα πόδια μας, που φυσικά είναι αόρατος – μάλλον δεν υφίσταται).
Το φυσικό ερώτημα είναι: όλοι οι παρατηρητές βλέπουν τον ίδιο ορίζοντα και τον ίδιο ουράνιο θόλο; Η απάντηση είναι αρνητική: Ακόμα κι αν είχαμε δύο παρατηρητές να στέκονται στο ίδιο σημείο, π.χ. έναν μπαμπά και ένα παιδί, ο ορίζοντας του μπαμπά έχει μεγαλύτερη ακτίνα απ’ ότι ο ορίζοντας του παιδιού. Επιπλέον, ο ουράνιος θόλος διαφέρει από τόπο σε τόπο (ποια αστέρια περιλαμβάνει και σε ποιες θέσεις), θα δούμε παρακάτω γιατί.
Οι οριζόντιες συντεταγμένες είναι επομένως υποκειμενικές. Υπάρχει λοιπόν κάποιο αντικειμενικό σύστημα παρατήρησης του ουρανού;
Ναι, υπάρχει, είναι οι ουρανογραφικές συντεταγμένες. Θεωρούμε αυθαίρετα ότι ο ουρανός που περιβάλλει τη Γη έχει τη μορφή μιας σφαίρας ακαθόριστης ακτίνας. Αυτή η σφαίρα διαθέτει ισημερινό, την προβολή του γήινου ισημερινού και πόλους, βόρειο και νότιο, τις προβολές των γήινων πόλων. Έτσι, μας είναι ευκολότερο να λέμε ότι η ουράνια σφαίρα περιστρέφεται, μαζί με τα αγκιστρωμένα αστέρια της, παρά να λέμε ότι η Γη περιστρέφεται. Δείτε στην επόμενη εφαρμογή πώς ορίζεται η “ορθή αναφορά” αστέρα (Right Ascension) και πώς η “απόκλισή” του (declination).
Με τις επόμενες δύο εφαρμογές μπορείτε να συγκρίνετε τα δύο συστήματα. Επίσης, πειραματιστείτε με τις τροχιές των αστεριών για να δείτε ότι και αυτά ανατέλλουν σε ένα εικοσιτετράωρο, ακριβώς όπως ο Ήλιος. Έτσι έχουμε τις εξής κατηγορίες αστεριών:
- Τους αειφανείς αστέρες (είναι πάντα ορατοί κατά τη νύχτα)
- Τους αφανείς αστέρες (είναι αόρατοι στο συγκεκριμένο γεωγραφικό πλάτος) και
- Τους αμφιφανείς που φαίνεται μονάχα ένα μέρος από την κυκλική τροχιά τους.
Σε προηγούμενο μάθημα είχαμε αναφέρει ότι οι αρχαίοι πρόγονοί μας είχαν ξεχωρίσει κάποια ουράνια σώματα ως πλανήτες, μεταξύ αυτών και ο Ήλιος. Ο λόγος ήταν γιατί αυτά φαίνονταν να αλλάζουν θέσει σε σχέση με τα υπόλοιπα αστέρια που περιστρέφονται σαν μια ενιαία σφαίρα.
Έτσι βλέπουμε τον Ήλιο να διαγράφει μια ξεχωριστή πορεία κατά τη διάρκεια ενός έτους. Ο νοητός αυτός κύκλος ονομάζεται “εκλειπτική”. Σ’ αυτόν τον κύκλο κινούνται και οι υπόλοιποι πλανήτες, όπως φαίνεται και με την ακόλουθη εφαρμογή.
Καθώς ο ήλιος δύει, μπορούμε να παρατηρήσουμε ποιοι αστερισμοί παρουσιάζονται σε εκείνη την θέση. Οι αστερισμοί αυτοί αλλάζουν από μήνα σε μήνα και αποτελούν τον ζωδιακό κύκλο. Ακολουθούν δύο σχετικές προσομοιώσεις:
Κλείνοντας, αξίζει να αναφερθούμε στο ηλιακό ανάλλημα. Φανταστείτε ότι φωτογραφίζουμε τον Ήλιο την ίδια ώρα κάθε μέρα (ή τουλάχιστον μια φορά την εβδομάδα). Στο τέλος του χρόνου, συνδυάζοντας τις 52 φωτογραφίες που θα έχουμε τραβήξει θα προκύψει κάτι πολύ εντυπωσιακό: ένας τόπος με πολλούς Ήλιους να σχηματίζουν ένα οχτάρι! Το οχτάρι αυτό καλείται “ηλιακό ανάλλημα”. Δείτε μερικές τέτοιες φωτογραφίες:
Η επόμενη εφαρμογή μπορεί να σας βοηθήσει να δείτε τον σχηματισμό του ηλιακού αναλήμματος κατά την ετήσια κίνηση του Ήλιου:
Η τόσο ακριβής γνώση των κινήσεων του Ήλιου δεν αξιοποιείται μονάχα για τον προσδιορισμό των εποχών και των μηνών, αλλά και στην μέτρηση του αληθούς χρόνου. Αληθή ονομάζουμε τον χρόνο σε έναν τόπο όπου η μεσουράνηση του Ήλιου ταυτίζεται με το μεσημέρι, δηλαδή την ώρα 12:00. Τότε ελαχιστοποιείται η σκιά ενός ραβδιού κάθετου στο έδαφος (που ονομάζουμε γνώμονα), όπως βλέπετε και με την επόμενη εφαρμογή:
Ο αληθής χρόνος δεν χρησιμοποιείται στα συμβατικά ρολόγια, καθώς εκεί αποδεχόμαστε τις ζώνες ώρας. Όμως είναι αυτός που μετράνε τα ηλιακά ρολόγια. Η ιδέα βασίζεται στην κίνηση της σκιάς του γνώμονα από ώρα σε ώρα, όπως παρατηρήσατε στην προηγούμενη εφαρμογή. Μάθετε περισσότερα για τα ηλιακά ρολόγια σε αυτόν τον ιστότοπο.
Δείτε και τη μέτρηση της ώρας από ένα αναλημματικό ρολόι:
Ιστοσελίδες
- Stanford SOLAR Center – Viewing and Understanding the Analemma
- Ηλιακό ρολόι
- Εργαστήριο Μαθηματικών: Γραμμή μάθησης για το ηλιακό ρολόι
- Εργαστήριο Μαθηματικών: Μαθητές κατασκευάζουν ηλιακό ρολόι στο Ηράκλειο
Προσομοιώσεις
- Ύψος και αζιμούθιο αστέρα
- Azimuth/Altitude Demonstrator
- Οριζόντιες συντεταγμένες αστέρα
- Celestrial Equatorial (RA/Dec) Demonstrator
- Η ουράνια σφαίρα
- Rotating Sky Explorer
- Celestial and Horizon Systems Comparison
- Η ουράνια σφαίρα
- Ο ζωδιακός κύκλος
- Ο ζωδιακός κύκλος (2η εφαρμογή)
- Sun Motions Demonstrator
- Daytime Shadows | National Schools’ Observatory