Ежегодно 22 или 23 сентября наступает осеннее равноденствие, одно из самых известных астрономических событий. День в это время в точности равен ночи — в любой точке Земли. Происходит это потому, что Солнце в день равноденствия находится на небесном экваторе, равномерно освещая оба полушария нашей планеты. Сейчас наше дневное светило движется по небесной сфере с севера на юг и после осеннего равноденствия на протяжении полугода будет пребывать в южной небесной полусфере. Как результат южное полушарие Земли будет освещаться больше, чем северное, дни в южном полушарии будут длиннее ночей, а у нас наступят «темные времена».

То, что Солнце в течение года движется волнообразно, меняя полуденную высоту (поднимаясь и опускаясь в небе), был известен уже на заре цивилизации. Когда звезда находится севернее небесного экватора, то в северном полушарии лето: день длиннее ночи, а Солнце в полдень поднимается почти в зенит. Когда же Солнце находится южнее небесного экватора, то дни коротки, а светило находится низко над горизонтом.

Но что это за небесный экватор? Как его найти на небе? Почему мы видим Солнце и зимой, хотя оно светит, как нам говорят, «над южным полушарием Земли?»

При прочтении статей о различных астрономических событиях подобные вопросы часто занимают людей, не знакомых со специальной терминологией. Интуитивно понятно, что небесный экватор это аналог земного экватора (линии, проходящей через центр нашей планеты и перпендикулярной оси ее вращения). Но зачем экватор на небе?

За тысячелетия наблюдений неба астрономы разработали особые системы небесных координат. Это было необходимо для сугубо практических целей — определения долготы и широты географических объектов, для составления календаря и точного отсчета времени. Сегодня без небесных координат очень трудно искать слабые небесные объекты — далекие галактики, квазары, звезды, не говоря уже о том, чтобы исследовать их движение в пространстве.

Хотя в зависимости от конкретных задач в астрономии используются разные системы координат, базовой является экваториальная, то есть такая система, точкой отсчета в которой является небесный экватор. Экваториальная система очень похожа на систему земных координат с ее экватором, полюсами, меридианами и параллелями. На небе тоже есть полюса, экватор, долго́ты (меридианы) и широты, только названия у них отличаются. Так, чтобы быть правильно понятым, к словам экватор и полюс неплохо бы добавлять слово «небесный»; долгота в системе астрономических координат называется прямым восхождением, а широта — склонением. Также, в отличие от географических координат, астрономическая долгота (прямое восхождение) отсчитывается не в градусах, а в часах и минутах. В остальном системы аналогичны.

Это вполне логично, ведь звездное небо представляется нам гигантской черной сферой (Не зря говорят «купол неба»!) Звезды и планеты настолько удалены от нас, что мы не можем уловить на глаз, какой небесный объект находится ближе к нам, а какой дальше — наше стереометрическое зрение попросту отказывает, когда мы наблюдаем небо! Из-за это светила кажутся расположенными на одном и том же — почти бесконечно далеком! — расстоянии от нас, то есть, говоря геометрически, на поверхности сферы.

Раз небо удобно представлять сферой, то и система координат на нем может быть аналогичной географической. Небесный экватор является проекцией земного экватора в небо. Он проходит через такие созвездия как Водолей, Дева, Орион, Орел и делит небесную сферу пополам, на северную и южную. Легче всего определить положение небесного экватора зимой, так как он делит фактически пополам самое яркое зимнее созвездие, Орион.

Пояс Ориона находится на небесном экваторе

Небесный экватор проходит рядом с Поясом Ориона, деля созвездие Ориона пополам. Рисунок: Stellarium

На экваторе Земли небесный экватор проходит прямо над головой — с востока на запад через зенит. Встав лицом на восток, наблюдатель увидит слева от себя созвездия северной полусферы, а справа — созвездия южной полусферы. На полюсах Земли небесный экватор проходит точно по горизонту, поэтому на северном полюсе Земли можно увидеть только созвездия северной небесной полусферы, а на южном полюсе — только южные созвездия.

экваториальная система координат

Сетка экваториальной системы координат, наложенная на небо. На территории России, которая географически расположена между северным полюсом Земли и экватором, небесный полюс наклонен тем больше, чем южнее находится наблюдатель. Северный небесный полюс — проекция оси вращения Земли на небесную сферу. Рядом с полюсом находится знаменитая Полярная звезда. Рисунок: Stellarium

Если с небесными параллелями все более или менее ясно (они отсчитываются от экватора к полюсам), то как быть с меридианами? От какой точки на небе отсчитывается долгота светила? В географии линия нулевого меридиана выбрана произвольно — это меридиан, проходящий через Гринвич, один из районов Лондона. В астрономии за нулевой меридиан принят меридиан, пересекающий экватор в точке весеннего равноденствия. Другими словами, Солнце в день весеннего равноденствия находится на небе в точке с координатами 0 часов прямого восхождения, 0° склонения. В сентябре, вновь пересекая небесный экватор, наше дневное светило находится в точке с координатами 12 часов прямого восхождения, 0° склонения, то есть на противоположной стороне неба.

солнце на небе в день осеннего равноденствия

22 сентября 2017 года Солнце окажется на небе в точке с координатами 12 часов прямого восхождения и 0 градусов склонения, точно на небесном экваторе в созвездии Девы. Рисунок: Stellarium

Конечно, движение Солнца на фоне созвездий кажущееся. На самом деле вокруг Солнца движется наша планета, и круг, который совершает на фоне зодиакальных созвездий наше дневное светило за год, отражает один виток Земли по орбите вокруг Солнца. Почему же тогда Солнце движется под наклоном к небесному экватору, забираясь то на север, то на юг? Почему оно не движется, например, вдоль экватора? Очевидно, потому, что ось вращения Земли наклонена к плоскости ее орбиты вокруг Солнца. Наша планета движется вокруг Солнца как бы на боку. Угол наклона экватора к плоскости орбиты составляет примерно 23°. Именно на такое расстояние удаляется Солнце от небесного экватора на юг и на север.

равноденствия и солнцестояния

Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты нашей планеты вокруг Солнца. Из-за этого половину года Солнце освещает в основном северное полушарие Земли, а другую половину года — южную. Это приводит к смене времен года на нашей планете. Рисунок: Большая Вселенная

В тех местах земного шара, которые удалены менее чем на 23° окружности от полюсов, существуют такие феномены, как полярная ночь и полярный день, время, когда Солнце либо не восходит в течение суток над горизонтом, либо не садится. Также в умеренных широтах (в частности, на всей территории России) хорошо заметно, что летом Солнце поднимается высоко в небо, а в декабре даже в полдень находится низко над горизонтом. Разница между максимальной и минимальной высотой Солнца составляет 46° для любого места на нашей планете.