Rektascensja i Deklinacja – współrzędne niebieskie dla początkujących

Początkujący w astronomii (szczególnie po zakupie pierwszego montażu paralaktycznego) mogą się nieco zniechęcić, gdy po raz pierwszy spotkają się z terminami deklinacji i rektascensji, używanymi przez astronomów do definiowania współrzędnych na niebie.

Dlaczego pozycje gwiazd odległych o lata świetlne w głębi kosmosu są określone w układzie porównywalnym z szerokością i długością geograficzną na Ziemi? Co to są współrzędne niebieskie i czy koniecznie trzeba je znać, aby z sukcesami obserwować niebo?

Skąd to wszystko?

“Niebiański” układ współrzędnych, który skutecznie służy współczesnej astronomii, jest mocno osadzony w błędnym światopoglądzie starożytnych obserwatorów nieba. Wierzyli oni, że Ziemia jest nieruchoma i znajduje się w centrum stworzenia. Myśleli, że niebo jest dokładnie takie, jak wygląda na pierwszy rzut oka: wydrążona półkula wyginająca się nad Ziemią niczym kopuła. Gwiazdy? „To świetliki”, jak wyjaśnia Timon w Królu Lwie, „przyklejone do tego wielkiego, niebiesko-czarnego czegoś tam na górze”.

Kopuła nieba ze swoimi gwieździstymi zdobieniami musi być kompletną sferą niebieską, jak zauważyli starożytni, ponieważ nigdy nie widzimy dolnej krawędzi, gdy kopuła przechyla się i obraca wokół Ziemi raz dziennie. Część sfery niebieskiej zawsze znajduje się za zachodnim horyzontem, podczas gdy część zawsze wznosi się na wschodzie. W dowolnym momencie połowa sfery niebieskiej znajduje się powyżej horyzontu, połowa poniżej.

Nawet dzisiaj tak pojmowana kosmiczna konfiguracja całkiem dobrze się sprawdza. Co prawda wiemy już, że znajdujemy się na drobince pyłu krążącej wokół niewielkiej gwiazdy na skraju przeciętnej galaktyki. W astronomii pozory i rzeczywistość są bardziej różne niż w jakiejkolwiek innej dziedzinie ludzkiego doświadczenia. Być może z tego powodu astronomowie czują się dobrze, żyjąc z oboma – pod warunkiem, że pozostają one we właściwym związku. Sfera niebieska, ze swoim nieskończenie dużym promieniem, wydaje się codziennie obracać wokół naszej nieruchomej Ziemi, z której za pomocą teleskopów badamy cuda namalowane na jej wewnętrznej powierzchni. W orientacji na niej korzystamy albo z innego wytworu ludzkiego umysłu nie mającego nic wspólnego z rzeczywistością – gwiazdozbiorami, albo właśnie ze współrzednych astronomicznych.

Z ziemi na niebo

Ilekroć chcesz określić punkt na powierzchni kuli, prawdopodobnie użyjesz czegoś, co w geometrii nazywamy współrzędnymi sferycznymi. W przypadku Ziemi jest to znana powszechnie szerokość i długość geograficzna. Jeśli wyobrazimy sobie linie szerokości i długości geograficznej “wylatujące” z Ziemi na zewnątrz i odbijające się na wewnętrznej stronie sfery nieba, staną się odpowiednio deklinacją i rektascensją. Bezpośrednio nad równikiem Ziemi, (0° szerokości geograficznej), znajduje się równik niebieski (0°deklinacji). Jeśli stoisz na równiku Ziemi, równik niebieski przechodzi w zenicie nad głową. Jeśli pojawisz się na biegunie północnym (90° szerokości geograficznej północnej), nad głową będziesz mieć północny biegun niebieski (deklinacja +90°), czyli w pewnym przybliżeniu Gwiazdę Polarną.

Na każdej innej szerokości geograficznej – powiedzmy dla Krakowa (około 50°N), odpowiednia linia deklinacji przecina zenit: w tym przypadku deklinacja +50°. Tutaj trzeba zwrócić uwagę, że zwyczajowo deklinacje na północ i południe od równika nazywane są “+” i “-” zamiast N i S.) Jest to przybliżona deklinacja jasnej gwiazdy Mirfak (alfa Persei) i dlatego raz na dobę (nie zawsze w nocy), z perspektywy mieszkańców Krakowa, Mirfak znajduje się w zenicie. Zarówno linie rektascensji, jak i deklinacji pozostają stałe (chociaż nie do końca, ale o tym później) względem gwiazd. Dlatego można je trwale nanosić na mapach nieba. Oznacza to, że początkowe wyobrażenie powiązania rektascensji z długością geograficzną zostaje zerwane w chwili, gdy uświadomisz sobie, że oba systemy obracają się względem siebie).

Godziny i stopnie

Zarówno linie rektascensji, jak i deklinacji pozostają stałe (chociaż nie do końca, ale o tym później) względem gwiazd. Dlatego można je trwale nanosić na mapach nieba. Oznacza to, że początkowe wyobrażenie powiązania rektascensji z długością geograficzną zostaje zerwane w chwili, gdy uświadomisz sobie, że oba systemy obracają się względem siebie). Gwiazda Mirfak nie świeci dokładanie nad Krakowem przez cały czas, tylko przez moment. Oczywiście gwiazda się nie rusza; to Ziemia się kręci. Sfera niebieska wydaje się obracać (nadal mówimy o nieprawdziwych, ale użytecznych pozorach) wokół naszego nieruchomego świata raz na około 24 godziny. Ten codzienny ruch jest podstawą systemu liczbowego używanego w rektascensji. Zamiast liczyć w stopniach, jak w przypadku długości geograficznej wokół Ziemi, rektascensja jest zwykle liczona w godzinach, od 0 do 24. To po prostu inny sposób umieszczania znaków podziału na okręgu. Jedna godzina w tym schemacie to 1/24 koła lub 15°. Zaletą tego systemu numeracji jest to, że gdy Ziemia się obraca, niebo obraca się o około 1 godzinę rektascensji w każdej godzinie. Ułatwia to ustalenie, kiedy obiekty niebieskie będą pojawiać się i znikać z pola widzenia. Niebo staje się gigantycznym 24-godzinnym zegarem.

Minuty i sekundy kątowe

Od czasów starożytnej Babilonii ludzie dzielą stopnie i godziny na dokładniejsze jednostki za pomocą arytmetyki o podstawie 60. Na 1 stopień przypada 60 minut łuku (zapisywane jako 60′). Jedna minuta łuku zawiera 60 sekund (zapisanych jako 60″). Dobry teleskop przy dobrych warunkach na niebie może rozróżnić szczegóły poniżej 1″ na powierzchni sfery niebieskiej. Mimo że deklinację podaje się w stopniach, drobne jej gradacje są zwykle również wyrażane w babilońskim systemie minut i sekund kątowych. Na przykład dokładna deklinacja Vegi (współrzędne 2000,0) wynosi + 38°47’01”. Godziny rektascensji są naturalnie podzielone na minuty i sekundy, jednak już nie kątowe, przez co nieco inaczej zapisywane. W ciągu jednej godziny mamy naturalnie 60 minut (zapisane 60m), a w ciągu jednej minuty rektascensji jest 60 sekund (zapisane 60s). Rektascensja Vegi to 18h 36m 56,3s.

Zwróć uwagę na różne zapisy dla różnych rodzajów minut i sekund jeśli zajdzie potrzeba przeliczania jednostek. To naprawdę ważne i nieco wymyka się zdrowemu rozsądkowi. 1 godzina rektascensji zawiera 15°, zatem 1 minuta zawiera 15′, a 1 sekunda zawiera 15″.

Punkty początkowe

Każdy sferyczny układ współrzędnych ma naturalną wartość zerową dla jego współrzędnej „szerokości geograficznej”, niezależnie od tego, czy nazywa się to szerokością geograficzną, deklinacją, czy czymś innym. Ten znacznik zerowy to równik. Żadna inna linia szerokości geograficznej nie jest podobna. Jednak nie ma takiego naturalnego punktu zerowego do liczenia długości geograficznej – lub w przypadku nieba, rektascensji. Wszystkie linie długości geograficznej lub rektascensji są jednakowe. Zatem punkt zerowy musi być wybrany arbitralnie.

Na Ziemi 0° długości geograficznej od dawna definiuje się jako linię wygrawerowaną na mosiężnej płycie umieszczonej pod teleskopem do pomiaru położenia w Old Royal Observatory w Greenwich w Anglii. Na niebie 0h („zero godzin”) rektascensji jest definiowane jako miejsce, w którym płaszczyzna orbity Ziemi wokół Słońca (ekliptyki) przecina równik niebieski. Ten punkt obecniej znajdziemy w gwiazdozbiorze Ryb, jednak ze względów historycznych nazywany jest punktem Barana.

Problemy z precesją

Punkt Barana rzeczywiście znajdował się w Baranie, kiedy został tak nazwany około 2000 lat temu. Wkradł się do sąsiedniej konstelacji Ryb z powodu precesji, powolnej zmiany orientacji osi Ziemi względem reszty wszechświata. Ruch, który często porównywany jest z obracającym się bączkiem, wykonywany jest powoli przez Ziemię z powodu oddziaływania grawitacyjnego ze strony Księżyca i Słońca. Oś obrotu Ziemi nie jest prostopadła do jej płaszczyzny obiegu wokół Słońca (ekliptyki), ale pochylona pod kątem ok. 66,5°. Jednocześnie Ziemia nie jest kulą, jest spłaszczona na biegunach, a lekko wybrzuszona na równiku.

 

Z powodu precesji widzimy, że północny biegun niebieski, który obecnie znajduje się w pobliżu Gwiazdy Polarnej, zakreśla okrąg wokół północnego bieguna ekliptyki co 26.000 lat. Południowy biegun niebieski podobnie krąży po dalekim południowym niebie. Ruchome bieguny niebieskie ciągną za sobą cały układ współrzędnych astronomicznych – całą siatkę deklinacji i rektascensji.

Precesja nie przesuwa osi Ziemi w stosunku do powierzchni Ziemi. Ziemski biegun północny nie przenosi się w nowe miejsce (przynajmniej niewiele w skali czasu, o której mówimy). Zauważalne zmiany to te, które wynikają z siatki współrzędnych niebieskich poruszających się na tle gwiazd. Na przykład za 10.000 lat Vega będzie gwiazdą znajdującą się w pobliżu północnego bieguna niebieskiego, a Orion będzie konstelacją nieba, a nie zimowego (dla mieszkańców półkuli północnej). Z tego powodu, rektascensja i deklinacja danego punktu na niebie (np. danej gwiazdy) ciągle się zmieniają. Aby ustalić precyzyjną pozycję gwiazdy, trzeba określić datę, dla której obowiązuje rektascensja i deklinacja. Obecny standard to J2000.0”,oznaczający 1 stycznia 2000 roku, godzinę 12:00 czasu ziemskiego (TT). Przedrostek “J” wskazuje, że mamy do czynienia z epoką juliańską. Wcześniej używaną epoką była B1950.0, dla której przedrostek “B” wskazuje epokę besseliańską. Następna duża aktualizacja nastąpi w 2050 roku.

Miłośnicy astronomii najczęściej kompletnie nie muszą martwić się precesją. W latach 1950-2000 siatka współrzędnych przesunęła się wzdłuż ekliptyki zaledwie o 0,7°, co jest wartością porównywalną do 1,5 średnicy Księżyca w pełni. Co więcej, ta wartość dotyczy tylko samej ekliptyki. Całkowite przesunięcie jest mniejsze w innych rejonwach nieba, zmniejszając się do zera na biegunach ekliptyki.

A komu to potrzebne? A dlaczego?

Na koniec warto zadać sobie pytanie: Czy znajomość astronomicznego układu współrzędnych jest do realizacji tej pasji koniecznie potrzebna? Odpowiedziałbym: to zależy ale raczej nie. W zdecydowanej większości przypadków wiedza ta nie okaże się niezbędna. Poruszanie się po niebie za pomocą poznanych układów gwiazd, będących punktem odniesienia przy użyciu mapy, oprogramowania czy własnej wiedzy najczęściej jest absolutnie wystarczające, znacznie bardziej intuicyjne i posiada dodatkowo element pewnego romantyzmu.

Czy to znaczy, że nie warto tej wiedzy przyswoić? Absolutnie warto. Jeśli nie z powodu tych niewielu przypadków, gdy położenie obiektu (np nowej komety) podane będzie za pomocą współrzędnych astronomicznych, czy obserwacji w dzień (dzienne koniunkcje, dzienne obserwacje planet czy najjaśniejszych gwiazd) kiedy to oprócz Słońca (od którego trzeba trzymać się z dala!) i czasem Księżyca nie ma żadnego punktu odniesienia, to chociażby dla lepszego zrozumienia mechaniki nieba i tym samym uzyskania lepszego wyobrażenia, jak to wszystko “działa”. Dotyczy to szczególnie posiadaczy montaży paralaktycznych (czyli sporej części miłośników astronomii), którzy na co dzień mają do czynienia z takimi pojęciami w czasie ustawiania swoich zestawów.


https://skyandtelescope.org/astronomy-resources/

Może Ci się również spodoba

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.