thiên cầu & các hệ tọa độ trong thiên văn hàng hải

thiên cầu & các hệ tọa độ trong thiên văn hàng hải

chuyên đề thiên cầu & các hệ tọa độ trong thiên văn

hàng hải

 NHÓM 5

HÀNG HẢI THIÊN VĂN

-THIÊN

CẦU- I) Khái niệm:

 Trong thiên văn học và hàng hải, thiên cầu là

một hình cầu tự quay tưởng tượng với “bán kính khổng lồ", đồng tâm với Trái Đất Tất cả các

thiên thể trên bầu trời có thể được coi là nằm

trên hình cầu này Hình chiếu của xích đạo và cực địa lý lên thiên cầu là thiên xích đạo (xích đạo trời) và các thiên cực

Thiên Cầu là một hình cầu tưởng tưởng mà

tâm trùng với tâm Trái Đất (một số tài liệu ghi tâm là nơi ta đứng quan sát), có bán

kính vô cùng lớn Các thiên thể ở rất xa ta coi như chúng nằm trên mặt của Thiên Cầu

Thiên cầu và các cực vũ trụ

Quỹ đạo vị trí Thiên cực Bắc trên theo thời gian

II) Các đường, điểm và vòng tròn chính trên thiên cầu:

 Chúng ta hãy xem xét Thiên cầu (Celestial Sphere) với tâm là vị trí người quan sát trên bề mặt Trái Đất, vĩ độ của người quan sát

là φ

 Thiên trục,thiên cực Bắc,thiên cực Nam

 Thiên xích đạo (Celestial Equator)

 Vòng thẳng đứng

 Đường dây dọi(đường thẳng đướng),Thiên đỉnh,Thiên đế

 Thiên kinh tuyến (Celestial Meridian),Thiên kinh tuyến

thượng(kinh tuyến ngày),Thiên kinh tuyến hạ(kinh tuyến đêm)

 Mặt phẳng chân trời thật

Chúng ta có mối liên hệ quan trọng như sau: góc NOPn = φ.

Người ta sử dụng biểu diễn Thiên cầu như vậy

dể nguyên cứu sự chuyển động của các thiên thể và giải một số bài toán có liên quan đến thiên văn

HỆ TỌA ĐỘ TRONG THIÊN VĂN

 Trong Thiên văn hàng hải,có 3 hệ tọa đô được sử

dụng,dó là:

*Hệ tọa độ chân trời

*Hệ tọa độ xích đạo loại 1

*Hệ tọa độ xích đạo loại 2

Trong đó 2 loai đâu được sử dụng nhiều hơn cả

Hệ toạ độ chân trời

A: PHƯƠNG VỊ (A)

Phương vị A của thiên thể là góc cầu ở thiên đỉnh, các cạnh là kinh tuyến người quan sát và vòng tròn thẳng

đứng của thiên thể Phương vị còn được đo bằng một

cung tương ứng trên vòng chân trời thật bắt đầu từ kinh tuyến người quan sát và kết thúc từ vòng tròn thẳng đứng

đi qua thiên thể

• Phương vị nguyên vòng A: Được đo bằng cung trên

vòng chân trời thật từ điểm N về phía E đến vòng thẳng đứng chứa thiên thể Độ lớn từ 0°- 360°

• Phương vị bán vòng (A ½): Được đo từ kinh tuyến

người quan sát từ điểm N hay S dọc theo cung chân

trời thật về phía E hay W đến vòng thẳng đứng của

thiên thể Độ lớn của phương vị bán vòng biến thiên từ 0°- 180° và được viết như sau, ví dụ: A ½ =N 105°E

hay A ½ =105° NE

• Phương vị ¼ (A ¼): được đo bằng cung trên đường

chân trời thật từ các điểm N hay S về phía E hay W đến vòng tròng thẳng đứng chứa thiên thể, có trị số từ 0°- 90° Cách biểu diễn cũng giống như trong phương vị 1/2 , ví dụ như: A = SE 75°

Trong một số trường hợp, độ cao h này được thay thế bằng một giá trị tương ứng là zenith distance, là khoảng cách góc giữa thiên đỉnh và thiên thể cần

xác định Như vậy thì giá trị của chỉ số này sẽ là 0 nếu thiên thể nằm trên thiên đỉnh, là 90độ nếu thiên thể nằm trùng với chân trời và là 180 độ khi thiển thể nằm tại thiên đế.

HỆ TỌA ĐỘ XÍCH ĐẠO LoẠI 1

A:GÓC Gi  C A THIÊN TH  (t) Ờ Ủ Ể

 Là cung c a xích đ o tính t  kinh tuy n th ng  ủ ạ ừ ế ượ

ng i quan sát v  phía W đ n kinh tuy n c a  ườ ề ế ế ủ

thiên th  có giá tr  t  0­360 đ  và đ c g i là góc  ể ị ừ ộ ượ ọ

gi  Tây(ho c g i là gi  qui  c) ờ ặ ọ ờ ướ

 Góc gi  th c d ng: ờ ự ụ đ c tính t  kinh tuy n  ượ ừ ế

th ng v  phía Đông ho c Tây đ n kinh tuy n  ượ ề ặ ế ế qua thiên th ,có giá tr  t  0­180 đ Góc gi  th c  ể ị ừ ộ ờ ự

d ng th ngđ c dùng đ  gi i các bài toán thiên  ụ ườ ượ ể ả văn

B:XÍCH VĨ C A THIÊN TH   Ủ Ể

 Là góc   tâm Thiên c u,k p gi a m t ph ng  ở ầ ẹ ữ ặ ẳ

thiên xích đ o và h ng t i thiên th Xích vĩ  ạ ướ ớ ể

cũng đ c đo b ng cung t ng  ng trên kinh  ượ ằ ươ ứ

tuy n c a thiên th  t  xích đ o đ n v  trí c a  ế ủ ể ừ ạ ế ị ủ

tính từ S’ theo chiều

Nhật động (tức hướng

sang Tây).

tS = X’S’

Xích vĩ hay xích vĩ độ (ký hiệu δ),

Xích vĩ là một thuật ngữ thiên văn học chỉ một trong hai tọa độ của một điểm trên thiên cầu khi sử dụng hệ tọa độ xích đạo Tọa độ còn lại gọi là xích khinh hoặc góc giờ

Xích vĩ của một thiên thể là khoảng cách góc từ mặt phẳng xích đạo đến thiên thể đó Xích vĩ tương tự như vĩ độ,

chiếu lên thiên cầu, đo theo góc về phía Bắc, tính từ xích đạo Cụ thể, xích vĩ của một thiên thể bằng góc giữa

phương nối thiên thể và tâm Trái Đất với mặt phẳng xích đạo Góc này được quy ước là dương khi thiên thể nằm ở phía Bắc mặt phẳng xích đạo và âm khi nằm ở phía Năm

Các điểm ở bán cầu Bắc có xích vĩ dương lên đến +90°, và các điểm ở bán cầu Nam có xích vĩ âm

xuống đến −90°

•Vật thể nằm trên thiên xích đạo có xích vĩ = 0°

•Vật thể nằm trên cực bắc, cụ thể là sao Bắc Cực có xích vĩ = +90°

•Vật thể nằm trên cực nam có xích vĩ = −90°

•Vật thể nằm ở thiên đỉnh, có xích vĩ bằng vĩ độ của người quan sát

HỆ TỌA ĐỘ XÍCH ĐẠO LOẠI 2

 -Đường cơ bản : Xích

đạo trời

-Điểm cơ bản : Điểm

xuân phân γ (là 1 trong 2 giao điểm của

- Tọa độ : Xích vĩ δ và xích kinh α

Xích vĩ: như vừa nêu ở trên

-Xích kinh α của thiên thể S là góc giữa vòng giờ qua điểm Xuân phân γ và vòng giờ qua S tính từ điểm γ theo chiều ngược với chiều nhật động

αS = γS’

Xích kinh là một thuật ngữ thiên văn học chỉ một trong hai tọa

độ của một điểm trên thiên cầu khi sử dụng hệ tọa độ xích đạo Tọa độ còn lại gọi là xích vĩ

X ích kinh

Xích kinh tương tự như kinh độ, đo từ một phương xác định gọi là phương xuân phân về phía đông Cụ thể, xích kinh của một thiên thể bằng góc giữa phương nối thiên thể và tâm Trái Đất với mặt phẳng chứa thiên cực và phương xuân phân Góc này được quy ước là

dương khi thiên thể nằm ở phía đông của phương xuân phân, và âm khi thiên thể nằm ở phía tây.

Xích kinh khác kinh độ ở chỗ nó đo bằng:

•giờ xích kinh = 15 độ dây cung

•phút xích kinh = 15 phút dây cung

•giây xích kinh = 15 giây dây cung

Các đơn vị này vừa là đơn vị đo góc, vừa là đơn vị đo thời gian gắn với thời gian (theo) sao Trong công tác hoa tiêu, người ta còn dùng góc giờ (theo) sao Góc giờ (theo) sao được đo theo chiều về phía tây, trong khi xích kinh đo theo chiều về phía đông.

Xích kinh được dùng để xác định vị trí các sao và xác định khoảng thời gian cần cho một ngôi sao di chuyển đến một vị trí nào đó trên bầu trời, trong khi Trái Đất quay Ví dụ, một ngôi sao có xích kinh 01:30:00 đang ở kinh tuyến của bạn, thì một ngôi sao có xích kinh

20:00:00 sẽ đến kinh tuyến này vào 18,5 giờ theo thời gian sao sau đó

Một số khái niệm cần chú ý:

 1.Nhật động.

Do sự tự quay của Trái Đất, ta thấy các thiên thể mọc ở phía Đông, lặn ở phía Tây Quá trình này tuần hoàn theo thời gian từ ngày này qua ngày khác Vì các thiên thể ở rất xa nên chúng ta thường coi chúng bị gắn chặt vào thiên cầu, vì vậy chúng ta tưởng tượng rằng thiên cầu đang quay Sự quay của Thiên cầu trong một ngày đêm

gọi là Nhật động.

2 Cực Vũ Trụ : Thiên Cầu quay quanh một trục gọi

là trục cực Trục cực cắt Thiên cầu tại 2 điểm gọi là 2 cực Vũ Trụ : Cực Vũ trụ Bắc và Cực Vũ trụ Nam

(Thiên cực Bắc và Thiên cực Nam) Hiện nay Thiên cực Bắc gần với sao Bắc Cực Do hiện tượng Tiến

động và Chương động của Trái Đất mà sao α trong chòm Tiểu Hùng chỉ cách Thiên cực Bắc khoảng 1o Nhưng trong tương lai, Thiên cực sẽ di chuyển là

nằm gần một ngôi sao khác và ngôi sao đó sẽ trở

thành Sao Bắc Cực mới

Đường chân trời: Mặt phẳng ngang hay mặt phẳng chân trời, cắt

thiên cầu theo một vòng tròn lớn gọi là đường chân trời.

-Thiên đỉnh, Thiên để: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng

chân trời và cắt mặt phẳng chân trời tại vị trí người quan sát, đường thẳng này cũng cắt thiên cầu tại một điểm gọi là Thiên đỉnh Điểm đối tâm với Thiên đỉnh gọi là Thiên để.

-Xích đạo trời: Mặt phẳng chứa xích đạo Trái Đất, kéo dài và cắt

thiên cầu theo một vòng tròn lớn gọi là xích đạo trời.

-Kinh tuyến trời, Vĩ tuyến nhật động:

+ Vòng tròn đi qua Thiên cực Bắc, Thiên cực Nam và thiên đỉnh gọi là kinh tuyến trời.

+ Do Nhật động, các ngôi sao trên Thiên Những vòng tròn này gọi

là vĩ tuyến nhật động Vĩ tuyến nhật động càng gần thiên cực thì chu vi càng nhỏ.

cầu sẽ vẽ lên những vòng tròn song song với nhau

Tài liệu tham khảo:

- Giáo trình Đại Cương Hành Hải (Đh GTVT TP HCM)

- Làm quen với bầu trời - Phan Văn Đồng

- Bản dịch Atlas d'Astronomie - Đặng Vũ Tuấn Sơn

- Giáo trình Thiên Văn Học Đại Cương - Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Noãn

CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI !