Mapa astronomiczna, dowolna kartograficzna reprezentacja gwiazd, galaktyk lub powierzchni planet i Księżyca. Nowoczesne mapy tego rodzaju oparte są na układzie współrzędnych analogicznym do szerokości i długości geograficznej. W większości przypadków współczesne mapy są opracowywane na podstawie obserwacji fotograficznych wykonanych przy użyciu sprzętu naziemnego lub instrumentów przenoszonych na pokładzie statku kosmicznego.
Natura i znaczenie
Jaśniejsze gwiazdy i grupy gwiazd są łatwo rozpoznawalne przez doświadczonego obserwatora. O wiele liczniejsze słabsze ciała niebieskie można zlokalizować i zidentyfikować tylko za pomocą map astronomicznych, katalogów, a w niektórych przypadkach almanachów.
Pierwsze astronomiczne mapy, globusy i rysunki, często ozdobione fantastycznymi postaciami, przedstawiały konstelacje, rozpoznawalne grupy jasnych gwiazd znanych pod fantazyjnie wybranymi nazwami, które przez wiele stuleci były zarówno zachwyceniem dla człowieka, jak i niezawodną pomocą w nawigacji. Kilka królewskich egipskich grobowców z 2. tysiąclecia pne zawiera obrazy przedstawiające konstelacje, ale nie można ich uważać za dokładne mapy. Klasyczni greccy astronomowie używali map i globów; niestety nie przetrwały żadne przykłady. Pozostaje wiele małych metalowych globusów od twórców islamskich od XI wieku. Pierwsze drukowane planety (reprezentacje sfery niebieskiej na płaskiej powierzchni) zostały wyprodukowane w 1515 roku, a drukowane kule niebieskie pojawiły się mniej więcej w tym samym czasie.
Astronomia teleskopowa rozpoczęła się w 1609 roku, a pod koniec XVII wieku teleskop został zastosowany do mapowania gwiazd. W drugiej połowie XIX wieku fotografia dała silny bodziec do precyzyjnego tworzenia map, których kulminacją było w latach 50. XX wieku publikacja National Geographic Society – Palomar Observatory Sky Survey, przedstawiająca fragment nieba widoczny z Obserwatorium Palomar w Kalifornii.
Wiele współczesnych map używanych przez amatorskich i profesjonalnych obserwatorów nieba pokazuje gwiazdy, ciemne mgławice zaciemniającego pyłu i jasne mgławice (masy delikatnych, świecących materii). Specjalistyczne mapy pokazują źródła promieniowania radiowego, źródła promieniowania podczerwonego oraz obiekty quasi-gwiezdne o bardzo dużych przesunięciach czerwieni (linie widmowe są przesunięte w kierunku dłuższych fal) i bardzo małe obrazy. Astronomowie XX wieku podzielili całe niebo na 88 obszarów lub konstelacji; ten międzynarodowy system kodyfikuje nazewnictwo gwiazd i wzorów gwiazd, które rozpoczęły się w czasach prehistorycznych. Początkowo tylko najjaśniejsze gwiazdy i najbardziej rzucające się w oczy wzory otrzymały nazwy, prawdopodobnie oparte na rzeczywistym wyglądzie konfiguracji. Od XVI wieku nawigatorzy i astronomowie stopniowo zapełniali wszystkie obszary pozostawione nieoznaczonym przez starożytnych.
Sfera niebieska
Dla każdego obserwatora, starożytnego lub współczesnego, nocne niebo jawi się jako półkula spoczywająca na horyzoncie. W związku z tym najprostsze opisy wzorów gwiezdnych i ruchów ciał niebieskich to te przedstawione na powierzchni kuli.
Codzienny obrót Ziemi w kierunku wschodnim wokół własnej osi powoduje pozorny dzienny obrót gwiaździstej kuli w kierunku zachodnim. Tak więc gwiazdy wydają się obracać wokół północnego lub południowego bieguna niebieskiego, projekcji w przestrzeń własnych biegunów Ziemi. Odległy od dwóch biegunów jest równik niebieski; ten wielki okrąg jest rzutem w przestrzeń równika Ziemi.
Zilustrowano tutaj kulę niebieską widzianą z jakiejś środkowej szerokości geograficznej północnej. Część nieba przylegająca do bieguna niebieskiego jest zawsze widoczna (obszar zacieniowany na schemacie), a równy obszar wokół przeciwnego bieguna jest zawsze niewidoczny pod horyzontem; reszta sfery niebieskiej wydaje się unosić i ustawiać każdego dnia. Dla każdej innej szerokości geograficznej konkretna część nieba widoczna lub niewidoczna będzie inna, a schemat musi zostać przerysowany. Obserwator znajdujący się na biegunie północnym Ziemi mógł obserwować tylko gwiazdy z północnej półkuli niebieskiej. Obserwator na równiku byłby jednak w stanie zobaczyć całą sferę niebieską, gdy codzienny ruch Ziemi go niesie.
Oprócz ich pozornego codziennego ruchu wokół Ziemi, Słońce, Księżyc i planety Układu Słonecznego mają swoje własne ruchy względem gwiaździstej kuli. Ponieważ blask Słońca przesłania gwiazdy tła, minęło wieki, zanim obserwatorzy odkryli dokładną ścieżkę Słońca przez konstelacje, które są obecnie nazywane znakami zodiaku. Wielkim okręgiem zodiaku wytyczonym przez Słońce na jego rocznym obwodzie jest ekliptyka (tak zwane, ponieważ zaćmienia mogą wystąpić, gdy Księżyc je przekroczy).
Patrząc z kosmosu, Ziemia powoli obraca się wokół Słońca w stałej płaszczyźnie, płaszczyźnie ekliptyki. Linia prostopadła do tej płaszczyzny określa biegun ekliptyki i nie ma znaczenia, czy linia ta jest rzutowana w kosmos z Ziemi, czy ze Słońca. Wszystko, co ważne, to kierunek, ponieważ niebo jest tak daleko, że biegun ekliptyki musi spaść na unikalny punkt na sferze niebieskiej.
Główne planety w Układzie Słonecznym obracają się wokół Słońca na prawie tej samej płaszczyźnie co orbita Ziemi, dlatego ich ruchy będą rzutowane na sferę niebieską niemal, ale rzadko dokładnie na ekliptykę. Orbita Księżyca jest nachylona o około pięć stopni od tej płaszczyzny, a zatem jej pozycja na niebie odbiega bardziej od ekliptyki niż na innych planetach.
Ponieważ oślepiające światło słoneczne blokuje niektóre gwiazdy, poszczególne konstelacje, które można zobaczyć, zależą od położenia Ziemi na jej orbicie - tj. Od widocznego miejsca Słońca. Gwiazdy widoczne o północy będą się przesuwać na zachód o około jeden stopień z każdą kolejną północą, gdy Słońce posunie się w swoim widocznym ruchu na wschód. Gwiazdy widoczne o północy we wrześniu zostaną ukryte przez oślepiające południe Słońca 180 dni później w marcu.
Dlaczego ekliptyka i równik niebieski spotykają się pod kątem 23,44 °, jest niewyjaśnioną tajemnicą, która wywodzi się z przeszłości Ziemi. Kąt stopniowo zmienia się w niewielkich ilościach w wyniku zaburzeń grawitacyjnych spowodowanych przez Księżyc i planetę na Ziemi. Płaszczyzna ekliptyki jest względnie stabilna, ale płaszczyzna równikowa nieustannie się przesuwa, gdy oś obrotu Ziemi zmienia swój kierunek w przestrzeni. Kolejne pozycje biegunów niebieskich wykreślają duże koła na niebie w okresie około 26 000 lat. Zjawisko to, znane jako precesja równonocy, powoduje, że szereg różnych gwiazd z kolei staje się gwiazdami biegunowymi. Polaris, obecna gwiazda polarna, zbliży się do północnego bieguna niebieskiego około 2100 roku. W czasie budowy piramid Thuban w gwiazdozbiorze Draco służył jako gwiazda polarna, a za około 12 000 lat gwiazda Vega pierwszej wielkości będzie w pobliżu północnego bieguna niebieskiego. Precesja powoduje również, że układy współrzędnych na dokładnych mapach gwiazdowych mają zastosowanie tylko do określonej epoki.
Niebieskie układy współrzędnych
System horyzontu
Prosty system altazymutu, który zależy od konkretnego miejsca, określa pozycje według wysokości (wysokość kątowa od płaszczyzny horyzontu) i azymutu (kąt zgodnie z ruchem wskazówek zegara wokół horyzontu, zwykle zaczynając od północy). Linie o jednakowej wysokości wokół nieba nazywane są almucantarami. System horyzontu ma fundamentalne znaczenie w nawigacji, a także w pomiarach naziemnych. Jednak do mapowania gwiazd współrzędne ustalone względem samej sfery niebieskiej (takie jak układy ekliptyki lub równikowe) są znacznie bardziej odpowiednie.
System ekliptyki
Długość i szerokość geograficzna niebieska są zdefiniowane w odniesieniu do biegunów ekliptyki i ekliptyki. Długość geograficzna niebieska jest mierzona na wschód od rosnącego przecięcia ekliptyki z równikiem, pozycji znanej jako „pierwszy punkt Barana” i miejsca Słońca w czasie równonocy wiosennej około 21 marca. Pierwszy punkt Barana jest symbolizowany przez rogi barana (♈).
W przeciwieństwie do równika niebieskiego, ekliptyka jest ustalona między gwiazdami; jednakże długość ekliptyki danej gwiazdy zwiększa się o 1,396 ° na wiek dzięki precesyjnemu ruchowi równika - podobnemu do precesyjnego ruchu wierzchołka dziecka - który przesuwa pierwszy punkt Barana. Pierwsze 30 ° wzdłuż ekliptyki jest nominalnie oznaczone jako znak Barana, chociaż ta część ekliptyki przesunęła się teraz do konstelacji Ryby. Współrzędne ekliptyki dominowały w zachodniej astronomii aż do renesansu. (W przeciwieństwie do tego chińscy astronomowie zawsze używali układu równikowego.) Wraz z pojawieniem się krajowych almanach morskich, układ równikowy, który lepiej nadaje się do obserwacji i nawigacji, zyskał przewagę.
Układ równikowy
W oparciu o równik i bieguny niebieskie współrzędne równikowe, prawidłowe wzniesienie i deklinacja są bezpośrednio analogiczne do długości i szerokości geograficznej ziemskiej. Prawe wstąpienie, mierzone na wschód od pierwszego punktu Barana (patrz bezpośrednio powyżej), jest zwykle dzielone na 24 godziny zamiast 360 °, co podkreśla zachowanie kuli w sposób podobny do zegara. Precyzyjne pozycje równikowe muszą być określone dla danego roku, ponieważ ruch precesyjny stale zmienia mierzone współrzędne.
