6 Pohyby Slunce, Měsíce a vesmírných těles V průběhu dne všechna tělesa vykonávají pohyb po nebeské sféře od východu k západu. Tento pohyb je však pohybem zdánlivým, a je dán rotací Země (část 13.1). Kromě tohoto zdánlivého pohybu vykonávají vesmírná tělesa v prostoru i skutečné pohyby, které jsou nejlépe pozorovatelné u Slunce, Měsíce a planet. Důsledkem těchto pohybů je vznik zatmění, zákrytů a podobných úkazů. U hvězd je situace odlišná, neboť projevy jejich skutečných pohybů nemůžeme tak jednoduše pozorovat, nicméně přesná pozorování jejich poloh v dlouhých časových intervalech nám umožňuji je odhalit. 6.1_______Zdánlivý denní pohyb oblohy________________________ 6.1.1 ZDÁNLIVÝ POHYB VESMÍRNÝCH TĚLES PRO POZOROVATELE V RŮZNÝCH ZEMĚPISNÝCH ŠÍŘKÁCH Při pozorování oblohy a zdánlivého pohybu těles na ní v různých zeměpisných šířkách je zřejmé, že se tělesa na obloze nepohybují stejně. Je tomu tak proto, že oblouky nad obzorem, které v průběhu denního pohybu na obloze tělesa vykonají, jsou závislé jednak na deklinaci (ta je u hvězd neměnná), jednak na zeměpisné šířce pozorovacího místa. Z části 4.3.1 plyne, že výška severního světového pólu (Pss) nad severním bodem obzoru je rovna zeměpisné šířce pozorovacího místa. Podle toho můžeme určit, jak se budou tělesa po obloze pohybovat. Pro pozorovatele na rovníku (q> = 0°) leží severní světový pól v rovině obzoru (v severním bodě obzoru). Rovina rovníku kolmá ke světové ose prochází zenitem a je kolmá k obzoru. Všechny objekty na nebeské sféře se pohybují zdánlivě v průběhu dne rovnoběžně s rovníkem. Za jednu otočku Země se nám nad obzorem objeví postupně všechna vesmírná tělesa. O nebeské sféře při pozorování na rovníku hovoříme jako o kolmé sféře. Dráhy několika hvězd v průběhu dne nad obzorem jsou na obr. 6.1a. Všechny objekty kolmo k obzoru vycházejí a kolmo k obzoru zapadají. Dráha všech objektů na obloze je stejná nad obzorem jako pod ním, takže každý objekt je 12 hodin nad obzorem a 12 hodin pod ním. Nachází-li se pozorovatel na severním pólu Země (na jižním pólu) je zeměpisná šířka rovna +90° (—90°) a severní (jižní) světový pól leží přímo v zenitu. Rovina rovníku splývá s rovinou obzoru a všechny nebeské objekty se pohybují rovnoběžně s obzorem. Tato situace na nebeské sféře se nazývá sférou rovnoběžnou (obr. 6.1b). V tomto případě jsou všechny hvězdy cMnunpottnií. V ostatních případech, kdy se pozorovatel nachází v zeměpisných šířkách 0° < q>< 90°, nazýváme nebeskou sféru sférou šikmou (obr. 6.1c). Některé hvězdy jsou cirkumpolární, jiné zapadající a vycházející a některé nejsou v dané zeměpisné šířce vůbec pozorovatelné (viz část 110 hi b) rovmi« O sever dráha Slunce / o letním slunovratu dráha Slunce ' o rovnodennosti dráha Slunce / o zimním slunovratu západ 6.1 Zdánlivý pohyb vesmírných těles pro pozorovatele: a) na rovníku — kolmá sféra, b) na severním pólu - rovnoběžná sféra, c) v obecné zeměpisné šířce
, (6.1) pro vycházející a zapadající hvězdy: 9>
neviditelné: 180°-?>
-(£+5o08'43"). (6.5) Měsíc se pohybuje po mírně eliptické dráze s výstředností e = 0,054 90, takže se k Zemi přibližuje a vzdaluje se od ní. Největší vzdálenost v odzemí (apogea) činí 406 740 km, nejmenší vzdálenost v přízemí (perigea) 356 410 km, přičemž střední vzdálenost Země — Měsíc je 384405 km. Podle vztažných bodů rozeznáváme u Měsíce různé periody jeho oběhu kotem Země (určené ke středu Země): 1. Měsíc aUerieký - je doba oběhu Měsíce vzhledem ke hvězdám, která činí 27d 07h 43min 11,5'. 116 Siunot 6.5 Fáze Mžsice (vysvetlení v textu) 117 2. Měsíc synodický — je doba oběhu Měsíce vzhledem ke Slunci (od úplňku do úplňku) v délce 29" 12h ^"k 02,8s. 3. Měsíc tropický — je dán intervalem mezi dvěma průchody Měsíce jarním bodem a trvá 27d 07h 43,™ 04;6». 4. Měsíc anomanstícký — je doba potřebná k tomu, aby Měsíc dosáhl stejné anomálie. Odpovídá intervalu mezi dvěma průchody přízemím (přímka apsid se otáčí ve směru pohybu Měsíce jednou přibližně za 9 let). Anomalistícký měsíc trvá 27d 13h 18min 33,1'. 5. Měsíc drakonkký — je doba mezi dvěma průchody výstupným uzlem. Uzlová přímka se otáčí proti pohybu Měsíce a uzel vykoná jeden celý oběh za 18,66 roků. Drakonický měsíc trvá 27d 05" 05,,,i,, 35,8». Právě skutečnost, že se rovina dráhy stáčí, má zajímavé následky. Tento pohyb způsobuje, že při pozorování Měsíce na obloze projde Měsíc při každém dalším oběhu jiným místem mezi hvězdami v pásu ekliptikálních souhvězdí. Do stejného místa oblohy se tedy Měsíc dostane za 18,66 let. Známou skutečností je, že Měsíc má vázanou rotad, to znamená, že přivrací k Zemi stále stejnou část svého povrchu. Je to dáno tím, že Měsíc rotuje kolem své osy — vzhledem ke hvězdám — a otočí se jednou za dobu svého siderického oběhu kolem Země. Vlivem této skutečnosti mělo by ze Země být pozorováno přesně 50 % jeho povrchu. Vlivem tzv. librací (periodické kývavé pohyby) můžeme pozorovat více. Librace lze rozdělit na fyzické a optické. Optické jsou způsobeny různým vzájemným postavením Země a Měsíce, fyzické potom skutečným kýváním měsíčního tělesa. Vzhledem k důsledkům jsou důležitější librace optické, dosahující větších velikostí než fyzické. Celkově lze díky libracím přehlédnout ze Země asi 59 % měsíčního povrchu. Odvrácenou stranu nám umožnily poznat teprve automatické sondy. Librace optické lze dále dělit na Ubrad v šířce, Úhrad v déke a librad paralaktickou. Librace v šířce vzniká tím, že rovina rovníku Měsíce svírá s rovinou dráhy Měsíce kolem Země úhel 6°40'. Vlivem oběhu Měsíce kolem Země se mění přehlédnutá část měsíčního povrchu (obr. 6.6a). Librace v déke vzniká tím, že se Měsíc pohybuje po eliptické dráze a ve shodě s druhým Keplerovým zákonem mění na dráze svoji oběžnou rychlost. Jeho otáčení kolem vlastní osy je však rovnoměrné (ve shodě se zachováním momentu setrvačnosti). Vlivem toho natáčí k Zemi jednou východní a podruhé západní polokouli (obr. 6.6b). Výchylka Měsíce takto způsobená dosahuje až 7°53' (měřeno ze středu Měsíce). Třetí optickou librad je librace paralaktická. Vzniká tím, že průměr Země není vzhledem k vzdálenosti Země — Měsíc zanedbatelný. Pozorujeme-li Měsíc z různých míst Země, vidíme ve stejném okamžiku různou část povrchu Měsíce (obr. 6.6c). Hodnoty této librace dosahují ± 1°2'. fyzické librace jsou jen nepatrné a jsou způsobeny tím, že Měsíc není dokonalou koulí, a proto skutečně vykonává kývavý pohyb. 6-33 SOUSTAVA ZEMĚ-MĚSÍC A JEJÍ OBĚH KOLEM SLUNCE Budeme-li vyšetřovat pohyb Měsíce a Země v soustavě heliocentrické, zjistíme, že přesnou dráhu určuje těžiště této soustavy, které se nachází asi 4675 km od středu Země směrem k Měsíd (viz část 14.1.1). Měsíc se tedy pohybuje kolem Slunce. Země svou gravitační silou způsobuje jen „zvlnění" jeho dráhy kolem Slunce. Dráha Měsíce kolem Slunce je konvexní (vypuklá), to znamená, že střed křivosti pro každou její část leží uvnitř této dráhy (obr. 6.7). Určit absolutní pohyb Měsíce (stejně jako i jiných vesmírných těles) není možné, neboť ten závisí na vztažné soustavě, ve které pohyb vyšetřujeme. 118 6.6 Schematické znázornění optických librací (podle V. Vanýska, 1980): a) Librace v šířce: M,, M2 jsou postavení Měsíce v protilehlých bodech jeho dráhy (u Měsíce jsou vyznačeny póly S, J, osa rotace a rovina rovníku). Při pozorování v průběhu oběhu Měsíce kolem Země se posouvá střed viditelné části Měsíce v selenografické šířce z bodu A do bodu B a zpět. b) Librace v délce: M,, M2, M3, M4 jsou postavení Měsíce v jednotlivých čtvrtinách oběhu Měsíce kolem Země (uvedená postavení Měsíce vyplývají z různé rychlosti Měsíce na dráze v důsledku druhého Keplerova zákona). Body A, B, C jsou pevné body na povrchu Měsíce, který se otáčí rovnoměrně kolem své osy. V průběhu pohybu se posouvá střed viditelné části Měsíce v selenografické délce z bodu A do C a zpět. c) Paralaktická librace: body A, B, C jsou body na Zemi a A', B',C odpovídající jim body - středy viditelného povrchu Měsíce z různých částí Země ve stejném časovém okamžiku 119 6.4_______Zatmění a zákryty Velmi nápadnými a odedávna známými jevy jsou skuteční a měsíční zatmění. Tyto poměrně řídké astronomické jevy, dobře pozorovatelné, byly pro mnohé generace naprosto nevysvětlitelné. Lidé se jich bau a přisuzovali jim nadpřirozené vlastnosti. I dnes patří pozorování těchto jevů mezi přední události v astronomii. Kromě těchto nápadných a dobře pozorovatelných zatmění dochází vlivem pohybů jednotlivých těles ve sluneční soustavě k razným vzájemným zákrytům jednotlivých těles (Měsíce, hvězd, planet aj.). Dnes tyto jevy pomáhají především při zpřesňování poznatků o pohybech jednotlivých těles ve vesmíru. 64.1 ZATMĚNÍ SLUNCE A MĚSÍCE Obě zatmění úzce souvisejí s pohybem Měsíce kolem Země. Dopadne-li na zemský povrch stín Měsíce, vzniká zatmění Stince, vstoupí-li Měsíc do strnu naší Země, nastane zatmění Měsíce. Takováto situace může nastat, když se všechna tělesa (Slunce, Měsíc a Země) nacházejí přibližně v jedné přímce. Tato podmínka je splněna, je-li Měsíc v uzlu své dráhy a zároveň v konjunkci nebo opozici se Sluncem. a) Je-li Měsíc v novu (konjunkci se Sluncem), vzniká zatmění Stance. Vyjdeme-K z obr. 6.8a, vidíme, že v případě zatmění Slunce mohou nastat tři případy zatmění, které jsou pozorovatelné jen v určité části Země: 1. Pozorovatelé na zemském povrchu, kteří se nacházejí přímo v pása totally (pás kam dopadá úplný stín Měsíce) - a mají tedy zakrytý celý kotouč Slunce - pozorují zatmění áptaé. 2. Pozorovatelé na zemském povrchu, kde se promítá polostín Měsíce, pozorují jen částečně zakrytý kotouč Slunce. Jsou tedy v oblasti, kde je vidět částečné akmecní zatmení. 3. Prstencové (tankové) zatmění Stance vidí pozorovatelé na povrchu Země nacházející se v ose stínu Měsíce v případě, kdy měsíční stín je kratší než je okamžitá vzdálenost Země od Měsíce (obr. 6.8b). Vzniká tím, že vzdálenost Měsíce od Země se mění a tím se mění i poloha kužele stínu Měsíce v prostoru. Protože se Měsíc kolem Země pohybuje, probíhá úpmé zatmění jen krátkou dobu. V nejpříznivějším případě mohou pozorovatelé z povrchu Země studovat Slunce v totalitě (úplné zatmění) pouze 7 minut. Protože úpmé sluneční zatmění umožňuje sledovat vysU vrstvy sluneční koróny, jinak nepozorovatelné, jsou cenným zdrojem pro astrofyziku. Při úplných slunečních zatměních se proto do pásu totality sjíždějí vědecké expedice provádějící pozorování koróny. b) Je-li Měsíc v úplňku (v opozici se Sluncem), vzniká latminí Měsíce. Zatmění Měsíce je pozorovatelné z celé částí neosvětlené Země (všude tam, kde je Měsíc nad obzorem). Z obr. 6.8c je parmo, které případy u tohoto zatmění rozeznáváme: 1. Pokud se Měsíc nachází cerývkužehi úplného stínu Země, vzniká áptaé asěsíčaízaonění. 2. Zasahuje-h' jen částečně do kuželu úplného stínu Země, vzniká zatměni fástiraf 3. Dostane-H se na své dráze Měsíc pouze do polostínu Země, hovoříme o palost lnovém itminí Měsíce. Pozorovatelé z Měsíce by vlastně viděli částečné zatmění Slunce. Toto zatmění je však pro pozorovatete ze Země nezajímavé. Jas Měsíce poklesne jen velmi málo a tuto změnu je možno zachytit pouze fotometrickými měřeními. Sluneční a měsíční zatmění se cyklcky opaknjí. Pokud by rovina dráhy Měsíce ležela v rovině ekliptiky, nastávala by zatmění každý nov (zatmění Slunce) a každý úplněk (zatmění Měsíce). Víme vsak, že tomu tak nem*, což je dáno vzájemným sklonem těchto drah, který činí 5°8'43". Aby nastalo zatmění, stačí, aby Měsíc vstoupil do kuželu daného tečnými paprsky Slunce a Země (viz obr. 6.8d). Z obrázku je zřejmé, že pro vznik slunečního zatmění stačí, aby byl Měsíc od spojnice Slunce — Země vzdálen méně než 1,47°, kdežto pro vznik měsíčního zatmění je podmínka ostřejši - pouze 0,95° (polostínové zatmění Měsíce neuvažujeme). Z tohoto faktu vyplývá, proč jsou sluneční zatmění asi l,55krát častější než zatmění měsíční. 120 SKinct pásmo totalitu 2emt Zemí hranfct vkJrtelnoati prtttncovcha aatminT C) Shinct r '-■m.Sxŕkm ,L d Nft.»»10*l>m 6.8 Schéma slunečních a měsíčních zatmění (podle V. Vanýska, 1980): a) vznik úplného slunečního zatmění, b) vznik prstencového slunečního zatmění, c) vznik měsíčních zatmění, d) k odvození četnosti měsíčních a slunečních zatmění líesně stejná zatmění se opakují s periodou, která je dána nejmenším společným násobkem synodického a drakonickébo měsíce. Tato perioda se nazývá saroa a je rovna 223 synodickým a 242 drakonickým měsícům. V této velmi dlouho známé periodě nastává 41 slunečních a 29 měsíčních zatmění. 121 6.4.2 ZÁKRYTY VESMÍRNÝCH TĚLES Do této skupiny patří celá řada jevů pozorovatelných na obloze. Mezi nejdůležitější patří zákryty hvězd Měsícem. Obdobně jako u zatmění se zde Měsíc ocitá mezi hvězdou a Zemí. Zákryty lze pozorovat pouze u jasných hvězd, které leží v pásu podél ekliptiky, kde se pohybuje Měsíc. Při vlastním zákrytu se určuje čas začátku zákrytu (zmizení hvězdy za měsíčním kotoučkem) a čas konce zákrytu (objevení se hvězdy za měsíčním kotoučem) a čas konce zákrytu (objevem se hvězdy na opačné straně Měsíce). Zákrytů hvězd Měsícem užíváme ke zpřesnění pohybů Měsíce. Mezi další podobné jevy patří: — zákryty hvězd planetami, — zákryty měsíců n jiných planet (především u Jupitera), — zákryty rádiových zdrojů Měsícem a Shincem, — přechody planet přes sluneční disk, — zatmění umělých drouc aj. Všechny uvedené jevy patří ke speciálním pozorováním, která upřesňují polohy a pohyby těles jak ve sluneční soustavě, tak i mimo ni. Podrobné seznámení s těmito pozorováními a aplikacemi uvádí např. J. BouSka a V. Vanýsek (1963) nebo F. Link (1961). 122