Эфемериды небесных тел
Чтобы найти на небе какую-нибудь звезду или другое светило, не меняющее своего положения относительно звезд (например, туманность), нужно воспользоваться картой звездного неба либо соответствующим каталогом.
Но есть такие светила, небесные координаты которых (склонение и прямое восхождение) непрерывно и достаточно быстро меняются, так что их нельзя ни изобразить на карте, ни занести в каталог. Это Солнце, Луна, планеты, кометы, астероиды. Чтобы знать, где их искать на небе, нужно заранее рассчитать их положение. Положения светил, вычисленные для определенных моментов времени в будущем, называются эфемеридами. В астрономии есть специальный раздел, занимающийся движением небесных тел, — небесная механика. Ее методы позволяют рассчитывать эфемериды.
Разумеется, Солнце легко найти на небе и без эфемерид, но их вычисляют и публикуют для других астрономических расчетов. Ведь движения всех тел Солнечной системы удобно описывать в системе координат, связанной с ее центральным телом — Солнцем. А перейти к такому описанию от наблюдательных данных, полученных на Земле, можно только зная координаты Солнца в определенный момент времени, т. е. его эфемериду. Она, например, совершенно необходима для того, чтобы заранее вычислить все обстоятельства солнечных и лунных затмений.
Вычисление эфемериды Солнца осложнено тем, что наше дневное светило движется по эклиптике среди звезд неравномерно. Это связано с эллиптичностью земной орбиты и неравномерностью движения Земли по орбите. Движение Луны представляется на первый взгляд весьма простым: в соответствии с законами Кеплера она движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Земля. Однако законы Кеплера справедливы для двух тел, находящихся в поле тяготения друг друга. Сила, определяющая их взаимное перемещение, пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. В Солнечной системе заведомо более двух взаимодействующих тел, и кеплеровские эллипсы лишь приближенно описывают их перемещения. Так, на Луну существенно влияет тяготение Солнца, которое хотя и находится намного дальше от нее, чем Земля, но обладает огромной массой. Существуют и другие трудности при вычислении эфемериды Луны.
Сложные петли, которые описывают на небе планеты, также поддаются расчету. В основном движение планет определяется тяготением Солнца. Но и другие планеты влияют на это движение. Это влияние обычно мало и называется возмущением. Именно возмущения в движении планеты Уран, которые нельзя было объяснить воздействием известных к середине XIX в. небесных тел, заставили исследователей предположить, что за Ураном существует еще одна планета. Она была открыта в 1846 г. и получила название Нептун.
Эфемериды астероидов вычисляются так же, как и эфемериды больших планет. С кометами дело обстоит несколько сложнее. Для ряда периодических комет, возвращение которых наблюдалось много раз, задача та же самая, что и для планет, — если, конечно, комета не подходит очень близко к какой-нибудь планете. Тогда ее орбита изменяется кардинально и трудность вычисления эфемериды резко возрастает. Большинство же комет наблюдается впервые, и дать их эфемериды заранее невозможно. Только проведя точные измерения положений новой кометы в три разные даты, можно вычислить ее орбиту, а затем и эфемериду. Сборники эфемерид называются астрономическими ежегодниками и календарями.
Звездные карты
Как геологам, географам и туристам не обойтись без хорошей карты местности, так и наблюдателю звездного неба не обойтись без карты неба. Карта звездного неба представляет собой схему, отражающую взаимное расположение астрономических объектов, их яркость и наименования, созвездия, их названия и границы (на современных картах звездного неба обозначаются пунктирными линиями), линии, соединяющие яркие звезды в «звездные фигуры», а также некоторые объекты специального характера. К ним относятся, например, радианты метеорных потоков — точки небесной сферы, которые кажутся наблюдателю источниками метеоров.
Чтобы облегчить поиск звезды на небе, звезды на звездных картах обозначают кружками различного диаметра, который зависит от звездной величины астрономического объекта (чем она больше, тем больше диаметр кружка). А чтобы звезды можно было отыскать на карте по их координатам, карта снабжается координатной сеткой. Вид и свойство звездных карт зависит от поставленных задач. Для любительских наблюдений и изучения созвездий вполне достаточно мелкомасштабных карт, на которые нанесены лишь яркие звезды и основные созвездия. При построении этих звездных карт используется стереографическая проекция, в которой окружности на сфере переходят в окружности на плоскости. Однако для более сложных любительских наблюдений уже нужны более подробные карты, на которых изображены все звезды, видимые невооруженным глазом. А для наблюдений с применением астрономических инструментов служат уже детальные крупномасштабные карты, а также фотографические карты звездного неба, на которых изображены слабые звезды, различимые только в телескопы.