Глава III. Движение полюсов и неравномерность вращения Земли по астрономическим наблюдениям

Как определяется широта места

Географической широтой места называется угол между отвесной линией в данном месте и плоскостью земного экватора. Широта места определяется несколькими способами. Общеизвестным является способ определения широты по наблюдениям Полярной звезды в верхней и нижней кульминациях. Напомним, что прохождение светила через верхнюю точку суточной параллели в меридиане называется верхней кульминацией, а через нижнюю - нижней кульминацией.

Полярная звезда очень яркая (2,15 звездной величины), ее можно наблюдать в любое время суток в астрономическую трубу даже среднего размера. Наблюдения производятся в моменты верхней и нижней кульминаций, которые даются в астрономическом календаре. При наблюдениях измеряется зенитное расстояние Полярной звезды в верхней кульминации z'_в и спустя половину звездных суток - зенитное расстояние в нижней кульминации z'_н. Учтя влияние рефракции, получают зенитные расстояния, исправленные за рефракцию:

где ρ - рефракция.

Тогда широта места наблюдения вычисляется по формуле

Изложенный способ определения широты места требует много времени, поскольку наблюдения в верхней и нижней кульминациях разделены полусуточным интервалом. Кроме того, получив наблюдения в одной кульминации, нельзя быть уверенным в том, что удастся их провести через полсуток, так как метеорологические условия могут измениться.

Если воспользоваться координатами звезд из астрономического ежегодника, то широту φ можно определить по наблюдениям светил только в одной кульминации.

Если в момент верхней кульминации измерено зенитное расстояние звезды, кульминирующей к югу от зенита, то

Если в момент верхней кульминации измерено зенитное расстояние звезды, кульминирующей между полюсом и зенитом, то

В случае наблюдений в нижней кульминации

Зенитное расстояние во всех случаях предварительно исправляется на величину рефракции; как указывалось, склонение светила δ берется из астрономического ежегодника.

Если наблюдения звезд для определения широты места производятся не только в меридиане, но к востоку и западу от него, то для определения широты φ применяется общеизвестная формула сферической астрономии

где Т - показания часов, идущих по звездному времени, в момент наблюдения. Координаты светила α и δ берутся из астрономического ежегодника, z - из наблюдений. Но наиболее распространенным способом определения широты является способ Талькотта, основанный на принципе равных высот: наблюдаются две звезды на одинаковом зенитном расстоянии к северу и югу от зенита.

Заметим, что если звезда кульминирует в зените, ее склонение равно широте места δ = φ. Полусумма склонений двух звезд, кульминирующих на одинаковом зенитном расстоянии к югу и к северу от зенита, также равна широте места наблюдения. Невозможно подобрать две такие звезды с совершенно одинаковыми зенитными расстояниями в меридиане. Однако можно набрать большое количество пар звезд с зенитными расстояниями в меридиане, отличающимися друг от друга (10 - 15'), и с близкими кульминациями.

Если измерить с помощью особого приспособления малую разность зенитных расстояний звезд, кульминирующих одна за другой по разные стороны от зенита (одна к югу, другая к северу), то в этом случае

где индексы s и n относятся к южной и северной звездам, δ - видимое склонение, (z_s - z_n) - измеряемая разность зенитных расстояний, а ρ - поправка за рефракцию.

Для наблюдений по способу Талькотта был сконструирован специальный инструмент, названный зенит-телескопом. Ввиду того, что он, как показала многолетняя практика, оказался лучшим из всех инструментов, применяемых для этой цели, скажем о нем несколько слов.

Зенит-телескоп - астрономический инструмент, труба которого смонтирована на азимутальной установке, т. е. она способна вращаться около вертикальной и горизонтальной осей (рис. 16). Для учета неточности нивелировки инструмента на продолжении горизонтальной оси помещается уровень, ось которого перпендикулярна к горизонтальной оси. При помощи зажима уровень жестко скрепляется с трубой, в этом случае он контролирует положение трубы по отклонению к отвесной линии. На окулярном конце трубы помещается окулярный микрометр для измерений малой разности зенитных расстояний наблюдаемых звезд. Трубу инструмента можно быстро поворачивать вокруг вертикальной оси на угол 180°. Вращением барабана микрометра делается наведение на одну звезду, после поворота трубы зенит-телескопа на 180° - на другую. Разность отсчетов барабана, переведенная в угловые единицы, дает разность зенитных расстояний звезд.

Преимущество метода Талькотта перед другими способами заключается в том, что при нем нет надобности измерять большие углы по отсчетам кругов, а значит исключаются все ошибки, связанные с отсчетами круга. Наблюдения ведутся по специальной программе, состоящей из равномерно расположенных по всем часам прямого восхождения звездных пар, объединенных в группы по 8 - 12. Каждую ясную ночь наблюдаются две или даже больше групп звезд. При двух группах одна наблюдается до полуночи (вечерняя), другая - после полуночи (утренняя). Так как обычно наблюдения ведутся около полуночи, то примерно через месяц утренняя группа становится вечерней, а утренней становится следующая группа.

Рис. 16. Зенит-телескоп ЗТЛ-180

По способу Талькотта широта места определяется в обсерваториях Советского Союза, имеющих зенит-телескопы.