اندازه‌گیری آسمان

ما همواره ظاهرآسمان را مشاهده می کنیم ، نه آن چیزی که واقعا وجود دارد.به علت نیروی گرانشی که از مرکز زمین بر ما وارد می شود، احساس می کنیم، که بر روی زمین قرار داریم. به عنوان مثال اگر  در عرض جغرافیایی 45 درجه قرار گرفته باشیم در مکانی بین خط استوا و قطب شمال هستیم( زاویه ای که مکان شما با خط استوا می سازد را عرض جغرافیایی گویند.) عرض جغرافیایی قطب شمال 90 درجه و استوا 0 درجه است. به نظر می آید که زمین در مر کز یک کره آسمانی فرضی قرار دارد و تصور می کنیم در داخل آن قرار داریم و توسط آن کاملا احاطه شده ایم .

بالاترین نقطه این کره ی آسمانی _ درست بالای سرتان _ را "نقطه فراز " (zenith) می نامند ونقطه مقابل آن "نقطه نشیب" (nadir) گویند. در میان این نقاط بزرگترین دایره کره را " افق " گویند، که این دایره ی کره آسمانی توسط صفحه ی مماس با پاهای شما بر روی کره زمین قطع می شود.هر آنچه که در بالای افق قرار دارد برای ما قابل مشاهده است و هر آنچه که در زیر آن قرار دارد غیر قابل مشاهده است.

با کره آسمانی مشابه با زمین رفتار می کنیم و نقاط معادلی را برای آن تعریف می کنیم. ( دقیقا این کار مشابه این است که مقیاس زمین را تغییر داده باشیم و در اندازه بزرگتری راجع به آن صحبت کنیم.)
با امتداد دادن محورهای گردش زمین قطب های شمال و جنوب کره آسمانی و با گسترش دادن صفحه ی استوایی زمین، استوای آسمانی را تعریف می کنیم.
قطب شمال کره آسمانی ((north celestial sphere(NCP) در صورت فلکی "دب اصغر" نزدیک به مسیر ستاره قطبی (ستاره شمال) قرار دارد و قطب جنوب کره آسمانی ((south celestial sphere(SCP) در صورت فلکی جدید"هشتک" (Octant) قرار دارد.

دایره اطراف کره ی آسمانی که نقاط فراز و نشیب، قطبهای شمال و جنوب کره آسمانی را شامل می شود"نصف النهارکره آسمانی" (celectial meridian) می نامند، نقاط تقاطع میان نصف النهار آسمانی وافق را شمال وجنوب کره آسمانی و تقاطع میان استوای آسمانی(celestial equator) و افق را غرب وشرق کره آسمانی تعریف می کنیم. تقاطع نصف النهار آسمانی و استوای آسمانی که در شکل با حرف یونانی سیگما نشان داده شده است به اندازه زاویه ای برابر با عرض جغرافیایی از نقطه فراز فاصله دارد.

گردش زمین به دور قطب هایش از غرب به شرق (عکس عقربه های ساعت زمانی که از بالای قطب شمال نگاه می کنیم.) صورت می گیرد که به نظر می آید آسمان در جهت دیگر به دور قطب های شمال و جنوب کره ی آسمانی موازی با استوای آسمانی می گردد و همچنین می توانیم زوایایی معادل با زوایای تعریف شده بر روی زمین، بر روی کره آسمانی تعریف کنیم. البته دقت کنید که اگر در نیمکره ی جنوبی قرار داشته باشیم، قطب جنوب کره آسمانی در بالای افق قرار دارد وقطب شمال آن در زیر آن قرار دارد. 

ستاره ای که بر روی کره آسمانی قرار دارد به نظر بیننده یک مسیر روزانه(daily path) را طی می کند(دایره قرمز رنگ) زاویه ی عمودی ساخته شده توسط ستاره، در شمال یا در جنوب استوای آسمانی مشخص کننده ی میزان انحراف آن است که در شکل با حرف یونانی دلتا نشان داده شده است. زمانی که ستاره در زیر افق قرار می گیرد، غروب کرده است و زمانی طلوع می کند که در بالای افق قرار بگیرد .اگر مسیر روزانه ی ستاره ای همان استوای آسمانی باشد آنگاه دقیقا در شرق طلوع می کند و درغرب غروب می کند. زمانی که میزان انحراف در شمال زیاد شود(90 درجه _عرض جغرافیایی) آنگاه ستاره در "دور قطبی" (circumpolar) قرار می گیرد و دیگر امکان قرار گرفتن در زیر افق را ندارد و همیشه قابل مشاهده است و اگر انحراف در جنوب زیاد شود ستاره هیچگاه طلوع نمی کند و قابل مشاهده نیست.

با اینکه زمین به دور خورشید می گردد اما ما احساس می کنیم که ساکن هستیم، و به نظر می آید که خورشید یک بار در سال، در جهت عکس عقربه های ساعت ( ازغرب به شرق، در جهت مخالف حرکت روزانه اش در آسمان) در طول یک مسیر پیوسته و یکنواخت که "دایرﺓ البروج"می نامند، به دور زمین می گردد با توجه به اینکه یک سال، 365 روز(به طور دقیق365/24422) دارد و دایره 360 درجه است، خورشید با گامهایی آهسته که کمی کمتر از یک درجه در هر روز است، به سمت شرق حرکت می کند. در زمانهای یکسان به طورپیوسته از شرق به غرب حرکت می کند(البته به نظر می آید که حرکت می کند) که این از نتایج گردش زمین است و حرکتش کمی آهسته تر از دیگر ستاره هاست که به علت جریان همزمان شرقی اش است.

عمودهای وارد برسطح دایره البروج را به عنوان قطب های دایره البروج تعریف می کنیم. قطب شمال دایره البروج در صورت فلکی اژدها و قطب جنوب آن درصورت فلکی ماهی طلایی قرار دارد.
محور زمین به اندازه 23/4 درجه نسبت به عمودهای وارد به سطح دایره البروج انحراف دارد. (قطبهای آسمانی و قطبهای دایره البروج به وسیله این زاویه از هم تفکیک می شوند) علت انحراف دایره، دایره البروج نسبت به استوای آسمانی همین زاویه است و به همین دلیل است که آن را دایره البروج اریب می نامند. با اینکه خورشید در طول دایره البروج، بر خلاف ستاره های زمینه _ که وجود دارند علی رغم اینکه شما قادر به دیدن آنها در آَسمان آبی نیستید _ حرکت می کند، اما به نظر می آید که خورشید از شمال به جنوب استوای آسمانی در حرکت است.

در طول زمانی که خورشید مسیر دایره البروج را طی می کند، به نظر می آید که ازمقابل 12 صورت فلکی باستانی عبور می کند که آنرا منطقه البروج می نامند.
که دسته بندی قدیمی آن به صورت زیر است:

خط دوم،در هر یک از خانه های جدول، میانگین تاریخ هایی را که خورشید وارد آن صورت فلکی می شود، بدست می دهد، که مرزهای صورت های فلکی، برحسب مصوبات رسمی واحد بین المللی نجوم در 1920 در نظر گرفته شده است. البته آنها به میزان اندکی به نزدیکی به یک سال کبیسه، وابسته هستند. مرزهای صورت فلکی مدرن"مار افسای"(opiuchus) واقع در دایره البروج از میان صورت های فلکی عقرب (scorpius) و قوس (sagittarius) عبور می کند که آن را به صورت غیر رسمی سیزدهمین صورت فلکی "منطقه البروج" بشمار می آورند، اما بخش ثابتی از منطقه البروج کلاسیک به شمار نمی آید و خورشید در 30 نوامبر وارد آن می شود. دوبار در یک سال خورشید از خط استوا می گذرد، یک بار حدودا در 20 مارس از نقطه ای که آن را "نقطه  اعتدالی بهار" (vernal equinox) می نامند و دیگری در 23 سپتامبر که آن را "نقطه اعتدالی پاییز" (autumnal equinox) می نامند.

در این تاریخها ، انحراف خورشید(نسبت به استوای آسمانی) صفر درجه است و دقیقا در شرق طلوع می کند و در غرب غروب می کند، که در این هنگام12 ساعت روز است و12 ساعت شب، از این رو آنها را نقاط اعتدالی شب وروز می نامند.این گذرگاهها به ترتیب اعلان شده مصادف با شروع بهار و پاییز در نیمکره شمالی است (شروع پاییز و زمستان در نیمکره ی جنوبی
با اینکه خورشید از نقطه اعتدالی بهار به سمت شمال استوا حرکت می کند، نقطه طلوع و غروب آن به طور مستمر به سمت شمال شرق و غرب متمایل می شود.
در 21 ژوئن خورشید به بیشترین میزان انحراف خود، که 23/4 درجه در شمال می رسد ، در نقطه ی "انقلاب تابستانی" (summer solstice) که مصادف با شروع تابستان در نیمکره شمالی (زمستان در نیمکره جنوبی) است در این حالت در دورترین نقطه ی ممکن در جنوب شرقی طلوع و در دورترین نقطه ی ممکن در جنوب غربی غروب می کند.

در 22دسامبر، خورشید به بیشترین میزان انحراف خود یعنی 23/4 درجه در جنوب می رسد در نقطه ی "انقلاب زمستانی" (winter solstice) که مصادف با شروع زمستان در نیمکره شمالی( تابستان در نیمکره جنوبی) است در این حالت در دورترین نقطه ممکن در جنوب شرقی طلوع ودر دورترین نقطه ممکن در جنوب غربی غروب می کند(طول روز در نیمکره شمالی بیشتر از 12 ساعت و شبها کمتر از 12 ساعت می شود، که مدت زمان دقیق آن به طول جغرافیایی مکان مورد نظر بستگی دارد(در نیمکره جنوبی عکس این قضیه اتفاق می افتد). در خط استوای زمین ، روزها و شب ها همیشه برابر با 12 ساعت می باشد.

مکان شما بر روی زمین توسط عرض جغرافیایی(موقعیت نسبت به شمال و جنوب، که در تصویر مشخص شده است) و طول جغرافیایی که موقعیتان را نسبت به شرق و غرب مشخص می کند، معین می شود.

نصف النهار هر نقطه را دایره ای در نظر می گیرند که از قطب شمال، نقطه مورد نظر و قطب جنوب عبور می کند. نصف النهارگرینویچ واقع در انگلیس را به عنوان نصف النهار مبدا در نظر می گیرند، وتمام نصف النهار ها از استوا عبور می کنند.

 جابه جایی زاویه دار  یک ستاره  به سمت غرب نصف النهار آسمانی را (که مانند طول جغرافیایی در طول استوای آسمانی است.) " زاویه نصف النهار جغرافیایی"می نامند.،که واحدها براساس زمان (ساعت ، دقیقه ، ثانیه ) در نظر گرفته  می شود(هر 15 درجه را یک ساعت در نظر می گیرند)

نقاط اعتدالی و انقلابی در صورت های فلکی باستانی دایره البروج در جدول زیر مقایسه شده اند:

*:مطلب زیر را بخوانید.

یکی از نتایج نیروی جاذبه ماه و خورشید بر روی زمین برآمدگی ناچیز استوایی زمین است. محورهای گردش زمین در فضا ثابت نیستند، محورها از قطب شمال کره آسمانی بر روی یک دایره به سمت قطب شمال دایره البروج حرکت می کند که این حرکت بسیار کند و در حدود 26000سال طول می کشدکه این حادثه را "انحراف از مسیر" می نامند.

در طی این مسیر، عبور از هر یک از صورت های فلکی دوازده گانه حدود 2100 سال طول می کشد. در حقیقت در هر 72 سال ما یک درجه به عقب باز می گردیم و در 2100 سال ما یک صورت فلکی را ترک و به صورت فکلی دیگر وارد شده ایم.به عنوان مثال، در دوران مصر باستان قطب نزدیک به ستاره آلفای  صورت فلکی اژدها بوده است.

با گردش محورزمین، استوای آسمانی نیز حرکت می کند و این باعث  تغییرنقاط اعتدالی و انقلابی نسبت به ستاره های زمینه می شود. در دوران باستان نقطه اعتدالی بهار در برج حمل قرار داشته است، این علتی برای اولین بودن این برج در تقسیم بندی باستانی صورت های فلکی است، که در این دوران نقاط انقلابی تابستان و زمستان در صورت های فلکی سرطان و جدی قرار داشته است، واین وجه تسمیه" مدار راس ااسرطان" و" مدار  راس الجدی "که در اصول نجومی تاثیر عمیقی داشته اند، نیز هست.