천문학

지상의 고정점에 대한 월출 속도

지상의 고정점에 대한 월출 속도



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지구의 곡률과 달이 대기와 상호 작용하는 방식(특히 수평선에 가까움)으로 인해 하늘에서의 각도에 대한 달의 속도를 설명하는 알려진 함수가 있습니까?

보너스 포인트의 경우, 당신이 비행기의 고도에 있고 어떤 이유에서든 달이 비추는 총 비율을 일정하게 유지하는 속도로 하강하기를 원한다고 상상해 보십시오. 그 기능이 있습니까?

미리 감사드립니다. 이것은 임무를위한 것이 아니라 오늘 밤 문라이즈를 보았을 때의 호기심 때문입니다. 나는 이러한 질문을 인터넷 검색을 시도했지만 아무 소용이 없습니다.


지상 고정 점에 대한 월출 속도-천문학

젊은 공기 역학자들에게 가장 혼란스러운 개념 중 하나는 상대 속도 개체 사이. 공기 역학적 힘은 공기를 통해 움직이는 물체에 의해 생성되지만 공기 자체도 움직일 수 있습니다. 공기역학적 힘은 물체와 공기 사이의 속도의 제곱에 따라 달라집니다. 속도를 올바르게 정의하려면 고정 기준점을 선택하고 고정 점을 기준으로 속도를 측정해야합니다. 이 슬라이드에서 기준점은지면에 고정되어 있습니다.

기체가 비행하는 공기는 세 방향으로 모두 이동할 수 있습니다. 이 그림에서는 지면에 수직인 공기의 움직임만을 고려하고 있습니다. 상승 기류, 지면에서 멀리 향하는 경우 또는 다운드래프트 지면을 향하고 있는 경우. 비행 경로를 따른 공기 운동의 효과는 다른 슬라이드에 설명되어 있습니다. 지면에 평행하고 상승 기류 및 하강 기류에 수직 인 교차 바람의 효과도 다른 페이지에 설명되어 있습니다.

이 슬라이드에서 우리는 airspeed라고 불리는 어떤 속도로 비행 경로를 따라 공기를 통과하는 글라이더를 고려하고 있습니다. 비행 경로는 활공 각도라고하는 수평 각도를 만듭니다. 그런 다음 대기 속도는 지면을 기준으로 수평 구성 요소와 수직 구성 요소로 분해될 수 있습니다. 하강하는 글라이더의 경우 수직 속도 음수입니다. 글라이더에 작용하는 공기역학적 힘은 비행 경로를 기준으로 정의됩니다. 드래그는 비행 경로를 따라 작동하는 반면 리프트는 비행 경로에 수직으로 작동합니다.

그만큼 공기 이동 풍속이라고 불리는 일정한 속도로. 풍속은 크기와 방향을 모두 갖는 벡터량입니다. 상향 기류는 양의 방향으로, 하향 기류는 음의 방향으로 정의합니다. 지면에 대한 항공기의 수직 속도는 수직 속도와 풍속의 벡터 합입니다.

수직 속도 = 수직 속도 + 풍속

상승 기류의 크기가 수직 속도의 크기보다 크면 글라이더는 항상 주변 공기를 통해 떨어지더라도 고도를 얻을 수 있습니다 !! 글라이더가 떨어지는 것보다 공기가 더 빨리 올라갑니다. 마찬가지로, 강한 하강 기류는 항공기가 주변 공기를 통해 상승하더라도 고도를 잃게 만들 수 있습니다.

상승 기류는 언덕이나 산에서 부는 바람이 언덕 위로 올라 가야 할 때 발견됩니다. 상승 기류는지면을 가열하는 태양으로 인해 발생할 수도 있습니다. 지면의 열은 주변 공기를 따뜻하게하여 공기를 상승시킵니다. 상승하는 뜨거운 공기 주머니를 열풍이라고 합니다. 하강 기류는 언덕이나 산의 바람이 불어 오는 쪽에서 발생합니다. 하강 기류는 종종 강한 뇌우 근처에서 발견됩니다. ㅏ 마이크로 버스트 고도로 국지화 된 공기 하강 기류입니다. 공항 근처의 마이크로 버스트는 최근 몇 년 동안 비행기 추락 사고로 비난 받아 왔습니다.

이 슬라이드에 제공된 설명은 정적 성능에 대해서만 설명합니다. 이는 바람이 안정적이고 항공기가 비행 경로를 따라 정렬되어 있음을 의미합니다. 불안정한 상승 기류 또는 하강 기류는 공격 각도의 즉각적인 변화로 인해 항공기에 추가적인 힘을가합니다. 추가 힘은 또한 엘리베이터를 사용하여 비행 경로를 따라 항공기를 기동함으로써 생성될 수 있습니다. 이 슬라이드에서는 이러한 효과에 대해 설명하지 않습니다.


우주를 통해 우리 은하의 속도를 측정하는 새로운 방법

모든 물체의 움직임은 상대적입니다. 지구에서 우리는 그것을 무시하는 경향이 있습니다. 왜냐하면 땅의 광대한 배경은 우리에게 겉보기에 고정되고 절대적인 기준 틀을 제공하기 때문입니다. 책상에 편안하게 앉아 있으면 책상, 사무실 및 주변의 모든 것이 마찬가지로 쉬고있는 것처럼 보이기 때문에 움직이지 않는 것 같습니다. 그러나 물론 지구는 축을 중심으로 회전하고 초당 30km의 속도로 태양을 공전하며 태양은 은하계를 빠르게 통과합니다. 우리는 우주가 그렇게 느껴지지 않더라도 빠른 속도로 우주를 통과하고 있습니다. 그렇다면 우리 은하계는 어떻습니까? 확실히 그것도 우주를 통과하고있다. 그러나 무엇에 비해? 어떻게 측정할 수 있습니까?

한 가지 방법은 우주 마이크로파 배경 (CMB)을 사용하는 것입니다. 지구가 우리의 개인적인 움직임을 측정할 수 있는 큰 배경을 제공하는 것처럼 CMB는 우리가 은하수의 움직임을 측정할 수 있는 우주 배경을 제공합니다. 우리는 CMB를 모든 방향에서 나오는 희미한 마이크로파 빛으로 봅니다. 이는 우주 팽창으로 인해 수십억 년 동안 냉각 된 빅뱅의 원시적 인 불 덩어리로 인해 발생합니다. 작은 변동을 제외하고는 온도가 매우 균일합니다. 하지만 은하수가 우주를 통해 속도를 내고 있기 때문에 CMB의 빛은 우리가 움직이는 방향으로 청색 편이되고 우리가 속도를내는 방향으로 적색 편이됩니다. CMB를 관찰함으로써 우리는 은하수와 다른 인근 은하들이 우주 배경에 대해 초당 약 630km의 속도로 이동하고 있음을 압니다.

이 속도의 정확도는 CMB의 전체 데이터에 의해 제한됩니다. 이것은 더 정확한 측정을 하거나 시간에 따른 우리 은하의 속도 변화를 측정하는 것을 어렵게 만듭니다. 하지만 최근 우리의 우주 속도를 측정하는 새로운 방법에 대한 제안이있었습니다. 아이디어는 CMB를 사용하는 대신 셀 수없이 먼 은하를 바라 보는 것입니다. 각 은하는 우주 배경이 아니라 특정 광원이기 때문에 훨씬 더 정확하게 속도를 측정 할 수 있습니다. 그러나 개별 은하도 우주 배경에 상대적으로 이동하기 때문에 우리는 한 은하의 데이터를 사용할 수 없습니다. 우리는 우리가 관찰 할 수있는 평균 수백만 또는 수십억 개의 은하를 취해야합니다. 그것은 우리의 속도를 전 세계 사람들과 비교하여 측정함으로써 지구에 대한 상대적인 속도를 측정하는 것과 유사할 것입니다. 몇 개만 측정하는 것은 그다지 정확하지 않지만 수십억 명의 사람들의 움직임을 측정하면 우리의 속도를 측정 할 수 있습니다. 그리고 우리가 은하를 측정할 것이기 때문에 우리의 결과는 CMB의 온도가 균일하다는 가정에 의존하지 않을 것입니다.

이 시점에서 아이디어는 제안일 뿐입니다. 우리가 필요로 하는 은하계 데이터의 양은 현재 가지고 있는 것보다 훨씬 많습니다. 그러나 Large Synoptic Survey Telescope 또는 Square Kilometer Array(둘 다 현재 건설 중임)와 같은 대형 천체 관측 망원경이 온라인 상태가 되면 아이디어를 실현하기에 충분한 데이터를 캡처할 수 있습니다. 우리가 성공하면 은하 운동에 대한 새로운 측정값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 우주 마이크로파 배경을 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.

1: 벨, 줄리앙, 크리스티안 마리노니. "우주를 통한 가속도의 실시간 탐지 제안." 물리적 검토 편지 121.2(2018): 021101.


밤하늘의 밝기에 대해

안녕하세요, 저는 이것을 설명하고 싶지만 제가 직접 이해했는지 잘 모르겠습니다.

따라서 별은 태양을 방출하는 광자이며 이 광자는 공간을 통해 광속으로 움직입니다. 그들의 빛은 사라지지 않습니다.

그래서 우리가 밤하늘에서 보는 모든 별들을 감안할 때 우리는 태양계의 태양보다 훨씬 더 밝게 빛나는 많은 별들이 항상 밝은 일광을 가져야하지 않을까요?

내가 이해한 바에 따르면 우주가 고정된 경우일 것입니다. 그러나 그것은 계속 확장되고 있습니다. 별은 서로 "멀리" 이동하는 다른 은하에 있습니다.

따라서 거리가 멀어짐에 따라 광자는 따라 잡을 수 없으며 우리에게 도달하는 데 훨씬 더 오래 (무한히 더 긴?) 필요합니다.

따라서 우주의 초기 단계에서는 은하들 사이의 거리가 짧았고 먼 미래에는 더 어두워 질 것이기 때문에 매우 밝았을 것입니다.

누군가가 내가 잘못했는지, 어디서 잘못했는지 설명하고 주제에 대한 빛을 비출 수 있기를 바랍니다. 나 자신을 드러낼 것이다.

따라서 일부 별이 보이지 않는 이유는 실제로 우주가 팽창하기 때문입니다. 그러나 그것은 귀하의 질문을 완전히 설명하지 못합니다.

여기서 문제는 거리입니다. 우리는 태양으로부터 약 8 광분 거리에 있습니다. 그 거리에서 우리는 여전히 태양을 벗어나는 많은 광자의 표적이 됩니다.

우리를 치지 않는 양은 훨씬 더 큽니다. 우리가 공전하는 태양 주위의 구체를 상상할 수 있다면 지구는 그 위에 작은 스펙이 될 것입니다.

목성의 궤도를 살펴보겠습니다. 목성의 궤도에 고정해야 하는 구체는 우리가 지구에 대해 상상한 구체를 왜소하게 만듭니다.

이제, 태양을 떠난 바로 그 광자들은 이제 이 구 위에 퍼져 있고, 지구는 목성이 있는 곳 주위를 공전할 것이고, 그것은 지금 받는 광자의 일부를 받을 것입니다. 그것이 유로파가 얼어 붙은 이유입니다. 어떤 액체의 물도 그것의 핵심에서 나오는 열에서 나와야합니다.

이제 우리가 볼 수 있듯이 태양에서 멀어질수록 우리를 공격할 광자가 더 적습니다. 나는 우리가 토성의 궤도에 도착할 때 우리의 태양이 다른 별처럼 보일 것이라고 상상할 것입니다.

그것은 많은 별들이 팽창하는 우주로 인해 가시 스펙트럼에서 빛이 적색으로 이동한다는 사실과 결합됩니다.

따라서 밤하늘은 어둡다.

tldr 빠른 것은 너무 멀어서 눈에 맞지 않았고, 빠른 것은 빠른 확장으로 멈췄습니다

이것은 Olbers의 역설과 비슷합니다(비록 그 주장은 별의 밝기가 아니라 우주가 고르게 분포된 별들로 무한하다면 밤에 하늘이 밝아야 한다는 것입니다). 이 설명에 덧붙이자면, 관측 가능한 우주에는 유한한 수의 별만 있으므로 지구에서 모든 시선에 실제로 별은 없습니다.

우주가 훨씬 더 오래 되었다면 멀리 떨어진 별의 빛이 지구에 도달 할 수있을만큼 충분한 시간을 가지므로 밤하늘이 훨씬 더 밝아 질 것이라고 주장 할 수 있습니다.

잘 했어. 당신은 당신의 물건을 알고 있습니다. 당신은 천문학자/우주론자입니까?

모든 별은 유한한 수의 광자를 생성합니다. 이 광자는 모든 방향으로 무한대로 방출됩니다. 바깥쪽으로 움직이면 서로 멀어지게됩니다. 별에 가까울수록 더 많은 광자를받습니다. 별에서 멀어짐에 따라 이러한 광자는 기하 급수적으로 더 넓은 영역에 퍼져서 더 작은 부분을 얻습니다. 손전등을 얼굴에서 한 발 떼면 손전등이 매우 밝게 보일 수있는 것과 같은 이유이지만 누군가가 1/4 마일 떨어진 곳에서 손전등을 가리키면 훨씬 희미해질 것입니다. 손전등은 더 적은 수의 광자를 생성하지 않으며 더 넓은 영역에 퍼져 있기 때문에 더 적은 수의 광자를 받는 것입니다.

편집: 우주 팽창에 대한 또 다른 요점. 많은 사람들이 그것이 결정적으로 중요하다는 것을 알지 못하는 개념이 있습니다. 빛의 속도는 빛을 방출하는 물체의 속도에 영향을 받지 않습니다. 움직이는 기차에 서서 기차 앞쪽으로 화살을 쏘면, 당신과 관련된 화살의 속도와 기차의 속도가 합쳐져지면에 대한 화살의 속도를 알 수 있습니다. 기차의 뒤쪽을 향해 화살을 쏘면 당신에 대한 화살의 속력을 기차의 속력에서 빼면 지면에 대한 화살의 속력이 결정됩니다. 이것은 빛이 작동하는 방식이 아닙니다. 기차 위에 랜턴이 있으면 그 랜턴의 빛은 광원이 움직이고 있음에도 불구하고 지면을 기준으로 모든 방향으로 동일한 속도로 이동합니다. 따라서 두 개의 광자가 동시에 방출되면 하나는 열차의 앞쪽으로, 다른 하나는 열차의 뒤쪽으로 이동하면 해당 광자는 둘 다 정확히 동시에 떠난 위치에서 1마일의 거리에 도달합니다. 팽창하는 우주의 관점에서 볼 때 두 은하는 서로 너무 멀리 떨어져 있어 실제로 서로에 대한 빛의 속도보다 빠르게 움직일 수 있지만 빛은 신경 쓰지 않기 때문에 여전히 서로에게서 빛을 받습니다. 소스가 얼마나 빨리 움직이는지. 이 개념은 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 기초입니다. 빛은 본질적으로 다른 모든 움직임이 측정되는 "고정점"으로 작용합니다.


빛을 포함하는 갈릴레이 상대성 이론 일반화: 특수 상대성 이론

이제 우리는 아인슈타인의 주요 통찰 인 특수 상대성 이론에 도달했습니다. 믿을 수 없을 정도로 간단합니다. 아인슈타인은 처음에 균일하게 움직이는 배의 갑판 아래 실험에 대한 갈릴레오의 토론에서 먼지를 털어내고 다음과 같이 다시 말했습니다.

물리학의 법칙은 모든 관성 프레임에서 동일합니다.

그런 다음 아인슈타인은 단순히 이것을 최신 상태로 가져왔습니다., 물리학의 법칙은 이제 전기장과 자기장을 설명하는 Maxwell의 방정식과 중력 및 기타 힘 하에서 질량의 운동을 설명하는 Newton의 법칙을 포함해야 함을 지적합니다. (전문가 및 호기심을위한 참고 사항: 우리는 Maxwell의 방정식이 특수 상대성 이론에 의해 완전히 변경되지 않는다는 것을 알게 될 것입니다. 그러나 나중에 명확 해 지겠지만, Newton의 법칙은 특수 상대주의 현상을 포함하기 위해 약간의 재조정이 필요합니다. 첫 번째 법칙은 여전히 ​​o.k., 두 번째 법칙은 에프 = 엄마 질량 변화를 찾을 수 있기 때문에 힘을 운동량 변화율과 동일시해야합니다 (뉴턴은 당연히 그가 법칙을 언급 한 방식임을 이해했습니다!). 작용과 반작용이라는 제3법칙은 더 이상 성립하지 않습니다. 예를 들어 물체가 움직이면 전기장이 즉시 재조정되지 않고 파문이 빛의 속도로 바깥쪽으로 이동하기 때문입니다. 잔물결이 다른 대전체에 도달하기 전에 둘 사이의 전기력은 불균형합니다. 그러나 두 물체가 상호 작용할 때 운동량 보존의 제3법칙의 결정적인 결과는 여전히 유효합니다. 잔물결 그 자체가 추진력을 전달하고 모든 것이 균형을 이루는 것으로 밝혀졌습니다.)

Maxwell의 방정식이 모든 관성 프레임에서 충족되도록 요구하는 것은 우리가 생각하는 한 중요한 결과를 가져옵니다. 위에서 언급했듯이 Maxwell의 방정식은 빛의 속도를 초당 8 미터로 3 & x10입니다. 따라서, 모든 관성 프레임에서 물리 법칙이 동일해야한다는 것은 모든 관성 프레임에서 측정 된 광파의 속도가 3 회 10 8 초당 미터.

이것은 특수 상대성 이론의 전체 내용입니다. 물리 법칙은 모든 관성 프레임에서 동일하며, 특히 모든 관성 프레임에서 빛의 속도를 측정하면 항상 초당 3×10 8 미터가 됩니다.


지상 고정 점에 대한 월출 속도-천문학

로렌츠 변환 방정식에서 짐작할 수 있듯이, 우리는 더 이상 단순한 관계 t = t '가 없기 때문에 시간 개념은 상대적인 개념이됩니다. 여기서 실제로 의미하는 것은 동시성의 개념은 어떤 프레임에 있는지에 따라 달라진다는 것입니다. 이것은 어떤 관성 프레임에 있든 빛의 속도가 동일하다는 사실의 단순한 결과입니다.

중간에 전구가 있는 움직이는 기차를 생각해 보십시오. 전구를 켜면 빛은 열차의 앞쪽과 뒤쪽으로 모두 c=3×10 8 m/sec의 속도로 이동합니다.

기차를 타고 있는 관찰자의 입장에서 볼 때 전구에서 기차의 앞, 뒤 끝까지의 거리는 같으므로 빛이 동시에 양쪽 끝에 닿는다.

그러나 지상에 있는 사람의 입장에서 보면 기차의 앞은 다가오는 빛에서 멀어지고 기차의 뒤쪽은 다가오는 빛에 가까워진다. 이것은 앞으로 나아가는 빛이 덮는 거리가 뒤로가는 빛보다 길다는 것을 의미합니다. 그리고 지상에있는 관찰자에게도 빛의 속도가 양방향으로 c이기 때문에 빛은 기차의 앞쪽에 도달하기 전에 기차 뒤쪽에 도달 할 것입니다.

기차와 전구 문제:
빛이 기차 끝까지 도달하는 시간 순서는 관찰자에 따라 다릅니다.

내가 말하고자 하는 것은 기차에 있는 관찰자에게 동시에 일어난 것처럼 보이는 두 가지 사건이 지상에 있는 관찰자에게는 동시에 일어나지 않는다는 것입니다. 사실, 위의 스포츠카의 관찰자처럼 기차보다 빠르게 움직이는 다른 관찰자의 관점에서 볼 때, 그 관찰자의 프레임에서는 빛이 기차 앞쪽에 도달 한 후 기차 뒤쪽에 도달합니다. 빛에서 멀어지는 열차의 뒤쪽과 그것을 향해 움직이는 열차의 앞쪽.

  • 지면에 고정된 프레임(x,t)에서 A가 B보다 먼저 발생합니다.
  • 기차에 고정된 프레임 (x',t') 에서 A 와 B 가 동시에 발생합니다.
  • 스포츠카에 고정된 프레임(x'',t'')에서 A는 B 다음에 발생합니다.

세 가지 다른 프레임에서 기차와 전구가 어떻게 관찰되는지 보여주는 시공 다이어그램


예제가 있는 상대 운동

무언가의 속도에 대해 이야기 할 때 우리는 먼저 기준점을 결정한 다음이 기준점에 따라 물체의 속도를 말합니다. 예를 들어, 버스를 타고 동쪽으로 50m / s의 속도로 이동 한 다음 트럭이 동쪽으로 60m / s의 속도로 사용자를 통과합니다. 트럭이 버스 옆에있을 때 서쪽으로 후진 할 때 또는 다른 차를 볼 때 두 대의 차가 같은 속도를 가질 때 움직이지 않는다고 느낍니다. 반대로 아래의 예를 생각해 보십시오. 여행할 때 지면에 있는 정지된 물체를 보면 자동차의 속도로 여행하는 것처럼 느껴집니다. 이 모든 것은 상대 운동의 결과입니다. 다른 움직이는 물체 또는 고정 된 물체에 대한 움직이는 물체의 속도를 & ldquo라고합니다.상대 속도&rdquo 및 이 동작을 &ldquo라고 합니다.상대 운동& rdquo. 물리에서 기준점이 너무 중요합니다. 우리는 기준점에 따라 모든 계산을 수행합니다. 예를 들어, 우리는 공중에 날아가는 비행기를 관찰하는데, 우리에 대한 그 비행기의 속도는 비행기의 속도와 바람의 합입니다. 그러나 같은 비행기는 비행하는 다른 비행기에 비해 속도가 다릅니다. 요약하면 선택한 기준점에 대한 물체의 속도 방향과 양을 결정합니다. 물체의 상대 속도에 대한 몇 가지 예와 벡터 표기법을 살펴봅니다.

A의 관찰자에 따르면 첫 번째 사진에서 B는 서쪽으로 2m/s의 속도로 이동하고 있습니다. 그러나 B의 관찰자에 따르면 A는 동쪽으로 2m/s의 속도로 이동하고 있습니다.

두 번째 그림에서 C의 관찰자는 D에 대해 동쪽으로 11m/s의 속도로 이동하는 것처럼 느낍니다. 반대로 D의 관찰자는 11m/s의 속도로 이동하는 것처럼 느낍니다. C에 대해 서쪽으로.

이제 물체의 상대적인 속도를 찾는 데 도움이되는 방정식을 제공합니다.


2.1 위의 하늘

이 섹션이 끝나면 다음을 수행 할 수 있습니다.

  • 천구의 주요 특징 정의
  • 천문학자들이 하늘을 설명하는 데 사용하는 시스템을 설명하십시오.
  • 별의 움직임이 지구에서 우리에게 어떻게 나타나는지 설명
  • 태양, 달, 행성의 움직임이 지구에서 우리에게 어떻게 나타나는지 설명하십시오.
  • 용어의 현대적 의미 이해 별자리

우리의 감각은 지구가 우주의 중심, 즉 하늘이 회전하는 중심임을 암시합니다. 이 지구 중심 (지구 중심) 견해는 유럽 르네상스 시대까지 거의 모든 사람들이 믿었던 것입니다. 결국 그것은 간단하고 논리적이며 겉보기에 자명 해 보입니다. 게다가, 지구 중심적 관점은 우주의 중심 초점으로서 인간의 독특한 역할을 가르친 철학적, 종교적 시스템을 강화했습니다. 그러나 지구 중심적 관점은 잘못된 것입니다. 우리 지적 역사의 위대한 주제 중 하나는 지구 중심적 관점의 전복입니다. 그러므로 우주 질서에서 우리 세계의 위치를 ​​재평가하는 단계를 살펴 보겠습니다.

천구

캠핑을 가거나 도시의 불빛에서 멀리 떨어져 사는 경우 맑은 밤에 보는 하늘의 모습은 망원경이 발명되기 전에 전 세계 사람들이 보았던 것과 거의 동일합니다. 위를 바라 보면 하늘이 중앙에있는 커다란 속이 빈 돔이라는 인상을받습니다 (그림 1). 모든 별은 돔 표면에서 동일한 거리에 있습니다. 그 돔의 꼭대기, 머리 바로 위에있는 지점은 천정, 돔이 지구와 만나는 곳을 수평선. 바다나 평평한 대초원에서는 수평선을 주변의 원으로 쉽게 볼 수 있지만 오늘날 사람들이 살고 있는 대부분의 지역에서는 수평선이 산, 나무, 건물 또는 스모그에 의해 적어도 부분적으로 숨겨져 있습니다.

우리 주변의 하늘.

그림 1. 수평선은 하늘이지면과 만나는 곳이고 관찰자의 천정은 바로 머리 위에있는 지점입니다.

고대 목자들과 여행자들이 정기적으로 하던 것처럼 탁 트인 들판에 누워 밤하늘을 몇 시간 동안 관찰하면 태양과 달이 하는 것처럼 동쪽 지평선에 별이 솟아 하늘의 돔을 가로질러 움직이는 것을 볼 수 있습니다. 밤이 되면 서쪽 지평선에 진다. 밤마다 하늘이 이렇게 바뀌는 것을 보면 하늘의 돔이 실제로 당신 주위를 돌고있는 거대한 구체의 일부라는 생각을 갖게 될 것입니다. 초기 그리스인들은 하늘을 그저 그런 존재로 여겼습니다. 천구 (그림 2). 일부 사람들은 그것을 작은 보석처럼 내부에 별이 박힌 투명한 결정질 물질의 실제 구체로 생각했습니다.

천구의 원.

그림 2. 여기에서 우리는 지구 주위에 물체가 고정되어 있고 축을 따라 지구 주위를 회전하는 (가상) 천구를 보여줍니다. 실제로이 축을 중심으로 회전하는 것은 지구이며, 하늘이 우리를 중심으로 회전한다는 환상을 만듭니다. 이 사진의 지구는 사용자의 위치가 상단에 있고 북극이 N이있는 위치에 기울어 져 있습니다. 극 주위의 하늘에서 천체의 겉보기 움직임은 원형 화살표로 표시됩니다.

오늘날 우리는 밤낮으로 회전하는 것은 천구가 아니라 우리가 살고 있는 행성이라는 것을 알고 있습니다. 우리는 행성의 축을 나타내는 지구의 북극과 남극을 통해 상상의 막대기를 넣을 수 있습니다. 지구가 24 시간마다이 축을 회전하기 때문에 태양, 달, 별이 시계 작업 규칙으로 솟아 오르는 것을 볼 수 있습니다. 오늘날 우리는이 천체가 실제로 돔에 있지 않고 우주에서 우리와 매우 다양한 거리에 있다는 것을 알고 있습니다. 그럼에도 불구하고 하늘에있는 물체를 추적하는 데 도움이되도록 천체 돔이나 구에 대해 이야기하는 것이 여전히 편리합니다. 라는 특별한 극장도 있습니다. 별자리 투영기, 별과 행성의 시뮬레이션을 흰색 돔에 투영합니다.

천구의 회전에 따라 천구에 있는 물체는 서로에 대한 위치를 유지합니다. 북두칠성과 같은 별들의 그룹은 하늘과 함께 회전하지만 밤 동안 같은 모양을 갖습니다. 하룻밤 동안 주변 행성과 같이 자체적으로 중요한 움직임을 보이는 물체조차도 별과 관련하여 고정 된 것처럼 보입니다. 유성 (단 몇 초 동안 반짝 거리는 짧은 "유성")만이 천구의 다른 물체에 대해 눈에 띄게 움직입니다. (이것은 별이 아니기 때문입니다. 그보다는 지구 대기권에 부딪히면서 타오르는 작은 우주 먼지입니다.) 우리는 전체 천구가 함께 회전하는 것처럼 보이는 사실을 사용하여 시스템을 설정할 수 있습니다. 하늘에 무엇이 보이는지, 그리고 주어진 시간에 일어나는 위치를 추적하기 위한 것입니다.

천구의 극과 천구의 적도

회전하는 하늘에서 방향을 잡기 위해 천문학 자들은 지구의 축 점을 하늘로 확장하는 시스템을 사용합니다. 지구를 통과하여 북극과 남극을 연결하는 선을 상상해보십시오. 이것은 지구의 축이며 지구는 이 선을 중심으로 자전합니다. 이 가상의 선을 지구에서 바깥쪽으로 확장하면이 선이 천구와 교차하는 지점을 천구의 북극 그리고 천구의 남극. 지구가 축을 중심으로 회전함에 따라 하늘은 축을 중심으로 반대 방향으로 회전하는 것처럼 보입니다. 천체 기둥 (그림 3). 우리는 또한 (상상으로) 지구의 적도를 하늘에 던지고 이것을 천구의 적도. 지구의 적도가 우리 행성의 극 중간에 있는 것처럼 천구의 극 중간에 있습니다.

천구 남극을 돌고 있습니다.

그림 3. 이 장 노출 사진은 천구가 남 천구를 중심으로 회전 한 결과 별이 남긴 흔적을 보여줍니다. (실제로 회전하는 것은 지구입니다.) (Credit : ESO / Iztok Bončina)

이제 회전하는 지구의 다른 부분을 타는 것이 하늘에 대한 우리의 견해에 어떤 ​​영향을 미치는지 상상해 봅시다. 천구의 겉보기 운동은 위도(적도의 북쪽 또는 남쪽 위치)에 따라 다릅니다. 우선 지구의 축이 천구의 극을 가리키고 있으므로 하늘의이 두 점이 회전하지 않는 것 같습니다.

예를 들어, 지구의 북극에 서 있으면 천정에서 천구의 북극을 머리 위로 볼 수 있습니다. 천구의 극에서 90 ° 떨어진 천구의 적도는 수평선을 따라 놓여있을 것입니다. 밤 동안 별을 보았을 때 별은 모두 천구 주위를 도는 것이므로 뜨거나 지는 것이 없었습니다. 천구 적도 북쪽의 하늘 절반 만이 북극에서 관측자에게 보입니다. 마찬가지로 남극의 관찰자는 하늘의 남쪽 절반만 볼 수 있습니다.

반면에 지구 적도에 있었다면 천체 적도 (결국 지구의 적도의 "확장자"일뿐)가 천정을 통해 머리 위로 지나가는 것을 볼 수 있습니다. 천구의 적도에서 90 ° 떨어진 천구의 극은 지평선의 북쪽과 남쪽 지점에 있어야합니다. 하늘이 돌면 모든 별은 떠서 지고 수평선의 동쪽에서 똑바로 움직이고 서쪽에서 똑바로 집니다. 24 시간 동안 모든 별은 정확히 절반의 시간 동안 지평선 위에 있습니다. (물론 그 시간 중에는 태양이 너무 밝아서 볼 수 없습니다.)

미국이나 유럽의 위도에있는 관찰자는 무엇을 보게 될까요? 우리는 지구의 극이나 적도에 있지 않고 그 사이에 있다는 것을 기억하십시오. 미국 대륙과 유럽에 거주하는 사람들의 경우 천구의 북극은 머리 위도 아니고 지평선도 아닌 그 사이에 있습니다. 그것은 관찰자의 위도와 같은 각 높이 또는 고도에서 북쪽 지평선 위에 나타납니다. 예를 들어 위도가 북위 38°인 샌프란시스코에서 천구의 북극은 북쪽 지평선 위로 38°입니다.

북위 38°에 있는 관찰자의 경우 천구의 남극은 남쪽 수평선 아래 38°이므로 절대 볼 수 없습니다. 지구가 회전함에 따라 전체 하늘이 천구의 북극을 중심으로 회전하는 것처럼 보입니다. 이 관찰자의 경우 북극에서 38° 이내의 별은 절대 지면 안 됩니다. 그들은 낮과 밤, 항상 수평선 위에 있습니다. 하늘의이 부분을 북쪽이라고합니다 극 지대. 미국 본토의 관측자들에게 북두칠성, 북두칠성 및 카시오페이아는 북극권 북극 지역의 별 그룹의 예입니다. 반면에 천구의 남극에서 38 ° 이내의 별은 절대 상승하지 않습니다. 하늘의 그 부분이 남쪽 극지방입니다. 대부분의 미국 관찰자들에게 서던 크로스는 그 지역에 있습니다. (방금 언급된 스타 그룹에 대해 잘 모르더라도 걱정하지 마십시오. 나중에 더 정식으로 소개하겠습니다.)

지구 역사상 이 특별한 시기에 천구의 북극에 아주 가까운 별이 있습니다. 그것은이라고 폴라리스 , 극 별이며 매일 북쪽 하늘이 돌 때 가장 적게 움직이는 별이라는 특징이 있습니다. 다른 별들이 훨씬 더 많이 움직이는 동안 그것은 너무 적게 움직 였기 때문에, 예를 들어 몇몇 아메리카 원주민 부족의 신화에서 특별한 역할을했습니다 (일부는 그것을 "하늘의 잠 그개"라고 불렀습니다).

당신의 각도는 무엇입니까?

천문학자들은 각도를 사용하여 천체가 하늘에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지 측정합니다. 정의에 따르면 원에는 360°가 있으므로 천구를 완전히 도는 원에는 360°가 포함됩니다. 하늘의 반구 또는 돔은 수평선에서 반대쪽 수평선까지 180°를 포함합니다. 따라서 두 개의 별이 18 ° 떨어져 있으면 별의 간격은 하늘 돔의 약 1/10에 이릅니다. 도가 얼마나 큰지 짐작할 수 있도록 보름달의 지름은 약 0.5도입니다. 이것은 팔길이에서 본 가장 작은 손가락(핑키) 너비 정도입니다.

태양의 상승과 설정

우리는 밤하늘의 별들의 움직임을 묘사했지만 낮에는 어떨까요? 별들은 낮에도 계속 맴돌지만 태양의 광채 때문에보기가 어렵습니다. (그러나 달은 종종 낮에 볼 수 있습니다.) 주어진 날에 우리는 태양이 가상의 천구의 어떤 위치에 있다고 생각할 수 있습니다. 태양이 떠오를 때, 즉 지구의 자전이 태양을 수평선 위로 운반할 때, 태양광은 우리 대기의 분자에 의해 산란되어 우리 하늘을 빛으로 채우고 수평선 위의 별을 숨깁니다.

수천 년 동안 천문학 자들은 태양이 단지 뜨고지는 것 이상의 역할을한다는 것을 알고있었습니다. 그것은 천구에서 점차적으로 위치를 바꾸며 별에 대해 동쪽으로 약 1°씩 매일 이동합니다. 매우 합리적으로, 고대인들은 이것이 태양이 지구 주위를 천천히 움직이고 있다는 것을 의미한다고 생각했습니다. 우리가 완전한 원을 만들기 위해 1 년이라고 부르는 시간이 걸렸습니다. 물론 오늘날 우리는 태양 주위를 도는 것이 지구라는 것을 알고 있지만 그 효과는 동일합니다. 우리 하늘에서 태양의 위치는 매일 바뀝니다. 우리는 밤에 모닥불 주위를 걸을 때 비슷한 경험을합니다. 우리는 불 주위에 앉은 각 사람 앞에 차례로 불꽃이 나타나는 것을 봅니다.

태양이 매년 천구를 한 바퀴 도는 것처럼 보이는 경로를 황도 (그림 4). 황도에서의 움직임 때문에 태양은 별과 관련하여 매일 약 4 분 늦게 떠 오릅니다. 지구는 태양을 다시 일으키기 위해 (별과 관련하여) 하나 이상의 완전한 자전을해야합니다.

다른 위도의 별표.

그림 4. 하늘의 회전은 지구의 위도에 따라 다르게 보입니다. (a) 북극에서 별은 천정을 돌며 솟아 오르지 않습니다. (b) 적도에서는 천구의 극이 수평선에 있고 별은 똑바로 떠 있다가 곧게 진다. (c) 중위도에서 천구의 북극은 머리 위와 수평선 사이의 어떤 위치에 있습니다. Its angle above the horizon turns out to be equal to the observer’s latitude. Stars rise and set at an angle to the horizon.

As the months go by and we look at the Sun from different places in our orbit, we see it projected against different places in our orbit, and thus against different stars in the background ( Figure 5 and Table)—or we would, at least, if we could see the stars in the daytime. In practice, we must deduce which stars lie behind and beyond the Sun by observing the stars visible in the opposite direction at night. After a year, when Earth has completed one trip around the Sun, the Sun will appear to have completed one circuit of the sky along the ecliptic.

Constellations on the Ecliptic.

Figure 5. As Earth revolves around the Sun, we sit on “platform Earth” and see the Sun moving around the sky. The circle in the sky that the Sun appears to make around us in the course of a year is called the 황도. This circle (like all circles in the sky) goes through a set of constellation s. The ancients thought these constellations, which the Sun (and the Moon and planets) visited, must be special and incorporated them into their system of astrology. Note that at any given time of the year, some of the constellations crossed by the ecliptic are visible in the night sky others are in the day sky and are thus hidden by the brilliance of the Sun.

Constellations on the Ecliptic

Constellation on the Ecliptic Dates When the Sun Crosses It
Capricornus January 21–February 16
Aquarius February 16–March 11
Pisces March 11–April 18
Aries April 18–May 13
Taurus May 13–June 22
Gemini June 22–July 21
Cancer July 21–August 10
Leo August 10–September 16
Virgo September 16–October 31
Libra October 31–November 23
전갈 자리 November 23–November 29
Ophiuchus November 29–December 18
Sagittarius December 18–January 21

The ecliptic does not lie along the celestial equator but is inclined to it at an angle of about 23.5°. In other words, the Sun’s annual path in the sky is not linked with Earth’s equator. This is because our planet’s axis of rotation is tilted by about 23.5° from a vertical line sticking out of the plane of the 황도 ( Figure 6 ). Being tilted from “straight up” is not at all unusual among celestial bodies Uranus and Pluto are actually tilted so much that they orbit the Sun “on their side.”

The Celestial Tilt

그림 6. The celestial equator is tilted by 23.5° to the ecliptic. As a result, North Americans and Europeans see the Sun north of the celestial equator and high in our sky in June, and south of the celestial equator and low in the sky in December.

The inclination of the ecliptic is the reason the Sun moves north and south in the sky as the seasons change. In Earth, Moon, and Sky, we discuss the progression of the seasons in more detail.

Fixed and Wandering Stars

The Sun is not the only object that moves among the fixed stars. The Moon and each of the planets that are visible to the unaided eye—Mercury, Venus, Mars, Jupiter, Saturn, and Uranus (although just barely)—also change their positions slowly from day to day. During a single day, the Moon and planets all rise and set as Earth turns, just as the Sun and stars do. But like the Sun, they have independent motions among the stars, superimposed on the daily rotation of the celestial sphere. Noticing these motions, the Greeks of 2000 years ago distinguished between what they called the fixed stars—those that maintain fixed patterns among themselves through many generations—and the wandering stars, 또는 행성. The word “planet,” in fact, means “wanderer” in ancient Greek.

Today, we do not regard the Sun and Moon as planets, but the ancients applied the term to all seven of the moving objects in the sky. Much of ancient astronomy was devoted to observing and predicting the motions of these celestial wanderers. They even dedicated a unit of time, the week, to the seven objects that move on their own that’s why there are 7 days in a week. The Moon, being Earth’s nearest celestial neighbor, has the fastest apparent motion it completes a trip around the sky in about 1 month (or moonth). To do this, the Moon moves about 12°, or 24 times its own apparent width on the sky, each day.

Angles in the Sky

A circle consists of 360 degrees (°). When we measure the angle in the sky that something moves, we can use this formula:

This is true whether the motion is measured in kilometers per hour or degrees per hour we just need to use consistent units.

As an example, let’s say you notice the bright star Sirius due south from your observing location in the Northern Hemisphere. You note the time, and then later, you note the time that Sirius sets below the horizon. You find that Sirius has traveled an angular distance of about 75° in 5 h. About how many hours will it take for Sirius to return to its original location?

해결책

The speed of Sirius is .If we want to know the time required for Sirius to return to its original location, we need to wait until it goes around a full circle, or 360°. Rearranging the formula for speed we were originally given, we find:

Check Your Learning

The Moon moves in the sky relative to the background stars (in addition to moving with the stars as a result of Earth’s rotation.) Go outside at night and note the position of the Moon relative to nearby stars. Repeat the observation a few hours later. How far has the Moon moved? (For reference, the diameter of the Moon is about 0.5°.) Based on your estimate of its motion, how long will it take for the Moon to return to the position relative to the stars in which you first observed it?

ANSWER:

The speed of the moon is 0.5°/1 h. To move a full 360°, the moon needs 720 h:

The individual paths of the Moon and planets in the sky all lie close to the ecliptic, although not exactly on it. This is because the paths of the planets about the Sun, and of the Moon about Earth, are all in nearly the same plane, as if they were circles on a huge sheet of paper. The planets, the Sun, and the Moon are thus always found in the sky within a narrow 18-degree-wide belt, centered on the ecliptic, called the 황도 십이궁 ( Figure 5 ). (The root of the term “zodiac” is the same as that of the word “zoo” and means a collection of animals many of the patterns of stars within the zodiac belt reminded the ancients of animals, such as a fish or a goat.)

How the planets appear to move in the sky as the months pass is a combination of their actual motions plus the motion of Earth about the Sun consequently, their paths are somewhat complex. As we will see, this complexity has fascinated and challenged astronomers for centuries.


Accuracy and drone ROI

Let’s expand on this logic and say you take aerial images of a mine site featuring some pipelines. You set your flight and payload parameters to achieve a GSD of 2.5 cm (1 in). On the resulting drone map, you want to find the length of one stretch of pipeline. To do this, you draw a polyline in your software along the distance of the pipe. The software will convert the line’s pixel distance into a real-world distance.

On the other hand, if you want to know the length down to the centimeter (0.4 in) level, you cannot measure it exactly. 왜? Any space smaller than a 2.5 cm (1 in) will be contained within one pixel, which is a single square of data that lacks definition. The end points of your polyline will be sitting at best within 2.5 cm from the end of the pipe.

These aerial images by WingtraOne with its Sony QX1 payload compose a map of a Swiss mine based on a 2.5 cm (1 in) / px GSD. Zooming in to the closest point, we can get accuracy within a few centimeters (about an inch) to estimate the length of the pipe.

The same is true if you need to accurately locate the center of a ground control point or the edge of a building. With a better (lower) GSD, it will be much easier to see the center point or edge, because each pixel represents a smaller space. In the context of your survey, this kind of detail difference adds up over large areas, and it matters.

A 1 cm (0.4 in) error spread over many meters becomes a volumetric or land area difference that could get quite expensive.

For example, if our GSD is 5 cm (2 in), this means our accuracy error will be that much, or more, in cm. For a volume it’s actually way more than this. 왜? You will factor this 5 cm (2 in) error into the surface area of X cm/in 2 based on points plotted and the actual edge of the stockpile. So there will be at least this much difference between the surface area estimate and the actual edge of the stockpile, and this square surface area difference will be multiplied (cubed), as a volume. Imagine a 5 cm (2 in) thick blanket (of error) lying on top of the volume itself. The volume of that blanket depends on your GSD and accuracy.


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