АСТРОНОМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ КООРДИНАТ НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Глава XV ЭЛЕМЕНТЫ СФЕРИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ

§ 91. Общие сведения

Астрономические работы играют важную роль при решении научных и практических задач геодезии.

Перечислим кратко основные случаи использования астрономических широт, долгот и азимутов в геодезии.

1. Астрономические определения широт и долгот на соответствующих пунктах триангуляции являются важной составной частью градусных измерений, имеющих целью определение размеров и формы Земли в целом.

2. Астрономические определения широт и долгот пунктов вместе с результатами геодезических измерений позволяют изучать геоид. Именно из сопоставления астрономических и геодезических координат и вывода уклонений отвесных линий возможно построение профилей геоида относительно референц-эллипсоида.

3. Астрономические наблюдения доставляют значения исходных геодезических координат для начального пункта триангуляции, от которого производят вычисление координат всех последующих пунктов. Иначе говоря, астрономические координаты позволяют осуществлять ориентировку референц-эллипсоида в теле Земли и определяют географическое положение триангуляции, а следовательно, и планшетов топографической съемки на поверхности Земли.

4. Астрономические азимуты после введения в них поправки за уклонения отвесных линий (азимуты Лапласа) контролируют в триангуляции и полигонометрии угловые измерения, обеспечивают постоянство ориентировки триангуляции и повышают точность определения координат пунктов.

5. Астрономические наблюдения позволяют определять координаты точек земной поверхности как опорных пунктов топографических съемок. При этом надо учитывать, что координаты астрономических пунктов искажены влиянием уклонений отвесных линий; поэтому пользоваться астрономическими пунктами в качестве опорных можно только при съемке в масштабе 1 : 100 ООО и более мелких масштабах. Но именно в этих масштабах производятся съемки в труднодоступных районах и создание обоснования съемок в виде сети астрономических пунктов целесообразно с организационной и технико-экономической стороны.

6. Астрономические азимуты, определяемые на точках теодолитных ходов, являются хорошим независимым контролем измерений и обеспечивают существенное повышение точности этих ходов.

7. Астрономические наблюдения являются средством определения географических координат корабля на море и самолета в воздухе.

Изложенное показывает разнообразие и важность применения и использования координат пунктов и азимутов направлений на земной поверхности, определяемых методами астрономии.

Астрономия - одна из древнейших наук; она имеет своим предметом изучение природы, движения и распределения небесных светил и устройство Вселенной в целом. Астрономия - очень обширная наука; в настояш,ее время она разделяется на отделы, каждый из которых представляет собой по существу самостоятельную область знания.

Астрономические работы, выполняемые в геодезических целях и имеющие своей задачей определение географических координат на земной поверхности, основываются на двух отделах астрономии: сферической астрономии и практической астрономии.

Сферической астрономией называется отдел астрономии, в котором рассматриваются видимые движения светил, способы определения их положений на небесной сфере с применением различных систем координат и закономерности явлений, наблюдаемых с земной поверхности и происходящих в результате движения Земли вокруг Солнца и вращения ее вокруг оси.

Практической астрономией называется отдел астрономии, в котором рассматриваются методы и приемы астрономических измерений, инструменты, употребляющиеся при производстве этих измерений, а также способы обработки астрономических измерений, служащих для определения координат светил на небесной сфере и географических координат точек земной поверхности.

Другие разделы астрономии - небесная механика, астрофизика, космогония - изучают движение светил, физические и химические их свойства, развитие небесных тел и Вселенной в целом.

В настоящей главе рассматриваются вопросы сферической и практической астрономии, знание которых необходимо для определения географических координат точек земной поверхности,

§ 92. Системы координат, употребляемые в астрономир

Астрономические широты и долготы точек земной поверхности и азимуты направлений определяются из соответствующих наблюдений небесных светил - Солнца и звезд. Для этого необходимо знать положения светил как относительно Земли, так и относительно друг друга. Эти положения светил могут быть определены в целесообразно выбранных системах координат.

Принять для определения положения светил одну из обычно применяемых в математике систем линейных координат не представляется возможным, так как для этого необходимо точно знать линейные расстояния от некоторой точки, принимаемой за начало координат, до Земли и до всех светил; и даже если бы они были известны, то при вычислениях встретились бы непреодолимые практические трудности. Кроме того, расстояния от Земли до всех звезд чрезвычайно велики по сравнению с размерами Земли, и практически их можно считать одинаково бесконечно большими (исключением из этого положения являются некоторые ближайшие к Земле звезды и в особенности Солнце, расстояние от Земли до которого в среднем равно 149 500 ООО км). Поэтому достаточно знать направление на каждое светило. Отсюда вытекает целесообразность следующего вспомогательного построения, позволяющего определять положение светил. Построим сферу произвольного радиуса; центр этой сферы пусть совпадает с той точкой, в которой находится наблюдатель.

Впрочем, последнее условие не имеет значения, так как расстояния до звезд велики по сравнению с радиусом Земли и радиусом ее орбиты, и, следовательно, за центр вспомогательной сферы можно принимать любую точку Земли и ее орбиты. Далее, будем считать, что все светила спроектированы прямыми линиями из центра этой вспомогательной сферы на ее внутреннюю поверхность. Задача заключается в определении положения проекции светила на этой сфере, называемой небесной сферой.

Положение любой точки на небесной сфере определяется как пересечение двух больших кругов, построенных известным образом. Проводя через данную точку круги, будем иметь различные системы координат. Эти круги целесообразно располагать в плоскостях, взаимно перпендикулярных. Положение каждого из двух кругов, проходяш;их через данную точку сферы, определяется дугой, отсчитываемой от соответствуюш,его

большого круга, принимаемого за начальный.

Как известно. Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. У наблюдателя, находящегося на земной поверхности, создается впечатление, что все небесные тела - звезды. Солнце, планеты движутся с востока на запад. Вращение Земли вокруг своей оси называется суточным движением, так как промежуток времени, в течение которого Земля делает один оборот относительно внешней точки, принимается за единицу времени, называемую сутками.

Рассмотрим системы координат, применяющиеся в астрономии; они различаются положением больших кругов, принимаемых за начальные.

1. Горизонтная система координат. Построим вспомогательную сферу (рис. 163). Продолжим отвесную линию в точке наблюдения А до пересечения со сферой в точках Z ж Z. Эти точки называются соответственно точками зенита и надира. Большой круг, плоскость которого перпендикулярна к линии ZZ, примем за первый основной круг, относительно которого будем определять положение светила на небесной сфере. Этот круг называется небесным, или астрономическим, горизонтом. Проведем через центр сферы линию, параллельную оси вращения Земли, до пересечения со сферой; эта линия называется осью Мира. Пусть ось Мира пересекает вспомогательную сферу в точках Р ж Р, называемых полюсами Мира. Большой круг небесной сферы PZSPZN, проходящий через полюсы Мира и зенит места наблюдений (т. е. точку А), называется астрономическим, или небесным, меридианом. Примем небесный меридиан за второй основной круг, относительно которого будем определять положение светила на сфере. Заметим, что горизонтальная линия AN, лежащая в плоскости меридиана, показывает направление на север, а противоположная еж AS - на юг, поэтому точки N ж S называются соответственно точками севера и юга. Большой круг, проходящий через точки зенита и надира и перпендикулярный к плоскости меридиана, называется первым вертикалом; точки W ж Е пересечения этого круга с горизонтом; называются соответственно точками запада и востока.

п. с. Закатов

401.