Debess spīdekļu kustība

Zvaigžņu kustība: Ja ilgāku laiku novēro zvaigznes, tad var redzēt, ka tās pārvietojas.

Saules kustība Saules kustība pie debesīm dienu no dienas nedaudz mainās.

Gadalaiku maiņa: Zemes riņķojums ap Sauli rada gadalaiku maiņu.

Laika skaitīšana: Ar Saules redzamo kustību pie debesīm cieši saistīta laika skaitīšana.

Mēness kustība un fāzes: Aptuveni mēneša laikā Mēness veic vienu apriņķojumu ap Zemi.

Planētu redzamā kustība: Planētu kustība pie debesīm ir cilpveidīga.

Zvaigžņu kustība

Zvaigžņotā debess nestāv uz vietas. Ja ilgāku laiku novēro zvaigznes, tad var redzēt, kā tās pārvietojas. Zvaigžņotās debess griešanās notiek ap centru, ko sauc par debess ziemeļpolu (1. att.). Debess ziemeļpols atrodas netālu no Polārzvaigznes, Mazā Lāča zvaigznājā. Polārzvaigzni atrod, savienojot ar iedomātu līniju Lielā Lāča kausa priekšmalas divas zvaigznes un turpinot to uz augšu aptuveni piecas reizes. Polārzvaigzne nav sevišķi spoža zvaigzne, starp citām zvaigznēm to izceļ vienīgi tās īpašais stāvoklis. Ja nostājas tā, lai Polārzvaigzne (ziemeļi) atrastos aiz muguras, tad priekšā atrodas dienvidi, pa kreisi - austrumi un pa labi - rietumi.

1. att. Zvaigžņotās debess rotācija

Debess rotācija ir šķietama. Patiesībā tā ir Zeme, kas griežas ap asi (2. att.). Ja skatītos uz Zemi no kosmosa (no Zemes ziemeļpola puses), tad varētu redzēt, ka Zeme griežas pretēji pulksteņa rādītāju kustības virzienam (no rietumiem uz austrumiem). Bet, tā kā novērotājs ir saistīts ar Zemi, viņš šo kustību nejūt un viņam liekas, ka griežas debess, tikai pretējā virzienā - pulksteņa rādītāju kustības virzienā ( no austrumeim uz rietumiem). Debess rotācija notiek ap asi, kas paralēla Zemes griešanās asij. To sauc par pasaules asi, tā iet caur novērotāju un krusto debess sfēru punktos, ko sauc par debess poliem. Vienu no poliem – debess ziemeļpolu jau aplūkojām, bet debess dienvidpols atrodas Oktanta zvaigznājā, kas Latvijā nav redzams.

2. att. Zeme un debess sfēra

Visi spīdekļi dalās trīs grupās: uzlecošie-norietošie, nenorietošie un neuzlecošie. Nenorietošās zvaigznes riņķo ap debess ziemeļpolu un to leņķiskais augstums periodiski pieaug un samazinās (3. att.). Uzlecošās-norietošās zvaigznes lēni uzlec austrumu pusē, dienvidos sasniedz vislielāko leņķisko augstumu un rietumu pusē noriet. Vairāku stundu laikā zvaigžņotās debess izskats būtiski izmainās. Rīta pusē jau ir redzami pavisam citi zvaigznāji, nekā vakarā. Neuzlecošās zvaigznes, saprotams, dotajā novērojumu vietā virs horizonta neparādās.

3. att. Zvaigžņu kustība debess austrumu, dienvidu un rietumu pusē

Saules kustība

Saule, tāpat kā zvaigznes, dienas laikā pārvietojas pie debesīm, taču tās diennakts kustība dažādos gadalaikos ir atšķirīga (4. att.). Ziemā Saules ceļš virs horizonta ir viszemākais un visīsākais, pavasarī un rudenī Saule pārvietojas pie debess vidējā leņķiskā augstumā, bet vasarā Saules diennakts ceļš iet visaugstāk un tas ir visgarākais.

4. att. Saules kustība ziemā, pavasarī, rudenī un vasarā

* - Aptuvenās vērtības

Tabula 1: Saules kustība dažādos gadalaikos (Latvijā)

Saules diennakts kustības izmaiņu cēlonis ir tas, ka Saule lēni pārvietojas starp zvaigznēm, gada laikā veicot pie debess pilnu apli, ko sauc par ekliptiku. Pie debess Saules ceļu iezīmē zodiaka zvaigznāju josla. Gada laikā Saule iziet caur 12 zodiaka zvaigznājiem (5. att.). Tā kā ekliptika ir novietota slīpi attiecībā pret debess ekvatoru, tad vasarā Saule atrodas pie debess sfēras “augstāk”, bet ziemā “zemāk”. Pavasarī un rudenī tā atrodas “vidējā augstumā”. Tādēļ arī Saules ceļš virs horizonta dažādos gadalaikos ir atšķirīgs. Saules kustība pa ekliptiku ir šķietama. Tās patiesais cēlonis ir Zemes kustība pa orbītu apkārt Saulei. Ja mēs domās pārceltos uz Sauli, tad redzētu, ka Saule ir nekustīga, bet Zeme kustas starp zvaigznājiem pa šo pašu apli - ekliptiku, tādā pašā virzienā, kā Saule, t.i., pretēji pulksteņa rādītāju kustības virzienam.

5. att. Saules kustība pa ekliptiku cauri zodiaka zvaigznājiem

Gadalaiku maiņa

Zemei riņķojot ap Sauli, tās ass stāvoklis nemainās - tā vienmēr vērsta uz Polārzvaigzni (6. att.). Šī iemesla dēļ dažādos orbītas posmos pret Sauli tiek pavērsti dažādi zemeslodes rajoni un mainās gadalaiki.

6. att. Zemei riņķojot ap Sauli, tās rotācijas ass vienmēr vērsta uz Polārzvaigzni

Kad pret Sauli vairāk pavērsta Zemes ziemeļu puslode, tajā valda vasara, jo Saule atrodas augstāk (stiprāk silda) un ilgāk spīd (7. att.). Dienvidu puslodē šajā laikā apstākļi ir pretēji un tur ir ziema. Kad pret Sauli pavērsts ekvatora apvidus, tad abas Zemes puslodes ir apgaismotas vienādi un iestājas pavasaris, vai rudens. Kad pret Sauli pagriežas Zemes dienvidu puslode, mūsu platuma grādos valda ziema. Ar Zemes ass slīpuma leņķi ir cieši saistīts Zemes klimats (vārds klimats cēlies no grieķu valodas un nozīmē slīpums). Ja Zemes rotācijas ass būtu perpendikulāra orbītas plaknei, tad visu gadu Saule apgaismotu Zemi vienādi un gadalaiki nemainītos. Ekvatoriālajā joslā vienmēr būtu ļoti karsts, bet polārajās joslās - ļoti auksts. Ja Zemes ass slīpuma leņķis būtu lielāks nekā tagad, gadalaiku izmaiņas būtu krasākas (ziemā aukstāks, vasarā karstāks), bet atšķirības starp klimatiskajām joslām nebūtu tik izteiktas.

7. att. Zemeslodes apgaismojums dažādos gadalaikos

Laika skaitīšana

Saules gaita pie debess nosaka cilvēka dzīves ritmu, tādēļ par laika mērīšanas pamatu pieņemta Saules diennakts, kurā ir tieši 24 stundas. Ikdienā laika skaitīšanai izmanto joslu laiku. Visa zemeslode ir sadalīta 24 laika joslās. Katras joslas platums ir 15°. Joslas numurē no 0 līdz 23. Nulles joslas centrs sakrīt ar sākummeridiānu (0°), bet tās robežas atrodas aptuveni uz 7°,5 rietumu garuma un 7°,5 austrumu garuma meridiāniem. Precīzās joslu robežas parasti tiek vilktas pa valstu robežām, gar kontinentu piekrasti, utml (8.att.). Visā laika joslas teritorijā tiek lietots viens un tas pats laiks. Blakus joslās laiks atšķiras par vienu stundu. Ja Griničā ir pusdienlaiks (12h), uz rietumiem no tās pulkstenis rāda mazāk (piemēram, Ņujorkā ir rīts, 7h), bet uz austrumiem - vairāk (piemēram, Tokijā ir vakars, 21h). Uz zemeslodes ir dažas teritorijas, piemēram, Indija, kur laiks no blakus joslas laika atšķiras tikai par pusstundu. Latvijas lieto otrās joslas (Austrumeiropas) laiku. Lielākajā daļā valstu, arī Latvijā, vasaras periodā no marta pēdējās svētdienas līdz oktobra pēdējai svētdienai lieto vasaras laiku, kas ir par stundu priekšā joslas laikam. Pārejot uz vasaras laiku, pulkstenis jāpagriež par vienu stundu uz priekšu, bet, pārejot atpakaļ uz joslas laiku, pulkstenis jāpagriež par vienu stundu atpakaļ.

8. att. Eiropas laika joslu karte

Agrāk laika skaitīšanai tika izmantots vietējais laiks, saskaņā ar kuru pulkstenis rāda 12h 00m 00s tad, kad Saule atrodas tieši dienvidos. Tātad tas tieši saskan ar Saules kustību, kurpretī joslu laiks uz laika joslas robežas var atšķirties no vietējā laika pat par pusstundu, bet vasaras laika periodā – par pusotru stundu. Taču vietējam laikam ir tāds trūkums, ka tas dažādās apdzīvotās vietās ir atšķirīgs, jo, Zemei nepārtraukti griežoties, pret Sauli pagriežas arvien jauni zemeslodes virsmas apgabali. Tā, piemēram, ik dienas Saule pirmkārt kulminē Daugavpilī, tad Rīgā un tikai pēc tam Liepājā. Liepājas un Daugavpils vietējo laiku starpība sasniedz 22 minūtes. Turklāt vietējais laiks nerit pilnīgi vienmērīgi. Kad laiku sāka mērīt ar milisekunžu precizitāti, kļuva skaidrs, ka Zemes griešanās nav pilnīgi vienmērīga. Taču civilizācijai kopumā vajadzīga pietiekami vienmērīga laika skaitīšanas sistēma, kas nebūtu atkarīga no Zemes griešanās neregularitātes un vienlaikus būtu cieši saistīta ar diennakts ritmu. Šim nolūkam lieto koordinēto pasaules laiku, kur glabā speciāli atompulksteņi. Reizi gadā, vai retāk, kad Zemes rotācijas palēnināšanās dēļ rodas nepieciešamība, 30. jūnijā vai 31. decembrī diennakts pedējā minūtē tiek pieskaitīta lieka sekunde. Tad šīs minūtes garums ir 61 sekunde. Pareizā laika signāli tiek raidīti koordinētā laika sistēmā. No pasaules laika, ko nosaka Zemes griešanās, koordinētais laiks nekad neatšķiras vairāk kā par sekundi.

Tabula 2: Laika skaitīšanas sistēmas

Kalendārs

Pirmais kalendārs cilvēces vēsturē acīmredzot bija Mēness kalendārs. Tajā par pamatciklu pieņemts Mēness fāzu nomaiņas laiks. Tā garums ir nepilns mēnesis, precīzāk, 29,5 dienas. Jau pats vārds "mēnesis" rāda, cik cieši šis jēdziens ir saistīts ar Mēness kustību. Mēness kalendāru vēl tagad lieto vairākās islama valstīs. Šī kalendāra trūkums ir tāds, ka tas nesaistās ar gadalaikiem un zemkopības sezonām. Nākamais solis kalendāra attīstībā bija Mēness-Saules kalendāra ieviešana. Mēnešus skaitīja pēc Mēness fāzes, bet gadu pēc Saules. Laika skaitīšana pēc Mēness-Saules kalendāra bija diezgan sarežģīta. Lai saskaņotu Mēness un Saules gada garumus, kalendārā iekļāva papildu mēnešus un papildu dienas. Saules kalendārs acīmredzot izveidojās Senajā Ēģiptē, jo šīs valsts zemkopība bija cieši saistīta ar ikgadējiem Nīlas plūdiem, tātad ar gadalaikiem. Gada garums bija 365 dienas. Tā kā faktiskais gada garums ir nedaudz lielāks, aptuveni katrus četrus gadus radās vienu dienu liela nobīde. 46. g. pmē. Senajā Romā pēc imperatora Jūlija Cēzara pavēles notika kalendāra reforma - katrā ceturtajā gadā (garajā gadā), skaitīja nevis 365, bet 366 dienas.

Jūlija kalendārs bija liels solis uz priekšu kalendāra attīstībā, bet arī tas nebija pietiekami precīzs. Kalendāra gada garums tajā ir 365 dienas un 6 stundas, bet astronomiskais gads ir par 11 minūtēm īsāks, tāpēc Jūlija kalendārs pakāpeniski atpalika no gadalaiku maiņas. Gadsimtu gaitā šī starpība kļuva arvien lielāka. 1582. gadā pēc pāvesta Gregora XIII pavēles katoļu zemēs notika jauna kalendāra reforma. Tajā gadā pēc 4. oktobra sekoja uzreiz 15. oktobris, bet kalendāra gada garums tika nedaudz samazināts, izmantojot sekojošu principu: pilno gadsimtu gadi, kuru pirmo divu ciparu veidotais skaitlis nedalās ar 4, uzskatāmi par īsajiem gadiem. Šādi gadi ir 1700, 1800, 1900, 2100. utt. Tagad Gregora kalendārs tiek lietots gandrīz visās pasaules valstīs.

Vēsturiskie kalendāra veidi

Tabula 3: Vēsturiski kalendāra viedi

Mēness kustība un fāzes

Mēness, tāpat kā Saule, pārvietojas pa zodiaka zvaigznājiem no labās uz kreiso pusi (no rietumiem uz austrumiem), tikai ātrāk. Mēness apriņķo Zemi 27,3 dienās. Šajā laikā Mēness veic arī vienu apgriezienu ap asi, tāpēc pret Zemi vienmēr pavērsta viena un tā pati Mēness puse. Mēness kustas ap Zemi pa nedaudz saspiestu (eliptisku) orbītu, tāpēc attālums līdz Mēnesim nedaudz mainās. Kad Mēness ir vistuvāk Zemei, saka, ka tas atrodas perigejā, kad vistālāk - apogejā. Mēness fāzes ir sekojošas: jaunmēness, pirmais ceturksnis, pilnmēness un pēdējais ceturksnis (9. att). Mēness fāzes mainās tāpēc, ka Saule apspīd Mēnesi tikai no vienas puses un, Mēnesim riņķojot ap Zemi, tā apgaismotā un neapgaismotā puse redzama dažādās proporcijās. Pilns fāzu maiņas periods ir 29,5 dienas.

9. att. Mēness fāzes 

Kas notiek katrā Mēness fāzē?

• Jaunmēness - iestājas tad, kad Mēness atrodas starp Zemi un Sauli. Tad pret Zemi vēsta Mēness neapgaismotā puse un tas nav redzams.
• Augošs Mēness - pāris dienas vēlāk Mēness parādās rietumu pusē kā šaurs sirpis ar izliekumu uz Saules pusi. Līdz pilnmēness fāzei Mēnesi sauc par augošu.
• Pirmais ceturksnis - iestājas aptuveni septiņas dienas pēc jaunmēneša. Tad Mēness redzams kā pusaplis ar izliekumu uz labo pusi.
• Augošs Mēness - nākamajās dienās Mēness fāze turpina augt.
• Pilnmēness - iestājas aptuveni 15 dienā. Tad Mēness atrodas Saulei pretējā pusē. Tas labi redzams visu nakti.
• Dilstošs Mēness - turpmāk Mēness fāze sāk samazināties. Pēc pilnmēness fāzes Mēnesi sauc par dilstošu.
• Pēdēais ceturksnis - iestājas apmēram 22 dienas pēc jaunmēness un Mēness ir redzams kā pusaplis ar izliekumu uz kreiso pusi.
• Dilstošs Mēness - vēl pēc dažām dienām dilstoša Mēness sirpis redzams tikai īsu brīdi austrumu pusē pirms Saules lēkta.

Tabula 4: Mēness fāzes

Lai noteiktu sirpjveidīga Mēness fāzi, gar sirpja ragiem iedomāti novelk svītru. Ja izveidojas p burts, tad Mēness ir pieaugošs, ja izveidojas d burts, tad Mēness ir dilstošs.

Planētu redzamā kustība

Planētas pie debesīm izskatās kā spožas zvaigznes, kas lēni pārvietojas starp zvaigznēm zodiaka zvaigznāju joslā. Raugoties no Zemes, kas pati kustas ap Sauli, planētu redzamā kustība izskatās savādāk, nekā iedomātam novērotājam no malas. Planētas pārvietodamās "met cilpas" (9.att.). Šīs cilpas veidojas, summējoties Zemes un planētas orbitālajai kustībai. Lielāko daļu laika planēta pārvietojas starp zvaigznēm planētas tiešajā kustībā no rietumiem uz austrumiem. Planētas, kas atrodas tuvāk Saulei, apriņķo to ātrāk. Kad Zeme savā riņķojumā ap Sauli panāk planētu, tā “apstājas” un sāk pārvietoties atpakaļvirzienā (planētas pretējā kustība). Kad Zeme pagājusi garām planētai, atsākas tās tiešā kustība. Jo tālāk planēta atrodas no Zemes, jo tās mestā cilpa ir mazāka. Cilpas "vertikālā izvērse" rodas tāpēc, ka planētas un Zemes orbītu plaknes nesakrīt - mainoties attālumam starp Zemi un planētu, mainās arī planētas leņķiskais attālums no ekliptikas, tāpēc tā pārvietojas pie debess sfēras uz augšu vai uz leju.

9. att. Marsa redzamā kustība

No redzamās kustības viedokļa izšķir ārējās un iekšējās planētas. Iekšējās planētas atrodas Saulei tuvāk nekā Zeme. Tās ir Venēra un Merkurs. Šīs planētas vienmēr redzamas pie debess ne pārāk tālu no Saules. Noteiktus planētu stāvokļus attiecībā pret Sauli sauc par konfigurācijām (10. att.). Iekšējā planēta atrodas maksimālā elongācijā, kad tās leņķiskais attālums no Saules ir vislielākais, apakšējā konjunkcijā, kad tā atrodas starp Zemi un Sauli, un augšējā konjunkcijā, kad planēta atrodas aiz Saules. Iekšējās planētas vislabāk novērojamas maksimālās elongācijas tuvumā. Ārējās planētas atrodas tālāk no Saules nekā Zeme. To galvenās konfigurācijas ir, pirmkārt, opozīcija, kad Zeme atrodas starp planētu un Sauli. Tad attālums starp Zemi un planētu ir vismazākais, planēta atrodas pretējā pusē Saulei un tās novērošanas apstākļi ir vislabākie. Otra ārējo planētu konfigurācija ir konjunkcija, kad planēta atrodas aiz Saules, vistālāk no Zemes, un nav redzama. Tad arī ir kvadratūras, kas ir novērojamas, kad planēta ir perpendikulāri Saules virzienam no Zemes perspektīvas.

​

10. att. Planētu konfigurācijas