4.1: Dunia na Anga

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi latitude na longitude hutumiwa kupiga ramani ya Dunia
• Eleza jinsi kupaa na kupungua kwa haki vinavyotumiwa kupiga ramani angani

Ili kuunda ramani sahihi, mtengenezaji wa ramani anahitaji njia ya pekee na kutambua tu eneo la vipengele vyote vikuu kwenye ramani, kama vile miji au alama za asili. Vilevile, waandishi wa ramani wanahitaji njia ya pekee na kutambua tu eneo la nyota, galaxi, na vitu vingine vya mbinguni. Kwenye ramani za Dunia, tunagawanya uso wa Dunia kwenye gridi ya taifa, na kila eneo kwenye gridi hiyo linaweza kupatikana kwa urahisi kwa kutumia uratibu wake wa latitude na longitude. Wanaastronomia wana mfumo sawa kwa vitu angani. Kujifunza kuhusu haya kunaweza kutusaidia kuelewa mwendo wa dhahiri wa vitu mbinguni kutoka sehemu mbalimbali duniani.

Kuweka Maeneo duniani

Hebu tuanze kwa kurekebisha msimamo wetu juu ya uso wa sayari ya Dunia. Kama tulivyojadiliwa katika Kuchunguza Anga: Kuzaliwa kwa Astronomia, mhimili wa mzunguko wa Dunia unafafanua maeneo ya Poles yake ya Kaskazini na ya Kusini na ya ikweta yake, nusu kati ya. Maelekezo mengine mawili yanafafanuliwa pia na mwendo wa Dunia: mashariki ni mwelekeo unaoelekea ambayo Dunia inazunguka, na magharibi ni kinyume chake. Karibu katika hatua yoyote duniani, mwelekeo manne—kaskazini, kusini, mashariki, na magharibi- hufafanuliwa vizuri, licha ya ukweli kwamba sayari yetu ni pande zote badala ya kuwa bapa. Mbali pekee ni hasa kwenye Poles ya Kaskazini na Kusini, ambapo maelekezo ya mashariki na magharibi ni ngumu (kwa sababu pointi hasa kwenye miti hazigeuka).

Tunaweza kutumia mawazo haya kufafanua mfumo wa kuratibu zilizounganishwa na sayari yetu. Mfumo kama huo, kama mpangilio wa barabara na fursa huko Manhattan au Salt Lake City, hutusaidia kupata wapi tulipo au tunataka kwenda. Kuratibu kwenye nyanja, hata hivyo, ni ngumu zaidi kuliko wale walio kwenye uso wa gorofa. Lazima tufafanue miduara kwenye nyanja ambayo ina jukumu sawa na gridi ya mstatili unayoona kwenye ramani za jiji.

Mduara mkubwa ni mduara wowote juu ya uso wa nyanja ambayo kituo chake ni katikati ya tufe. Kwa mfano ikweta ya Dunia ni duara kubwa juu ya uso wa Dunia, nusu kati ya Poles Kaskazini na Kusini. Tunaweza pia kufikiria mfululizo wa duru kubwa zinazopita katika Poles zote za Kaskazini na Kusini. Kila moja ya miduara inaitwa meridian; wao ni kila perpendicular kwa equator, kuvuka kwa pembe za kulia.

Hatua yoyote juu ya uso wa Dunia itakuwa na meridian inayopitia (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Meridian inataja eneo la mashariki-magharibi, au longitude, ya mahali. Kwa makubaliano ya kimataifa (na ilichukua mikutano mingi kwa nchi za dunia kukubaliana), longitude hufafanuliwa kama idadi ya digrii za arc kando ya ikweta kati ya meridian yako na ile inayopita kupitia Greenwich, England, ambayo imeteuliwa kuwa Meridian Mkuu. Longitude ya Meridiani Mkuu hufafanuliwa kama 0°.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Tunatumia latitude na longitude kupata miji kama Washington, DC, duniani. Latitude ni idadi ya digrii kaskazini au kusini ya ikweta, na longitudo ni idadi ya digrii mashariki au magharibi ya Meridiani Mkuu. Kuratibu za Washington, DC ni 38° N na 77° W.

Kwa nini Greenwich, unaweza kuuliza? Kila nchi ilitaka longitude 0° kupita katika mji mkuu wake mwenyewe. Greenwich, tovuti ya zamani Royal Observatory (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)), ilichaguliwa kwa sababu ilikuwa kati ya bara la Ulaya na Marekani, na kwa sababu ilikuwa tovuti kwa ajili ya maendeleo mengi ya njia ya kupima latitude baharini. Longitudo hupimwa ama upande wa mashariki au upande wa magharibi wa meridi ya Greenwich kuanzia 0° hadi 180°. Kwa mfano, longitude ya benchmark ya nyumba ya saa ya Marekani Naval Observatory huko Washington, DC, ni 77.066° W.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Katika hatua ya kimataifa iliyokubaliana-juu ya sifuri ya longitude katika Royal Observatory Greenwich, watalii wanaweza kusimama na straddle line halisi ambapo longitude “huanza.” (mikopo kushoto: mabadiliko ya kazi na “pdbreen” /Flickr; haki ya mikopo: mabadiliko ya kazi na Ben Sutherland)

Latitude yako (au eneo la kaskazini-kusini) ni idadi ya digrii za arc uko mbali na ikweta kando ya meridiani yako. Latitudo hupimwa ama kaskazini au kusini ya ikweta kuanzia 0° hadi 90°. (Latitude ya ikweta ni 0°.) Kwa mfano, latitude ya benchmark ya Naval Observatory iliyotajwa hapo awali ni 38.921° N. latitude ya Ncha ya Kusini ni 90° S, na latitude ya Ncha ya Kaskazini ni 90° N.

Kuweka Maeneo katika Sky

Vyeo vya angani vinapimwa kwa namna inayofanana sana na jinsi tunavyopima nafasi juu ya uso wa Dunia. Badala ya latitude na longitude, hata hivyo, wanaastronomia hutumia viwianishi vinavyoitwa kupasuka na kupaa kulia. Kuashiria nafasi za vitu mbinguni, mara nyingi ni rahisi kutumia nyanja ya mbinguni ya uwongo. Tuliona katika Kuchunguza Anga: Kuzaliwa kwa Astronomia kwamba anga inaonekana kuzunguka juu ya pointi juu ya Poles Kaskazini na Kusini ya Dunia—pointi mbinguni inayoitwa kaskazini ya mbinguni na pole kusini ya mbinguni. Nusu kati ya miti ya mbinguni, na hivyo 90° kutoka kila pole, ni ikweta ya mbinguni, mduara mkubwa kwenye nyanja ya mbinguni iliyo kwenye ndege sawa na ikweta ya Dunia. Tunaweza kutumia alama hizi angani kuanzisha mfumo wa kuratibu mbinguni.

Kupungua kwa nyanja ya mbinguni hupimwa kwa njia ile ile ambayo latitude inapimwa kwenye nyanja ya Dunia: kutoka kwa ikweta ya mbinguni kuelekea kaskazini (chanya) au kusini (hasi). Kwa hiyo Polaris, nyota iliyo karibu na ncha ya kaskazini ya mbinguni, ina kupungua kwa karibu +90°.

Kupaa kwa kulia (RA) ni kama longitude, isipokuwa badala ya Greenwich, hatua iliyochaguliwa kiholela ambapo tunaanza kuhesabu ni equinox ya vernal, hatua mbinguni ambapo ecliptic (njia ya Jua) huvuka ikweta ya mbinguni. RA inaweza kuelezwa ama katika vitengo vya angle (digrii) au katika vitengo vya wakati. Hii ni kwa sababu nyanja ya mbinguni inaonekana kugeuka Dunia mara moja kwa siku kadiri sayari yetu inavyogeuka kwenye mhimili wake. Hivyo 360° ya RA ambayo inachukua kwenda mara moja kuzunguka nyanja ya mbinguni inaweza tu pia kuweka sawa na masaa 24. Kisha kila 15° ya arc ni sawa na saa 1 ya wakati. Kwa mfano, viwianishi vya mbinguni takriban vya nyota angavu Capella ni RA 5h = 75° na kupungua +50°.

Njia moja ya kutazama miduara hii mbinguni ni kufikiria Dunia kama nyanja ya uwazi na kuratibu duniani (latitude na longitude) walijenga juu yake na rangi nyeusi. Fikiria nyanja ya mbinguni karibu nasi kama mpira mkubwa, ulijenga nyeupe ndani. Kisha fikiria mwenyewe katikati ya Dunia, na bomba la mwanga katikati, ukiangalia kupitia uso wake wa uwazi mbinguni. Miti ya ardhi, equator, na meridians itafanyika kama vivuli vya giza kwenye nyanja ya mbinguni, kutupa mfumo wa kuratibu mbinguni.

Unaweza kuchunguza aina ya mifano kwa michoro ya msingi kuhusu kuratibu na mwendo mbinguni katika tovuti hii maingiliano kutoka ClassAction. Bonyeza tab “Mifano kwa michoro” kwa orodha ya chaguzi. Ikiwa unachagua chaguo la pili kwenye menyu, unaweza kucheza na nyanja ya mbinguni na kuona RA na kupungua hufafanuliwa kuibua.

Dunia inayogeuka

Kwa nini nyota nyingi huinuka na kuweka kila usiku? Kwa nini, kwa maneno mengine, angani ya usiku inaonekana kugeuka? Tumeona kwamba mzunguko wa dhahiri wa nyanja ya mbinguni unaweza kuhesabiwa kwa mzunguko wa kila siku wa anga karibu na Dunia iliyopo au kwa mzunguko wa Dunia yenyewe. Tangu karne ya kumi na saba, imekubaliwa kwa ujumla kuwa ni Dunia ambayo inarudi, lakini sio hadi karne ya kumi na tisa mwanafizikia wa Kifaransa Jean Foucault alitoa maandamano yasiyojulikana ya mzunguko huu. Mwaka 1851, alisimamisha pendulum ya mita 60 yenye uzito wa kilo 25 kutoka kwenye dome ya Pantheon huko Paris na kuanza pendulum kugeuza sawasawa. Ikiwa Dunia haijawahi kugeuka, hakutakuwa na mabadiliko ya ndege ya pendulum ya oscillation, na hivyo ingeendelea kufuatilia njia ile ile. Hata hivyo baada ya dakika chache Foucault aliweza kuona kwamba ndege ya pendulum ya mwendo ilikuwa ikigeuka. Foucault alielezea kuwa haikuwa pendulum ambayo ilikuwa kuhama, bali Dunia iliyokuwa ikigeuka chini yake (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Sasa unaweza kupata pendulums vile katika vituo vingi vya sayansi na sayari duniani kote.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Kama Dunia inavyogeuka, ndege ya oscillation ya Pendulum ya Foucault hubadilika hatua kwa hatua ili zaidi ya masaa 12, malengo yote katika mduara makali ya jukwaa la mbao hupigwa kwa mlolongo.

Je, unaweza kufikiria vipande vingine vya ushahidi vinavyoonyesha kuwa ni Dunia na si mbingu inayogeuka? (Angalia Sehemu ya 4.E, Shughuli za Kundi la Shirikishi A mwishoni mwa sura hii.)

Dhana muhimu na Muhtasari

Mfumo wa dunia wa latitude na longitude hutumia miduara mikubwa inayoitwa meridians. Longitude ni kiholela kuweka 0° katika Royal Observatory katika Greenwich, England. Mfumo wa kuratibu wa mbinguni unaofanana unaitwa kupaa kwa kulia (RA) na kupungua, huku 0° ya kupungua kuanzia kwenye equinox ya vernal. Mifumo hii ya kuratibu inatusaidia kupata kitu chochote kwenye nyanja ya mbinguni. Pendulum ya Foucault ni njia ya kuonyesha kwamba Dunia inageuka.

faharasa

kukataa

umbali wa angular kaskazini au kusini ya ikweta ya mbinguni

mduara mkubwa

mduara juu ya uso wa nyanja ambayo ni pembe ya makutano ya nyanja na ndege inayopita katikati yake

meridiani

mduara mkubwa juu ya nyanja ya duniani au ya mbinguni ambayo hupita kupitia miti

kupaa haki

kuratibu kwa kupima nafasi za mashariki-magharibi za miili ya mbinguni; angle iliyopimwa upande wa mashariki pamoja na ikweta ya mbinguni kutoka kwa usawa wa vernal hadi mzunguko wa saa unaopita kupitia mwili