نویسنده : پیمان اکبرنیا
اگر در یک شب پر ستاره به آسمان نگاه کنید، ستارگانی را مشاهده می کنید که به نظر می آید به سقف آسمان چسبیده اند. آنچه ما از آسمان می بینیم، سطح یک کره است. احساس می کنیم که ستارگان روی سطح یک کره هستند. البته آن چه ما از این کره می بینیم در واقع یک نیم کره است، زیرا افق محلی نیمی از این کره را می پوشاند و ما در یک زمان خاص، تنها نیمی از کره آسمان را بالای سر خود مشاهده می کنیم.
تعداد ستارگانی که در یک شب صاف و در آسمانی تاریک به دور از شهرها با چشم غیر مسلح دیده می شوند، به 3000 عدد می رسد. وقتی از ستارگان صحبت می کنیم، منظور ما نقاطی نورانی در کره آسمان است که با گذشت زمان به نظر می رسد جای آن ها نسبت به هم عوض نمی شود. بر خلاف ستارگان، ماه، خورشید و سیارات که در طول زمان در میان ستارگان آسمان حرکت می کنند و موقعیتشان تغییر می کند.
همین ثابت بودن جای ستارگان نسبت به هم، باعث می شود که در آسمان، شکل هایی خاص از ستارگان را صورت فلکی بنامیم که در مباحث رصدی با آنها آشنا خواهید شد. البته همه ستارگان به همراه ماه و خورشید، هر روز طلوع و غروب می کنند و همین امر باعث می شود که در طول یک شب رصدی که آسمان را رصد می کنیم، برخی صورت های فلکی غروب کرده و صورت های فلکی جدیدی طلوع کنند.
آنچه در آسمان می بینیم، با ساختار واقعی جهان خیلی تفاوت دارد. ما نیز مثل اخترشناسان عهد باستان، فقط تصویر دو بعدی جهان را روی یک کره می بینیم، ولی با دانش امروزی خود، پدیده ها را بهتر توضیح می دهیم. مثلا هنگام کسوف، ظاهراً می بینیم که ماه روی خورشید را می پوشاند و آسمان تاریک می شود، ولی در واقع چنین اتفاقی روی نمی دهد. زیرا یکی از آن ها، در بعد سوم فضا- یعنی عمق منظره ای که از آسمان دیده می شود، خیلی دورتر از دیگری قرار دارد. ما در آسمان عمق را حس نمی کنیم، پس آن چه می بینیم، تصویر دو بعدی خورشید و ماه است. به همین ترتیب، دو ستاره که در آسمان نزدیک هم به نظر می رسند، تقریباً هیچ وقت در فضا به هم نزدیک نیستند، مگر آن که واقعاً ستاره های دوتایی یا ستاره های عضو یک خوشه ستاره ای باشند.
اما چرا نمی توانیم عمق آسمان را تشخیص دهیم و آن را دو بعدی و به شکل سطح یک کره می بینیم؟
دلیل آن این است که چشم ما در تشخیص فاصله اجسام دور دچار مشکل می شود؛ مثلاً فرض کنید که، در حال مشاهده چراغ های هواپیمایی در دوردست و بر فراز آسمان هستید، آیا در این حالت قادر خواهید بود فاصله هواپیما را به خوبی تخمین بزنید؟ خیر.
چشم انسان قابلیت تخمین فاصله های دور را ندارد و از طرفی می دانیم که ستارگان نیز در فاصله بسیار دوری از ما قرار دارند. هنگامی که مغز انسان در تشخیص فاصله ستاره ها دچار مشکل می‌شود، فرض می کند که همه ستارگان در یک فاصله از ما قرار دارند! وقتی که فاصله ستارگان از ما مساوی فرض شود، آنها را روی سطح یک کره خواهیم دید.
این کره فرضی، که رصد کننده در مرکز آن است، کره آسمان یا کره سماوی نامیده می‌شود. دایره افق، کره سماوی را به دو نیم‌کره تقسیم می‌کند. با آن که می دانیم کره سماوی واقعاً وجود ندارد و ستاره ها و کهکشان ها در فضای بیکران پراکنده اند، اما باز هم این مفهوم ابتدایی را به کار می‌بریم تا به کمک آن منظره آسمان پرستاره را بشناسیم.
اندازه‌گیری زاویه‌ها در کره سماوی
یکی از روش های صحیح و آسان برای یافتن موقعیت اجرام سماوی نسبت به یکدیگر استفاده از زوایا و نظایر آن ها است.
وقتی که فاصله دو جسم را روی کره آسمان بیان می‌کنیم، در واقع از فاصله زاویه‌ای آنها صحبت می‌کنیم نه فاصله واقعی آنها. اما فاصله زاویه ای چیست؟ فرض کنید که دو ستاره را در آسمان رصد می کنیم، اگر از هر کدام از این ستاره ها خطی به خودمان رسم کنیم، آنگاه زاویه ای تشکیل می شود که راس آن خود ما هستیم. این زاویه را می توان با روش های مختلفی اندازه گیری کرد و اندازه آن از 0 تا 180 درجه متغییر است.
برای مثال هنگامی که می خواهیم نقطه شمال سماوی یا همان ستاره قطبی را پیدا کنیم، از دو ستاره از صورت فلکی دب اکبر یا همان ملاقه بزرگ آسمان استفاده می کنیم. ستاره های آلفا و بتای صورت فلکی دب اکبر که با نام های دبه و مراق شناخته می شوند و دو ستاره سر این ملاقه بزرگ آسمانی هستند. فاصله این دو ستاره از هم در آسمان، 5 درجه است. اگر این ستاره ها را به هم وصل کرده و در جهت داخل ملاقه حدود 25 درجه یا به عبارتی، 5 برابر فاصله این دو ستاره امتداد دهیم، به ستاره‌ی قطبی خواهیم رسید.
برای اندازه گیری زاویه ها در آسمان روش های مختلفی وجود دارد. یک روش تقریبی استفاده از دست برای اندازه گیری زوایا است؛ برای مثال، می توانیم از مشت گره کرده خود در فاصله طول یک بازو استفاده کنیم. در این وضعیت قطر ظاهری مشت تقریباً 10 درجه است ( کسی که مشتش کوچک تر است طول بازویش هم کوتاه تر است و در نتیجه اندازه این زاویه برای همه افراد تقریباً 10 درجه است). به همین ترتیب می توانیم آسمان را وجب کنیم و اندازه 1 وجب ما در حالتی که دست کاملا کشیده باشد، حدود 20 تا 25 درجه است. البته دقت داریم که این روش اندازه گیری، تقریبی است و برای کارهای دقیق تر، باید از ابزارهای مخصوص اندازه گیری زوایا در آسمان استفاده کنیم.
دستگاه های مختصات
تا به حال متوجه شدیم که آسمان بالای سر خود را به صورت یک کره می‌بینیم و به نظر می‌رسد که ستاره‌ها در این کره فرضی حرکت می‌کنند. همچنین متوجه شدیم که در کره آسمان، فاصله اجرام را با زاویه اندازه‌گیری می‌کنیم.
حال فرض کنید که در آسمان جسمی را دیده‌اید (مانند یک دنباله‌دار یا کهکشان) و می‌خواهید از طریق تلفن یا پیام جای آن را به دوست خود اطلاع دهید تا بتواند به رصد آن بپردازد. چه می‌کنید؟ یک راه، آدرس دادن از طریق اشکال ستاره‌ای خاصی در آسمان به نام صورت‌های فلکی است(برای آشنایی با صورت‌های فلکی به درس پنجم مراجعه کنید). اما آدرس دادن از طریق صور فلکی چندان دقیق و راحت نیست و تقریبی است. به روش دقیق‌تری برای آدرس‌دهی در آسمان نیاز داریم که برای کارهای علمی نیز قابل استفاده باشد.
قبل از پرداختن به آسمان و آدرس‌دهی در آن ، ببینیم به طور کلی از لحاظ ریاضی چطور جای نقاط را در صفحه یا فضا مشخص می‌کنیم؟ شاید با دستگاه‌های مختصات در صفحه آشنا باشید. برای نشان دادن جای نقاط در صفحه معمولا از دستگاه مختصات دکارتی یا همان X-Y معروف استفاده می‌کنیم. پس از انتخاب نقطه‌ای دلخواه در صفحه به عنوان مبدا و دو محور عمود بر هم به نام محورهای X و Y، می‌توان هر نقطه در صفحه را با دو مختصه طول(x) و عرض(y) نشان داد. مقادیر x و y بین مثبت بی‌نهایت تا منفی بی‌نهایت در یک صفحه نامتناهی ، متغییر است.
در روی سطح کره زمین و همچنین در کره آسمان نیز برای نشان دادن جای نقاط از مختصات استفاده می‌کنیم. اما شاید این ایهام برای شما پیش بیاید که سطح کره با یک صفحه مسطح فرق دارد و نمی‌توان به شیوه قبل دستگاه مختصاتی روی آن تعریف کرد که تصور درستی است. سطح کره ، یک سطح خمیده است و باید مختصات را به گونه‌ای متفاوت از صفحه صاف تعریف کنیم. برای این منظور طول‌ها را روی سطح کره با زوایا نشان می‌دهیم و به گونه‌ای جدید دستگاه‌های مختصات را تعریف می‌کنیم.
قبل از تعریف دستگاه‌های مختصات باید تعریف دو دایره مهم روی سطح کره را ارائه دهیم.
1- دایره عظیمه: دایره عظیمه به دایره‌ای گفته می‌شود که کره را به 2 قسمت مساوی تقسیم کند. مرکز این دایره بر مرکز کره منطبق است. به عبارت دیگر اگر صفحه‌ای صاف ، کره را به گونه‌ای قطع کند که از مرکز کره عبور کند، روی سطح کره ، یک دایره عظیمه ایجاد می‌کند.
2- دایره صغیره: هر دایره‌ای که روی کره عظیمه نباشد ، صغیره است. به عبارتی دایره‌ای که کره را به دو قسمت با حجم‌های نامساوی تقسیم کند یا دایره‌ای که مرکز آن بر مرکز کره منطبق نباشد.
در ادامه با این دو مفهوم زیاد سر و کار خواهیم داشت. لازم به ذکر است که هر دایره عظیمه 2 قطب دارد که در واقع نقاطی هستند روی سطح کره و در دورترین فاصله ممکن از این دایره عظیمه. به عبارت دیگر اگر خطی بر صفحه دایره عظیمه عمود کنیم که از مرکز کره بگذرد، این خط سطح کره را در دو نقطه قطع می‌کند که قطب‌های دایره عظیمه هستند.
حال که با این مفاهیم اولیه آشنا شدیم، در ادامه به سراغ معرفی دستگاه‌های مختصات ، ابتدا در زمین و سپس در آسمان می‌پردازیم.
بر روی کره زمین از دستگاه مختصاتی استفاده می‌کنیم که کم و بیش برای همه آشناست و در آن، نقاط روی کره زمین بر اساس طول و عرض جغرافیایی مشخص می‌شوند. اما در آسمان دستگاه‌های مختصات مختلفی وجود دارد که بر حسب نیاز، از آنها به جای خود استفاده خواهیم کرد. این دستگاه‌ها عبارتند از:
1- دستگاه افقی (سمتی – ارتفاعی)
2- دستگاه استوایی (بعد - میلی)
3- دستگاه دایره‌البروجی (طول و عرض دایره‌البروجی)
4- دستگاه کهکشانی (طول و عرض کهکشانی)
در پستهای آینده به معرفی این دستگاه‌ها و کاربرد آنها خواهیم پرداخت.
