Debess objektu kustība - Zvaigznes, Saule, Mēness un Planētas

1. att. Zvaigžņotās debess rotācija

Zeme ir tā, kas griežas ap savu asi, tāpēc debess rotācija ir tikai šķietama (2.att). Ja mēs vērotu Zemi no kosmosa (no Zemes ziemeļpola puses), mēs redzētu, ka tā griežas pretēji pulksteņa rādītājiem (no rietumiem uz austrumiem). Tomēr, būdams uz Zemes, šo kustību nejūt, un šķiet, ka debesis griežas atbilstoši pulksteņa rādītājiem (no austrumiem uz rietumiem). Debess rotācija notiek ap asi (tā ir paralēla Zemes griešanās asij), zināmu arī kā pasaules ass - tā iet caur novērotāju, krustojoties noteiktos punktos, ko mēdzam saukt par debess poliem. Viens no šiem poliem ir debess ziemeļpols, bet debess dienvidpolu var atrast Oktanta zvaigznājā, kas Latvijā nav saskatāms.

2. att. Zeme un debess sfēra

Visus debess spīdekļus var sadalīt trīs grupās: nenorietošie, uzlecošie - norietoši un neuzlecoši. Nenorietošās zvaigznes lēnām pārvietojas ap debess ziemeļpolu, periodiski  palielinot un samazinot leņķisko augstumu  (3.att). Uzlecošās-norietošās zvaigznes pakāpeniski uzlec austrumu pusē, sasniedz vislielāko leņķisko augstumu dienvidos un pakāpeniski noriet rietumu pusē. Vairāku stundu laikā debesu izskats mainās ievērojami. Rīta pusē būs redzami pavisam citi zvaigznāji nekā vakarā. Neuzlecošās zvaigznes virs horizonta šajā novērošanas vietā neparādās vispār.

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

Kā pārvietojas Saule

Saules kustība debesīs mainās atkarībā no gadalaika - ziemā Saules ceļš virs horizonta ir pats īsākais un viszemākais (tāpēc arī dienas ir ļoti īsas), pavasarī un rudenī - vidējs, bet vasarā Saules ceļš ir visaugstākais un ilgākais. Tāpat kā zvaigznes, Saule dienas laikā pārvietojas pie debesīm, taču dažādos gadalaikos tās kustība debesīs atšķiras. 4.att. vari redzēt, kā izskatās Saules kustība dažādos gadalaikos.

4. att. Saules kustība vasarā, rudens/pavasara periodā un ziemā

*  Aptuveni

Tabula 1: Saules kustība dažādos gadalaikos (Latvijā)

Iemesls Saules diennakts kustību izmaiņām - Saule lēni pārvietojas cauri zvaigznēm, veicot pilnu apli pie debesīm gada laikā  un šo procesu saucam par ekliptiku. Saules ceļu debesīs ieskicē zodiaka zvaigznāju josla. Gadā Saule šķērso 12 zodiaka zvaigznājus (5.att.). Ekliptika ir novietota slīpi attiecībā pret debesu ekvatoru, tāpēc vasarā Saule atrodas augstāk, bet ziemā - zemāk. Pavasarī un rudenī tā ir vidējā augstumā. Tā rezultātā Saules ceļš virs horizonta mainās atkarībā no gadalaika. Saules kustība ekliptikā ir šķietama. Tomēr patiesais iemesls tam ir Zemes kustība ap Saules orbītu. Ja mēs iedomātos pārcelties uz Sauli,mēs  redzētu, ka Saule stāvētu nemainīga, bet Zeme kustētos starp zvaigžnājiem pa tādu pašu apli - ekliptiku, tādā pašā virzienā kā Saule jeb pretēji pulksteņa rādītāja kustības virzienam.

5. att. Saules kustība pa ekliptiku cauri zodiaka zvaigznājiem

Gadalaiki

Kad Zeme veic apļveida kustību ap Sauli, tās ass stāvoklis saglabājas nemainīgs - vienmēr vērsts uz Polārzvaigzni (6.att.). Šī iemesla dēļ atšķirīgos orbītas posmos Saule izgaismo dažādus zemeslodes rajonus un tā rezultātā mainās arī gadalaiki.

6. att. Zemes rotācijas ass vienmēr būs vērsta uz Polārzvaigzni - Zemei riņķojot ap Sauli

Kad Zemes ziemeļu puslode ir vairāk pavērsta pret Sauli, šajā pusē iestājas vasara, jo Saule ir augstāk debesīs (stipri sasilda) un spīd spilgtāk (7.att.). Savukārt dienvidu puslodē situācija ir pretēja, tur ir ziema. Kad Zemes ekvatora apvidus ir vērsts pret Sauli, tad abas Zemes puslodes tiek vienlīdz apgaismotas, un iestājas pavasaris vai rudens. Kad Zemes dienvidu puslode ir vairāk pavērsta pret Sauli, mūsu platuma grādos valda ziemas laiks. Zemes ass slīpuma leņķis tieši ietekmē Zemes klimatu (klimata vārds nāk no grieķu valodas un nozīmē slīpumu). Ja Zemes rotācijas ass būtu perpendikulāra orbītas plaknei, Saule apgaismotu Zemi vienmēr vienādi un gadalaiki nemainītos. Ekvatoriālajā zonā būtu ļoti karsts visu gadu, bet polārās zonās - ļoti auksts. Ja Zemes ass slīpuma leņķis būtu vēl lielāks nekā šobrīd, gadalaiku izmaiņas būtu krasāk jūtamas, padarot ziemu vēsāku un vasaru karstāku, bet starp klimatiskājām joslām starpība nebūtu tik izteikta.

7. att. Dažādos gadalaikos zemeslodes apgaismojums ir atšķirīgs

Kā tiek veikta laika skaitīšana

Saules ceļš debesīs veido cilvēku ikdienu, tāpēc kā laika mērīšanas pamats tiek izmantota Saules diennakts jeb tās ir 24 stundas. Ikdienā laika norādīšanai izmanto laika joslās sadalītu sistēmu. Zemeslode ir iedalīta 24 laika joslās, kur katras joslas platums ir 15° un joslu numerācija no 0 līdz 23. Nulles joslai centrā atrodas Griničas meridiāns (0°), un tās robežas parasti iet gar 7°,5 rietumu un austrumu garumā. Katrā laika joslā valda vienāds laiks, bet blakusjoslās laiks atšķiras par vienu stundu. Piemēram, kad Griničā ir pusdienlaiks (12:00), rietumu virzienā pulkstenis rādīs mazāk (piemēram, Ņujorkā būs 7:00), bet austrumos - vairāk (piemēram, Tokijā būs 21:00). Dažas teritorijas, kā piemēram, Indija, atšķiras tikai par pusstundu no blakus joslas laika. Latvijā tiek izmantota otrās joslas (Austrumeiropas) laika zona. Lielākā daļa valstu, ieskaitot arī Latviju, vasaras laikā no martā pēdējās svētdienas līdz oktobra pēdējai svētdienai izmanto vasaras laiku, kas ir par veselu stundu priekšā joslas laikam. Pārejot uz vasaras laiku, pulkstenis jāpagriež par vienu stundu uz priekšu, bet atgriežoties atpakaļ uz joslas laiku, pulkstenis jāpagriež par vienu stundu atpakaļ.

8. att. Eiropas laika joslu karte

Agrāk laika mērīšanai izmantots lokālais (vietējais) laiks, kur pulkstenis rādīja 12:00, kad Saule bija tieši denvidos. Tā tieši atspoguļoja Saules kustības ciklu, turpretī joslu laiks varēja atšķirties pat par pusstundu joslu robežu vietās, un vasaras laikā - pat par pusotru stundu! Tomēr vietējam laikam bija trūkums, jo tas atšķīrās dažādās apdzīvotās vietās, jo Zemei nepārtraukti rotējot, pret Sauli pagriežas citi zemeslodas apgabali. Piemēram, Saule katru dienu pirmāmkārtām uzlec Daugavpilī, tad Rīgā, un tikai pēc tam Liepājā. Liepājas un Daugavpils laika starpība ir 22 minūtes. Kad sāka lietot precīzākas mērīšanas metodes - uzskaitot laiku līdz pat milisekundei, kļuva skaidrs, ka Zemes rotācija nav vienmērīga. Tāpēc civilizācijai bija nepieciešama vienmērīga laika skaitīšanas sistēma, neatkarīga no Zemes rotācijas nevienmērības, tomēr vienlaikus saistīta ar diennakts ritmu. Tā radās koordinētais pasaules laiks, kas tiek uzturēts ar atompulksteņiem. Katru gadu vai retāk, kad Zemes rotācija palēninās, 30. jūnijā vai 31. decembrī, pēdējā diennakts minūtē tiek pievienota papildu sekunde, lai šī minūte būtu 61 sekunde. Pareizie laika signāli tiek nodoti koordinētajā laika sistēmā. Koordinētais laiks vienmēr atšķiras ne vairāk kā par vienu sekundi no pasaules laika, kas ir noteikts ar Zemes rotāciju.

Tabula 2: Laika skaitīšanas sistēmas

Kalendārs

Pirmā kalendāra veids cilvēces vēsturē bija Mēness kalendārs, kas balstījās uz Mēness fāžu maiņām. Mēness cikliskais periods bija 29,5 dienas. Vārds "mēnesis" pat norāda uz ciešo saikni ar Mēness gaitu. Dažas islama valstis joprojām lieto Mēness kalendāru. Tomēr šāda kalendāra trūkums ir tas, ka tas netiek sasaistīts ar gadalaikiem vai lauksaimniecības sezonām. Nākamais solis kalendāra attīstībā bija Mēness-Saules kalendāra ieviešana, kur mēnesi uzskaitīja pēc Mēness fāzēm, bet gadu pēc Saules kustībām. Mēness-Saules kalendāra aprēķini bija diezgan sarežģīti, lai saskaņotu Mēness un Saules gadus bija jāiekļauj papildus mēnešus un dienas. Skaidrs, ka Saules kalendārs radās Senajā Ēģiptē, jo zemkopība bija atkarīga no ik gadus notiekošajiem Nīlas plūdiem un gadalaikiem. Šajā kalendārā gada garums bija 365 dienas. Taču, ņemot vērā, ka faktiski gadalaiks ir nedaudz garāks, katrai ceturtajā gadā būtu jābūt 366 dienām. Līdz ar to saskaņā ar Romas imperatora Jūlija Cēzara rīkojumu 46. g. p.m.ē., kad tika veikta kalendāra reforma un katrā ceturtajā gadā (saukts arī par garo gadu), gada garums bija 366 dienas.

Jūlija kalendārs bija svarīgs solis uz priekšu kalendāru attīstībā, taču tas nebija pilnīgi precīzs. Tā gada garums bija 365 dienas un 6 stundas, kas bija par 11 minūtēm garāks nekā astronomiskais gads, līdz ar to radot atpalikumu no faktiskajām gadalaiku maiņām. Šī starpība kļuva arvien lielāka gadsimtu gaitā. 1582. gadā pēc pāvesta Gregora XIII rīkojuma katoļu zemēs tika veikta jauna kalendāra reforma. Tā gada 4. oktobra vietā uzreiz sekoja 15. oktobris, un gada garums tika nedaudz saīsināts, ieviešot principu, ka pilni gadsimti, kuru pirmo divu ciparu skaitlis nav dalāms ar 4 (tātad 1700, 1800, 1900, 2100 u.c.), tiek uzskatīti par īsajiem gadiem. Šis Gregora kalendārs tagad tiek izmantots praktiski visās pasaules valstīs.

Laika iedalījums vēsturiski bija šāds:

Tabula 3: Vēsturiski kalendāra veidi

Mēness kustība un fāzes

Mēness kustas pa zodiaka zvaigznājiem no rietumiem uz austrumiem (no labās uz kreiso pusi), līdzīgi kā Saule, bet ātrākā tempā. Mēness veic apļveida kustību ap Zemi 27,3 dienās, iekrītošanas apvērsumu, tādējādi vienmēr attiecoties pret Zemi ar vienīgo virzīgo pusi. Mēness orbita apkārt Zemei ir nedaudz eliptiska (saspiesta), līdz ar to attālums līdz mēnesim mazliet mainās. Kad Mēness ir tuvāk Zemei, to sauc par perigeju, bet kad tā attālinās, tiek dēvēts par apogeju. Mēness fāzes ietver jaunmēnesi, pirmo ceturksni, pilnmēnesi un pēdējo ceturksni (9.att). Šīs fāzes mainās, jo Saule apgaismo Mēnesi tikai no vienas puses. Mēnesim ceļojot ap Zemi, tā apgaismotā un neapgaismotā pusē ir redzama ar mainīgu attiecību. Pilna fāžu maiņas cikla garums ir 29,5 dienas.

9. att. Mēness fāzes 

Kas notiek katrā Mēness fāzē?

Jaunmēness: Mēness atrodas starp Zemi un Sauli, rādot tikai neapgaismoto pusi un no Zemes raugoties nav redzams.

Augošais Mēness: Dažas dienas vēlāk Mēness uzlec rietumu pusē kā šaurs sirpis, vērsts uz Sauli. Pirms pilnmēness fāzes tas ir saukts par augošu.

Pirmais ceturksnis: Parādās apmēram septiņas dienas pēc jaunmēnessa, redzams kā pusaplis ar izliekumu pa labo pusi.

Augošais Mēness: Nākamajās dienās Mēness fāzes turpina pieaugt.

Pilnmēness: Iestājas pēc aptuveni 15 dienām, Mēness ir pretējā pusē Saulei un ir redzams visu nakti.

Dilstošais Mēness: Pēc pilnmēness fāzes Mēness sāk kļūt dilstošs un paliek arvien mazāk redzams.

Pēdējais ceturksnis: Parādās aptuveni 22 dienas pēc jaunmēness, redzams kā pusaplis ar izliekumu uz kreiso pusi.

Dilstošais Mēness: Vēl pēc dažām dienām šis dilstošais Mēness sirpis ir redzams tikai īsu brīdi austrumu pusē, pirms Saullēkta.

Tabula 4: Mēness fāzes

Lai noteiktu, vai mēness ir augošs vai dilstošs, gar sirpja ragiem varam domās novilkt svītru. Ja izveidojas p burts, tad Mēness ir pieaugošs, ja izveidojas d burts, tad Mēness ir dilstošs.

Planētu redzamā kustība

Planētas debesīs izskatās kā spožas zvaigznes, kas pamazām pārvietojas starp zvaigznēm zodiaka zvaigznāju joslā. No Zemes perspektīvas, kur mēs paši ceļojam ap Sauli, planētu kustība izpaužas citādāk nekā vērotājam no malas. Kad planētas pārvietojas, tās veido "cilpas" Zemes un planētu orbitālajās trajektorijās. Lielāko daļu laika planētas kustas tieši no rietumiem uz austrumiem starp zvaigznēm. Saules tuvumā esošās planētas veic kustību ātrāk. Kad Zeme "satiek" planētu savā riņķojumā ap Sauli, šķiet, ka planēta "apstājas" un maina virzienu (sāk pārvietoties atpakaļvirzienā). Kad Zeme iet garām planētai, tiešā kustība atsākas. Attālumam starp Zemi un planētu palielinoties, "cilpas" kļūst mazākas. "Vertikālās" cilpas veidojas Zemes un planētu orbītu plaknju nesakritības dēļ - mainoties attālumam, mainās arī leņķiskais attālums no ekliptikas; tādējādi planētas kustas debesu sfērā uz augšu vai uz leju.

9. att. Marsa redzamā kustība

No redzamās perspektīvas, izšķiram ārējās un iekšējās planētas. Iekšējās planētas - Venēra un Merkurs - atrodas tuvāk Saulei nekā Zeme, bieži redzamas debesīs netālu no Saules. Planētu stāvokļus attiecībā pret Sauli dēvē par konfigurācijām. Iekšējā planēta ir maksimālajā elongācijā ar vislielāko leņķisko attālumu no Saules, apakšējā konjunkcijā starp Zemi un Sauli, un augšējā konjunkcijā, kad planēta ir aiz Saules. Iekšējās planētas labāk redzamas, kad nonāk maksimālās elongācijas tuvumā. Ārējās planētas ir attālāk no Saules nekā Zeme. Galvenās konfigurācijas ietver pirmkārt opozīciju, kad Zeme izvietojas starp planētu un Sauli. Šajā brīdī attālums starp Zemi un planētu ir minimāls un planēta atrodas pretī Saulei, nodrošinot labākos novērošanas apstākļus. Otra ārējo planētu konfigurācija ir konjunkcija, kad planēta ir aiz Saules, attālāk no Zemes un nav redzama. Tāpat ir kvadratūras, kad planēta stāv perpendikulāri Saules virzienam no Zemes perspektīvas.

​

10. att. Planētu konfigurācijas