Sistemas de coordenadas astronómicas - Astronomical coordinate systems

Orientación de coordenadas astronómicas.
Ecuador eclíptico galáctico anim.gif
Una estrella s'   galáctico ,  eclíptica , y  coordenadas ecuatoriales , proyectadas en la esfera celeste . Las coordenadas eclípticas y ecuatoriales comparten la  El equinoccio de marzo es la dirección principal , y las coordenadas galácticas se denominan  centro galáctico. El origen de las coordenadas (el "centro de la esfera") es ambiguo; consulte la esfera celeste para obtener más información.

Los sistemas de coordenadas astronómicas son arreglos organizados para especificar posiciones de satélites , planetas , estrellas , galaxias y otros objetos celestes en relación con los puntos de referencia físicos disponibles para un observador situado (por ejemplo, el horizonte verdadero y la dirección cardinal norte para un observador situado en la superficie de la Tierra) . Los sistemas de coordenadas en astronomía pueden especificar la posición de un objeto en el espacio tridimensional o trazar simplemente su dirección en una esfera celeste , si la distancia del objeto es desconocida o trivial.

Las coordenadas esféricas , proyectadas en la esfera celeste , son análogas al sistema de coordenadas geográficas utilizado en la superficie de la Tierra . Estos difieren en su elección del plano fundamental , que divide la esfera celeste en dos hemisferios iguales a lo largo de un gran círculo . Las coordenadas rectangulares , en las unidades apropiadas , tienen el mismo plano fundamental ( x, y ) y dirección primaria ( eje x ) , como un eje de rotación . Cada sistema de coordenadas lleva el nombre de su elección de plano fundamental.

Sistemas coordinados

La siguiente tabla enumera los sistemas de coordenadas comunes que utiliza la comunidad astronómica. El plano fundamental divide la esfera celeste en dos hemisferios iguales y define la línea de base para las coordenadas latitudinales, similar al ecuador en el sistema de coordenadas geográficas . Los polos están ubicados a ± 90 ° del plano fundamental. La dirección principal es el punto de partida de las coordenadas longitudinales. El origen es el punto de distancia cero, el "centro de la esfera celeste", aunque la definición de esfera celeste es ambigua sobre la definición de su punto central.

Sistema coordinado Punto central
(origen)
Plano fundamental
(latitud 0 °)
Polos Coordenadas Dirección primaria
(0 ° de longitud)
Latitud Longitud
Horizontal (también llamado alt - az o el -az) Observador Horizonte Cenit , nadir Altitud ( a ) o elevación Azimut ( A ) Punto norte o sur del horizonte
Ecuatorial Centro de la Tierra  (geocéntrico) o Sol  (heliocéntrico) Ecuador celestial Polos celestes Declinación ( δ ) Ascensión recta ( α )
o ángulo horario ( h )
Equinoccio de marzo
Eclíptica Eclíptica Polos eclípticos Latitud eclíptica ( β ) Longitud de la eclíptica ( λ )
Galáctico Centro del sol Plano galáctico Polos galácticos Latitud galáctica ( b ) Longitud galáctica ( l ) Centro galáctico
Supergaláctico Avión supergaláctico Polos supergalácticos Latitud supergaláctica ( SGB ) Longitud supergaláctica ( SGL ) Intersección del plano supergaláctico y el plano galáctico

Sistema horizontal

El sistema horizontal , o altitud-azimut , se basa en la posición del observador en la Tierra, que gira alrededor de su propio eje una vez por día sideral (23 horas, 56 minutos y 4.091 segundos) en relación con el fondo de la estrella. El posicionamiento de un objeto celeste por el sistema horizontal varía con el tiempo, pero es un sistema de coordenadas útil para ubicar y rastrear objetos para los observadores en la Tierra. Se basa en la posición de las estrellas en relación con el horizonte ideal de un observador.

Sistema ecuatorial

El sistema de coordenadas ecuatoriales está centrado en el centro de la Tierra, pero fijo en relación con los polos celestes y el equinoccio de marzo . Las coordenadas se basan en la ubicación de las estrellas en relación con el ecuador de la Tierra si se proyectara a una distancia infinita. El ecuatorial describe el cielo visto desde el Sistema Solar , y los mapas de estrellas modernos utilizan casi exclusivamente coordenadas ecuatoriales.

El sistema ecuatorial es el sistema de coordenadas normal para la mayoría de los astrónomos profesionales y aficionados que tienen una montura ecuatorial que sigue el movimiento del cielo durante la noche. Los objetos celestes se encuentran ajustando las escalas del telescopio u otro instrumento para que coincidan con las coordenadas ecuatoriales del objeto seleccionado para observar.

Las opciones populares de polo y ecuador son los sistemas B1950 más antiguos y los modernos J2000 , pero también se pueden utilizar un polo y un ecuador "de fecha", es decir, uno apropiado para la fecha considerada, como cuando se mide la posición de un planeta. o se hace una nave espacial. También hay subdivisiones en coordenadas de "media de la fecha", que promedian o ignoran la nutación , y "verdadera de la fecha", que incluye la nutación.

Sistema eclíptico

El plano fundamental es el plano de la órbita de la Tierra, llamado plano eclíptico. Hay dos variantes principales del sistema de coordenadas de la eclíptica: las coordenadas de la eclíptica geocéntrica centradas en la Tierra y las coordenadas de la eclíptica heliocéntrica centradas en el centro de masa del Sistema Solar.

El sistema de la eclíptica geocéntrica fue el principal sistema de coordenadas de la astronomía antigua y todavía es útil para calcular los movimientos aparentes del Sol, la Luna y los planetas.

El sistema eclíptico heliocéntrico describe el movimiento orbital de los planetas alrededor del Sol y se centra en el baricentro del Sistema Solar (es decir, muy cerca del centro del Sol). El sistema se utiliza principalmente para calcular las posiciones de los planetas y otros cuerpos del Sistema Solar, así como para definir sus elementos orbitales .

Sistema galáctico

El sistema de coordenadas galácticas utiliza el plano aproximado de nuestra galaxia como su plano fundamental. El Sistema Solar sigue siendo el centro del sistema de coordenadas y el punto cero se define como la dirección hacia el centro galáctico. La latitud galáctica se asemeja a la elevación sobre el plano galáctico y la longitud galáctica determina la dirección relativa al centro de la galaxia.

Sistema supergaláctico

El sistema de coordenadas supergaláctico corresponde a un plano fundamental que contiene un número superior al promedio de galaxias locales en el cielo visto desde la Tierra.

Conversión de coordenadas

Se dan las conversiones entre los distintos sistemas de coordenadas. Vea las notas antes de usar estas ecuaciones.

Notación

Ángulo horario ↔ ascensión recta

Ecuatorial ↔ eclíptica

Las ecuaciones clásicas, derivadas de la trigonometría esférica , para la coordenada longitudinal se presentan a la derecha de un corchete; simplemente dividiendo la primera ecuación por la segunda da la conveniente ecuación tangente que se ve a la izquierda. El equivalente de la matriz de rotación se da debajo de cada caso. Esta división es ambigua porque tan tiene un período de 180 ° ( π ) mientras que cos y sin tienen períodos de 360 ​​° (2 π ).

Ecuatorial ↔ horizontal

Tenga en cuenta que el acimut ( A ) se mide desde el punto sur, volviéndose positivo hacia el oeste. La distancia del cenit, la distancia angular a lo largo del gran círculo desde el cenit hasta un objeto celeste, es simplemente el ángulo complementario de la altitud: 90 ° - a .

Al resolver la ecuación tan ( A ) para A , a fin de evitar la ambigüedad del arco tangente , se recomienda el uso del arco tangente de dos argumentos , denominado arctan ( x , y ) . La arcangente de dos argumentos calcula la arcangente de y/Xy representa el cuadrante en el que se calcula. Por lo tanto, de acuerdo con la convención de que el acimut se mide desde el sur y se abre positivamente hacia el oeste,

,

donde

.

Si la fórmula anterior produce un valor negativo para A , se puede convertir en positivo simplemente agregando 360 °.

Nuevamente, al resolver la ecuación de tan ( h ) para h , se recomienda el uso del arcotangente de dos argumentos que da cuenta del cuadrante. Por lo tanto, de nuevo en consonancia con la convención de que el acimut se mide desde el sur y se abre positivamente hacia el oeste,

,

donde

Ecuatorial ↔ galáctico

Estas ecuaciones sirven para convertir coordenadas ecuatoriales en coordenadas galácticas.

son las coordenadas ecuatoriales del Polo Norte Galáctico y es la Longitud Galáctica del Polo Norte Celeste. Con referencia a J2000.0, los valores de estas cantidades son:

Si las coordenadas ecuatoriales se refieren a otro equinoccio , deben precesionarse a su lugar en J2000.0 antes de aplicar estas fórmulas.

Estas ecuaciones se convierten en coordenadas ecuatoriales referidas a B2000.0 .

Notas sobre la conversión

  • Los ángulos en grados (°), minutos (′) y segundos (″) de la medida sexagesimal deben convertirse a decimales antes de realizar los cálculos. El hecho de que se conviertan a grados decimales o radianes depende de la máquina o programa de cálculo en particular. Los ángulos negativos deben manejarse con cuidado; –10 ° 20 ′ 30 ″ debe convertirse a −10 ° −20 ′ −30 ″ .
  • Los ángulos en las horas ( h ), minutos ( m ) y segundos ( s ) de la medida de tiempo deben convertirse a grados decimales o radianes antes de realizar los cálculos. 1 h  = 15 °; 1 m  = 15 '; 1 s  = 15 ″
  • Es posible que sea necesario reducir los ángulos mayores de 360 ​​° (2 π ) o menores de 0 ° al rango de 0 ° −360 ° (0-2 π ) dependiendo de la máquina de cálculo o el programa en particular.
  • El coseno de una latitud (declinación, eclíptica y latitud galáctica y altitud) nunca es negativo por definición, ya que la latitud varía entre -90 ° y + 90 °.
  • Las funciones trigonométricas inversas arcoseno, arcocoseno y arcotangente son ambiguas en los cuadrantes y los resultados deben evaluarse cuidadosamente. El uso de la segunda función arcangente (denotada en computación como atn2 ( y , x ) o atan2 ( y , x ) , que calcula la arcangente dey/Xse recomienda utilizar el signo de ambos argumentos para determinar el cuadrante derecho) al calcular la longitud / ascensión recta / acimut. Se recomienda una ecuación que encuentre el seno , seguida de la función arcsin , al calcular la latitud / declinación / altitud.
  • El acimut ( A ) se refiere aquí al punto sur del horizonte , el cálculo astronómico común. Un objeto en el meridiano al sur del observador tiene A = h = 0 ° con este uso. Sin embargo, en AltAz de Astropy, en la convención de archivos FITS del Gran Telescopio Binocular , en XEphem , en la biblioteca de la IAU Estándares de Astronomía Fundamental y la Sección B del Almanaque Astronómico, por ejemplo, el acimut está al Este del Norte. En navegación y algunas otras disciplinas, el acimut se calcula desde el norte.
  • Las ecuaciones para la altitud ( a ) no tienen en cuenta la refracción atmosférica .
  • Las ecuaciones para las coordenadas horizontales no tienen en cuenta el paralaje diurno , es decir, el pequeño desplazamiento en la posición de un objeto celeste causado por la posición del observador en la superficie de la Tierra . Este efecto es significativo para la Luna , menos para los planetas , diminuto para las estrellas u objetos más distantes.
  • La longitud del observador ( λ o ) aquí se mide positivamente hacia el oeste desde el primer meridiano ; esto es contrario a los estándares actuales de la IAU .

Ver también

Notas

Referencias

enlaces externos

  • NOVAS , el software de astrometría vectorial del Observatorio Naval de EE. UU. , Un paquete integrado de subrutinas y funciones para calcular varias cantidades comúnmente necesarias en astronomía posicional.
  • SOFA , los Estándares de Astronomía Fundamental de la IAU , un conjunto accesible y autorizado de algoritmos y procedimientos que implementan modelos estándar utilizados en astronomía fundamental.
  • Este artículo se basó originalmente en Astroinfo de Jason Harris, que viene junto con KStars , un planetario de escritorio de KDE para Linux / KDE .