الأحداثيات الفلكية

الإحداثيات الفلكية

يطلق اسم الإحداثيات الفلكية astronomical coordinates على كل مجموعة من الأعداد تحدد موضع جرم سماوي في الفضاء، أو موضع نقطة من هذا الجرم. وعلى سبيل المثال، يمثل الطول والعرض الجغرافيان لمدينة إحداثيين فلكيين يسميان الإحداثيين الجغرافيين، وهما يمكنان من تحديد موقع هذه المدينة على الكرة الأرضية. وثمة عدة أنظمة للإحداثيات الفلكية يحوي كل منها مستوياً يسمى المستوي الأساسي للنظام. ويختلف بعض الأنظمة عن بعضها الآخر باختلاف مستوياتها الأساسية ومبادئ العد في هذه المستويات. ففي بعض المسائل الفلكية يسهل استخدام نظام إحداثي معين، في حين أن مسائل أخرى تتطلب استعمال نظام إحداثي آخر. ولما كانت الأرصاد تعطي فقط الاتجاه الذي يرصد به جرم سماوي، فإن موقع هذا الجرم في القبة السماوية، أو موقع نقطة على الكرة السماوية، يتحدد  تماماً بإحداثيين اثنين.أنظمة الإحداثيات الفلكية المختلفة:

الإحداثيات الأفقية: إن المستوي الأساسي في هذا النظام هو مستوي الأفق: لتحديد موقع نجم ن على القبة السماوية، ترسم دائرة عظمى مارة بهذا النجم والسمت (السمت هو النقطة التي يقطع فيها الشاقول القبة السماوية عند تمديده إلى الأعلى). إن هذه الدائرة، وأي دائرة عظمى مارة بالسمت تعامد مستوي الأفق، وتسمى هذه الدوائر الدوائر الشاقولية. ومن الواضح أن دائرة الزوال السماوية هي إحدى الدوائر الشاقولية. (دائرة الزوال السماوية هي دائرة عظمى تمر بالسمت والقطب الشمالي الذي يقع قرب النجم القطب). وتسمى الدائرة الشاقولية التي تتعامد مع دائرة الزوال والتي تمر من نقطتي الشرق والغرب الدائرة الشاقولية الأولى (الشكل –1).
 

(الشكل -1) الإحداثيات الأفقية

يتحدد موقع جرم سماوي بإحداثييه الأفقيين: الارتفاع والزاوية السمتية. أما ارتفاع الجرم فهو البعد الزاوي لهذا الجرم عن الأفق الذي يحسب على الدائرة الشاقولية للجرم. وغالباً ما يستعمل البعد السمتي ص عوضاً عن الارتفاع، وهو البعد الزاوي للجرم عن السمت. ويتغير الارتفاع بين 0ْ و180ْ، في حين يتغير الارتفاع بين 0ْ و ± 90ْ. ومن الواضح أن ع+ص=90ْ. ولكل النقاط الواقعة على دائرة صغرى موازية للأفق ارتفاع واحد. أما الزاوية السمتية فهي الزاوية المحصورة بين دائرة الزوال والدائرة الشاقولية للجرم. ومن الأسهل حسابها بقوس الدائرة الأفقية المحصورة بين نقطة الجنوب ونقطة تقاطع الدائرة الشاقولية للجرم مع الدائرة الأفقية. وتحسب الزاوية السمتية في علم الفلك من نقطة الجنوب باتجاه الغرب (وفق اتجاه دوران عقارب الساعة) من 0ْ إلى 360ْ؛ ولجميع النقاط الواقعة على دائرة شاقولية واحدة زاوية سمتية واحدة.ولما كانت الكرة السماوية تقوم ظاهرياً بدورة كاملة يومياً، فإن كلاً من الإحداثيين الأفقيين لجرم سماوي مقدار متغير.النظام الأول من الإحداثيات الاستوائية: إن المستوي الأساسي هنا هو مستوي الاستواء السماوي الذي يتعامد مع محور العالم، وهذا المحور هو الذي تدور حوله الكرة السماوية دورتها اليومية الظاهرية. وتسمى الدائرة العظمى المارة بالنجم والقطبين (وهما النقطتان اللتان يتقاطع فيهما محور العالم بالكرة السماوية) دائرة الميل أو الدائرة الساعية، ومن الواضح أنها تتعامد مع خط الاستواء السماوي، وهو الدائرة التي يتقاطع وفقها مستوي الاستواء السماوي مع الكرة السماوية. ويتحدد موقع الجرم السماوي بالميل والزاوية الساعية. أما الميل م للجرم ن فهو بعده الزاوي عن خط الاستواء السماوي مقيساً على دائرة الميل. ويتغير الميل بين 1ْ و ± 90ْ، ويعد موجباً شمال خط الاستواء السماوي وسالباً جنوبه. ومن الجدير بالذكر أن للشمس في الربيع والصيف ميلاً موجباً، في حين أن ميلها في الخريف والشتاء سالب.ويستعمل أحياناً عوضاً عن الميل م البعد القطبي ب، وهو البعد الزاوي للجرم عن القطب الشمالي ق ش ويحسب البعد القطبي بدءاً من القطب الشمالي ق ش ويتغير من 0ْ حتى 180ْ، ومن الواضح أن م+ب =90ْ (الشكل 2).

(الشكل -2) النظام الأول من الإحداثيات الاستوائية

وأما الزاوية الساعية ز فهي الزاوية المحصورة بين دائرة الزوال ودائرة ميل النجم. ومن الممكن قياس هذه الزواية بقوس دائرة الاستواء السماوية المحصورة بين مستوي دائرة الزوال ومستوي دائرة ميل الجرم. وتقاس الزاوية الساعية عادة من القسم الجنوبي من دائرة الزوال باتجاه الغرب من 1ْ إلى 360ْ. وفي حال وقوع النجم شرق دائرة الزوال فإن زاويته الساعية ز هي المتغير الوحيد، فهي تتزايد بانتظام في يوم كامل من 0ْ إلى 360ْ. لذا كان من السهل التعبير عن الزوايا الساعية بالميقاتيات الزمنية من صفر إلى 24 ساعة.النظام الثاني من الإحداثيات الاستوائية: من المفيد الحصول على نظام إحداثي لا تتغير فيه الإحداثيات نتيجة للدورة اليومية للكرة السماوية. ولهذا الغرض يغير النظام السابق بحيث تشارك نقطة البدء التي يحسب منها الإحداثي الثاني (أي الزاوية الساعية) في الدورة اليومية للكرة السماوية. ولما كان من السهل حساب هذا الإحداثي بقوس من دائرة الاستواء السماوية، وجب اعتماد أي نقطة من هذه الدائرة مبدأ للحساب. إن أنسب نقطة يمكن اختيارها هي نقطة الاعتدال الربيعي γ ، وهي تلك النقطة من دائرة الاستواء السماوية التي تجتازها الشمس في 21 آذار منتقلة من نصف الكرة السماوية الجنوبي إلى النصف الشمالي. وتشارك هذه النقطة في الدورة اليومية مثل جميع نقاط الدائرة الاستوائية الأخرى (الشكل 3).

(الشكل -3) النظام الثاني من الإحداثيات الاستوائية

إن الإحداثي الأول في هذا النظام هو الميل م كما في النظام السابق. والإحداثي الثاني هو المطلع المستقيم الذي يرمز له بـ ط، وهو الزاوية المحصورة بين الدائرة الساعية للنجم ن والدائرة الساعية لنقطة الاعتدال الربيعي. وكما هي الحال في الزاوية الساعية، فيمكن قياس المطلع المستقيم بقوس دائرة الاستواء السماوية بدءاً من نقطة الاعتدال الربيعي حتى نقطة تقاطع الدائرة الساعية للنجم مع دائرة الاستواء السماوية.يقاس المطلع المستقيم من نقطة الاعتدال الربيعي γ   بعكس اتجاه دوران عقارب الساعة، أي باتجاه الشرق، من 0ْ إلى 360ْ، أو باستخدام الميقاتية الزمنية من صفر إلى 24 ساعة.نظام الإحداثيات البروجية: لقد لوحظ منذ القدم أن تنقل القمر والسيارات بين النجوم يجري بحيث تظل قريبة من فلك البروج (وهو المدار الظاهري للشمس بين النجوم الذي يميل على مستوي الاستواء بزاوية قدرها 23.5ْ تقريباً). ولهذا السبب فإن فلك البروج يمثل دائرة ملائمة تماماً لتحديد مواقع هذه الأجرام السماوية. وهكذا برز نظام الإحداثيات البروجية ecliptic ، وهو تاريخياً أقدم من نظام الإحداثيات الاستوائية.تسمى النقطتان الواقعتان على الكرة السماوية اللتان تقعان إلى الشمال والجنوب من فلك البروج وتبعدان عنه زوايّاً 90ْ قطبي فلك البروج. كما تسمى الدوائر العظمى المارة بهذين القطبين، ومن ثم المتعامدة مع فلك البروج دوائر العرض (الشكل 4).

(الشكل -4) نظام الإحداثيات البروجية

تتحدد مواقع الأجرام السماوية في نظام الإحداثيات هذا بالعرض والطول البروجيين (أو الفلكيين). أما العرض عر للنجم ن فهو بعده الزاوي عن مستوي فلك البروج محسوباً على دائرة العرض؛ وهو يتغير من 0ْ إلى ±  90ْ، مع العلم بأن العرض يعد موجباً عند الاتجاه إلى القطب الشمالي، وسالباً عند الاتجاه إلى القطب الجنوبي. وأما الطول طو للنجم ن فيقاس بالزاوية المحصورة بين دائرة العرض للنجم ودائرة العرض المارة بنقطة الاعتدال الربيعي. ويمكن قياس الطول بقوس فلك البروج بدءاً من نقطة الاعتدال الربيعي حتى دائرة عرض النجم بعكس اتجاه دوران عقارب الساعة (وذلك بالنسبة للراصد في نصف الكرة الشمالي)، وهي تتغير بتغير النجوم من 0ْ إلى 360ْ.وفيما يلي تعريف بنظام جديد من الإحداثيات يسمى نظام الإحداثيات المجرِّيَّة، ولهذا الغرض لا بد من تعرف مجرتنا التي تسمى «درب التبانة»: يمكن للمرء أن يشاهد في ليلة صافية غير مقمرة شريطاً مضيئاً يمتد عبر القبة السماوية من الأفق إلى الأفق. ويتابع هذا الشريط طريقه تحت الأفق إلى نصف الكرة السماوية الجنوبي بحيث يظل في جوار دائرة سماوية عظمى. يتسع هذا الشريط في بعض المناطق ويضيق في أخرى، كما أن لمعانه غير منتظم. وقد وجد بالاستعانة بالراصدات (التلسكوبات) أنه مؤلف من ملايين النجوم الباهتة التي تكوِّن مجموعات نجمية منفصلة، ومن مجموعات سديمية متألقة وباهتة. وقد توصل العلماء إلى أن درب التبانة مؤلف من مجموعات نجمية ليست موزعة عشوائياً، بل إن هذه المجموعات أجزاء من نظام نجومي ضخم، وأن شمسنا تنتمي إلى هذا النظام وتقع قرب المستوي المتوسط له الذي، كما ذكر، يتقاطع مع الكرة السماوية وفق دائرة عظمى. يسمى هذا المستوي المستوي المجرِّيِّ، وتسمى الدائرة العظمى دائرة الاستواء المجرِّيَّة.نظام الإحداثيات المجرِّيَّة: يعرَّف هذا النظام كما عرِّف نظام الإحداثيات البروجية شرط أن يستعاض عن مستوي فلك البروج بالمستوي المجريّ. وعندئذ يعرف بالطريقة نفسها الطول المجرّي طم والعرض المجرّي عم (الشكل 5). وقد وجد أن القطب الشمالي لدائرة الاستواء المجرّية موجود في نقطة إحداثياها في النظام الثاني من الإحداثيات الاستوائية هما ط= 190ْ (أي 12 ساعة و40 دقيقة)، م=+28ْ، وتقع إحدى نقطتي تقاطع دائرة الاستواء المجرية مع فلك البروج في كوكبة العقاب Eagle التي يمثل النسر الطائر Altair أشد نجومها تألقاً.والمطلع المستقيم لهذه النقطة 18 ساعة و40 دقيقة. أما مقدار الزاوية بين دائرة الاستواء المجرّية ومستوي الاستواء السماوي فهو 90ْ-28ْ=62ْ.

(الشكل -5) نظام الإحداثيات المجرية

نظام الإحداثيات الأرضية أو الجغرافية:تحدد النقطة على سطح الكرة الأرضية بعرضها وطولها الجغرافيين.أما العرض الجغرافي لنقطة ن، أو اختصاراً العرض ن، فهو الزاوية التي يصنعها الشاقول في تلك النقطة مع مستوي الاستواء الأرضي، وهي تساوي أيضاً ارتفاع القطب عن أفق تلك النقطة.وأما طول النقطة ن فيتحدد بالزاوية الساعية بين مستوي زوال هذه النقطة ومستوي الزوال المار من غرينيتش في إنكلترة. وفي حين تقاس الزوايا عادة بالدرجات، فإن الزوايا الساعية تقاس بالساعات والدقائق والثواني. فإذا كانت الزاوية بين مستوي زوال غرينيتش ومستوي زوال نقطة 75ْ مثلاً، فإن الزاوية الساعية لهذه النقطة تساوي 5 ساعات.