Земная атмосфера несколько искажает истинную картину космоса. Во-первых, облачные атмосферные образования в большей или меньшей степени препятствуют астрономическим наблюдениям. Во-вторых, из всех лучей, идущих на Землю от Солнца, земная атмосфера сильнее всего рассеивает синие и голубые лучи. Благодаря этому небо в ясную погоду кажется голубым, тогда как при отсутствии атмосферы небо и днем и ночью выглядело бы одинаково черным. В-третьих, наконец, воздушная оболочка Земли слегка изменяет направление светового излучения небесных тел, ослабляет (за счет поглощения) их интенсивность и даже влияет на их цвет. Поэтому, в частности, звезды кажутся мерцающими и переливающимися всеми цветами радуги.

Но все эти искажения невелики, и в целом можно утверждать, что земная атмосфера обладает большой прозрачностью.

Небо всегда кажется нам почти сферическим куполом, опирающимся своими краями на земную поверхность. Этот обман чувств послужил причиной для всех древних идей о «небесной тверди» или твердом небосводе. Хотя в настоящее время никто из мало-мальски образованных людей не считает небо твердым куполом, термин «небосвод» сохранился. Мы будем понимать под этим словом то обманчивое восприятие «небесного купола», которое свойственно всем людям.

Столь же широко распространен и другой обман чувств. Мы не ощущаем разницы в расстояниях до Солнца, Луны и звезд. Все небесные светила кажутся нам одинаково удаленными от Земли и движущимися по одному «небосводу».

Поэтому, рассматривая небесные явления, астрономы для удобства рассуждений представляют себе некоторую воображаемую сферу произвольного радиуса с центром в глазу, наблюдателя, на поверхность которой проектируются изображения небесных светил. Такая условная сфера получила название небесной сферы.

В некоторых случаях центр небесной сферы совмещают мысленно с глазом не реального, а воображаемого наблюдателя, помещаемого, например, в центре Солнца или другой точке Вселенной.

Небесная сфера — это, разумеется, не какое-то реальное образование, а условное геометрическое построение, введенное для удобства измерений видимых положений светил.

Радиус небесной сферы считается произвольным (и не обязательно очень большим) именно потому, что расстояния до небесных тел при первоначальных наблюдениях не играют роли и приходится ограничиваться угловыми измерениями на небе. А при таких измерениях, как известно, длина сторон угла на величину угла никак не влияет. Представим себе теперь наблюдателя, находящегося па поверхности Земли, и описанную вокруг него небесную сферу. В каждом пункте земной поверхности с помощью отвеса легко определить направление отвесной, или вертикальной линии. Она пересечет небесную сферу в двух точках Z и Z '.Та из них, которая находится прямо над головой наблюдателя, называется зенитом (Z ),а противоположная точка Z'— надиром.

Проведем через центр небесной сферы (глаз наблюдателя) горизонтальную плоскость. Окружность, по которой эта плоскость пересекает небесную сферу, называется истиннымили математическим горизонтом.

Нетрудно сообразить, что математический горизонт не совпадает с видимым,или наблюдаемым горизонтом.Последний состоит из точек, в которых луч зрения наблюдателя касается земной поверхности. Так как плоскость математического горизонта расположена над земной поверхностью, то математический горизонт всегда слегка «приподнят» над видимым горизонтом.

В дальнейшем для упрощения чертежей мы на рисунках небесной сферы не будем изображать ни Земли, ни наблюдателя, хотя их присутствие подразумевается.

Введенные понятия вертикальной линии и математического горизонта позволят нам теперь разобраться в простейших видимых движениях небесных светил, в частности звезд.

Общеизвестно, что наблюдаемое нами ежедневно движение Солнца по небосводу есть иллюзия. На самом деле почти равномерно вращается земной шар, и его вращение является причиной суточного движения Солнца, периодической смены дня и ночи.

Вращение Земли вызывает видимое суточное движение не только Солнца, но и всех других небесных светил. В этом легко убедиться путем несложных наблюдений.

Когда Солнце скроется за горизонт и наступит звездная ночь, обратите внимание на какую-нибудь яркую звезду в южной части неба. Заметьте ее расположение по отношению к какому-нибудь земному предмету, а затем повторите (с того же места!) наблюдение через полчаса или через час. Вы обнаружите, что наблюдаемая вами звезда заметно сместилась на небосводе. Легко проверить, что и все остальные звезды испытали при этом подобное же смещение. Следовательно, все звездное небо, как единое целое, кажется вращающимся вокруг Земли.

Возьмем теперь фотографический аппарат, установим его объектив на «бесконечность» и, укрепив неподвижно, направим его в северную часть звездного неба, туда, где виднеется Полярная звезда. Произведем снимок звезд с выдержкой около часа. Звезды благодаря своему видимому движению изобразятся концентрическими дугами, общий центр которых близок к Полярной звезде.

Таким образом, на небосводе или, точнее, на небесной сфере есть неподвижная точка вокруг которой, как нам кажется, движутся все наблюдаемые нами звезды. Она называется северным полюсом мира.Противоположная, также неподвижная точка небесной сферы называется южным полюсом мира(рис. 14).