Из статьи о примарных дирекциях вы уже знаете, что пространственное соединение двух планет на небесной сфере - это совпадение мунданных позиций этих планет. Напомню, что мунданная позиция планеты - это пересечение круга позиций планеты с небесным экватором.
В этой статье мы выведем уравнение для рассчета мунданной позиции планеты в системе Региомонтана.
Мы будем исходить из того, что нам известны координаты планеты, географическая широта наблюдателя, а также местное звездное время (или RAMC).
[toc]
Как выглядит мунданная позиция планеты в системе Региомонтана?
Посмотрите на рисунок ниже. Здесь
- $P$ - наблюдаемая планета
- $RA_{p}$, $D$ — ее прямое восхождение и склонение
- $OA_{ASC}$ - косое восхождение ASC
- $RA_M$ - прямое восхождение мунданной позиции планеты в системе Региомонтана
- $\phi$ - географическая широта наблюдателя
Способ расчета 1
Рассмотрим треугольник со стороной $OA_{ASC} - RA_M$ и углами $\phi$ и $\beta$. Угол $\beta$ нам неизвестен, но мы можем легко найти его с помощью уравнения (4) сферических треугольников.
$$ \cos(OA_{ASC} - RA_M) = \frac{1}{\tan\phi\tan\beta} $$
Теперь рассмотрим большой треугольник со сторонами $RA_p - RA_M$, $D$ и углом $\beta$. Согласно ур. (3) сферических треугольников
$$ \sin(RA_P - RA_M) = \frac{\tan D}{\tan\beta} $$
Подставляем только что найденный угол $\beta$ и получаем следующее:
Если мы распишем синус и косинус суммы двух углов, описанных уравнением. (3) и умножаем обе части на $1/cos(RA_M)$, получаем:
Вспомним формулу косого восхождения, $OA_{ASC} = RAMC + 90°$. Тогда мы получим
$$ \begin{cases} \cos OA_{ASC} = - \sin RAMC \\ \sin OA_{ASC} = \cos RAMC \end{cases} $$
Способ расчета 2
Первоначальная идея Региомонтана заключалась в следующем. Во-первых, он принял круг позиций планеты за действительный горизонт. Он повернул небесную сферу на некоторый угол $\gamma$ вдоль примарной вертикали так, чтобы круг позиций был параллелен взгляду наблюдателя, как показано на рисунке ниже.
С этой точки зрения мунданная позиция точки $P$ — это просто косое восхождение над кругом позиций, как если бы это был горизонт.
Региомонтан ввел так называемую высоту полюса для данной планеты, которая представляет собой угловое расстояние вдоль перпендикулярной линии, проведенной от небесного полюса до круга позиций планеты. Таким образом, угол $\beta$, о котором мы упоминали ранее, равен $90° - alt$
Выразим $\beta$ как функцию от $\gamma$. Сначала мы найдем $\gamma$ по экваториальным координатам точки. Мы будем использовать матрицы вращения.
Обозначим через $XYZ$ декартову систему координат, где $X$ указывает на запад, а $Y$ на северный полюс. Сферическими координатами планеты в этой системе являются склонение $D$ и $\Delta R = RA_P - OA_{ASC}$.
Мы можем записать координаты вектора согласно уравнению. (2) сферических треугольников:
$$\begin{align} \vec{v} & = \cos D \cos\Delta \cdot \vec{X} \\ & + \cos D \sin\Delta \cdot \vec{Y} \\ & + \sin D \cdot \vec{Z} \end{align}$$
Горизонтальная система координат $X^\prime Y^\prime Z^\prime$ повернута на угол $-(90° - \phi)$ вдоль плоскости $XY$.
Чтобы выразить вектор в повернутой системе координат, используем матрицу вращения
$$\mathbf{A}_{XY} = \left[\begin{array} {rrr} 1 & 0 & 0 \\ 0 & \sin\phi & \cos\phi \\ 0 & -\cos\phi & \sin\phi \end{array}\right] $$
Это дает нам новые координаты вектора
Система координат $\tilde{X}\tilde{Y}\tilde{Z}$ на круге позиций повернута на угол $\gamma$ вдоль плоскости $X^\prime Z^\prime$. Чтобы выразить координаты вектора в этой системе, мы можем применить матрицу
$$\mathbf{A}_{X^{\prime} Y^{\prime}} = \left[\begin{array} {rrr} \cos\gamma & 0 & \sin\gamma \\ 0 & 1 & 0 \\ -sin\gamma & 0 & \cos\gamma \end{array}\right] $$
В частности, z-координата вектора
$$ \tilde{z} = -\sin\gamma ~x^\prime + \cos\gamma ~z^\prime $$
По определению круга позиций планета всегда находится в плоскости $\tilde{X}\tilde{Y}$, т. е. $\tilde{z} = 0$
$$ 0 = -\sin\gamma ~x^\prime + \cos\gamma ~z^\prime $$
или
Рассмотрим треугольник с углами $\beta$ и $\phi$ на рис. 1. Из ур. (12) сферических треугольников следует, что
$$ \cos\beta = \sin\phi\cos\gamma $$
Итак, мы наконец выразили угол $\beta$ через угол $\gamma$ между горизонтом Земли и горизонтом планеты (то есть, кругом позиций).
Высота полюса над горизонтом планеты составляет $90° - \beta$:
$$ \sin Alt = \sin\phi\cos\gamma $$
Теперь мунданная позиция планеты $P$ — это косое восхождение планеты над ее горизонтом. Мы уже вывели уравнение (2) для косого восхождения планеты. Вместо угла phi $\phi$ (широты полюса над горизонтом Земли) вставляем широту полюса над горизонтом планеты.
Собрав все вместе, мы получаем набор уравнений для мунданного положения точки $P$ в классическом подходе Региомонтана:
