Stjörnuhiminninn

Sé fylgst með yfir lengri tíma, segjum örfáa mánuði, sést að ásýnd himinsins breytist töluvert. Stjörnumerki sem áður sáust á aðeins á morgnana eða alls ekki eru farin að sjást sífellt fyrr á kvöldin. Innan um stjörnumerkin eru djúpfyrirbæri sem vert er að skoða með stjörnusjónaukum.

Stjörnuhimininn fylgir reglulegum breytingum sem komnar eru til af snúningi Jarðar um sjálfa sig og ferðalagi hennar um sólina. Undir hvelfingunni erum við áhorfendur sem fylgjumst heilluð með.

1. Himinhvelfingin

Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Hermann Hafsteinsson

Menn ímynda sér næturhimininn sem eins konar kúlu eða hvelfingu í kringum Jörðina. Þessi kúla eða himinhvelfing hefur miðbaug, norður- og suðurhvel, norður- og suðurpól og þar af leiðandi hnitakerfi eins og yfirborð Jarðar.

Punktinn á himinhvelfingunni beint fyrir ofan okkur nefnum við hvirfilpunkt (e. zenith) og færist hann um himininn þegar líður á nóttina. Andstæðan við hvirfilpunkt nefnist ilpunktur (e. nadir) og er hann beint undir fótum okkar. Ilpunktur athuganda á Íslandi er í svipaða stefnu og Nýja-Sjáland (sem er nokkurn veginn hinumegin á Jörðinni).

Sjóndeildarhringurinn umhverfis okkur nefnist sjónbaugur í stjörnufræði. Þegar stjarna sest hverfur hún undir sjónbauginn en rís þegar hún kemur upp fyrir sjónbaug. Stjarna á miðbaug himins rís nákvæmlega í austri og sest nákvæmlega í vestri. Allt sem er fyrir ofan sjónbaug á himninum er sýnilegt en allt sem er undir sjónbaugnum sést ekki.

1.1 Miðbaugur himins

Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Hermann Hafsteinsson

Himinhvelfingin skiptist í norður- og suðurhvel af miðbaug himins (e. celestial equator) sem er í raun framhald af miðbaug Jarðar, mitt á milli póla himinhvelfingarinnar. Vegna möndulhalla Jarðar hallar miðbaugur himinsins um 23,4 gráður miðað við brautarflöt Jarðar um sólina eða sólbauginn.

Athugandi sem stendur á miðbaug Jarðar sér miðbaug himins eins og hálfhring sem liggur í gegnum hvirfilpunktinn, þ.e.a.s. beint fyrir ofan hann. Ef athugandi færir sig norðar eða sunnar á Jörðina virðist sem miðbaugur himins færist í átt að sjóndeildarhringnum.

Stjörnur og stjörnumerki við miðbaug himins sjást út um allan heim. Þau eru hæst á lofti við hvarfbaugana, sem eru í hitabeltum Jarðar, en alltaf fremur lágt á lofti frá suðlægum og norðlægum breiddargráðum eins og Íslandi.

1.2 Norður- og suðurpólar himins

Norður- og suðurpólar himins eru beint fyrir ofan norður- og suðurpól Jarðar. Jafnframt ímynda menn sér heimsás sem framhald jarðmöndulsins út í geiminn. Í dag er auðvelt að finna norðurpól himins því Pólstjarnan í Litlabirni er mjög nálægt þeim þar sem heimsásinn sker himinhvelfinguna, þ.e.a.s. næstum beint á norðurpól himins.

Engar áberandi stjörnur eru við suðurpól himins svo erfiðara er að staðsetja pólinn á suðurhveli. Oft er notuð sú aðferð að staðsetja suðurpólinn með hjjálp stjörnumerkisins Suðurkrossins, sem bendir nokkurn veginn í átt til hans.

Athugandi sem staddur væri á norður- eða suðurpól Jarðar sæi norður- eða suðurpól himins í hvirfilpunkti. Þegar Jörðin snýst um sjálfa sig eru norður- og suðurpólar himins fastir punktar á himninum og sýnist allt snúast í kringum þá á einum sólarhring.

Heimsásinn stefnir ekki alltaf á sama stað á himinhvelfingunni. Möndulhalli Jarðar breytist með tíð og tíma sem þýðir að heimsásinn, eða möndulás Jarðar, stefnir á mismunandi stjörnur á mismunandi tímum. Með öðrum orðum er breytilegt hvaða stjarna er pólstjarna. Sveiflan er tæplega 26.000 ár svo Pólstjarnan er ekki við norðurpól himins nema í um 1000 ár eða svo. Eftir 5.500 ár verður stjarnan Alderamin (Alfa Cephei) orðin pólstjarna og eftir 12.000 ár verður norðurpóll himins við stjörnuna Vegu í Hörpunni. Vega verður þá reyndar sex gráðum frá norðurpól himins.

1.3 Stjörnulengd og stjörnubreidd

Stjörnufræðingar hafa komið upp hnitakerfi fyrir himinhvelfinguna. Ímyndaður hringur sem gengur í gegnum hvirfilpunktinn, ilpunktinn og norður- og suðurpól himins kallast hádegisbaugur (e. celestial meridian). Skurðpunktur hádegisbaugsins og sjónbaugsins skilgreinir norður og suður á meðan skurðpunkturinn milli miðbaugsins og sjónbaugsins skilgreina austur og vestur.

Jörðin snýst um eigin möndul frá vestri til austurs eða rangsælis sé litið ofan á norðurpólinn. Fyrir vikið virðist himininn snúast í gagnstæða átt, þ.e. réttsælis, um norður- og suðurpóla himins samsíða miðbaug himins. Hæð norðurpóls himins yfir sjónbaug er alltaf jafn breiddargráðu athugandans. Í Reykjavík er norðurpóll himins þar af leiðandi í 64° hæð. Ef þú ert á suðurhveli Jarðar er suðurpóll himins alltaf yfir sjónbaugnum en norðurpóll himins undir.

Stjarna á himinhvelfingunni virðist færast í kringum athuganda eftir dagleið. Stjarnan hefur hins vegar einhverja fasta staðsetningu á himinhvolfinu þegar hvolfið færist.

Algengasta hnitakerfið sem stjörnufræðingar nota til þess að lýsa staðsetningu fyrirbæra á himinhvelfingunni er nefnt miðbaugshnit (e. equatorial coordinates). Miðbaugshnitin virka á svipaðan hátt og lengd- og breiddargráður á yfirborði Jarðar. Þau byggja á því, að hver einasti punktur á himninum hefur tiltekna stjörnulengd (e. right ascension, RA), táknað í tíma frá 0^klst. 00^mín 00,0^sek upp í 23^klst. 59^mín 59,9^sek og stjörnubreidd (e. declination, dec), táknuð í gráðum.

Einfalt er að skilja stjörnubreiddina sem virkar á samskonar hátt og breiddargráður á Jörðinni. Við miðbaug himins er stjörnubreiddin 0° og vex upp í +90° við norðurpól himins. Á suðurhveli himins er stjörnubreiddin aftur á móti neikvæð og lækkar úr 0° við miðbaug himins niður í –90° við suðurpól himins.

Stjörnulengdin er aðeins flóknari. Stjörnufræðingar ákváðu að setja núllpunktinn í vorpunktinn, þ.e.a.s. þar sem sólbaugurinn sker miðbaug himins, þ.e. færist upp á norðurhvel himins, um jafndægur að vori (í kringum 21. mars). Vorpunkturinn (viðmiðunarpunkturinn) hefur þar af leiðandi hnitin 0^klst 00^mín 00,0^sek og hækka þau réttsælis eða í sömu stefnu og dagleg færsla sólar yfir himinhvolfið vegna snúnings Jarðar.

Hnit Sverðþokunnar í Óríon hefur stjörnulengdina 05^klst 35^mín 17,3^sek og stjörnubreiddina -05° 23′ 28″. Þetta þýðir að hún er 5 gráður sunnan miðbaugs himins og 5 stundum, 23 mínútum og 28 sekúndum austan við vorpunktinn.

Því lengri sem stjörnubreiddin er, því lengra norðan við vestur sest og rís stjarnan. Sé stjarnan nógu langt í norðri hverfur hún aldrei undir sjónbauginn frá Íslandi séð og er þá sagt að hún sé pólhverf (e. circumpolar), þ.e.a.s. alltaf sýnileg. Stjarna sem hefur mjög lága stjörnubreidd er mjög sunnarlega og rís því aldrei yfir sjónbaug og sést því aldrei frá Íslandi.

1.4 Sólbaugur

Þótt Jörðin gangi umhverfis sólina finnst okkur eins og það sé sólin sem gangi í kringum okkur, rangsælis (frá vestri til austurs, gagnstætt við daglega göngu hennar yfir himininn), um Jörðina á einu ári. Slóðin sem sólin gengur eftir yfir himininn á einu ári er kölluð sólbaugur (e. ecliptic). Sólbaugurinn er brautarflötur Jarðar um sólina.

Eitt ár er rétt rúmlega 365 dagar og í einum hring eru 360 gráður svo sólin virðist færast í austurátt um tæplega eina gráðu á dag (eins og tvö þvermál sólskífunnar á himninum). Á sama tíma sýnist hún stöðugt ganga frá austri til vesturs vegna daglegs möndulsnúnings Jarðar.

Vegna breytilegs brautarhraða Jarðar um sólina, sem kominn er til vegna sporöskjulögunnar jarðbrautarinnar, ferðast sólin örlítið mishratt eftir sólbaugnum. Hraðinn er mestur þegar Jörðin er í sólnánd byrjun janúar en minnstur þegar Jörðin er sólfirrð í júlí. Þannig er sólin um 185 daga ári norðan við miðbaug himins en 180 daga sunnan hans.

Möndull Jarðar hallar miðað við sólbauginn, svo sólin sýnist því færast norður yfir og suður undir miðbaug himins þegar hún gengur meðfram sólbaugnum yfir himininn, miðað við fastastjörnurnar í bakgrunni.

Þegar sólin gengur eftir sólbaugnum færist hún í gegnum stjörnumerki dýrahringsins. Stjörnumerki dýrahringsins eru í raun þrettán talsins en ekki tólf. Þrettánda merkið er Naðurvaldi og gengur sólin inn í það í 30. nóvember.

Þar sem reikistjörnurnar snúast í kringum sólina í nokkurn veginn sama fleti, ganga þær einnig eftir sólbaugnum. Þess vegna sjást reikistjörnurnar aðeins í stjörnumerkin dýrahringsins en aldrei í merkjum sem eru norðar eða sunnar á himinhvolfinu.

2. Sólin og árstíðirnar

Tvisvar á ári sker sólin miðbaug himins: Á vorjafndægrum í kringum 20. mars og haustjafndægrum í kringum 23. september. Þessa tvo daga ársins er stjörnubreidd sólar 0° svo hún rís nákvæmlega í austri og sest nákvæmlega í vestri. Dagur og nótt eru þá nánast jafn löng eða um tólf tímar hvor um sig.

Þegar sólin færist upp himininn, norður eftir sólbaugnum eftir vorjafndægur, rís hún og sest sífellt nær norðri. Dagarnir lengjast smám saman og næturnar styttast. Í kringum 21. júní nær sólin nyrstu stöðu á himninum og hefur þá stjörnubreiddina 23,4 gráður norður. Sá tímapunktur kallast sumarsólstöður eða sumarsólhvörf. Á sumarsólstöðum rís sólin eins langt norðan við austur og unnt er og sest eins langt norðan við vestur og mögulegt er. Á norðurhveli Jarðar eru dagarnir þá lengstir. Norðan heimskautsbaugs er sólin pólhverf, það er sest aldrei, en skammt sunnan hans, eins og á Íslandi, nýtur birtu allan sólarhringinn.

Eftir sumarsólstöður færist sólin suður eftir sólbaugnum og lækkar á lofti svo dagarnir styttast. Á haustjafndægrum í september sker sólin miðbauginn aftur og gengur suður undir hann. Hinn 21. nær sólin syðstu stöðu á sólbaugnum eða himninum með stjörnubreiddina 23,4 gráður suður. Þá verða vetrarsólstöður eða vetrarsólhvörf á norðurhveli.

Á vetrarsólstöðum rís sólin eins langt sunnan við austur og hægt er og sest eins langt sunnan við vestur og mögulegt. Nóttin er löng en dagurinn örstuttur. Í Reykjavík er sólargangur aðeins 4 klukkustundir og 9 mínútur en aðeins 2 stundir og 15 mínútur í Grímsey. Á suðurhveli er dagurinn lengstur og nóttin stutt. Við miðbaug eru dagur og nótt jafnlöng.

3. Fastastjörnur og stjörnumerki

Aðalgreinar: Stjörnur og Stjörnumerki

Vetrarbrautin yfir Hótel Rangá. Mynd: Sævar Helgi Bragason/Stjörnufræðivefurinn

Á heiðskíru tunglskinslausu kvöldi sjást um það bil 2500 stjörnur með berum augum ofan sjónbaugsins. Stjörnurnar virðast fastar á himinhvelfingunni, þ.e. þótt himinhvelfingin snúist eru stjörnurnar sjálfar alltaf á sama stað á hvelfingunni. Þess vegna eru stjörnurnar líka kallaðar fastastjörnur.

Allar stjörnurnar tilheyra ljósleitri slæðu sem liggur þvert yfir himinhvelfinguna og kallast Vetrarbrautin á íslensku en Milky Way eða Mjólkurslæðan á ensku. Vetrarbrautin okkar er bjálkaþyrilvetrarbraut sem inniheldur milli 200-400 milljarða stjarna.

Allar stjörnur himinhvolfsins eru sólir svo langt í burtu að fjarlægðin til þeirra er mæld í ljósárum. Nálægasta stjarnan sem sést með barum augum frá Íslandi er hundastjarnan Síríus í stjörnumerkinu Stórahundi í 8,6 ljósára fjarlægð. Síríus er rétt sunnan við miðbaug himins. Fjarlægasta fyrirbærið sem sést með berum augum á íslenska stjörnuhimninum er í 2,5 milljóna ljósára fjarlægð: Andrómeduvetrarbrautin.

Allar stjörnur himinsins tilheyra stjörnumerkjum sem björtustu stjörnurnar mynda. Öllu himinhvolfinu er skipt upp í 88 stjörnumerki. Af þeim sjást 56 að hluta til eða í heild frá Íslandi. Vegna möndulhalla Jarðarinnar sjást nokkur stjörnumerki frá Íslandi sem eru á miðbaug himins og sunnan hans, t.d. stjörnumerkin Óríon og Stórihundur.

Tengt efni

Heimildir

1. James B. Kaler (1996). The Ever-Changing Sky: A Guide to the Celestial Sphere. Cambridge University Press

 – Sævar Helgi Bragason