ทรงกลมท้องฟ้า: เครื่องมือนามธรรมช่วยระบุตำแหน่งดวงดาวเหนือฟ้าประเทศไทยอย่างง่าย

ภาพประกอบที่ใช้ในการอธิบาย :

ทีมนักวิจัยชาวอังกฤษพบรูในชั้นโอโซนที่กำลังก่อตัวเหนือทวีปแอนตาร์กติกา ซึ่งการค้นพบนี้จะส่งผลต่อพิธีสารมอนทรีออลในปี 1987 ในภายหลัง

ทรงกลมท้องฟ้า

(Celestial sphere)

ในดาราศาสตร์และการนำทาง ทรงกลมท้องฟ้าเป็นทรงกลมนามธรรมที่มีรัศมีขนาดใหญ่ตามอำเภอใจและมีศูนย์กลางเท่ากับโลก วัตถุทั้งหมดบนท้องฟ้าอาจมองได้ว่าฉายลงบนพื้นผิวด้านในของทรงกลมท้องฟ้า ซึ่งอาจอยู่ตรงกลางของโลกหรือผู้สังเกต หากอยู่ตรงกลางของผู้สังเกต ครึ่งหนึ่งของทรงกลมจะมีลักษณะคล้ายฉากครึ่งทรงกลมเหนือตำแหน่งที่สังเกตทรงกลมฟ้าเป็นเครื่องมือเชิงแนวคิดที่ใช้ในดาราศาสตร์ทรงกลมเพื่อระบุตำแหน่งของวัตถุบนท้องฟ้าโดยไม่คำนึงถึงระยะห่างเชิงเส้นจากผู้สังเกต เส้นศูนย์สูตรฟ้าแบ่งทรงกลมฟ้าออกเป็นซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้.

เนื่องจากวัตถุท้องฟ้าอยู่ห่างไกลมาก การสังเกตท้องฟ้าแบบผิวเผินจึงไม่สามารถให้ข้อมูลระยะทางจริงของวัตถุท้องฟ้าได้ วัตถุท้องฟ้าทั้งหมดดูเหมือนจะอยู่ห่างไกลเท่าๆ กัน ราวกับว่ายึดติดอยู่กับภายในทรงกลมที่มีรัศมีกว้างแต่ไม่ทราบค่าแน่ชัด ซึ่งดูเหมือนจะหมุนไปทางทิศตะวันตกเหนือศีรษะ ในขณะเดียวกัน โลกที่อยู่ใต้ฝ่าเท้าดูเหมือนจะนิ่งอยู่กับที่ สำหรับดาราศาสตร์ทรงกลมซึ่งเกี่ยวข้องเฉพาะกับทิศทางไปยังวัตถุท้องฟ้าเท่านั้น จึงไม่มีความแตกต่างว่าจะเป็นกรณีนี้จริงหรือเป็นโลกที่กำลังหมุนในขณะที่ทรงกลมนั้นหยุดนิ่ง ทรงกลมท้องฟ้าสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นรัศมีอนันต์ ซึ่งหมายความว่าจุดใดๆ ภายในทรงกลมท้องฟ้า รวมถึงจุดที่ผู้สังเกตครอบครองอยู่ สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นศูนย์กลาง นอกจากนี้ยังหมายถึงเส้นขนานทั้งหมด ไม่ว่าจะห่างกันเป็นมิลลิเมตรหรือข้ามระบบสุริยะจากกัน จะดูเหมือนตัดทรงกลมที่จุดเดียว ซึ่งคล้ายกับจุดหายวับไปของมุมมองกราฟิก ระนาบขนานทั้งหมดจะดูเหมือนตัดทรงกลมในวงกลมใหญ่ที่เกิดขึ้นพร้อมกัน ("วงกลมหายวับไป")

ในทางกลับกัน ผู้สังเกตการณ์ที่มองไปยังจุดเดียวกันบนทรงกลมท้องฟ้าที่มีรัศมีอนันต์จะมองไปตามเส้นขนาน และผู้สังเกตการณ์จะมองไปยังวงกลมใหญ่เดียวกันบนระนาบขนาน บนทรงกลมท้องฟ้าที่มีรัศมีอนันต์ ผู้สังเกตการณ์ทุกคนจะเห็นสิ่งเดียวกันในทิศทางเดียวกัน

สำหรับบางวัตถุ นี่เป็นการอธิบายแบบง่ายเกินไป

วัตถุที่อยู่ใกล้ผู้สังเกต (เช่น ดวงจันทร์) ดูเหมือนจะเปลี่ยนตำแหน่งเมื่อเทียบกับทรงกลมท้องฟ้าที่อยู่ไกลออกไป หากผู้สังเกตเคลื่อนที่ไปไกลพอ เช่น จากด้านหนึ่งของโลกไปยังอีกด้านหนึ่ง ผลกระทบนี้เรียกว่า พารัลแลกซ์ ซึ่งสามารถแสดงเป็นค่าที่เคลื่อนออกจากตำแหน่งเฉลี่ยเพียงเล็กน้อย ทรงกลมท้องฟ้าอาจถือว่ามีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ศูนย์กลางของโลก ศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ หรือตำแหน่งอื่นๆ ที่สะดวก และสามารถคำนวณค่าที่เคลื่อนออกจากตำแหน่งที่อ้างอิงถึงศูนย์กลางเหล่านี้ได้.

ด้วยวิธีนี้ นักดาราศาสตร์สามารถทำนายตำแหน่งของวัตถุบนทรงกลมท้องฟ้าจากตำแหน่งศูนย์กลางโลกหรือศูนย์กลางดวงอาทิตย์ได้ โดยไม่ต้องคำนวณรูปทรงเรขาคณิตของผู้สังเกตการณ์แต่ละคน และยังคงรักษาประโยชน์ของทรงกลมท้องฟ้าไว้ได้ ผู้สังเกตการณ์แต่ละคนสามารถคำนวณค่าชดเชยเล็กน้อยจากตำแหน่งเฉลี่ยได้ด้วยตนเองหากจำเป็น ในหลายกรณีในทางดาราศาสตร์ ค่าชดเชยเหล่านี้ไม่มีนัยสำคัญ.

การกำหนดตำแหน่งของวัตถุ

(Determining the position of objects)

ดังนั้นทรงกลมท้องฟ้าจึงถือเป็นสัญลักษณ์ทางดาราศาสตร์ชนิดหนึ่ง และนักดาราศาสตร์มักใช้บ่อยครั้ง ตัวอย่างเช่น ปฏิทินดาราศาสตร์ประจำปี 2010 ระบุตำแหน่งที่ดวงจันทร์อยู่ตรงจุดศูนย์กลางของโลกในวันที่ 1 มกราคม เวลา 00:00:00.00 น. ตามเวลาภาคพื้นดิน โดยใช้พิกัดเส้นศูนย์สูตรเป็นไรต์แอสเซนชัน 6 ชั่วโมง 57 นาที 48.86 วินาที เดคลิเนชัน +23° 30' 05.5" โดยนัยในตำแหน่งนี้หมายความว่าดวงจันทร์ถูกฉายลงบนทรงกลมท้องฟ้า ผู้สังเกตการณ์ที่มองไปในทิศทางนั้นไม่ว่าจะอยู่ที่ใดก็จะเห็น "ดวงจันทร์ที่เป็นจุดศูนย์กลางของโลก" อยู่ในตำแหน่งเดียวกันโดยอยู่ตรงข้ามกับดวงดาวต่างๆ สำหรับการใช้งานคร่าวๆ หลายๆ อย่าง

(เช่น การคำนวณเฟสโดยประมาณของดวงจันทร์) ตำแหน่งนี้เมื่อมองจากศูนย์กลางโลกก็ถือว่าเพียงพอ

สำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความแม่นยำ (เช่น การคำนวณเส้นทางเงาของสุริยุปราคา) ปฏิทินจะให้สูตรและวิธีการสำหรับการคำนวณพิกัดที่ศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ นั่นคือ พิกัดที่มองเห็นจากตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งบนพื้นผิวโลกโดยอ้างอิงจากตำแหน่งที่ศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้รายละเอียดที่จำเป็นในปฏิทินลดลงอย่างมาก เนื่องจากผู้สังเกตการณ์แต่ละคนสามารถจัดการกับสถานการณ์เฉพาะของตนเองได้.

ประวัติศาสตร์กรีกเกี่ยวกับทรงกลมท้องฟ้า ทรงกลมท้องฟ้า (หรือทรงกลมท้องฟ้า) ถูกจินตนาการให้เป็นทรงกลมที่สมบูรณ์แบบและศักดิ์สิทธิ์ โดยเริ่มต้นจากนักดาราศาสตร์ชาวกรีก เช่น อริสโตเติล เขาประพันธ์หลักการชุดหนึ่งที่เรียกว่าฟิสิกส์ของอริสโตเติล ซึ่งระบุลำดับธรรมชาติและโครงสร้างของโลก เช่นเดียวกับนักดาราศาสตร์ชาวกรีกคนอื่นๆ อริสโตเติลยังคิดด้วยว่า "ทรงกลมท้องฟ้าเป็นกรอบอ้างอิงสำหรับทฤษฎีทางเรขาคณิตของพวกเขาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุท้องฟ้า" ด้วยการนำทฤษฎีของ Eudoxus of Cnidus มาใช้ อริสโตเติลได้บรรยายวัตถุท้องฟ้าภายในทรงกลมท้องฟ้าว่าเต็มไปด้วยความบริสุทธิ์ สมบูรณ์แบบ และแก่นสาร (ธาตุที่ห้าที่ทราบว่าเป็นศักดิ์สิทธิ์และบริสุทธิ์ตามแนวคิดของอริสโตเติล) อริสโตเติลถือว่าดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ และดาวฤกษ์คงที่เป็นทรงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกันอย่างสมบูรณ์แบบในบริเวณเหนือดวงจันทร์เหนือทรงกลมใต้ดวงจันทร์ อริสโตเติลยืนยันว่าวัตถุท้องฟ้าเหล่านี้ (ในบริเวณเหนือดวงจันทร์) นั้นสมบูรณ์แบบและไม่สามารถถูกทำให้เสื่อมเสียโดยธาตุคลาสสิกใดๆ ได้แก่ ไฟ น้ำ อากาศ และดิน.

ธาตุที่เน่าเปื่อยมีอยู่เฉพาะในบริเวณใต้ดวงจันทร์เท่านั้น ส่วนธาตุที่ไม่เน่าเปื่อยมีอยู่ในบริเวณเหนือดวงจันทร์ตามแบบจำลองโลกเป็นศูนย์กลางของอริสโตเติล อริสโตเติลมีความคิดว่าทรงกลมบนท้องฟ้าจะต้องแสดงการเคลื่อนที่ของท้องฟ้า (การเคลื่อนที่เป็นวงกลมที่สมบูรณ์แบบ) ที่ดำเนินต่อไปชั่วนิรันดร์ นอกจากนี้ เขายังโต้แย้งว่าพฤติกรรมและคุณสมบัติเป็นไปตามหลักการของสถานที่ตามธรรมชาติอย่างเคร่งครัด ซึ่งธาตุที่เป็นแก่นแท้จะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตามพระประสงค์ของพระเจ้า ในขณะที่ธาตุอื่นๆ เช่น ไฟ อากาศ น้ำ และดิน เน่าเปื่อยได้ ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงและความไม่สมบูรณ์ แนวคิดสำคัญของอริสโตเติลอาศัยธรรมชาติของธาตุทั้งห้าที่ทำให้โลกและสวรรค์แตกต่างกันในความจริงทางดาราศาสตร์ โดยใช้แบบจำลองทรงกลมที่แยกจากกันของยูโดซัส การค้นพบมากมายจากอริสโตเติลและยูโดซัส

(ประมาณ 395 ปีก่อนคริสตกาลถึง 337 ปีก่อนคริสตกาล) ได้จุดชนวนความแตกต่างในแบบจำลองทั้งสองแบบและแบ่งปันคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกันในเวลาเดียวกัน อริสโตเติลและยูโดซัสอ้างว่ามีการนับทรงกลมบนท้องฟ้าแตกต่างกันสองแบบ ตามคำกล่าวของยูโดซัส มีเพียง 27 ทรงกลมบนท้องฟ้า ในขณะที่แบบจำลองของอริสโตเติลมี 55 ทรงกลม ยูโดซัสพยายามสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์จากบทความที่รู้จักกันในชื่อ On Speeds (ภาษากรีกโบราณ: Περί Ταχών) และยืนยันว่ารูปร่างของฮิปโปพีดหรือเลมนิสเคตมีความเกี่ยวข้องกับการถอยหลังของดาวเคราะห์ อริสโตเติลเน้นว่าความเร็วของทรงกลมบนท้องฟ้าไม่เปลี่ยนแปลง เช่นเดียวกับท้องฟ้า ในขณะที่ยูโดซัสเน้นว่าทรงกลมอยู่ในรูปทรงเรขาคณิตที่สมบูรณ์แบบ. ทรงกลมของยูโดซัสจะก่อให้เกิดการเคลื่อนไหวที่ไม่พึงประสงค์ในบริเวณด้านล่างของดาวเคราะห์ ในขณะที่อริสโตเติลแนะนำตัวคลี่คลายระหว่างชุดของทรงกลมที่ทำงานอยู่แต่ละชุดเพื่อต่อต้านการเคลื่อนไหวของชุดนอก มิฉะนั้น การเคลื่อนไหวภายนอกจะถูกถ่ายโอนไปยังดาวเคราะห์ภายนอก ในเวลาต่อมา อริสโตเติลจะสังเกต การเคลื่อนไหวของดาวเคราะห์โดยใช้การผสมผสานของทรงกลมซ้อนกันและการเคลื่อนไหวแบบวงกลมในรูปแบบที่สร้างสรรค์ แต่การสังเกตเพิ่มเติมทำให้ผลงานของพวกเขาเสียหาย.

นอกจากอริสโตเติลและยูโดซัสแล้ว เอมเพโดคลีสยังให้คำอธิบายว่าการเคลื่อนที่ของท้องฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่สูงมากทำให้โลกหยุดนิ่งเนื่องจากการเคลื่อนที่แบบวงกลมซึ่งป้องกันไม่ให้โลกเคลื่อนที่ลงมาจากสาเหตุตามธรรมชาติ อริสโตเติลวิจารณ์แบบจำลองของเอมเพโดคลีสโดยโต้แย้งว่าวัตถุที่มีน้ำหนักมากทั้งหมดจะเคลื่อนเข้าหาโลก ไม่ใช่การหมุนวนที่มายังโลก เขาเยาะเย้ยแบบจำลองดังกล่าวและอ้างว่าคำกล่าวของเอมเพโดคลีสไร้สาระอย่างยิ่ง สิ่งใดก็ตามที่ขัดต่อการเคลื่อนที่ของสถานที่ตามธรรมชาติและท้องฟ้าที่ไม่เปลี่ยนแปลง (รวมถึงทรงกลมบนท้องฟ้า) จะถูกอริสโตเติลวิจารณ์ทันที.

ระบบพิกัดท้องฟ้า

(Celestial coordinate systems)

แนวคิดเหล่านี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจระบบพิกัดท้องฟ้า ซึ่งเป็นกรอบในการวัดตำแหน่งของวัตถุบนท้องฟ้า เส้นอ้างอิงและระนาบบางเส้นบนโลก เมื่อฉายลงบนทรงกลมท้องฟ้า จะเป็นฐานของระบบอ้างอิง ได้แก่ เส้นศูนย์สูตร แกน และวงโคจรของโลกบริเวณที่จุดตัดกับทรงกลมฟ้าจะก่อให้เกิดเส้นศูนย์สูตร ขั้วฟ้าเหนือ ขั้วฟ้าใต้ และสุริยวิถีตามลำดับ เนื่องจากทรงกลมฟ้าถือเป็นทรงกลมที่มีรัศมีไม่แน่นอนหรือไม่มีที่สิ้นสุด ผู้สังเกตการณ์ทุกคนจึงมองเห็นเส้นศูนย์สูตร ขั้วฟ้า และสุริยวิถีที่ตำแหน่งเดียวกันโดยเทียบกับดวงดาวพื้นหลัง จากฐานเหล่านี้ ทิศทางที่วัตถุบนท้องฟ้าเคลื่อนที่สามารถวัดได้โดยการสร้าง ระบบพิกัดท้องฟ้า ระบบพิกัดเส้นศูนย์สูตรจะระบุตำแหน่งที่สัมพันธ์กับเส้นศูนย์สูตรและขั้วฟ้าโดยใช้ค่าไรต์แอสเซนชันและเดคลิเนชัน ซึ่งคล้ายกับลองจิจูดและละติจูดทางภูมิศาสตร์ ส่วนระบบพิกัดสุริยวิถีจะระบุตำแหน่งที่สัมพันธ์กับสุริยวิถี (วงโคจรของโลก) โดยใช้ลองจิจูดและละติจูดสุริยวิถี นอกจากระบบเส้นศูนย์สูตรและสุริยวิถีแล้ว ยังมีระบบพิกัดท้องฟ้าอื่นๆ เช่น ระบบพิกัดกาแล็กซี ซึ่งเหมาะสมกับจุดประสงค์เฉพาะมากกว่า.

ประวัติศาสตร์ (History)

ชาวกรีกโบราณสันนิษฐานว่าดวงดาวมีรูปร่างคล้ายทรงกลมบนท้องฟ้า โคจรรอบโลกในวันเดียว และโลกอยู่กับที่ แบบจำลองดาวเคราะห์ของยูโดซัส ซึ่งเป็นแบบจำลองของอริสโตเติลและทอเลมีเป็นพื้นฐาน เป็นคำอธิบายทางเรขาคณิตครั้งแรกสำหรับการ "เร่ร่อน" ของดาวเคราะห์ในยุคคลาสสิก ทรงกลมคริสตัลด้านนอกสุดเหล่านี้เชื่อว่ามีดาวฤกษ์อยู่กับที่ ยูโดซัสใช้ทรงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน 27 ดวงเพื่อตอบคำถามของเพลโตว่า "การเคลื่อนตัวที่สม่ำเสมอและเป็นระเบียบแบบใดจึงสามารถอธิบายการเคลื่อนตัวที่ปรากฏของดาวเคราะห์ได้" ในช่วงกลางศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสตกาล อนักซาโกรัสเป็นนักปรัชญาคนแรกที่รู้จักกันว่าดวงดาวเป็น "หินร้อน" ที่อยู่ไกลเกินกว่าจะรู้สึกถึงความร้อนได้ แนวคิดที่คล้ายกันนี้ได้รับการแสดงโดยอริสตาร์คัสแห่งซามอส

อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้เข้าสู่กระแสหลัก

ดาราศาสตร์ยุโรปและอิสลามในยุคโบราณตอนปลายและยุคกลาง ทฤษฎีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของจักรวาลแบบโคเปอร์นิกันทำให้ทรงกลมของดาวเคราะห์ถูกยกเลิกไป แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าดวงดาวคงที่จะต้องมีทรงกลมเสมอไป

นักดาราศาสตร์คนแรกในยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาของยุโรปที่เสนอว่าดวงดาวเป็นดวงอาทิตย์ที่อยู่ห่างไกลคือ Giordano Bruno ในผลงาน De l'infinito universo et mondi (1584) ความคิดนี้เป็นหนึ่งในข้อกล่าวหาที่ศาลศาสนาใช้กล่าวหาเขา แม้ว่าจะไม่ได้อยู่ในตำแหน่งที่โดดเด่นก็ตาม ความคิดนี้กลายเป็นกระแสหลักในช่วงปลายศตวรรษที่ 17 โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากที่ Bernard Le Bovier de Fontenelle (1686) ตีพิมพ์หนังสือ Conversations on the Plurality of Worlds และในช่วงต้นศตวรรษที่ 18 ความคิดนี้ก็กลายเป็นข้อสันนิษฐานเบื้องต้นในดาราศาสตร์เกี่ยวกับดวงดาว.

ลูกโลกดาว (Star globe)

ทรงกลมบนท้องฟ้าอาจหมายถึงแบบจำลองทางกายภาพของทรงกลมบนท้องฟ้าหรือลูกโลกบนท้องฟ้า ลูกโลกดังกล่าวจะแสดงแผนที่กลุ่มดาวที่อยู่ภายนอกทรงกลม ส่งผลให้เกิดภาพสะท้อนของกลุ่มดาวที่มองเห็นจากโลก ตัวอย่างที่เก่าแก่ที่สุดของสิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวคือลูกโลกของประติมากรรม Atlas ของฟาร์เนเซ ซึ่งเป็นสำเนาของงานเก่ากว่า (ยุคเฮลเลนิสติก ประมาณ 120 ปีก่อนคริสตกาล)

ในศตวรรษที่ 2

วัตถุอื่นที่ไม่ใช่โลก

(Objects other than the earth)

แน่นอนว่าผู้สังเกตการณ์บนโลกอื่นๆ จะมองเห็นวัตถุต่างๆ บนท้องฟ้าภายใต้เงื่อนไขเดียวกันกับที่ฉายลงบนโดม ระบบพิกัดที่อิงตามท้องฟ้าของโลกนั้นอาจถูกสร้างขึ้นได้สิ่งเหล่านี้อาจขึ้นอยู่กับ "สุริยวิถี" ซึ่งเทียบเท่ากับขั้วโลกและเส้นศูนย์สูตร แม้ว่าเหตุผลในการสร้างระบบในลักษณะนั้นอาจมีทั้งเหตุผลทางประวัติศาสตร์และทางเทคนิคก็ตาม.

-------+++

Illustrations used to explain:

A team of British researchers found a hole in the forming ozone layer over Antarctica, a finding that would later influence the Montreal Protocol in 1987.

Celestial sphere

In astronomy and navigation, the celestial sphere is an abstract sphere that has an arbitrarily large radius and is concentric to Earth. All objects in the sky can be conceived as being projected upon the inner surface of the celestial sphere, which may be centered on Earth or the observer. If centered on the observer, half of the sphere would resemble a hemispherical screen over the observing location. The celestial sphere is a conceptual tool used in spherical astronomy to specify the position of an object in the sky without consideration of its linear distance from the observer. The celestial equator divides the celestial sphere into northern and southern hemispheres.

Description

Because astronomical objects are at such remote distances, casual observation of the sky offers no information on their actual distances. All celestial objects seem equally far away, as if fixed onto the inside of a sphere with a large but unknown radius, which appears to rotate westward overhead; meanwhile, Earth underfoot seems to remain still. For purposes of spherical astronomy, which is concerned only with the directions to celestial objects, it makes no difference if this is actually the case or if it is Earth that is rotating while the celestial sphere is stationary.

The celestial sphere can be considered to be infinite in radius. This means any point within it, including that occupied by the observer, can be considered the center. It also means that all parallel lines, be they millimetres apart or across the Solar System from each other, will seem to intersect the sphere at a single point, analogous to the vanishing point of graphical perspective. All parallel planes will seem to intersect the sphere in a coincident great circle (a "vanishing circle").

Conversely, observers looking toward the same point on an infinite-radius celestial sphere will be looking along parallel lines, and observers looking toward the same great circle, along parallel planes. On an infinite-radius celestial sphere, all observers see the same things in the same direction.

For some objects, this is over-simplified.

Objects which are relatively near to the observer (for instance, the Moon) will seem to change position against the distant celestial sphere if the observer moves far enough, say, from one side of planet Earth to the other. This effect, known as parallax, can be represented as a small offset from a mean position. The celestial sphere can be considered to be centered at the Earth's center, the Sun's center, or any other convenient location, and offsets from positions referred to these centers can be calculated.

In this way, astronomers can predict geocentric or heliocentric positions of objects on the celestial sphere, without the need to calculate the individual geometry of any particular observer, and the utility of the celestial sphere is maintained. Individual observers can work out their own small offsets from the mean positions, if necessary. In many cases in astronomy, the offsets are insignificant.

Determining location of objects

The celestial sphere can thus be thought of as a kind of astronomical shorthand, and is applied very frequently by astronomers. For instance, the Astronomical Almanac for 2010 lists the apparent geocentric position of the Moon on January 1 at 00:00:00.00 Terrestrial Time, in equatorial coordinates, as right ascension 6h 57m 48.86s, declination +23° 30' 05.5". Implied in this position is that it is as projected onto the celestial sphere; any observer at any location looking in that direction would see the "geocentric Moon" in the same place against the stars. For many rough uses (e.g. calculating an approximate phase of the Moon), this position, as seen from the Earth's center, is adequate.

For applications requiring precision (e.g. calculating the shadow path of an eclipse), the Almanac gives formulae and methods for calculating the topocentric coordinates, that is, as seen from a particular place on the Earth's surface, based on the geocentric position. This greatly abbreviates the amount of detail necessary in such almanacs, as each observer can handle their own specific circumstances.

Greek history on celestial spheres

Celestial spheres (or celestial orbs) were envisioned to be perfect and divine entities initially from Greek astronomers such as Aristotle. He composed a set of principles called Aristotelian physics that outlined the natural order and structure of the world. Like other Greek astronomers, Aristotle also thought the "...celestial sphere as the frame of reference for their geometric theories of the motions of the heavenly bodies".

With his adoption of Eudoxus of Cnidus' theory, Aristotle had described celestial bodies within the Celestial sphere to be filled with pureness, perfect and quintessence (the fifth element that was known to be divine and purity according to Aristotle). Aristotle deemed the Sun, Moon, planets and the fixed stars to be perfectly concentric spheres in a superlunary region above the sublunary sphere. Aristotle had asserted that these bodies (in the superlunary region) are perfect

and cannot be corrupted by any of the

classical elements: fire, water, air, and earth.

Corruptible elements were only contained in the sublunary region and incorruptible elements were in the superlunary region of Aristotle's geocentric model. Aristotle had the notion that celestial orbs must exhibit celestial motion (a perfect circular motion) that goes on for eternity. He also argued that the behavior and property follows strictly to a principle of natural place where the quintessential element moves freely of divine will, while other elements, fire, air, water and earth, are corruptible, subject to change and imperfection. Aristotle's key concepts rely on the nature of the five elements distinguishing the Earth and the Heavens in the astronomical reality, taking Eudoxus's model of separate spheres.

Numerous discoveries from Aristotle and Eudoxus (approximately 395 B.C. to 337 B.C.) have sparked differences in both of their models and sharing similar properties simultaneously. Aristotle and Eudoxus

claimed two different counts of spheres in the heavens. According to Eudoxus, there were only 27 spheres in the heavens, while there are 55 spheres in Aristotle's model.

Eudoxus attempted to construct his model mathematically from a treatise known as On Speeds (Ancient Greek: Περί Ταχών) and asserted the shape of the hippopede or lemniscate was associated with planetary retrogression. Aristotle emphasized that the speed of the celestial orbs is unchanging, like the heavens, while Eudoxus emphasized that the orbs are in a perfect geometrical shape. Eudoxus's spheres would produce undesirable motions to the lower region of the planets, while Aristotle introduced unrollers between each set of active spheres to counteract the motions of the outer set, or else the outer motions will be transferred to the outer planets. Aristotle would later observe "...the motions of the planets by using the combinations of nested spheres and circular motions in creative ways, but further observations kept undoing their work".

Aside from Aristotle and Eudoxus, Empedocles gave an explanation that the motion of the heavens, moving about it at divine (relatively high) speed, puts the Earth in a stationary position due to the circular motion preventing the downward movement from natural causes. Aristotle criticized Empedocles's model, arguing that all heavy objects go towards the Earth and not the whirl itself coming to Earth. He ridiculed it and claimed that Empedocles's statement was extremely absurd. Anything that defied the motion of natural place and the unchanging heavens (including the celestial spheres) was criticized immediately by Aristotle.

Celestial coordinate systems

These concepts are important for understanding celestial coordinate systems, frameworks for measuring the positions of objects in the sky. Certain reference lines and planes on Earth, when projected onto the celestial sphere, form the bases of the reference systems. These include the Earth's equator, axis, and orbit. At their intersections with the celestial sphere, these form the celestial equator, the north and south celestial poles, and the ecliptic, respectively. As the celestial sphere is considered arbitrary or infinite in radius, all observers see the celestial equator, celestial poles, and ecliptic at the same place against the background stars.

From these bases, directions toward objects in the sky can be quantified by constructing celestial coordinate systems. Similar to geographic longitude and latitude, the equatorial coordinate system specifies positions relative to the celestial equator and celestial poles, using right ascension and declination. The ecliptic coordinate system specifies positions relative to the ecliptic (Earth's orbit), using ecliptic longitude and latitude. Besides the equatorial and ecliptic systems, some other celestial coordinate systems, like the galactic coordinate system, are more appropriate for particular purposes.

History

The ancient Greeks assumed the literal truth of stars attached to a celestial sphere, revolving about the Earth in one day, and a fixed Earth. The Eudoxan planetary model, on which the Aristotelian and Ptolemaic models were based, was the first geometric explanation for the "wandering" of the classical planets. The outermost of these "crystal spheres" was thought to carry the fixed stars. Eudoxus used 27 concentric spherical solids to answer Plato's challenge: "By the assumption of what uniform and orderly motions can the apparent motions of the planets be accounted for?" Anaxagoras in the mid 5th century BC was the first known philosopher to suggest that the stars were "fiery stones" too far away for their heat to be felt. Similar ideas were expressed by Aristarchus of Samos.

However, they did not enter mainstream European and Islamic astronomy of the late ancient and medieval period. Copernican

heliocentrism did away with the planetary spheres, but it did not necessarily preclude the existence of a sphere for the fixed stars.

The first astronomer of the European Renaissance to suggest that the stars were distant suns was Giordano Bruno in his De l'infinito universo et mondi (1584). This idea was among the charges, albeit not in a prominent position, brought against him by the Inquisition. The idea became mainstream in the later 17th century, especially following the publication of Conversations on the Plurality of Worlds by Bernard Le Bovier de Fontenelle (1686), and by the early 18th century it was the default working assumptions in stellar astronomy.

Star globe

A celestial sphere can also refer to a physical model of the celestial sphere or celestial globe. Such globes map the constellations on the outside of a sphere, resulting in a mirror image of the constellations as seen from Earth. The oldest surviving example of such an artifact is the globe of the Farnese Atlas sculpture, a 2nd-century copy of an older (Hellenistic period, ca. 120 BCE) work.

Bodies other than Earth

Observers on other worlds would, of course, see objects in that sky under much the same conditions as if projected onto a dome. Coordinate systems based on the sky of that world could be constructed. These could be based on the equivalent "ecliptic", poles and equator, although the reasons for building a system that way are as much historic as technical.

References

Bowditch, Nathaniel (2002). The American Practical Navigatore. Bethesda, MD: National Imagery and Mapping Agency. ISBN 0-939837-54-4. Archived from the original on 2007-06-24.

MacEwen, William A.; William Hayler; Turpin, Edward A. (1989). Merchant Marine officers' handbook: based on the original edition by Edward A. Turpin and William A. MacEwen (5th ed.). Cambridge, Md: Cornell Maritime Press. pp. 46-51. ISBN 0-87033-379-8.Bibliography (References) for Wikipedia assignment on Celestial Sphere. (APA6 format). Crowe, M. J. (2001). Theories of the world from antiquity to the Copernican revolution. Mineola, NY: Dover Publications.

External links

- MEASURING THE SKY A

Wikimedia Commons has Quickmedia related to Celestial

- Guide to the Celestial Sphere - Jim Kaler,

University of Illinois

General Astronomy/The Celestial Sphere Wikibooks

- Rotating Sky Explorer - University of Nebraska-Lincoln

- Interactive Sky Chart

Skyand Telescope.com at the Library of Congress Web Archives (archived 2005-06-13)

- Monthly skymaps Archived 2007-09-13 at the Wayback Machine - for every location on Earth.

( Ph.D)

Surveyor / Photographer