Máy tính Vị trí Thiên thể: Độ cao và Phương vị

Máy tính này xác định vị trí của một thiên thể trên bầu trời, nhìn từ một nơi và vào một thời điểm cụ thể. Kết quả gồm hai số: độ cao, là góc so với đường chân trời, và phương vị, là hướng la bàn đo từ hướng bắc.

Độ cao và phương vị

Độ cao được đo bằng độ, tính từ đường chân trời. Giá trị này là 0° trên đường chân trời và 90° khi ở ngay trên đỉnh đầu, tại điểm gọi là thiên đỉnh. Độ cao âm nghĩa là thiên thể đang ở dưới đường chân trời và không thể nhìn thấy được.

Phương vị được đo bằng độ, theo chiều kim đồng hồ tính từ hướng bắc. Hướng bắc là 0°, hướng đông là 90°, hướng nam là 180°, và hướng tây là 270°. Hai góc này kết hợp lại chỉ ra đúng một điểm trên bầu trời, giống như một địa chỉ nhà chỉ ra đúng một ngôi nhà.

Cặp góc này được gọi là hệ tọa độ chân trời (horizontal coordinate system). Nó phụ thuộc vào vị trí của người quan sát và vào thời điểm quan sát, vì Trái Đất luôn quay.

Cách tính hoạt động

1. Ngày và giờ được chuyển đổi thành Ngày Julius, một cách đếm ngày liên tục được dùng trong thiên văn học.
2. Xích kinh và xích vĩ của thiên thể được tính ra. Đây là các tọa độ cố định trên bầu trời, giống như kinh độ và vĩ độ được chiếu ra thiên cầu.
3. Giờ sao tại Greenwich được tính, rồi kết hợp với kinh độ của người quan sát để cho ra giờ sao địa phương.
4. Góc giờ bằng giờ sao địa phương trừ đi xích kinh. Nó cho biết thiên thể cách kinh tuyến của người quan sát bao xa.
5. Độ cao và phương vị được suy ra từ góc giờ, xích vĩ, và vĩ độ của người quan sát:

sin(độ cao) = sin(vĩ độ) × sin(xích vĩ) + cos(vĩ độ) × cos(xích vĩ) × cos(góc giờ)

Nguồn gốc của các vị trí

Mỗi loại thiên thể cần một mô hình khác nhau.

• Mặt Trời dùng lý thuyết Mặt Trời độ chính xác thấp trong sách của Meeus, chương 25, chính xác tới khoảng 0.01°.
• Mặt Trăng dùng các số hạng tuần hoàn lớn nhất của lý thuyết Mặt Trăng trong sách của Meeus, chương 47, chính xác tới khoảng 0.05°.
• Các hành tinh dùng các phần tử Kepler do JPL công bố cho vị trí gần đúng của các hành tinh lớn. Các phần tử này có giá trị từ năm 1800 đến năm 2050 và chính xác tới vài phút góc.
• Các ngôi sao dùng vị trí trong danh mục sao tại kỷ nguyên J2000.0, được hiệu chỉnh tuế sai về ngày tính toán.

Khúc xạ

Không khí bẻ cong ánh sáng, nên một thiên thể ở thấp trên bầu trời trông cao hơn vị trí hình học thật của nó. Hiệu ứng này khoảng 0.5° tại đường chân trời và giảm nhanh khi độ cao tăng, còn khoảng 0.03° ở độ cao 45°. Máy tính hiển thị cả độ cao hình học lẫn độ cao sau khi cộng thêm khúc xạ.

Ví dụ

Từ Đài thiên văn Hoàng gia tại Greenwich, vĩ độ 51.4778° bắc và kinh độ 0.0015° tây, vào ngày 21 tháng 6 năm 2024 lúc 12:00 UTC, Mặt Trời ở độ cao khoảng 62° so với đường chân trời và gần như đúng hướng nam. Đó là gần mức cao nhất mà Mặt Trời từng đạt được từ vĩ độ này, vì hạ chí tháng Sáu là lúc xích vĩ của Mặt Trời ở điểm cực bắc nhất, khoảng +23.44°.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác nhau giữa độ cao và xích vĩ là gì?

Xích vĩ cố định trên bầu trời và không phụ thuộc vào người quan sát. Độ cao phụ thuộc vào vị trí của người quan sát và vào thời điểm trong ngày, vì vòng quay của Trái Đất mang bầu trời trôi qua.

Vì sao thời gian lại được yêu cầu theo UTC?

UTC loại bỏ mọi sự mơ hồ do múi giờ và giờ mùa hè gây ra. Hãy chuyển giờ đồng hồ địa phương sang UTC trước khi nhập.

Vì sao một ngôi sao có thể ở dưới đường chân trời suốt cả ngày?

Một ngôi sao có xích vĩ cách xa bán cầu của người quan sát sẽ không bao giờ mọc ở đó. Sao Canopus, ở xích vĩ −52.7°, không bao giờ xuất hiện từ vĩ độ 60° bắc.

Độ chính xác của máy tính này như thế nào?

Mặt Trời và các ngôi sao chính xác tới một phần nhỏ của độ, Mặt Trăng chính xác tới khoảng 0.05°, và các hành tinh chính xác tới vài phút góc trong khoảng thời gian từ 1800 đến 2050. Mức chính xác này tốt hơn nhiều so với mắt thường có thể phân biệt, và đủ để định hướng một kính thiên văn có trường nhìn rộng.

Vì sao Sao Bắc Cực nằm ở độ cao gần bằng vĩ độ của tôi?

Sao Bắc Cực nằm rất gần cực bắc thiên cầu, và độ cao của cực này bằng đúng vĩ độ của người quan sát. Mối liên hệ đó là cách các thủy thủ xác định vĩ độ của mình trong suốt nhiều thế kỷ.