НОА 2010, IV кръг, Старша възраст — Задача 3. Вега в зенита

• • Земята трябва да спре да се върти около оста си (звездното денонощие става с безкрайна продължителност), за да стоят звездите неподвижни спрямо Рожен. Алтернативно земната ос може да е насочена към Вега, но тогава Рожен трябва да е точно на северния географски полюс.
• • Денят и нощта ще имат еднаква продължителност по шест месеца. Слънцето ще изгрява около 1-ви октомври и ще залязва около 1-ви април (горна кулминация около 1-ви януари).
• • На Рожен през юни-юли ще е непрекъсната нощ и много студено – астрономите трябва да се обличат топло. В Аризона по същото време ще е ден със Слънце високо над хоризонта, т.е. много горещо – леко облекло.
• • Ако Земята не се върти, прецесия няма и в зенита ще си остане Вега. Ако земната ос е насочена към Вега (Рожен на полюса), прецесията ще премести небесния полюс на около 1/12 от прецесионния път и той ще се намира в северната (от сегашна гледна точка) част на съзвездието Херкулес.

Решение:

За да бъде някоя звезда постоянно в зенита за което и да е място по Земята, то би трябвало с течение на времето видът на небето да не се променя. Това (при сегашното околоосно въртене на Земята) е възможно само ако звездата се намира в някой от небесните полюси, а наблюдателят на някой от земните полюси. Вега не е в никой полюс и затова единствената възможност да остава винаги в зенита е звездите да стоят неподвижни спрямо Рожен. Това означава, че Земята винаги има една и съща ориентация спрямо тях, т.е. не се върти около оста си. При това положение звездното денонощие има безкрайна продължителност и за никое място по Земята звездното небе няма да се променя.

Въпреки че звездите няма да се движат по небето Слънцето ще извършва годишното си движение на фона им, защото то се дължи на обикалянето на Земята по орбитата й. Неговият видим път (еклиптиката) е голям кръг от небесната сфера. Следователно, тя ще се пресича с хоризонта в две диаметрално противоположни точки. Когато Слънцето се намира в тези точки, то ще изгрява и ще залязва за НАО Рожен. От тук следва, че при това положение денят и нощтта ще имат еднаква продължителност по шест месеца.

Понеже Вега е в зенита и има ректасцензия $18^h36^m56^s$, то Слънцето ще е в горна кулминация в момента, когато и неговата рекасцензия е такава. Както знаем, тя по време на зимно слънцестоене е точно $18^h$, и се изменя с около 4 минути на ден. Това означава, че Слънцето ще е в горна кулминация около 9 дни след зимното слънцестоене или около 1-ви януари. Съответно изгревът му ще е 3 месеца преди това или около 1-ви октомври, а залезът около 1-ви април.

Понеже Слънцето ще залязва на 1-ви април, то цяло лято няма да е над хоризонта. Съответно няма да огрява обсерваторията на Рожен и тогава там би трябвало да е много студено. Астрономите ще трябвада се обличат топло и непрекъснато ще е нощ – няма да има почивка за тях от наблюденията (освен ако не се заоблачи небето). През зимата то ще е постоянно над хоризонта и затова тогава би трябвало да е топлият сезон за това място, въпреки че ще Слънцето ще е ниско над хоризонта.

Аризона се намира приблизително на противоположна географска дължина спрямо Рожен. Това означава, че през летните (от сегашна гледна точка) месеци, докато на Рожен е нощ, то в Аризона ще е ден. Освен това, Слънцето ще е високо над хоризонта, защото ще е в северната небесна полусфера. Следователно там лятото ще е много горещо, а зимата много студено. Както се убедихме, видът на небето никога няма да се променя. Единственото, което ще се случва, са изгревът и залезът на Слънцето през интервал от време 6 месеца.

Все пак съзвездията, които са на небето, биха могли да се променят поради влиянието на прецесията. Прецесия обаче няма да има, защото няма да има въртене на Земята около оста, т.е. няма да има ос, която да прецесира.

Би могло Вега да е винаги в зенита и при условие, че оста на Земята е насочена към нея. В такъв случай Рожен ще се намира точно на северния географски полюс на Земята. Знаем, че деклинацията на северния небесен полюс е +66,5°, а деклинацията на Вега е 38°. Следователно, наклонът на земната ос спрямо равнината на Екватора в този случай ще бъде около 29°. Наблюдател на Рожен ще вижда как звездите се движат успоредно на хоризонта му, който ще съвпада с небесния екватор в този случай.

Понеже Рожен се намира в полюса на Земята, то за наблюдател там Слънцето ще е над хоризонта в продължение на половин година. Пресечните точки на еклиптиката с хоризонта ще се същите като в предния случай, следователно и датите на изгрев и залез ще са същите. Съответно и температурите ще са същите като в предния случай. Променя се, обаче ситуацията с Аризона. Тя е приблизително на около 90° от България, измервано по геодезичната линия между двете. Следователно при това положение, тя ще е на земния екватор. Затова там през месеците януари и юли (през които Слънцето е близо до своето слънцестоене) то ще се изкачва максимално ниско над хоризонта по пладне, защото е максимално далеч от небесния екватор.

Тук вече Земята се върти около оста си, т.е. прецесия ще има. Наклонът на оста й е малко по-голям отколкото е сега. Да приемем, че периодът й на прецесия е приблизително същият като сега – 26 000 г. Посоката също би могло да се очаква да бъде същата, т.е. северният небесен полюас ще се движи в посока обратна на годишното движение на Слънцето по еклиптиката. След 2000 години то ще се е преместило на около 1/12 част от прецесионния си път и ще се намира в северната (от сегашна гледна точка) част на съзвездието Херкулес.