زاویه ارتفاع ستاره: زاویه بین خط دید ستاره و سطح افق

بروزرسانی شده در: 19:45 1404/09/24 مشاهده: 6 دسته بندی: کپسول آموزشی

زاویهٔ ارتفاع ستاره: چطور جای ستاره‌ها را در آسمان اندازه‌گیری کنیم؟

نگاهی به آسمان شب و روشی ساده برای درک موقعیت اجرام آسمانی

خلاصه: اگر تا به حال به ستاره‌های درخشان در آسمان شب خیره شده‌اید و فکر کرده‌اید «این ستاره چقدر از زمین فاصله دارد؟» یا «چطور می‌توانم جای آن را برای دیگران توصیف کنم؟»، مفهوم زاویهٔ ارتفاع^۱ کلید پاسخ شماست. این مقاله به زبان ساده و با مثال‌هایی از زندگی روزمره، توضیح می‌دهد که زاویهٔ ارتفاع چیست، چگونه آن را اندازه‌گیری و محاسبه می‌کنیم و چرا برای ستاره‌شناسان آماتور و حرفه‌ای اهمیت دارد. با مفاهیمی مانند افق^۲، خط دید^۳، نصف‌النهار^۴ و دوربین‌های سکستانت^۵ آشنا خواهید شد.

زاویهٔ ارتفاع ستاره دقیقاً چیست؟

برای درک این مفهوم، ابتدا دو چیز را تصور کنید: سطح افق (همان خطی که در دشت یا دریا، آسمان و زمین به هم می‌رسند) و خط دید شما به سمت یک ستاره. زاویه‌ای که بین این دو خط تشکیل می‌شود، همان زاویهٔ ارتفاع است.

نکتهٔ کلیدی: زاویهٔ ارتفاع همیشه از خط افق اندازه‌گیری می‌شود و مقدار آن بین 0° تا 90° است. ستاره‌ای دقیقاً روی افق، ارتفاع 0° و ستاره‌ای دقیقاً بالای سر شما (سرسو^۶)، ارتفاع 90° دارد.

مثال روزمره: زمانی که خورشید هنگام طلوع از پشت کوه یا ساختمان ظاهر می‌شود، ارتفاع کمی دارد. در ظهر، وقتی خورشید بالاترین نقطهٔ آسمان است، ارتفاع آن بیشترین است. ستاره‌ها نیز در طول شب به آرامی ارتفاعشان تغییر می‌کند.

چطور زاویهٔ ارتفاع را اندازه‌گیری یا تخمین بزنیم؟

شما بدون نیاز به ابزار پیچیده می‌توانید ارتفاع یک ستاره را به‌طور تقریبی پیدا کنید. کافیست از دست‌های خود استفاده کنید!

بخش دست	عرض تقریبی (درجه)	روش استفاده
مشت بسته	10°	با بازوی کاملاً کشیده، عرض مشت را از پایین انگشت کوچک تا بند انگشت شصت در نظر بگیرید.
سه انگشت (سبابه، وسط، انگشتری)	5°	سه انگشت را کنار هم بچسبانید و پهنا را اندازه بگیرید.
انگشت کوچک	1°	عرض نوک انگشت کوچک تقریباً برابر با قطر ظاهری ماه کامل است!

روش کار: بازوی خود را کاملاً بکشید و مشت خود را به حالت ایستاده (مانند تصویر مشت در جدول) از خط افق تا زیر ستاره‌ای که می‌خواهید اندازه‌گیری کنید، قرار دهید. هر مشت، حدود 10° است. پس اگر فاصلهٔ ستاره از افق، دو مشت بود، ارتفاع آن تقریباً 20° است.

فرمول ساده: در مثلثات، اگر فاصلهٔ خود از یک جسم و ارتفاع واقعی آن را بدانیم، می‌توانیم زاویهٔ ارتفاع را محاسبه کنیم. فرض کنید کنار یک درخت ایستاده‌اید. فاصلهٔ شما از درخت 10 متر و بلندی درخت 5 متر است. برای یافتن زاویهٔ ارتفاع نوک درخت از چشمانتان، از تانژانت استفاده می‌کنیم: $\tan(\text{زاویهٔ ارتفاع}) = \frac{\text{ارتفاع جسم}}{\text{فاصلهٔ شما}}$ $\tan(\text{زاویهٔ ارتفاع}) = \frac{5}{10} = 0.5$ با استفاده از ماشین حساب یا جدول، زاویه‌ای که تانژانت آن 0.5 باشد، حدود 26.6° است.

ارتفاع ستاره‌ها و ناوبری در دریا

یکی از جالب‌ترین کاربردهای اندازه‌گیری زاویهٔ ارتفاع، ناوبری است. دریانوردان قدیم چگونه بدون جی‌پی‌اس و نقشه‌های ماهواره‌ای، مسیر خود را در اقیانوس‌ها پیدا می‌کردند؟ پاسخ: با اندازه‌گیری ارتفاع خورشید و ستاره‌ها!

آن‌ها از وسیله‌ای به نام سکستانت استفاده می‌کردند. سکستانت یک ابزار نوری است که به کاربر اجازه می‌دهد زاویهٔ بین افق و یک جرم آسمانی (مانند خورشید یا ستارهٔ قطبی) را با دقت بالا اندازه‌گیری کند. با دانستن این ارتفاع و تاریخ روز، می‌توانستند عرض جغرافیایی^۷ خود را محاسبه کنند. ستارهٔ قطبی در نیمکرهٔ شمالی، تقریباً همیشه در همان نقطه‌ای از آسمان قرار دارد و ارتفاع آن از افق، مستقیماً برابر با عرض جغرافیایی ناظر است!

مثال عملی اگر در تهران باشید و ارتفاع ستارهٔ قطبی را اندازه بگیرید و حدود 35° باشد، یعنی شما روی عرض جغرافیایی تقریبی 35 درجه شمالی قرار دارید.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پرسش ۱: آیا زاویهٔ ارتفاع ستاره با ارتفاع واقعی آن از سطح دریا یکی است؟

پاسخ: خیر، کاملاً متفاوت است! زاویهٔ ارتفاع یک زاویه است و واحد آن درجه است. اما ارتفاع واقعی یک ستاره (یا هر جسم دیگر) یک فاصلهٔ خطی است و واحد آن متر یا کیلومتر است. ارتفاع ستاره از سطح زمین یا دریا آنقدر بزرگ است که ما فقط زاویهٔ آن را می‌بینیم.

پرسش ۲: چرا ستاره‌ها در طول شب تغییر ارتفاع می‌دهند؟ آیا آن‌ها حرکت می‌کنند؟

پاسخ: دلیل اصلی این پدیده، چرخش زمین به دور خودش است. زمین مانند یک فرفره می‌چرخد و ما که روی آن سواریم، آسمان را در حال چرخش می‌بینیم. به همین دلیل، ستاره‌ها از شرق طلوع می‌کنند (ارتفاع 0°)، به اوج خود می‌رسند و سپس در غرب غروب می‌کنند. ستاره‌ها تقریباً ثابت هستند و این چرخش زمین است که موقعیت ظاهری آن‌ها را تغییر می‌دهد.

پرسش ۳: آیا ارتفاع یک ستاره برای همه در یک شهر یکسان است؟

پاسخ: نه دقیقاً. ارتفاع یک ستاره به موقعیت ناظر روی زمین (عرض جغرافیایی) و زمان مشاهده بستگی دارد. اگر دو نفر در یک زمان، یکی در شمال کشور و دیگری در جنوب کشور به ستارهٔ قطبی نگاه کنند، ارتفاع کاملاً متفاوتی را اندازه خواهند گرفت. اما دو نفر که در یک شهر و در یک لحظه به یک ستاره نگاه می‌کنند، ارتفاع تقریباً یکسانی را مشاهده می‌کنند.

جمع‌بندی: زاویهٔ ارتفاع ستاره یک مفهوم ساده اما بسیار قدرتمند در نجوم و ناوبری است. با یادگیری این مفهوم، شما می‌توانید موقعیت اجرام آسمانی را کمی دقیق‌تر توصیف کنید، حرکت آن‌ها را در طول شب دنبال کنید و حتی با ابزارهای ساده مانند دست‌های خود یا یک سکستانت ساده‌سازیشده، تخمین‌های جالبی بزنید. دفعهٔ بعد که به آسمان نگاه کردید، به جای گفتن «آن ستاره خیلی بالا است»، بگویید «ارتفاع آن ستاره حدود 45° است!»

پاورقی

^۱زاویهٔ ارتفاع (Altitude/Angle of Elevation): زاویه بین خط مستقیم از ناظر به جسم و صفحهٔ افقی که ناظر روی آن قرار دارد.
^۲افق (Horizon): خط ظاهری که در آن آسمان و زمین یا دریا به هم می‌رسند.
^۳خط دید (Line of Sight): خط مستقیم فرضی که از چشم ناظر به جسم مورد نظر کشیده می‌شود.
^۴نصف‌النهار (Meridian)): یک دایرهٔ بزرگ فرضی در آسمان که از نقطهٔ سرسو و نقطهٔ جنوب سماوی می‌گذرد. وقتی یک ستاره به بالاترین نقطه در آسمان می‌رسد، گفته می‌شود از نصف‌النهار گذر کرده است.
^۵سکستانت (Sextant): ابزاری نوری برای اندازه‌گیری دقیق زاویه بین دو جسم دور، مانند افق و یک ستاره.
^۶سرسو (Zenith): نقطه‌ای در آسمان که دقیقاً بالای سر ناظر قرار دارد.
^۷عرض جغرافیایی (Latitude): فاصلهٔ زاویه‌ای یک نقطه از استوای زمین، بر حسب درجه.

نجوم مقدماتی زاویه ارتفاع ستاره شناسی عملی افق و خط دید ناوبری ستاره‌ای

پایهٔ نهم علوم نهم زاویه ارتفاع ستاره

اطلاع از تغییرات در بسته‌های گاما

کاربر عزیز سلام!