Er til hnitakerfi fyrir alheiminn svipað og bauganet jarðarinnar?

Upphaflega spurningin hljóðaði svo:

Er til einhvers konar tilvísunarkerfi fyrir alheiminn, svipað og lengdar- og breiddargráður á jörðinni?

Áður en við svörum spurningunni skulum við skoða grunnreglur um hnitakerfi. Samkvæmt skilgreiningu eru hnit hluta samsett úr einni eða fleiri tölum sem ákvarða fullkomlega staðsetningu hlutar í tilteknu rúmi. Fjöldi talna í hnitum ákvarðast af vídd rúmsins. Flestir sem unnið hafa í myndvinnslu og umbrotsforritum kannast við tvívítt hnitakerfi þar sem staðsetningu hlutar er líst með tveimur tölum, fjarlægð frá toppi og fjarlægð frá vinstri hlið. Í þessu kerfi er núllpunktur eða upphafspunktur kerfisins í vinstra toppi.

Auðvelt er að hugsa sér önnur hnitakerfi fyrir þetta rúm, til dæmis mætti nota miðju sem upphafspunkt og nota sem hnit annars vegar fjarlægð frá miðju eftir beinni línu og hins vegar hornið sem sú lína myndar við aðra línu sem fer hornrétt frá toppi í gegnum miðju. Slíkt hnitakerfi er kallað pólhnit og jafnvel þó það sé algjörlega jafngilt hinu hnitakerfinu þætti það ekki mjög þægilegt í notkun í myndvinnsluforriti þar sem yfirleitt er unnið með rétthyrninga.

Annað dæmi um tvívítt hnitakerfi er bauganet jarðarinnar. Því og notkun þess er lýst ágætlega í svörum við spurningunum Hvernig er bauganet jarðar uppbyggt og hver eru hnit Íslands á hnettinum? og Hvernig er hægt að finna lengdar- og breiddargráðu staða? Staðsetningu á yfirborði jarðar er lýst fullkomlega með einungis tveimur tölum sem ákvarða hornfjarlægð frá miðbaug annars vegar og núllbaug hins vegar. Jafnvel þó þessar tvær tölur lýsi staðsetningunni fullkomlega í bauganetinu eru lengdar- og breiddargráður ekki fullkomin staðsetning hluta á jörðinni.

Bauganet jarðar er tvívítt hnitakerfi. Staðsetningu á yfirborði jarðar er lýst fullkomlega með einungis tveimur tölum sem ákvarða hornfjarlægð frá miðbaug annars vegar og núllbaug hins vegar.

Tveir punktar með sömu lengd og breidd þurfa ekki að vera á sama stað ef fjarlægð þeirra frá yfirborði jarðar er ekki sú sama. Dæmi um þetta eru tvær manneskjur í sömu blokkinni en á mismunandi hæðum. Því ákvarðar staðsetning í bauganeti jarðar ekki fullkomlega staðsetningu hluta á jörðinni. Þar sem við lifum í þrívíðu rúmi þurfum við eina tölu í viðbót.

Svipað og fyrir bauganet jarðar höfum við líka tvívítt hnitakerfi sem ákvarðar staðsetningu hluta á himinhvelfingunni. Eins og í myndvinnsluforritinu þurfum við að byrja á að ákvarða upphafspunkt kerfisins og ása og það eru nokkrir möguleikar í boði, hver með sína kosti og galla. Til að mynda má útvíkka bauganet jarðarinnar yfir á himinhvelfinguna og ákvarða hnit stjarna í því kerfi. Það er hins vegar ekki mjög gagnlegt því vegna snúnings jarðar um möndul sinn og snúning jarðar um sólu þá hreyfast allir punktar í þessu hnitakerfi og nánast ómögulegt að nota það til einhvers gagnlegs.

Mun skynsamara hnitakerfi til stjörnuskoðunar fæst með því að færa upphafspunktinn á kerfinu að athuganda og mæla horn frá hvirfilpunkti, annars vegar til norðurs og suðurs og hins vegar til austurs og vesturs. Hnit punkta í þessu kerfi má auðveldlega finna með tveimur gráðubogum og góðu hallamáli. Vandamálið er hins vegar að vegna færslu jarðar þá hreyfast allar stjörnur í þessu kerfi með tíma og hnit punkta eru líka háð staðsetningu athuganda á jörðinni.

Svipað og fyrir bauganet jarðar höfum við líka tvívítt hnitakerfi sem ákvarðar staðsetningu hluta á himinhvelfingunni.

Til að yfirstíga þessi vandkvæði voru skilgreind hnitakerfi þar sem hnit fastastjarna eru óháð tíma og miðja jarðar notuð sem upphafspunktur kerfisins. Það algengasta notast við stjörnubreidd og stjörnulengd. Stjörnubreidd er skilgreind sem hornið frá planinu sem myndast ef miðbaugur jarðar er færður út í hið óendanlega. Stjörnulengd er svo mæld út frá baug sem liggur hornrétt á brautarplanið og hefur upphaf í línu sem gengur milli sólar og jarðar á jafndægrum. Í þessu kerfi er búið að taka út snúning jarðar um sjálfa sig og sólu sem eru langstærstu áhrifaþættirnir.

Ekki er kerfið samt fullkomið því jafndægrapunkturinn breytist með tíma vegna breytingar á möndulhalla jarðarinnar. Oftast er því miðað við jafndægrapunkt á einhverjum ákveðnum tímapunkti og algengast er nú að miða við J2000, hádegi 1. janúar árið 2000. Önnur kerfi eru líka notuð og tvö algengustu notast annars vegar við brautarplan jarðar um sólu og hins vegar við stórbauginn sem vetrarbrautin myndar á himinhvelfingunni. Kerfin eru algjörlega jafngild og auðvelt að finna forrit sem breyta á milli kerfanna.

Svipað og bauganetið, þá eru hnitakerfin að ofan einungis tvívíð og lýsa því ekki fullkomlega staðsetningu í alheimi. Tvær stjörnur sem liggja hlið við hlið á himinhvelfingunni og hafa innan vikmarka sömu hnit gætu verið í þúsund ljósára fjarlægð hvor frá annarri. Því er þörf á að vita fjarlægð stjarna frá jörðinni ásamt stjörnubreidd og stjörnulengd ef búa á til hnitakerfi sem lýsir staðsetningu fullkomlega í þrívíðum alheimi. Um lengdarmælingar er fjallað í svari við spurningunni Hvernig finnið þið út fjarlægðirnar í geimnum? og almennt um stærð og lögun alheims í svari við spurningunni Ef maður fer eftir beinni línu frá jörðu út í geiminn nógu lengi, endar maður þá aftur á jörðinni?

Frekara lesefni (á ensku):