Điểm cực đại (trong thiên văn học)

Trong quan sát thiên văn, điểm cực đại hay đỉnh điểm là thời điểm khi một thiên thể (như Mặt Trời, Mặt Trăng, hành tinh, sao, chòm sao hoặc thiên thể xa) đi qua đường kinh tuyến của người quan sát. Những thời điểm này cũng được gọi là quá cảnh kinh tuyến, được đo bằng một công cụ gọi là kính thiên văn quá cảnh, và đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thời gian và định hướng.

Hàng ngày, thiên thể di chuyển theo các quỹ đạo tròn trên mặt cầu thiên văn do sự quay của Trái Đất, dẫn đến việc mỗi thiên thể cắt đường kinh tuyến hai lần mỗi ngày. Trừ những khu vực gần cực, một thiên thể sẽ đi qua đường kinh tuyến tại đỉnh điểm trên, khi nó đạt vị trí cao nhất trên chân trời (gần nhất với thiên đỉnh), và khoảng 12 giờ sau, tại đỉnh điểm dưới khi nó đạt vị trí thấp nhất. Thời điểm điểm cực đại thường được dùng để chỉ đỉnh điểm trên.

Độ cao của một thiên thể (h) tại đỉnh điểm trên được tính bằng 90 độ trừ đi trị tuyệt đối của hiệu số giữa xích vĩ của thiên thể (δ) và vĩ độ (L) của người quan sát: h = +90° − |δ − L|.

Ngược lại, độ cao của thiên thể tại đỉnh điểm dưới được tính bằng: ẖ = −90° + |δ + L|.

Trong các công thức trên, L và δ được tính theo quy ước độ vĩ, với độ vĩ bắc mang dấu dương và độ vĩ nam mang dấu âm.

Các tình huống

Có ba tình huống khác nhau tùy thuộc vào vĩ độ (L) của người quan sát và xích vĩ (δ) của thiên thể:

• Thiên thể luôn ở trên đường chân trời ngay cả khi ở đỉnh điểm dưới, tức là nếu | δ + L | > 90°
• Thiên thể luôn ở dưới đường chân trời ngay cả khi ở đỉnh điểm trên, tức là nếu | δ − L | > 90°
• Trong trường hợp còn lại, đỉnh điểm trên sẽ nằm trên đường chân trời và đỉnh điểm dưới sẽ nằm dưới đường chân trời, do đó thiên thể sẽ xuất hiện mọc và lặn hàng ngày

Một thiên thể sẽ đạt độ cao tối đa 90 độ hoặc nằm ngay trên đỉnh đầu tại đỉnh điểm trên khi và chỉ khi xích vĩ của nó bằng với vĩ độ quan sát.

Trường hợp thứ ba xảy ra với các thiên thể nằm trong một vùng không gian toàn bộ bầu trời, phụ thuộc vào cosin của vĩ độ (tại xích đạo, tất cả các thiên thể đều có trường hợp này vì bầu trời quay quanh đường nằm ngang bắc–nam; tại các cực, không có thiên thể nào có trường hợp này vì bầu trời quay quanh đường thẳng đứng). Các trường hợp thứ nhất và thứ hai áp dụng cho hai nửa bầu trời còn lại.

Thời gian

Khoảng cách thời gian giữa một đỉnh điểm trên và đỉnh điểm trên kế tiếp gần như là 24 giờ, trong khi khoảng cách giữa một đỉnh điểm trên và đỉnh điểm dưới là khoảng 12 giờ. Sự chuyển động của quỹ đạo, chuyển động tự quay và chuyển động riêng của Trái Đất ảnh hưởng đến khoảng thời gian giữa hai đỉnh điểm trên liên tiếp. Do ảnh hưởng của chuyển động riêng và không riêng của Mặt Trời, một ngày mặt trời (khoảng thời gian giữa hai đỉnh điểm cùng loại liên tiếp của Mặt Trời) dài hơn một chút so với một ngày sao (khoảng thời gian giữa hai đỉnh điểm cùng loại liên tiếp của một ngôi sao). Sự khác biệt trung bình giữa hai loại ngày là ⁄_365.24219, vì Trái Đất cần 365.24219 ngày để hoàn thành một vòng quỹ đạo quanh Mặt Trời.

Mặt Trời

Từ các vùng nhiệt đới và vĩ độ trung, Mặt Trời có thể xuất hiện trên bầu trời vào đỉnh điểm trên (trưa mặt trời) và không hiện diện (dưới chân trời) vào đỉnh điểm dưới (nửa đêm mặt trời). Tại các vùng cực gần ngày đông chí (điểm chí tháng 12 ở Bắc Cực và điểm chí tháng 6 ở Nam Cực), Mặt Trời không xuất hiện trên chân trời vào cả hai đỉnh điểm trong ngày.

Nếu xích vĩ của Mặt Trời là +20° khi cắt qua kinh tuyến địa phương, thì góc phụ tương ứng là 70° (góc từ Mặt Trời đến thiên cực) sẽ được cộng hoặc trừ vào vĩ độ của người quan sát (được tính bằng độ cao của thiên cực) để xác định độ cao của Mặt Trời tại đỉnh điểm trên và dưới.

• Ở vĩ độ 52 độ Bắc, đỉnh điểm trên sẽ nằm ở 58 độ trên đường chân trời phía nam, trong khi đỉnh điểm dưới sẽ nằm 18 độ dưới chân trời phía bắc. (Tính toán cụ thể: đỉnh điểm trên = 52° + 70° = 122°, góc phụ là 58°, và đỉnh điểm dưới = 52° − 70° = −18°).
• Ở vĩ độ 80 độ Nam, đỉnh điểm trên là 30 độ phía trên đường chân trời phía nam, trong khi đỉnh điểm dưới là 10 độ dưới chân trời phía bắc (đêm trắng).

Các sao quanh cực

Từ phần lớn Bắc Bán cầu, sao Bắc Cực (Polaris) và các sao khác thuộc chòm sao Ursa Minor quay vòng ngược chiều kim đồng hồ quanh thiên cực bắc và có thể quan sát thấy tại cả hai đỉnh điểm (nếu bầu trời đủ tối và không có mây). Ngược lại, ở Nam Bán cầu không có sao cực Nam đủ sáng, nhưng chòm sao Nam Cực quay vòng theo chiều kim đồng hồ quanh thiên cực Nam và có thể thấy được tại cả hai đỉnh điểm.

Những thiên thể luôn nằm trên đường chân trời suốt quá trình di chuyển biểu kiến trong một ngày, từ vĩ độ của người quan sát, được gọi là sao quanh cực (circumpolar).

• Thiên cầu
• Kinh tuyến thiên văn
• Thiên để
• Quá cảnh vệ tinh
• Thiên đỉnh