В очень древние времена люди не имели правильного представления о форме и размерах нашей планеты и о том, какое место она занимает в пространстве.

Теперь мы знаем, что физическая поверхность Земли, представляющая сочетание суши и водных пространств, в геометрическом отношении имеет весьма сложную форму; ее нельзя представить ни одной из известных и математически изученных геометрических фигур.

На поверхности Земли моря и океаны занимают около 71% , а суша - около 29%; самые же высокие горы и самые большие глубины океанов по сравнению с размерами всей земли ничтожно малы. Так, например, на глобусе диаметром 60 см гора Эверест высотой приблизительно 8840 м изобразиться всего лишь крупинкой в 0,25 мм. Поэтому за общую - теоретическую - форму Земли принимают тело, ограниченное поверхностью океанов, находящейся в спокойном состоянии мысленно продолженной под всеми материками. Эта поверхность называется геоидом (гео - по-гречески «земля»). В первом же приближении фигуру Земли считают эллипсоидом вращения (сфероидом) - поверхностью, образованной в результате вращения эллипса вокруг своей оси.

Размеры земного сфероида определялись неоднократно, но наиболее фундаментальные из них были установлены в 1940г. советскими учеными Ф.Н. Красовским и А.А. Изотовым. В 1964г. решением Международного астрономического союза (МАС) для земного сфероида принято большая полуось, перпендикулярная малой оси и лежащая в плоскости земного экватора а=6378,16км, малая ось земного сфероида, совпадающая с осью вращения Земли в=6356,78км. Вращение Земли вокруг своей оси можно доказать разными способами.

В древние времена люди полагали, что Солнце, перемещаясь относительно звезд, обходит нашу планету по кругу в течение одного года, Земля же будто бы неподвижна и находится в центре Вселенной. Такая система получила название геоцентрической.

Новый этап в развитии астрономии начинается с опубликования в 1543г. книги Н. Коперника «О вращении небесных тел», в которой изложена гелиоцентрическая (Гелиос- «солнце») система мира, отражающая действительное строение Солнечной системы. Согласно теории Н. Коперника центром мира является Солнце, вокруг которого движутся шарообразная Земля и все подобные ей планеты и притом в одном направлении, вращаясь каждая относительно одного из своих диаметров, и что только Луна вращается вокруг Земли, являясь его постоянным спутником, и вместе с последней движется вокруг Солнца, при этом примерно в одной и той же плоскости.

Для определения положения тех или иных светил на небесной сфере необходимо иметь «опорные» точки и линии. И здесь прежде всего используется отвесная линия, направление которой совпадает с направлением силы тяжести. Продолженная вверх и вниз эта линия пересекает небесную сферу в точках Z и Z’, называемых соответственно зенитом и надиром.

Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна линии ZZ’, называется математическим или истинным горизонтом. Диаметр РР’, вокруг которого вращается в своем видимом движении небесная сфера (это ее вращение является отражением вращения Земли), и называется осью мира: она пересекает поверхность небесной сферы в двух точках - северном Р и южном Р’ полюсах мира. Большой круг небесной сферы QLQ’F, плоскость которого перпендикулярна оси мира РР’, является небесным экватором; он делит небесную сферу на северное и южное полушария. Вращающаяся вокруг своей оси Земля движется вокруг Солнца по пути, лежащему в плоскости земной орбиты VLWF. Ее историческое название - плоскости эклиптики. По эклиптике происходит видимое годичное движение Солнца. К плоскости небесного экватора эклиптика наклонена под углом 23^27’~23,5^; она пересекает его в двух точках: в точке весеннего и точке осеннего равноденствий. В этих точках Солнце в своем видимом движении переходит соответственно из южного небесного полушария в северное (20 и 21 марта) и из северного полушария в южное (22 или 23 сентября).

Только в эти дни равноденствий (два раза в году) лучи Солнца падают на Землю под прямым углом к оси ее вращения и поэтому только два раза в году день и ночь длятся 12 часов (равноденствие), а все остальное время года или день короче ночи или наоборот. Причиной этого является то, что ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости эклиптики, а наклонена к ней под углом 66,5^.

Движение Луны вокруг Земли по ряду причин является весьма сложным. Если Землю принять за центр, то орбиту Луны в первом приближении можно считать эллипсом. Когда Луна находится в наибольшей близости к Земле в перигее, ее расстояние от поверхности Земли составляет 356 400км, в апогее это расстояние увеличивается до 406 700км. Среднее же ее расстояние от Земли равно 384 000км. Плоскость орбиты Луны наклонена под углом 5^09’; точки пересечения орбиты с эклиптикой называют узлами, а прямая, их соединяющая, - линией узлов. Линия узлов перемещается навстречу движению Луны, совершая полный оборот за 6793 суток, что составляет около 18,6 лет.

Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел называется драконическим месяцем; его продолжительность равна 27,21 средних солнечных суток. Поскольку линия узлов не остается на месте, Луна по истечении месяца не возвращается точно к своему первоначальному положению на орбите и каждое следующее обращение ее происходит по несколько иному пути. По отношению к звездам полный оборот Луна совершает за 27,32 средних солнечных суток. Этот промежуток времени называется сидерическим /звездным/ месяцем; по происшествии этого месяца Луна возвращается к одной и той же звезде. Обращаясь вокруг Земли, Луна занимает различные положения относительно Солнца, и поскольку она представляет собой темное тело и свети лишь благодаря отражаемым ею солнечным лучам, то при разных положениях Луны относительно Солнца мы видим ее в разных фазах: новолуние, полнолуние, первая четверть и последняя четверть. Период времени от новолуния до новолуния называют синодическим месяцем - около 29,5 солнечных суток. Периодическую смену фаз Луны люди и использовали как вторую меру времени (после суток - периода оборота Земли вокруг своей оси), а именно месяц.

В своем видимом суточном движении по небесной сфере любое небесное тело оказывается в высшей или низшей точке своего пути. Эти моменты называются кульминациями - соответственно верхней и нижней (про небесное тело говорят, что оно кульминирует). В момент кульминации светило пересекает небесный меридиан - большой круг небесной сферы ZPVQZ’P’WQ’, плоскость которого проходит через ось мира РР’ и отвесную линию.

Луна в течение месяца кульминирует в разные часы. В новолуние это происходит в 12 часов, в первой четверти - около 18 часов, в полнолуние - в 0 часов, а в последней четверти - в 6 часов.

Для измерения малых и больших промежутков времени пользуются естественными единицами времени, которые связаны с основными астрономическими явлениями. Малые промежутки времени - сутки, час, минута, секунда - связаны с вращением Земли вокруг Солнца. В основе счета больших промежутков времени лежит тропический год - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра диска Солнца через точку весеннего равноденствия. Из астрономических наблюдений установлено, что тропический год равняется 365 дням 5 часам 48 минутам 46 секундам. Продолжительность его не остается постоянной, но ее изменение весьма незначительно: за несколько тысячелетий всего лишь на единицы секунд.