Підручник з Астрономії. 11 клас. Сиротюк - Нова програма

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 1

Робота з рухомою картою зоряного неба. Визначення положення світил на небесній сфері за допомогою карти зоряного неба

Мета роботи: ознайомитися з картою зоряного неба, навчитися використовувати її для визначення положень на небі залежно від дати та часу, визначати моменти часу сходу та заходу світил.

Обладнання: рухома карта зоряного неба, шкільний астрономічний календар.

Теоретичні відомості

Найпростіший астрономічний прилад, який дає змогу стежити за добовою зміною положень світил відносно небесного меридіана та горизонту - рухома карта зоряного неба (РКЗН). За допомогою неї можна (хоч і наближено) досить швидко і без жодних теоретичних розрахунків розв’язувати низку задач практичної астрономії.

Модель рухомої карти зоряного неба

Рухома карта складається із зоряної карти та накладного рухомого круга (мал. 1.32).

Добові паралелі на РКЗН зображаються у вигляді концентричних кіл, а кола схилень - променів, які виходять з Північного полюса світу, розміщеного в центрі карти. Отже, утворюється сітка екваторіальних координат (α, δ). Схилення світил на карті відраховуються уздовж радіусів від краю карти до центра (від -45° до 90°). Прямі піднесення проставлено поблизу краю карти (від 0 до 24h). Уздовж краю карти нанесено шкалу календарних дат (лімб дат).

Небесним екватором на зоряній карті є добова паралель зі схиленням, що дорівнює нулю. Область карти, яка міститься всередині небесного екватора, є північною небесною півсферою.

Ексцентричний овал, який перетинається з небесним екватором у двох діаметрально протилежних точках (весняного рівнодення: α = 0h, і осіннього рівнодення: α = 12h), зображає екліптику (на рухомій карті зображається зазвичай червоним кольором). Якщо з полюса світу провести пряму на той чи інший день шкали календарних дат, то точка перетину цієї прямої з екліптикою покаже положення Сонця на небесній сфері в заданий день.

Накладний круг на карті зоряного неба дає змогу виділити ту частину небосхилу, яку можна спостерігати в даному місці Землі в заданий момент часу. За винятком овала, круг фарбують напівпрозорою блакитною фарбою. Сузір’я, які містяться всередині овала, у даний момент часу заданого дня року будуть перебувати над горизонтом, решта - під горизонтом (їх спостереження у даний момент часу з даної точки Землі неможливе).

Відлік часу проводиться за годинною шкалою, яку нанесено вздовж краю накладного круга і проградуйовано в годинах від 0 до 24h. Вона дає змогу проводити відлік місцевого середнього часу з точністю до 5 хв.

Мал. 1.32. Рухома карта зоряного неба

Контур овала зображає математичний або істинний горизонт. На цьому контурі є шкала азимутів (у градусах від 0 до 360°), за якою можна наближено оцінювати значення азимутів світил. На шкалі азимутів ще позначено основні точки горизонту: південь S (А = 0°), захід W(А = 90°), північ N (А = 180°) та схід E (А = 270).

Пряма, що проходить через точки півдня та півночі, зображає небесний меридіан. Світила, які перетинаються з небесним меридіаном, перебувають в кульмінації в даний момент часу. У верхній кульмінації містяться ті світила, які перебувають на небесному меридіані між Північним полюсом світу та точкою півдня. Сузір’я, які в даний момент часу сходять над горизонтом, перебувають в східній частині істинного горизонту (поблизу дуги математичного горизонту від точки півночі через точку сходу до точки півдня). А сузір’я, що в даний час заходять, слід шукати поблизу західної частини істинного горизонту.

Положення зеніту на накладному крузі визначається точкою перетину небесного меридіана і добової паралелі, яка має схилення, що дорівнює географічній широті місця спостереження.

Порядок виконання роботи

Завдання 1

1. Установіть накладний круг у положення, яке відповідає моменту виконання роботи.

2. Визначте, які сузір’я і яскраві зорі в цей час сходять, заходять, будуть у верхній і нижній кульмінаціях, які видно повністю, а які частково. Установіть за допомогою зоряного атласу, як називаються найяскравіші зорі, які видно в цей час на небі.

3. Визначте для вказаної нижче дати:

Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Дата

22.01

22.02

22.03

22.04

22.05

22.12

22.11

22.10

22.09

22.08

1) у якому сузір’ї перебуватиме Сонце; 2) час сходу і заходу Сонця; 3) тривалість дня.

Завдання 2

1. Визначте вигляд зоряного неба в дату свого дня народження.

2. Визначте положення Сонця у свій день народження (сузір’я і координати).

3. Визначте час сходу і заходу Сонця у свій день народження, а також тривалість дня.

4. Визначте координати зір (за варіантами):

Варіант

1

2

3

4

Зоря

α Орла

(Альтаїр)

α Діви

(Спіка)

α Лева

(Регул)

α Ліри

(Вега)

5. Визначте, у який час зоря сходить та заходить у день вашого народження.

Контрольні запитання до роботи

1. З яких частин складається комплект рухомої карти зоряного неба? Опишіть будову основної карти.

2. Опишіть будову накладного круга рухомої карти зоряного неба.

3. Як за допомогою рухомої карти зоряного неба можна визначити α та δ світила?

4. Як за допомогою рухомої карти зоряного неба можна визначити моменти сходу (заходу) світила в задану дату?

5. Яке із 88 сузір’їв найбільше? Найменше? Найдовше? Яке сузір’я, що перебуває на небесному екваторі, розрізає на дві нерівні частини інше сузір’я?

РОЗВ'ЯЗУЄМО РАЗОМ

Задача 1. Навіщо й коли було введено точки і лінії небесної сфери?

Відповідь. Точки і лінії небесної сфери ввели давньогрецькі вчені - Фалес Мілетський (VII-VI ст. до н. е.), Евклід (III ст. до н. е.) та ін. Вони були потрібні для побудови систем сферичних астрономічних координат і для кутомірних вимірювань.

Задача 2. Увечері учень спостерігав верхню кульмінацію деякої зорі на висоті 66°30' в бік півночі від зеніту, а висота цієї зорі, яку він виміряв у нижній кульмінації, дорівнювала 35°42'. Знайдіть географічну широту місця спостереження та схилення зорі.

Розв’язання. Висота зорі над горизонтом для верхньої кульмінації, яка відбувається на північ від зеніту, hB = 90° + φ - δ, де φ - географічна широта місця спостереження, δ - схилення зорі. Для нижньої кульмінації: hH = δ + φ - 90°. Додавши і віднявши ці рівняння, знаходимо:

hB+ hH= 2φ, hB - hH = 180° - 2δ.

Звідки знаходимо широту місця спостереження:

та схилення зорі:

Задача 3. Для визначення положення тіла у просторі потрібні три координати. В астрономічних каталогах найчастіше дають тільки дві координати: пряме сходження і схилення. Чому?

Відповідь. Третьою координатою у сферичній системі координат є модуль радіус-вектора - відстань до об’єкта r. Ця координата визначається з більш складних спостережень, ніж α і δ. У каталогах її еквівалентом є річний паралакс, звідки r = 1/π (пк). Для завдань сферичної астрономії достатньо знати лише дві координати α і δ або альтернативні пари координат: екліптичних - λ, β або галактичних - l, b.

Задача 4. Обчисліть період обертання Нептуна навколо Сонця, знаючи, що його середня відстань від Сонця дорівнює 30 а. о.

Задача 5. 21 березня центр Сонця проходить через меридіан майже одночасно з точкою весняного рівнодення, а надалі ці дві точки розходяться на небесній сфері. Чому? Яка із цих точок рухається швидше? (Мова йде про добовий рух).

Відповідь. Вони розходяться, тому що: 1) точка весняного рівнодення робить тільки добовий рух, а Сонце, крім добового, має ще й власний рух; 2) точка весняного рівнодення перебуває на екваторі, а Сонце - на екліптиці. Сонце за добу проходить шлях менший, ніж точка весняного рівнодення, отже, воно рухається повільніше приблизно на 1° за добу.

Задача 6. У пункті, що міститься на 41° сх. довготи, поясний час становить 6 год 40 хв. Знайдіть місцевий час у пункті на 86° сх. довготи в цей момент.

Розв’язання. Різниця місцевих часів дорівнює різниці довгот: Т - Т = = λ1- λ2. Різниця місцевого і поясного часу становить: Т - Т1п = λ1 - n1, де n1 - номер пояса. Із цих двох рівнянь Т = Т1п + λ2- n1. Враховуючи, що λ1= 41° належить до третього поясу [37,5° - 52,5°] і що 1 год = 15°, одержимо, що λ2= 86° = 5 год 44 хв і Т = 6 год 40 хв + 5 год 44 хв - 3 год = = 9 год 24 хв.

Задача 7. Як виходить, що юліанський календар за більшої тривалості року, ніж його фактична тривалість, усе-таки відстає від природи? Це нагадує відставання одного мандрівника від іншого при більшій довжині кроку в того, хто відстає? Поясніть цю неузгодженість.

Відповідь. Що більша будь-яка міра, то менше число разів її можна вмістити у вимірюваній величині. Отже, користуючись юліанським роком, ми одержуємо менше років і частин року, ніж використовуючи тропічний рік. Якби ми використали для календаря рік менший, ніж тропічний, то вийшло б, навпаки, забігання наперед.