Изучение звездного неба с помощью подвижной карты

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 20.

Цель работы: изучить звездное небо с помощью подвижной карты.

Теория. Карту и круг нужно наклеить на плотную бумагу, или тонкий картон, и в круге аккуратно вырезать. На звездной карте изображены яркие созвездия, доступные наблюдениям в России, и сетка небесных экваториальных координат. В центре карты расположен северный полюс мира и рядом с ним - Полярная звезда (а Малой Медведицы). Концентрические окружности представ­ляют собой небесные параллели. Градусная оцифровка около них отмечает их склонение, т.е. угловое расстояние от небесного экватора, который обозначен символом 0°. Внутри небесного экватора расположена северная небесная полусфера, и две ее небесные параллели оцифрованы числами +30° и +60°. Вне небесного экватора находится область южной небесной полусферы, и на ней показаны небесные параллели со склонением " 30° и - 45°. Радиусами, отходящими от северного полюса мира, изображены круги склонения, оцифровка которых в часах (ч) простав­лена около точек их пересечения с небесной параллелью -45°.

Следует обратить особое внимание на последовательность оцифровки кругов склонения:она возрастает в направлении вращения часовой стрелки, а не навстречу, как этого требует счет прямого восхождения. Это объясняется тем, что, глядя на карту, наблюдатель смотрит на северную полярную область неба, а не на южную его сторону.

С небесным экватором пересекается в двух точках эксцентрический овал. изображающий эклиптику, т. е. большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годовое движение Солнца по зодиакальным созвездиям. Одна из этих точек, обозначенная знаком наливается точкой весеннего равноденствия, и от неё по небесному экватору ведется счет пря­мого восхождения. Диаметрально противоположная ей точка это точка осеннего равно­денствия. Точка летнего солнцестояния лежит в северной полусфере неба на пересечении эклиптики с 6-часовым крутом склонения, а точка зимнего солнцестояния - в южной небесной полусфере на пересечении эклиптики с 18-часовым кругом склонения. Направление видимого годо­вого движения Солнца следует показывать на эклиптике в сторону увеличения прямого вос­хождения.

На обрезе карты имеется лимб дат с названиями месяцев года и календарными днями в их пределах. К карте приложен накладной круг, по краю которого нанесен часовой лимб, изоб­ражающий часы суток. Интервал в один час разделен на шесть частей, по 10 минут каждая, что позволяет оценивать моменты времени с точностью до 5 минут. На накладном круге нанесено несколько овалов, рядом с которыми проставлены числа градусов, обозначающих географи­ческую широту места наблюдений звездного неба, отверстие по тому овалу, который обозначен числом градусов, наиболее близким к географической широте города или села, где эта карта будет использоваться. Между точками на круге, обозначенными словами "точка юга" и "точка севера", следует натянуть нить, кото­рая будет изображать небесный меридиан. Круг должен накладываться на карту так, чтобы его оцифрованный лимб всегда располагался концентрично с лимбом дат карты, а натянутая нить проходила через центр карты, изображающей северный полюс мира. Если наложить круг на карту и повернув его, совместить заданный час с заданной датой, то в отверстии круга будут расположены те созвездия, которые в этот момент находятся над горизонтом, т.е. доступны наблюдениям. Закрытые кругом созвездия не видны, так как находятся под горизонтом, изоб­раженным на круге краем выреза.

На карте область зенита расположена примерно в центре выреза, но отнюдь не в центре карты. Если говорить точнее, то зенит расположен вблизи центра выреза, в точке пересечения нити, изображающей небесный меридиан, с небесной параллелью, склонение которой равно географической широте места наблюдения. Проведя от зенита направления на основные точки горизонта, обозначенные словами «точка юга», «точка запада», «точка севера», «точка восто­ка», южно указать расположение созвездий на небесном своде в заданный момент времени.

Карта позволяет ответить на вопросы о приближенных моментах восхода, захода и верх­ней кульминации (т. е. наивысшего расположения над горизонтом) звезд в разные дни года.

Для этого достаточно повернуть круг на карте так, чтобы интересующая нас звезда ока­залась соответственно на восточной (восход) или западной (заход) стороне горизонта, или на нити (изображающей небесный меридиан) между северным полюсом мира и точкой юга (верхняя кульминация). При такой установке карты деление часового лимба, стоящее около заданной даты, покажет момент времени интересующего явления (и наоборот, можно узнать дату для определенного момента времени суток).

Следует иметь в виду, что восход светил происходит совсем не обязательно вблизи точки востока а, в зависимости от их склонения, на всей восточной половине горизонта, заключенной между точками севера и юга: чем больше положительное склонение светила, тем ближе к точке севера оно восходит, а при отрицательном склонении точка восхода светил смещается в сторо­ну точки юга. Аналогичная картина имеет место и при заходе светил, которые» в зависимости от их склонения, заходят в разных точках западной половины горизонта, лежащей между точ­ками юга и севера. И только светила, расположенные на небе вблизи небесного экватора, соот­ветственно восходят и заходят вблизи точек востока и запада.

Для наглядности вспомним о восходе и заходе Солнца в различные месяцы года. В марте и сентябре, вблизи дней равноденствий, когда Солнце находится недалеко от небесного экватора (т. е. склонение Солнца близко к 0°), оно восходит и заходит недалеко от точек востока и запа­да. В летнее время года Солнце находится в северном полушарии неба далеко от небесного эк­ватора (склонение Солнца положительно) и поэтому оно восходит на северо-востоке, а заходит па северо-западе. Зимой же Солнце восходит на юго-востоке, а заходит на юго-западе, так как в этот сезон года оно находится в южном полушарии неба, далеко от небесного экватора, и его склонение отрицательно.

Поэтому, определяя по подвижной карте звездного неба моменты восхода или захода све­тил, ни в коем случае нельзя пытаться подгонять положение интересующего светила к точкам востока и запада. Наоборот, при правильной установке накладного круга карты можно найти на горизонте положение точек восхода и захода светила.

Самое низкое положение светил над горизонтом называется нижней кульминацией, в мо­мент которой светило проходит небесный меридиан между северным полюсом мира и точкой севера или под ней. Нижняя кульминация звезд наступает после их верхней кульминации через 12 часов, точнее, через 11^ч 58^м. Поэтому момент нижней кульминации любой звезды легко опре­делить по моменту ее верхней кульминации.

По мере приобретения навыков работы с картой можно решать задачи на условия види­мости, восходи заход планет. Луны и Солнца, для чего нужно наносить положения этих светил на карту.

Чтобы найти положение Солнца на эклиптике в заданный день года, достаточно прило­жить линейку к северному полюсу мира и к штриху, обозначающему этот день на лимбе дат карты. Точка пересечения линейки с эклиптикой покажет положение Солнца, так как оно зави­сит от дней года, а если говорить точнее, то, наоборот, календарные даты зависят от положе­ния Солнца на эклиптике.

Положение Луны и планет наносятся на карту поих экваториальным координатам в западный день года, заимствованным из астрономических календарей. Впрочем, достаточно ис­пользовать только одну координату, прямое восхождение , поскольку Луна и планеты пере­мещаются тоже по зодиакальным созвездиям вблизи эклиптики. Поэтому при небольшой точ­ности карты склонением этих светил можно пренебречь и считать их находящимися в эклипти­ке. Но теперь уже нельзя использовать лимб дат, как при определении положения Солнца, так как движение Луны и планет не связано с определенными календарными днями года. Следова­тельно, вместо лимба дат нужно воспользоваться координатной сеткой карты и найти на эк­липтике точки, прямое восхождение которых равно прямому восхождению этих светил в задан­ный день года,

Определив по подвижной карте моменты восхода, захода и кульминаций найденных точек эклиптики, мы тем самым решим ту же задачу для Солнца, Луны и планет.

Приборы и принадлежности: подвижная карта звездного неба.

Порядок проведения работы:

1. Работа с подвижной картой звездного неба.

1.1. Найдите на карте следующие звезды по их координатам и укажите созвездия, в которых они находятся. Видимы ли эти звезды в данное время наблюдения, если "да", то указать, в какой стороне неба.

Таблица 1.1.

№№ п/п	Название созвездия	Название звезды	Координаты	Условия видимости
1.		Антарис	16 ч 26,3 м	-26°19'
2.		Сириус	6 ч 42,9 м	-16°39'
3.		Спика	13 ч 22,6м	-10°54'

1.2. Определить экваториальные координаты следующих звезд и их ви­димость в данное время наблюдения.

Таблица 1.2.

№ № п/п	Название созвездия	Название звезды	Координаты	Условия види­мости
1.	Близнецов	Кастор (а)
2. J»	Южн.Рыбы	Фомальгаут
3.	М. Медведица	Полярная

2. Найдите положение Полярной звезды по созвездиям Б. и М. Медведицы.

Рисунок 2.1.

2.1. Полярная звезда ( = 2,1^м, = 89⁰ 07^м) находится вблизи Северного По­люса мира, вокруг которого движутся все звезды. Он находится так: через две крайние звезды (Дубхе) и (Мерак) мысленно проводим прямую линию и откладываем на ней 5 отрезков, равных расстоянию между' этими звездами. Здесь находится самая яркая звезда созвездия М. Медведицы - Полярная звезда (конец ручки "ковша") (см. рис.2.1.).

2.2. Отыщите на карте незаходящие созвездия Б.Медведицы, М. Медведицы, Кассиопеи, а также Лебедя, Орла и Лиры, в которых находятся яркие звезды Вега. Денеб, Альтаир. Зарисуйте их очертания.

3. На широте места наблюдения (г.Белгород = 51° с.ш.) указать, какиеиз звезд:

КАПЕЛЛА ( = 15^ч 13^м, = +45° 57^м), ВЕГА ( = 18^ч 35,2^м, = +38° 41^м),

КОНОПУС ( =, = - 52°40^м) будут наблюдаться над горизонтом:

а) всегда; б) иногда; в) никогда.

Сделать необходимые расчеты. Для этого необходимо проверить условия:

если h_в,_н 0, то всегда;

если h_в,_н < 0, h_н < 0,то никогда;

если h_в > 0, h_н < 0,то иногда.

3.2. Вспомнить, что: h_в = 90°- + (3.1)

h_н = - (90°- ) (3.2)

при h_в 0 90⁰ - + 0 - 90⁰ для верхней кульминации.

при h_н 0 - (90⁰ - ) 0 90⁰ - для нижней кульминации.

3.3. Подставить координаты и в формулу (3.1) и (3.2).

3.4. Записать условия видимости для звезд – Капелла, Вега, Конопус, используя условия пункта 3.1.

4. Сделать вывод о проделанной лабораторной работе.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Чем объяснить то, что последовательность оцифровки кругов склонения возрастает в направлении вращения часовой стрелки, а не навстречу, как это требует счет прямого восхождения на звездной карте неба?

2. Как определить по подвижной карте звездного неба моменты восхода или захода светил?

3. Как найти положение Солнца на эклиптике в заданный день года?

ЛИТЕРАТУРА

1. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Физика. Учебник для средних специальных учебных заведений. -М.: Высшая школа, 1990.

2. Дондукава Р.А. Руководство по проведению лабораторных работ по физике. -М.: Высшая школа, 1993.

3. Дмитриева В.Ф. Физика. Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. -М.: Высшая школа, 1994.

4. Глухова Г.Н., Самойленко П.И., Чепцов А.А. Физика. Учебник для техникумов гуманитарного профиля. /Под ред. Н.Д.Глухова. -М.: высшая школа, 1987.

Дата добавления: 2014-11-07