Исследование суточного видимого движения солнца

Практическая работа № 5

Раздел 1. История развития астрономии

Тема 1.3. Звёздное небо

Название практической работы: Исследование, видимое годичного движения Солнца

Учебная цель: по фотографиям суточного движения Солнца определить широту места, где производилась съёмка

Учебные задачи: использовать теоретический материал для объяснения наблюдаемых явлений, ориентироваться на местности по Солнцу.

образовательная – получение и анализ данных, поиск дополнительной информации, формулировка выводов;

воспитательная – научное познание окружающего мира, расширение кругозора;

развивающая – применять теоретические знания на практике, объяснять наблюдаемые явления с научной точки зрения

Правила безопасности: правила проведения в кабинете во время выполнения практического занятия

Норма времени: 2 часа

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Студент должен

уметь: воспроизводить определения терминов и понятий суточное движение, эклиптика, полуденная высота, кульминация, выводить формулу для вычисления широты места наблюдения, если известны полуденная высота Солнца и его склонение, объяснять наблюдаемое движение Солнца в течение года;

знать: как движется Солнце по небосводу на других широтах,

как определить высоту светила над горизонтом в момент кульминации, как меняется склонение Солнца в течение года, формулу для вычисления полуденной высоты Солнца для заданной широты, экваториальную систему координат, дни весеннего и осеннего равноденствий, день зимнего солнцестояния, день летнего солнцестояния.

Обеспеченность занятия

- методические указания по выполнению практического занятия

- тетрадь для практических работ, циркуль, линейка, цветные карандаши, транспортир, подвижная карта звёздного неба

Порядок проведения занятия:

для выполнения практической работы учебная группа распределяется по одному варианту

Теория

Наблюдение звёздного неба показывают, небесная сфера медленно вращается в направлении с востока к западу. Для наблюдателя, обращённого лицом к югу, это вращение происходит слева направо, по вращению часовой стрелки. Небесные тела поднимаются над горизонтом в восточной стороне неба и опускаются к горизонту в западной стороне. В действительности же вращается Земля вокруг своей оси в направлении с запада к востоку, доказательства – маятник Фуко, отклонение падающих тел к востоку и т. д.

Видимое движение небесной сферы называется суточным вращением, так как его период равен одним суткам. Это вращение происходит вокруг земной оси. Обращение Земли вокруг Солнца, а также вращение её вокруг оси, имеющей практически постоянные наклон и ориентацию в пространстве, являются причинами трёх взаимосвязанных явлений: (1) изменение длительности дня и ночи; (2) смена времён года; (3) изменение климата. Климат — это метеорологические условия, свойственные данной местности. В переводе с древнегреческого «климат» означает наклон, очевидно, что имеется в виду наклон солнечных лучей к поверхности Земли. Солнце участвует в суточном движении: оно восходит в восточной части горизонта, описывая дугу на небе и заходит в западной части горизонта.

В течение года Солнце перемещается среди звёзд по эклиптике — большому кругу небесной сферы, наклонённому к небесному экватору под углом –23,5 Эклиптика пересекается с небесным экватором в точках весеннего и осеннего равноденствий, рисунок 1. Поэтому экваториальные координаты Солнца  и  изменяются в течение года.

Рис.1 Рис.2

Название эклиптика возникло потому, что только тогда, когда Луна (в фазе новолуния или полнолуния) пересекает эклиптику, можно наблюдать затмения Солнца или Луны.

Продолжительность дня (или ночи) и смена времён года зависят от широты места наблюдения, рисунок 3

Рис.3

Параллели, соответствующие 66,5 северной и южной широты, называются Северным и Южным полярными кругами. Выше этих широт (|ϕ| 66,5) можно наблюдать явление, когда Солнце в течение дня не заходит за горизонт (полярный день) или не поднимается из-за горизонта (полярная ночь). Параллели, соответствующие 23,5 северной и южной широт, называют тропиком Рака (ϕ = 23,5) и тропиком Козерога (ϕ = –23,5).

Названия тропиков произошли от названий созвездий, в которых находилось Солнце в дни солнцестояний более чем 2000 лет назад. В настоящее время в результате прецессии положения этих точек сместились, и в день летнего солнцестояния Солнце на небесной сфере находится в созвездии Близнецов, а в день зимнего солнцестояния — в созвездии Стрельца.

Из – за изменения склонения Солнца его суточные пути на небе, точки восхода и захода меняются день ото дня. Ежедневно меняется полуденная высота Солнца (т. е. высота Солнца в верхней кульминации, рисунок 2.

По известной широте места наблюдения и склонению небесного объекта можно определить его высоту над горизонтом в момент кульминации. В суточном вращении небесной сферы каждое светило дважды пересекает небесный меридиан : один раз – южную его половину t = 0= 0 и второй раз (через полсуток) – северную половину t = 12= 180. Явление прохождения светилом южной половины небесного меридиана называется верхней кульминацией, так как в этот момент высота светила h наибольшая (зенитное z наименьшее) – светило кульминирует, светило в меридиане, светило в верхней кульминации.

Когда речь идёт о сумерках, важно показать путь Солнца под горизонтом после захода (перед восходом). Если суточный путь Солнца пересекает горизонт под небольшим углом, как летом в приполярных широтах (Санкт Петербург и даже Москва), то сумерки длятся долго, и даже всю ночь («белые ночи»). В околоэкваториальных широтах же суточный путь Солнца под большим углом пересекает горизонт, и сумерки короткие. В течение каких-нибудь 10—20 минут становится темно. В некоторых странах, например в Венесуэле, не рекомендуется перемещаться в тёмное время суток, это опасно. Поэтому данный факт следует иметь в виду путешествующим в околоэкваториальные страны

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1. Почему происходит смена времён года?

2. В какие даты Солнце восходит точно на востоке и заходит на западе?

3. Как движется Солнце после восхода в средних широтах Северного полушария? Вверх, но вправо или влево?

4. Можно ли увидеть Солнце на территории России в зените?

5. Чему равно склонение Солнца в дни весеннего и осеннего равноденствий?

6. Определите склонение Солнца: в день зимнего солнцестояния; в день летнего солнцестояния.

7. Как изменение полуденной высоты Солнца влияет на температуру в данной местности?

8. Как изменяется продолжительность дня в течение года? Как это связано с полуденной высотой Солнца и изменением точек восхода и захода Солнца?

9. Зависит ли склонение Солнца от географической широты места наблюдения?

10. Изменяется ли положения точек восхода и захода Солнца в различные сезоны года?

11. Зависит ли продолжительность суток и полуденной высоты Солнца от времени года?

12. Меняется ли продолжительностью сумерек в разное время года и на разных широтах?

13. Где летом сумерки продолжительнее: в Санкт-Петербурге или в Сочи?

14. Что такое белые ночи; полярный день?

15. В некоторых странах, например в Венесуэле, не рекомендуется перемещаться в тёмное время суток, это опасно. Почему?

16. Как будет выглядеть годовое движение Солнца в экваториальных широтах, а также для наблюдателя, находящегося в южном полушарии?

17. Как будет выглядеть годовое движение Солнца, если бы вы оказались на экваторе, или, скажем, в Южной Африке?

Содержание выполнения практической работы

Задание 1

1. В каких пределах меняется склонение Солнца в течение года?

2. Запишите формулу для вычисления полуденной высоты Солнца, если наблюдатель находится в пункте, географическая широта которого

  23.5

3. Используя формулу, полученную вами, можно вычислить широту места наблюдения. Для это этого нужно измерить высоту Солнца в кульминации. Для этого нужно знать дату, когда эти измерения проводились.

4. Выведите формулу, по которой можно вычислить широту места

наблюдения, если известны полуденная высота Солнца и его склонение.

Склонение Солнца можно определить по подвижной карте звёздного неба или найти в астрономическом ежегоднике. Можно использовать любую доступную программу – планетарий (Stеllarium).

Если в течение одного дня делать снимки Солнца с фиксированной позиции, через равные промежутки времени, а затем смонтировать полученные фотографии на одном изображении, то можно получит дневной трек Солнца, рисунок 4. Зная дату фотосъёмки, по этому изображению можно примерно определить высоту Солнца в кульминации. Определив склонение Солнца, можно вычислить широту места, где проводилась фотосъёмка.

Рис.4

Задание 2

1. На снимке, рисунок 3 представлен суточный трек Солнца, смонтирован из реальных снимков. На фото представлены 12 изображений Солнца с интервалом в 1 час. Точки восхода и захода отмечены стрелками. Первое изображение Солнца снято через 30 минут после восхода, последнее – за 30 минут до захода

2. Определите продолжительность съёмки.

3. Исходя из продолжительности дня, определите примерную дату фотосъёмки.

4. Соответствует ли дат съёмки одному из дней равноденствия или солнцестояния?

5. На рисунке отметьте стороны света.

6. Измерьте линейкой расстояние между точками восхода и заката в миллиметрах: r _{восход – закат - град} =

7. Определите, чему равно угловое расстояние между точками восхода и заката в данную дату: r _{восход – закат - мм} =

8. На снимке измерьте линейкой высоту Солнца в верхней точке трека (в кульминации) в мм: h _{кульм-мм} =

9. Рассчитайте высоту Солнца в кульминации в градусах h _{кульм-град}

Для этого составим пропорцию:

=

1. Вычислите h _{кульм-град}:

2. Вычислите широту места наблюдения:

По окончанию практической работы студент должен представить: - Выполненную в тетради для практических работ в соответствии с вышеуказанными требованиями.

Список литературы: 

1.Учебник Астрономия под редакцией Т. С. Фещенко Профессиональное образование –М.: Издательский центр «Академия» 2019

2. Кондакова Е. В., Чаругин В. М. «Астрономия Тетрадь-практикум» 10-11 классы Учебное пособие для общеобразовательных организаций – М.: «Просвещение» 2019

3. Ильина Т. В. Методическое руководство по выполнению лабораторно-практических работ по астрономии – Старая Купавна ГАПОУ МО «Подмосковный колледж «Энергия» 2021