Построение графических моделей небесной сферы

Практическая работа № 4

Раздел 1. История развития астрономии

Тема 1.3. Звёздное небо

Название практической работы: Построение графических моделей небесной сферы

Учебная цель: построить графические модели небесной сферы для заданного пункта наблюдения

Учебные задачи:

образовательная – знание основных элементов небесной сферы, понятие «небесная сфера», основные линии и точки, горизонтальная система координат;

воспитательная – научное познание окружающего мира;

развивающая – приобретение практических навыков

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: владеть моделью небесной сферы, определять на ней видимое положение светил, изображать на чертеже точку с известными горизонтальными и экваториальными координатами, строить проекции небесной сферы для мест земной поверхности

знать: понятия «небесная сфера», основные линии и

точки, горизонтальная и экваториальная система координат, теорему о высоте полюса мира, условия видимости светил на различных географических широтах

Обеспеченность занятия

- методические указания по выполнению практического занятия

- тетрадь для практических работ, циркуль, линейка, цветные карандаши, транспортир.

Порядок проведения занятия:

для выполнения практической работы учебная группа распределяется по одному варианту

Теория

У древних народов звёздное небо ассоциировалось с куполом или со сферой. При взгляде на небо создаётся впечатление, что Солнце, звёзды, Луна и другие небесные тела расположены на внутренней поверхности гигантской небесной сферы, вращающейся в направлении с востока на запад. Поэтому для описания положений небесных тел на небе было введено понятие небесной сферы.

 Небесной сферой называется воображаемая сфера произвольного радиуса с центром в точке наблюдения (точка О), на которую проецируются небесные объекты. Графическая модель небесной сферы для наблюдателя, находящегося в северном полушарии Земли, рисунок1

Рис.1 Рис. 2

Для определения основных элементов небесной сферы в астрономии используют понятия большого и малого кругов. Большим кругом называют окружность, которая получается пересечением небесной сферы плоскостью, проходящей через её центр. Если плоскость не проходит через центр, то получается малый круг.

Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира, называется небесным экватором, рисунок 1.

Небесным меридианом называется большой круг небесной сферы, проходящий через зенит Z, надир Z и полюсы мира P и P, рисунок 1.

Прямая линия, которая совпадает в данной точку с направлением действия силы тяжести, называется отвесной линией. Направление отвесной линии можно определить с помощью отвеса – грузика на тонкой нити. Отвесная линия пересекает небесную сферу в двух точках: (над головой наблюдателя) Z называется зенитом, нижняя Z - надиром, рисунок 1.

Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна отвесной линии, называется математическим горизонтом. Математический горизонт пересекается с небесным меридианом в точках севера N (находится ближе к северному полюсу мира) и юга S, а с небесным экватором – в точках востока E и запада W, рисунок 1.

Выберем на небесной сфере астрономический объект – светило. В течение суток светило описывает на небесной сфере малый круг, который называется суточной параллелью, рисунок 1.

Для изучения видимого расположения и движения небесных объектов используют различные системы небесных координат (горизонтальную и экваториальную).

Зная широту места наблюдения  и склонение  небесного объекта, можно определить его высоту над горизонтом в момент кульминаций. Для наблюдателя в северном полушарии Земли (  0) объект, у которого склонение   , кульминирует к югу от зенита. Его высота в верхней кульминации

h_в = 90 -  + 

Если   , объект кульминирует к северу от зенита, ено высота

h_в = 90 +  - 

В нижней кульминации h_в = -90 +  + 

Для решения задач практической астрономии удобно использовать проекции небесной сферы на плоскость небесного меридиана, рисунок 2. Теорема о высоте полюса мира над горизонтом гласит, что высота видимого полюса мира над горизонтом равна модулю широты места наблюдения: h_р = . Следовательно, вид небесной сферы зависит от положения наблюдателя, а точнее, от географической широты места наблюдения.

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1. Что такое небесная сфера?

2. Что такое ось мира?

3. Что такое небесный экватор?

4. Что такое большой круг, малый круг небесной сферы?

5. Что такое небесный меридиан?

6. Что такое отвесная линия?

7. Что такое зенит?

8. Что такое надир?

9. Что такое математический горизонт?

10. Что такое суточная параллель?

11. Что такое светило?

12. Какие вы знаете системы координат для изучения видимого расположения и движения небесных объектов?

13. Что такое кульминация небесного объекта?

14. Как определить высоту небесного объекта над горизонтом в момент кульминаций?

15. Что гласит теорема о высоте видимого полюса мира над горизонтом?

16. Что нужно использовать для определения склонения звёзд и чему равна высота светила, находящегося в зените?

17. Как определить широты мест наблюдения звёзд, находящиеся в зените?

18. Как вывести формулу для определения интервала склонения звёзд с известной широтой?

Содержание выполнения практической работы

Задачи практической работы:

Задание 1

1. Представьте, что вы находитесь в таком месте земной поверхности. Где в зените наблюдаются звёзды: Бетельгейзе, Вега, Спика, Канопус. Антарес. Сириус, Альферац, Рукбах.

2. Используя Интернет или подвижную карту звёздного неба, определите склонение  для каждой их звёзд. Результаты занесите в таблицу.

3. Определите широты  места наблюдения, где в зените наблюдаются указанные звёзды. Результаты занесите в таблицу.

4. Подсказка: высота светила, находящегося в зените, равна 90

Задание 2

1. На рисунках 3а и 3б постройте проекции небесной сферы для мест земной поверхности, где в зените наблюдаются две (по выбору) из вышеуказанных звёзд:

2. Обозначьте центр небесной сферы О, токи зенита Z и надира Z

Рис.3а Рис.3б

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