План урока наблюдения основа астрономии. Презентация на тему "предмет астрономии". Gemini N построен

Windows

Урок №2

Дата:

Класс: 10

Тема: Наблюдения - основа астрономии. Телескопы

Цель: Усвоение учащимися особенностей телескопов различных видов. Развитие представления об обсерваториях. Усвоение характеристик телескопов.

Ход урока:

I.Оргмомент. Мотивация.

II.Проверка домашнего задания.

1. Что изучает астрономия? Перечислите важнейшие особенности астрономии.

2. Как возникла наука астрономия? Охарактеризуйте основные периоды ее развития.

3. Какие объекты и их системы изучает астрономия? Перечислите их в порядке увеличения размеров

III . Изучение нового материала

Астрономические наблюдения. Основным способом исследования небесных объектов и явлений служат астрономические наблюдения. Астрономические наблюдения - это целенаправленная и активная регистрация информации о процессах и явлениях, про-

исходящих во Вселенной. Такие наблюдения выступают основным источником знаний на эмпирическом уровне. На протяжении тысячелетий астрономы изучали положение небесных объектов на звездном небе и их взаимное перемещение с течением времени. Точные измерения положений звезд, планет и других небесных тел дают материал для определения расстояний до них и их размеров, а также для изучения законов их движения. Результатами угломерных измерений пользуются в практической астрономии, небесной механике, звездной астрономии. Система горизонтальных координат. Работа по рис. 1.3. стр.11.

Для проведения астрономических наблюдений и их обработки во многих странах созданы специальные научно-исследовательские учреждения - астрономические обсерватории .

Для выполнения астрономических наблюдений и обработки полученных данных в современных обсерваториях используют наблюдательные инструменты (телескопы), светоприемную и анализирующую аппаратуру, вспомогательные приборы для наблюдений, электронно-вычислительную технику и др.

Оптические телескопы служат для собирания света исследуемых небесных тел и получения их изображения. Телескоп увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела, и собирает во много раз больше света, приходящего от светила, чем невооруженный глаз наблюдателя. Благодаря этому в телескоп можно рассматривать невидимые с Земли детали поверхности ближайших небесных тел, а также множество слабых звезд.

После Второй мировой войны начала бурно развиваться радиофизика (физика радиоволн). Усовершенствованные приемники, антенны и оставшиеся после войны радиолокаторы могли принимать радиоизлучение Солнца и далеких космических объектов. Так возникларадиоастрономия - одна из ветвей астрофизики. Внедрение

Изучив этот параграф, мы узнаем:

о далеких космических светилах и представим себе огромные масштабы Вселенной, в которой мы живем;
где находится наша планета во Вселенной и определим наш космический адрес.

Предмет астрономии

Название астрономия заимствовано из греческого языка (astron - звезда, nomos - закон), то есть это наука, изучающая законы звезд. Сейчас известно, что во Вселенной кроме звезд (рис. 1.1) существует много других космических тел и их комплексов - планет, астероидов, комет, галактик, туманностей. Поэтому астрономы изучают все объекты, находящиеся за пределами Земли, и их взаимодействие между собой. Слово космос в переводе с греческого означает порядок, в отличие от хаоса, где царит беспорядок. То есть древнегреческие ученые понимали, что во Вселенной действуют законы, поэтому на небе существует определенный порядок. В наше время под словом космос мы представляем себе Вселенную. В современной астрономии используются различные методы исследования Вселенной. Астрономы не только собирают информацию о далеких мирах, изучая излучение, поступающее из космоса на поверхность Земли, но и проводят эксперименты в ближнем и дальнем космическом пространстве.

Рис. 1.1. Звезда - массивное горячее космическое тело, которое излучает свет и имеет внутри источник энергии. (Фотография Солнца)

Краткая история астрономии

Издавна небо поражало воображение людей своей загадочностью, но много веков оставалось для них недоступным и потому священным. Фантазия людей населила небо богами, управляющими миром и решающими судьбу каждого человека. Ночью призрачное сияние звезд завораживало людей, поэтому древние астрономы объединили отдельные звезды в фигуры людей и животных - так появились названия созвездий. Затем были замечены светила, движущиеся среди звезд,- их назвали планетами (с греч.- блуждающая; рис. 1.2).

Рис. 1.2. Планета - холодное по сравнению со звездой космическое тело, которое обращается вокруг звезды и светится ее отраженными лучами

Первые попытки объяснить таинственные небесные явления были предприняты в Древнем Египте более 4000 лет назад и в Древней Греции еще до начала нашей эры. Египетские жрецы составили первые карты звездного неба (рис. 1.3), дали названия планетам.

Рис. 1.3. Часть древней карты звездного неба. Принцессу Андромеду принесли в жертву чудовищу Киту. Спас красавицу Персей, отрубив голову Медузе Горгоне, от взгляда которой все аменели

Великий древнегреческий философ и математик Пифагор в VI в. до н. э. выдвинул идею, что Земля имеет форму шара и «висит» в пространстве, ни на что не опираясь. Астроном Гиппарх во II в. до н. э. определил расстояние от Земли до Луны и открыл явление прецессии оси обращения Земли.

Рис. 1.4. Птолемей (90-160)

Древнегреческий философ Клавдий Птолемей (рис. 1.4) во II в. н. э. создал геоцентрическую систему мира, в которой Земля находится в центре. Землю в пространстве окружают 8 сфер, на которых расположены Луна, Солнце и пять известных в то время планет: Меркурий, Венеpa, Марс, Юпитер и Сатурн (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Геоцентрическая система мира: в центре Земля, а все остальные небесные тела обращаются вокруг нее. (Древняя гравюра XVII в.)

На 8-й сфере находятся звезды, которые соединены между собой и обращаются вокруг Земли как единое целое. В XVI в. польский астроном Николай Коперник (рис. 1.6) предложил гелиоцентрическую систему мира, в которой в центре находится Солнце, а планета Земля и другие планеты обращаются вокруг него по круговым орбитам (рис. 1.7).

Рис. 1.6. Н. Коперник (1473-1543)

Гениальность открытия Коперником гелиоцентрической системы мира состояла в том, что он, разрушив границу между небом и Землей, выдвинул гипотезу, что во Вселенной действуют одни и те же законы, справедливые как на Земле, так и в космосе.

Рис. 1.7. Гелиоцентрическая система мира: в центре находится Солнце. Земля вместе с планетами обращается вокруг него. (Гравюра)

В 1609 г. итальянский физик Галилео Галилей (рис. 1.8) впервые применил телескоп для наблюдения за небесными светилами, открыл спутники Юпитера и увидел звезды Млечного Пути.

Рис. 1.8. Г. Галилей (1564-1642)

XVIII в. в истории астрономии связан с именем английского ученого Исаака Ньютона (рис. 1.9), который открыл закон всемирного тяготения. Заслуга Ньютона заключается в том, что он доказал универсальность силы гравитации, то есть та же сила, которая действует на яблоко во время его падения на Землю, притягивает также Луну, обращающуюся вокруг Земли. Сила притяжения управляет движением звезд и галактик, а также влияет на эволюцию всей Вселенной.

Рис. 1.9. И. Ньютон (1643-1727)

В XIX в. начался новый этап в изучении космоса, когда немецкий физик Йозеф Фраунгофер в 1814 г. открыл линии поглощения в спектре Солнца - фраунгоферовы линии (рис. 1.10), затем линии поглощения были обнаружены в спектрах других звезд. С помощью спектров астрономы определяют химический состав, температуру и даже скорость движения космических тел.

Рис. 1.10. Спектр Солнца. Темные линии поглощения образуются в атмосферах Земли и Солнца

В XX в. создание выдающимся немецким физиком Альбертом Эйнштейном общей теории относительности помогло астрономам понять странное красное смещение линий поглощения в спектрах далеких галактик, которое было открыто американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 г. Хаббл доказал, что галактики разлетаются, и позже ученые создали теорию эволюции Вселенной от ее зарождения до современности. Это послужило толчком к созданию новой науки - космологии.

4 октября 1957 г. началась эра космонавтики. В этот день в Советском Союзе был запущен в космос первый в мире искусственный спутник Земли (рис. 1.11), в создании которого принимали участие и украинские ученые. Сегодня в космосе летают сотни автоматических станций, которые исследуют не только околоземное пространство, но и другие планеты Солнечной системы.

Рис. 1.11. Первый в мире искусственный спутник Земли (СССР)

Наш космический адрес

Мы живем на Земле - одной из планет Солнечной системы. Эти планеты движутся по своим орбитам вокруг Солнца. Большинство планет (кроме Венеры и Меркурия) имеют спутники, которые обращаются вокруг своей планеты. В Солнечную систему кроме Солнца и планет со спутниками входят также сотни тысяч астероидов, или малых планет, миллионы кометных ядер и метеорное вещество. Относительно Солнца планеты располагаются в следующем порядке: ближайшая - Меркурий, за ним - Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Относительные размеры Солнца и планет Солнечной системы. Средний радиус Земли 6370 км

За Нептуном вокруг Солнца обращаются еще тысячи малых планет, которые почти не освещаются его лучами.

Расстояния в космическом пространстве настолько велики, что измерять их в обычных для нас километрах неудобно, поэтому астрономы выбрали единицами измерения астрономическую единицу и световой год .

Вне Солнечной системы, на расстоянии более чем 100000 а. е., начинается зона притяжения других звезд. Невооруженным глазом на небе можно увидеть около 6000 звезд, которые образуют 88 созвездий. На самом деле звезд намного больше, но от далеких светил поступает так мало света, что их можно наблюдать только в телескоп. Большие скопления звезд, удерживающиеся силой тяжести, называют галактиками. Во Вселенной находятся миллиарды галактик, среди них есть и наша Галактика (пишется с большой буквы), которую называют Чумацкий Шлях или Млечный Путь. На ночном небе мы видим ее как серебристую полосу (рис. 1.13). Наша Галактика (с греч.- Млечный Путь) - это огромная система, в которой обращаются вокруг центра 400 млрд звезд. Горячие звезды расположены в виде диска со спиральными рукавами.

Рис. 1.13. Галактика Млечный Путь. Диаметр основной части диска - 100000 св. лет, расстояние от Солнца до центра Галактики - 25 000 св. лет

Из других галактик, видимых невооруженным глазом, выделяется Туманность Андромеды. Эта звездная система по размерам и форме подобна нашей Галактике, и свет от нее долетает до Земли за 2,3 млн лет, то есть расстояние до нее - 2,3 млн св. лет. Галактики расположены в скоплениях и формируют ячеистую структуру Вселенной. Н

аиболее удаленные космические объекты, которые еще можно увидеть в современные телескопы,- квазары (см. § 15). Они находятся на расстоянии 10 млрд св. лет от Земли.

Если в будущем земляне захотят обмениваться информацией с другими мирами, то наш космический адрес можно записать так: планета Земля, Солнечная система, Галактика, Вселенная (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Наш космический адрес

Для любознательных

Во Вселенной зарегистрировано около 10 млрд галактик. Если в каждой галактике насчитывается в среднем 1011 звезд, то общее количество звезд во Вселенной достигает фантастической цифры 1021. Это астрономическое число с 21 нулем представить себе трудно, поэтому можно посоветовать следующее сравнение. Если разделить все звезды во Вселенной на количество людей на Земле, то каждый из нас был бы обладателем одной галактики, то есть примерно 200 млрд звезд.

Основные разделы астрономии

Современная астрономия - чрезвычайно разветвленная наука, развитие которой напрямую связано с научно-техническим прогрессом человечества. Астрономия делится на отдельные направления, в которых используются присущие только им методы и средства исследования.

Космология - раздел астрономии, изучающий строение и эволюцию Вселенной как единого целого. Возможно, в будущем космология объединит все естественные науки: физику, математику, химию, биологию, философию - для того чтобы дать ответ на основные проблемы нашего бытия (см. § 15, 16, 17):

Как возник мир, в котором мы живем, и почему он является таким, каким мы его сейчас наблюдаем?
Как возникла жизнь на Земле и существует ли жизнь во Вселенной?
Что ожидает нашу Вселенную в будущем?

Для любознательных

Иногда астрономию отождествляют с астрологией, так как их названия похожи. На самом деле между астрономией и астрологией есть существенное отличие: астрономия - это наука, которая изучает происхождение и эволюцию космических тел, а астрология не имеет ничего общего с наукой, поскольку предполагает, что с помощью звезд можно предсказать будущее. Астрологи рисуют различные схемы расположения звезд и планет, составляют гороскопы (с греч.- заглянуть в будущее), при помощи которых предсказывают судьбу человека.

Выводы

Астрономия - это наука, изучающая различные космические тела и их системы, а также процессы, происходящие при взаимодействии этих тел между собой. В течение последнего тысячелетия представления людей о Вселенной существенно изменились - от геоцентрической системы мира Птолемея с хрустальными сферами вокруг Земли к современной величественной картине безграничного космоса. Астрономия тесно связана с другими естественными науками - физикой, химией, математикой, биологией, философией, потому что на Земле и в космосе действуют одни и те же законы природы. В нашей Вселенной нет ничего вечного - образуются и взрываются звезды и планеты, рождаются и гибнут цивилизации... Вечным остается только один вопрос: «Почему существует Вселенная и почему в этом странном мире живем мы?»

Тесты

Какое тело находится в центре геоцентрической системы мира?
Какую планету открыл Коперник?
Что измеряется световыми годами?
Как переводится с греческого языка слово планета?
Какую структуру имеет наша Галактика?
Какая разница между геоцентрической и гелиоцентрической системами мира?
В какой последовательности относительно Солнца расположены планеты Солнечной системы?
Могут ли существовать тела за пределами орбиты Нептуна?
Что измеряется астрономическими единицами?
Рассчитайте величину (до третьего знака) 1 св. года в километрах.
Вычислите, за какое время свет долетает от Солнца до Земли; Нептуна; границ Солнечной системы. Скорость света считайте равной 300000 км/с.

Диспуты на предложенные темы

Что такое астрология? По вашему мнению, можно ли считать астрологию наукой?

Задания для наблюдений

Самостоятельно найдите на небе яркие звезды, которые обозначены на карте звездного неба. Зарисуйте яркие звезды, расположенные у вас над головой. Сравните ваши рисунки с картой звездного неба. К каким созвездиям относятся эти звезды?
Найдите среди ярких звезд такую, которая не обозначена на звездной карте. Это может быть какая-то планета или, возможно, вы открыли новую звезду!

Ключевые понятия и термины:

Астрономическая единица, астрофизика, Галактика, гелиоцентрическая система мира, геоцентрическая система мира, звезда, небесная механика, планета, световой год.

«Основные понятия астрономии»

1. Предмет астрономии

Астрономия – наука, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Накопленные ею знания применяются для практических нужд человечества.

Астрономия является одной из древнейших наук, она возникла на основе практических потребностей человека и развивалась вместе с ними. Элементарные астрономические сведения были известны уже тысячи лет назад в Вавилоне, Египте, Китае и применялись народами этих стран для измерения времени и ориентировки по сторонам горизонта.

И в наше время астрономия используется для определения точного времени и географических координат (в навигации, авиации, космонавтике, геодезии, картографии). Астрономия помогает исследованию и освоению космического пространства, развитию космонавтики и изучению нашей планеты из космоса. Но этим далеко не исчерпываются решаемые ею задачи.

Наша Земля является частью Вселенной. Луна и Солнце вызывают на ней приливы и отливы. Солнечное излучение и его изменения влияют на процессы в земной атмосфере и на жизнедеятельность организмов. Механизмы влияния различных космических тел на Землю также изучает астрономия.

Современная астрономия тесно связана с математикой и физикой, с биологией и химией, с географией, геологией и с космонавтикой. Используя достижения других наук, она в свою очередь обогащает их, стимулирует их развитие, выдвигая перед ними все новые задачи. Астрономия изучает в космосе вещество в таких состояниях и масштабах, какие неосуществимы в лабораториях, и этим расширяет физическую картину мира, наши представления о материи. Все это важно для развития диалектико-материалистического представления о природе.

Научившись предвычислять наступление затмений Солнца и Луны, появление комет, астрономия положила начало борьбе с религиозными предрассудками. Показывая возможность естественнонаучного объяснения возникновения и изменения Земли и других небесных тел, астрономия способствует развитию марксистской философии.

Курс астрономии завершает физико-математическое и естественнонаучное образование, получаемое вами в школе.

Изучая астрономию, необходимо обращать внимание на то, какие сведения являются достоверными фактами, а какие – научными предположениями, которые со временем могут измениться. Важно, что предела человеческому познанию нет. Вот один из примеров того, как это показывает жизнь.

В прошлом веке один философ-идеалист решился утверждать, что возможности человеческого познания ограничены. Он говорил, что, хотя люди и измерили расстояния до некоторых светил, химический состав звезд они никогда не смогут определить. Однако вскоре был открыт спектральный анализ, и астрономы не только установили химический состав атмосфер звезд, но и определили их температуру. Несостоятельными оказались и многие другие попытки указать границы человеческого познания. Так, ученые сначала теоретически оценили температуру на Луне, затем измерили ее с Земли при помощи термоэлемента и радиометодов, потом эти данные получили подтверждение от приборов автоматических станций, изготовленных и посланных людьми на Луну.

2. Астрономические наблюдения и телескопы

Особенности астрономических наблюдений

В основе астрономии лежат наблюдения, производимые с Земли и лишь с 60-х годов нашего века, выполняемые из космоса – с автоматических и других космических станций и даже с Луны. Аппараты сделали возможным получение проб лунного грунта, доставку разных приборов и даже высадку людей на Луну. Но так пока можно исследовать только ближайшие к Земле небесные светила. Играя такую же роль, как опыты в физике и химии, наблюдения в астрономии имеют ряд особенностей.

Первая особенность состоит в том, что астрономические наблюдения в большинстве случаев пассивны по отношению к изучаемым объектам. Мы не можем активно влиять на небесные тела, ставить опыты (за исключением редких случаев), как это делают в физике, биологии, химии. Лишь использование космических аппаратов дало в этом отношении некоторые возможности.

Кроме того, многие небесные явления протекают столь медленно, что наблюдения их требуют громадных сроков; так, например, изменение наклона земной оси к плоскости ее орбиты становится заметным лишь по истечении сотен лет. Поэтому для нас не потеряли своего значения некоторые наблюдения, производившиеся в Вавилоне и в Китае тысячи лет назад они и были, по современным понятиям, очень неточными.

Вторая особенность астрономических наблюдений состоит в следующем. Мы наблюдаем положение небесных тел и их движение с Земли, которая сама находится в движении. Поэтому вид неба для земного наблюдателя зависит не только от того, в каком месте Земли он находится, но и от того, в какое время суток и года он наблюдает. Например, когда у нас зимний день, в Южной Америке летняя ночь, и наоборот. Есть звезды, видимые лишь летом или зимой.

Третья особенность астрономических наблюдений связана с тем, что все светила находятся от нас очень далеко, так далеко, что ни на глаз, ни в телескоп нельзя решить, какое из них ближе, какое дальше. Все они кажутся нам одинаково далекими. Поэтому при наблюдениях обычно выполняют угловые измерения и уже по ним часто делают выводы о линейных расстояниях и размерах тел.

Расстояние между объектами на небе (например, звездами) измеряют углом, образованным лучами, идущими к объектам из точки наблюдения. Такое расстояние называется угловым и выражается в градусах и его долях. При этом считается, что две звезды находятся недалеко друг от друга на небе, если близки друг другу направления, по которым мы их видим (рис. 1, звезды А и В). Возможно, что третья звезда С, на небе более далекая от Л, в пространстве к А ближе, чем звезда В.

Измерения высоты, углового расстояния объекта от горизонта, выполняют специальными угломерными оптическими инструментами, например теодолитом. Теодолит – это инструмент, основной частью которого служит зрительная труба, вращающаяся около вертикальной и горизонтальной осей (рис. 2). С осями скреплены круги, разделенные на градусы и минуты дуги. По этим кругам отсчитывают направление зрительной трубы. На кораблях и на самолетах угловые измерения выполняют прибором, называемым секстантом (секстаном).

Видимые размеры небесных объектов также можно выразить в угловых единицах. Диаметры Солнца и Луны в угловой мере примерно одинаковы – около 0,5°, а в линейных единицах Солнце больше Луны по диаметру примерно в 400 раз, но оно во столько же раз от Земли дальше. Поэтому их угловые диаметры для нас почти равны.

Ваши наблюдения

Для лучшего усвоения астрономии вы должны как можно раньше приступить к наблюдениям небесных явлений и светил. Указания к наблюдениям невооруженным глазом даны в приложении VI. Нахождение созвездий, ориентировку на местности по Полярной звезде, знакомую вам из курса физической географии, и наблюдение суточного вращения неба удобно выполнять с помощью подвижной карты звездного неба, приложенной к учебнику. Для приближенной оценки угловых расстояний на небе полезно знать, что угловое расстояние между двумя звездами «ковша» Большой Медведицы равно примерно 5°.

Прежде всего, надо ознакомиться с видом звездного неба, найти на нем планеты и убедиться в их перемещении относительно звезд или Солнца в течение 1–2 месяцев. (Об условиях видимости планет и некоторых небесных явлениях говорится в школьном астрономическом календаре на данный год.) Наряду с этим надо ознакомиться в телескоп с рельефом Луны, с солнечными пятнами, а затем уже и с другими светилами и явлениями, о которых сказано в приложении VI. Для этого ниже дается представление о телескопе.

Телескопы

Основным астрономическим прибором является телескоп. Телескоп с объективом из вогнутого зеркала называется рефлектором, а телескоп с объективом из линз – рефрактором.

Назначение телескопа – собрать больше света от небесных источников и увеличить угол зрения, под которым виден небесный объект.

Количество света, которое попадает в телескоп от наблюдаемого объекта, пропорционально площади объектива. Чем больше размер объектива телескопа, тем более слабые светящиеся объекты в него можно увидеть.

Масштаб изображения, даваемого объективом телескопа, пропорционален фокусному расстоянию объектива, т.е. расстоянию от объектива, собирающего свет, до той плоскости, где получается изображение светила. Изображение небесного объекта можно фотографировать или рассматривать через окуляр (рис. 7).

Телескоп увеличивает видимые угловые размеры Солнца, Луны, планет и деталей на них, а также – угловые расстояния между звездами, но звезды даже в очень сильный телескоп из-за огромной удаленности видны лишь как светящиеся точки.

В рефракторе лучи, пройдя через объектив, преломляются, образуя изображение объекта в фокальной плоскости (рис. 7, а). В рефлекторе лучи от вогнутого зеркала отражаются и потом также собираются в фокальной плоскости (рис. 7, б). При изготовлении объектива телескопа стремятся свести к минимуму все искажения, которыми неизбежно обладает изображение объектов. Простая линза сильно искажает и окрашивает края изображения. Для уменьшения этих недостатков объектив изготовляют из нескольких линз с разной кривизной поверхностей и из разных сортов стекла. Поверхности вогнутого стеклянного зеркала, которая серебрится или алюминируется, придают для уменьшения искажений не сферическую форму, а несколько иную (параболическую).

Советский оптик Д.Д. Максутов разработал систему телескопа, называемую менисковой. Она соединяет в себе достоинства рефрактора и рефлектора. По этой системе устроена одна из моделей школьного телескопа. Тонкое выпукло-вогнутое стекло – мениск – исправляет искажения, даваемые большим сферическим зеркалом. Лучи, отразившиеся от зеркала, отражаются затем от посеребренной площадки на внутренней поверхности мениска и идут в окуляр, являющийся усовершенствованной лупой. Существуют и другие телескопические системы.

В телескопе получается перевернутое изображение, но это не имеет никакого значения при наблюдении космических объектов.

При наблюдениях в телескоп редко используются увеличения свыше 500 раз. Причина этого – воздушные течения, вызывающие искажения изображения, которые тем заметнее, чем больше увеличение телескопа.

Самый большой рефрактор имеет объектив диаметром около 1 м. Наибольший в мире рефлектор с диаметром вогнутого зеркала 6 м изготовлен в СССР и установлен в горах Кавказа. Он позволяет фотографировать звезды в 10 раз более слабые, чем видимые невооруженным глазом.

3. Созвездие. Видимое движение звезд

Созвездия

Знакомиться со звездным небом надо в безоблачную ночь, когда свет Луны не мешает наблюдать слабые звезды. Прекрасна картина ночного неба с рассыпанными по нему мерцающими звездами. Число их кажется бесконечным. Но так только, кажется, пока вы не приглядитесь и не научитесь находить на небе знакомые группы звезд, неизменных по своему взаимному расположению. Эти группы, названные созвездиями, люди выделили тысячи лет назад. Под созвездием понимают всю область неба в пределах некоторых установленных границ. Все небо разделено на 88 созвездий, которые можно находить по характерному для них расположению звезд.

Многие созвездия сохраняют свое название с глубокой древности. Некоторые названия связаны с греческой мифологией, например Андромеда, Персей, Пегас, некоторые – с предметами, которые напоминают фигуры, образуемые яркими звездами созвездий (Стрела, Треугольник, Весы и др.). Есть созвездия, названные именами животных (например, Лев, Рак, Скорпион).

Созвездия на небосводе находят, мысленно соединяя их ярчайшие звезды прямыми линиями в некоторую фигуру, как показано на звездных картах. В каждом созвездии яркие звезды издавна обозначали греческими буквами, чаще всего самую яркую звезду созвездия – буквой α, затем буквами β, γи т.д. в порядке алфавита по мере убывания яркости; например, Полярная звезда есть, а созвездия Малой Медведицы

Невооруженным глазом в безлунную ночь можно видеть над горизонтом около 3000 звезд. В настоящее время астрономы определили точное местоположение нескольких миллионов звезд, измерили приходящие от них потоки энергии и составили списки-каталоги этих звезд.

Яркость и цвет звезд

Днем небо кажется голубым оттого, что неоднородности воздушной среды сильнее всего рассеивают голубые лучи солнечного света.

Вне пределов земной атмосферы небо всегда черное, и на нем можно наблюдать звезды и Солнце одновременно.

Звезды имеют разную яркость и цвет: белый, желтый, красноватый. Чем краснее звезда, тем она холоднее. Наше Солнце относится к желтым звездам. Ярким звездам древние арабы дали собственные имена.

Белые звезды: Бега в созвездии Лиры, Альтаир в созвездии Орла (видны летом и осенью). Сириус – ярчайшая звезда неба (видна зимой); красные звезды: Бетельгейзе в созвездии Ориона и Альдебаран в созвездии Тельца (видны зимой), Антарес в созвездии Скорпиона (виден летом); желтая Капелла в созвездии Возничего (видна зимой).

Самые яркие звезды еще в древности назвали звездами 1-й величины, а самые слабые, видимые на пределе зрения для невооруженного глаза, – звездами 6-й величины. Эта старинная терминология сохранилась и в настоящее время. К истинным размерам звезд термин «звездная величина» отношения не имеет, она характеризует световой поток, приходящий на Землю от звезды. Принято, что при разности в одну звездную величину яркость звезд отличается примерно в 2,5 раза. Разность в 5 звездных величин соответствует различию в яркости ровно в 100 раз. Так, звезды 1-й величины в 100 раз ярче звезд 6-й величины.

Современные методы наблюдений дают возможность обнаружить звезды примерно до 25-й звездной величины. Измерения показали, что звезды могут иметь дробные или отрицательные звездные величины, например: для Альдебарана звездная величина m = 1,06, для Веги m = 0,14, для Сириуса m = – 1,58, для Солнца m = – 26,80.

Видимое суточное движение звезд. Небесная сфера

Из-за осевого вращения Земли звезды нам кажутся перемещающимися по небу. При внимательном наблюдении можно заметить» что Полярная звезда почти не меняет положения относительно горизонта.

Все же другие звезды описывают в течение суток полные круги с центром вблизи Полярной. В этом можно легко убедиться, проделав следующий опыт. Фотоаппарат, установленный на «бесконечность», направим на Полярную звезду и надежно укрепим в этом положении. Откроем затвор при полностью открытом объективе на полчаса или час. Проявив сфотографированный таким образом снимок, увидим на нем концентрические дуги – следы путей звезд. Общий центр этих дуг – точка, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Полярная звезда к нему очень близка. Диаметрально противоположная ему точка называется южным полюсом мира. В северном полушарии он находится под горизонтом.

Явления суточного движения звезд удобно изучать, воспользовавшись математическим построением – небесной сферой, т.е. воображаемой сферой произвольного радиуса, центр которой находится в точке наблюдения. На поверхность этой сферы проецируют видимые положения всех светил, а для удобства измерений строят ряд точек и линий. Так, отвесная линия ZCZ΄ проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита Z. Диаметрально противоположная точка Z΄ называется надиром. Плоскость ( NESW ), перпендикулярная отвесной линии ZZ΄ является плоскостью горизонта – эта плоскость касается поверхности земного шара в точке, где расположен наблюдатель. Она делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую, все точки которой находятся над горизонтом, и невидимую, точки которой лежат под горизонтом.

Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюса мира (Р и Р") и проходящую через наблюдателя (С), называют осью мира. Ось мира для любого наблюдателя всегда будет параллельна оси вращения Земли. На горизонте под северным полюсом мира лежит точка севера N, диаметрально противоположная ей точка S– точка юга. Линия NS называется полуденной линией, так как по ней на горизонтальной плоскости в полдень падает тень от вертикально поставленного стержня. (Как на местности провести полуденную линию и как по ней и по Полярной звезде ориентироваться по сторонам горизонта, вы изучали в V классе в курсе физической географии.) Точки востока Е запада W лежат на линии горизонта. Они отстоят от точек севера N и юга S на 90°. Через точку N , полюсы мира, зенит Z и точку S проходит плоскость небесного меридиана, совпадающая для наблюдателя С с плоскостью его географического меридиана. Наконец, плоскость ( AWQE ), проходящая через наблюдателя (точку С) перпендикулярно оси мира, образует плоскость небесного экватора, параллельную плоскости земного экватора. Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: северное с вершиной в северном полюсе мира и южное с вершиной в южном полюсе мира.

Суточное движение светил на различных широтах

Теперь мы знаем, что с изменением географической широты места наблюдения меняется ориентация оси вращения небесной сферы относительно горизонта. Рассмотрим, какими будут видимые движения небесных светил в районе Северного полюса, на экваторе и на средних широтах Земли.

На полюсе Земли полюс мира находится в зените, и звезды движутся по кругам, параллельным горизонту. Здесь звезды не заходят и не восходят, их высота над горизонтом неизменная.

На средних широтах существуют как восходящие и заходящие звезды, так и те, которые никогда не опускаются под горизонт (рис. 13, б). Например, околополярные созвездия на географических широтах СССР никогда не заходят. Созвездия, расположенные дальше от северного полюса мира, посуточные пути светил отказываются ненадолго над горизонтом. А созвездия, лежащие еще дальше к югу, являются не восходящим.

Но чем дальше продвигается наблюдатель к югу, тем больше южных созвездий он может видеть. На земном экваторе за сутки можно было бы увидеть созвездия всего звездного неба, если бы не мешало Солнце днем. Для наблюдателя на экваторе все звезды восходят и заходят перпендикулярно плоскости горизонта. Каждая звезда здесь проводит над горизонтом ровно половину своего пути. Для наблюдателя на экваторе Земли северный полюс мира совпадает с точкой севера, а южный полюс мира – с точкой юга. Ось мира для него расположена в плоскости горизонта.

Кульминации

Полюс мира при кажущемся вращении неба, отражающем вращение Земли вокруг оси, занимает неизменное положение над горизонтом на данной широте. Звезды за сутки описывают над горизонтом вокруг оси мира круги, параллельные экватору. При этом каждое светило за сутки дважды пересекает небесный меридиан.

Явления прохождения светил через небесный меридиан называются кульминациями. В верхней кульминации высота светила максимальна, в нижней кульминации – минимальна. Промежуток времени между кульминациями равен полсуткам.

У не заходящего на данной широте светила М видны (над горизонтом) обе кульминации, у звезд, которые восходят и заходят, М1 и М2 нижняя кульминация происходит под горизонтом, ниже точки севера. У светила М3, находящегося далеко к югу от небесного экватора, обе кульминации могут быть невидимы. Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а момент нижней кульминации – истинной полночью. В истинный полдень тень от вертикального стержня падает вдоль полуденной линии.

4. Эклиптика и «блуждающие» светила-планеты

В данной местности каждая звезда кульминирует всегда на одной и той же высоте над горизонтом, потому что ее угловое расстояние от полюса мира и от небесного экватора не меняется. Солнце же и Луна меняют высоту, на которой они кульминируют.

Если по точным часам замечать промежутки времени между верхними кульминациями звезд и Солнца, то можно убедиться, что промежутки между кульминациями звезд на четыре минуты короче, чем промежутки между кульминациями Солнца. Значит, за время одного оборота небесной сферы Солнце успевает сдвинуться относительно звезд к востоку – в сторону, противоположную суточному вращению неба. Этот сдвиг составляет около 1°, так как небесная сфера делает полный оборот – 360° за 24 ч. За 1 ч, равный 60 мин, она поворачивается на 15°, а за 4 мин – на 1°. За год Солнце описывает большой круг на фоне звездного неба.

Кульминации Луны запаздывают ежесуточно уже не на 4 мин, а на 50 мин, так как Луна делает один оборот навстречу вращению неба за месяц.

Планеты перемещаются медленнее и более сложным образом. Они движутся на фоне звездного неба то в одну, то в другую сторону, иногда медленно выписывая петли. Это обусловлено сочетанием их истинного движения с движениями Земли. На звездном небе планеты (в переводе с древнегреческого «блуждающие») не занимают постоянного места, так же как Луна и Солнце. Если составить карту звездного неба, то указать на ней положение Солнца, Луны и планет можно лишь для определенного момента.

Видимое годовое движение Солнца происходит по большому кругу небесной сферы, называемому эклиптикой.

Перемещаясь по эклиптике, Солнце дважды пересекает небесный экватор в так называемых равноденственных точках. Это бывает около 21 марта и около 23 сентября, в дни равноденствий. В эти дни Солнце находится на небесном экваторе, а он всегда делится плоскостью горизонта пополам. Поэтому пути

Солнца над и под горизонтом равны, следовательно, равны продолжительности дня и ночи.

22 июня Солнце дальше всего от небесного экватора в сторону северного полюса мира. В полдень для северного полушария Земли оно выше всего над горизонтом, день самый длинный – это день летнего солнцестояния, 22 декабря, в день зимнего солнцестояния, Солнце отходит дальше всего к югу от экватора, в полдень оно стоит низко, и день самый короткий.

Обожествление Солнца в древности породило мифы, в иносказательной форме описывающие периодически повторяющиеся события «рождения», «воскресения» «бога-Солнца» в течение года: умирание природы зимой, ее возрождение весной и т.п. Христианские праздники носят в себе следы культа Солнца.

Движение Солнца по эклиптике является отображением обращения Земли вокруг Солнца. Эклиптика пролегает через 12 созвездий, называемых зодиакальными (от греческого слова зоон – животное), а их совокупность называется поясом зодиака. В него входят следующие созвездия: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Каждое зодиакальное созвездие Солнце проходит около месяца. Точка весеннего равноденствия (одно и двух пересечений эклиптики с небесным экватором) находится в созвездии Рыб. В созвездиях Дева, Лев, Близнецы, Телец, Скорпион, Стрелец много ярких звезд.

Большой круг эклиптики пересекает большой круг небесного экватора под углом 23°27". В день летнего солнцестояния, 22 июня, Солнце поднимается в полдень над горизонтом выше точки, в которой небесный экватор пересекает меридиан на эту величину. На столько же Солнце бывает ниже экватора в день зимнего солнцестояния, 22 декабря. Таким образом, высота Солнца в верхней кульминации меняется в течение года на 46°54". Понятно, что в полночь в верхней кульминации бывает зодиакальное созвездие, противоположное тому, в котором находится Солнце. Например, в марте Солнце проходит по созвездию Рыбы, а в полночь кульминирует созвездие Девы. На рисунке 18 показаны суточные пути Солнца над горизонтом в дни равноденствий и солнцестояний для средних широт (вверху) и экватора Земли (внизу).

5. Звездные карты, небесные координаты и время

Карты и координаты

Чтобы сделать звездную карту, изображающую созвездия на плоскости, надо знать координаты звезд. Координаты звезд относительно горизонта, например, высота, хотя и наглядны, но непригодны для составления карт, так как все время меняются. Надо использовать такую систему координат, которая вращалась бы вместе со звездным небом. Она называется экваториальной системой. В ней одной координатой является угловое расстояние светила от небесного экватора, называемое склонением . Оно меняется в пределах ±90° и считается положительным к северу от экватора и отрицательным – к югу. Склонение аналогично географической широте.

Вторая координата аналогична географической долготе и называется прямым восхождением α.

Прямое восхождение светила М измеряется углом между плоскостями большого круга, проведенного через полюсы мира и данное светило М, и большого круга, проходящего через полюсы мира и точку весеннего равноденствия. Этот угол отсчитывают от точки весеннего равноденствия ϒ против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Он изменяется от 0 до 360° и называется прямым восхождением потому, что звезды, расположенные на небесном экваторе, восходят в порядке возрастания их прямого восхождения. В этом же порядке они кульминируют друг за другом. Поэтому, а выражают обычно не в угловой мере, а во временной, и исходят из того, что небо за 1 ч поворачивается на 15°, а за 4 мин – на 1°. Поэтому прямое восхождение 90° иначе будет 6 ч, а 7 ч 18 мин = 109°30΄. В единицах времени по краям звездной карты надписывают прямые восхождения.

Существуют также и звездные глобусы, где звезды изображены на сферической поверхности глобуса.

На одной карте можно изобразить без искажений только часть звездного неба. Начинающим пользоваться такой картой трудно, потому что они не знают, какие созвездия видны в данное время и как они расположены относительно горизонта. Удобнее подвижная карта звездного неба. Идея ее устройства проста. На карту наложен круг с вырезом, изображающим линию горизонта. Вырез горизонта эксцентричен, и при вращении накладного круга в вырезе будут видны созвездия, находящиеся над горизонтом в разное время. Как пользоваться такой картой, сказано в приложении VII.

Высота светил в кульминации

Найдем зависимость между высотой h светила М в верхней кульминации, его склонением и широтой местности.

Отвесная линия ZZ΄ ось мира РР" и проекции небесного экватора EQ и линии горизонта NS (полуденная линия) на плоскость небесного меридиана ( PZSP " N ) Угол между полуденной линией NS и осью мира РР" равен, как мы знаем, широте местности. Очевидно, наклон плоскости небесного экватора к горизонту, измеряемый углом , равен 90° – (рис. 20). Звезда М со склонением б, кульминирующая к югу от зенита, имеет в верхней кульминации высоту

h = 90° – + .

Из этой формулы видно, что географическую широту можно определить, измеряя высоту любой звезды с известным склонением 6 в верхней кульминации. При этом следует учитывать, что если звезда в момент кульминации находится к югу от экватора, то ее склонение отрицательно.

Точное время

Для измерения коротких промежутков времени в астрономии основной единицей является средняя длительность солнечных суток, т.е. средний промежуток времени между двумя верхними (или нижними) кульминациями центра Солнца. Среднее значение приходится использовать, потому что в течение года длительность солнечных суток слегка колеблется. Это связано с тем, что Земля обращается вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсу и скорость ее движения при этом немного меняется. Это и вызывает небольшие неравномерности в видимом движении Солнца по эклиптике в течение года.

Момент верхней кульминации центра Солнца, как мы уже говорили, называется истинным полднем. Но для проверки часов, для определения точного времени нет надобности отмечать по ним именно момент кульминации Солнца. Удобнее и точнее отмечать моменты кульминации звезд, так как разность моментов кульминации любой звезды и Солнца точно известна для любого времени. Поэтому для определения точного времени с помощью специальных оптических приборов отмечают моменты кульминаций звезд и проверяют по ним правильность хода часов, «хранящих» время. Определяемое таким образом время было бы абсолютно точным, если бы наблюдаемое вращение небосвода происходило со строго постоянной угловой скоростью. Однако оказалось, что скорость вращения Земли вокруг оси, а следовательно и видимое вращение небесной сферы, испытывает со временем очень небольшие изменения. Поэтому для «хранения» точного времени сейчас используются специальные атомные часы, ход которых контролируется колебательными процессами в атомах, происходящими на неизменной частоте. Часы отдельных обсерваторий сверяются по сигналам атомного времени. Сравнение времени, определяемого по атомным часам и по видимому движению звезд, позволяет исследовать неравномерности вращения Земли.

Определение точного времени, его хранение и передача по радио всему населению составляют задачу службы точного времени, которая существует во многих странах.

Сигналы точного времени по радио принимают штурманы морского и воздушного флота, многие научные и производственные организации, нуждающиеся в знании точного времени. Знать точное время нужно, в частности, и для определения географических долгот разных пунктов земной поверхности.

Счет времени. Определение географической долготы. Календарь

Из курса физической географии СССР вам известны понятия местного, поясного и декретного счета времени, а также что разность географических долгот двух пунктов определяют по разности местного времени этих пунктов. Эта задача решается астрономическими методами, использующими наблюдения звезд. На основании определения точных координат отдельных пунктов производится картографирование земной поверхности.

Для счета больших промежутков времени люди с древних пор использовали продолжительность либо лунного месяца, либо солнечного года, т.е. продолжительность оборота Солнца по эклиптике. Год определяет периодичность сезонных изменений. Солнечный год длится 365 солнечных суток 5 часов 48 минут 46 секунд. Он практически несоизмерим с сутками и с длиной лунного месяца – периодом смены лунных фаз (около 29,5 суток). Это и составляет трудность создания простого и удобного календаря. За многовековую историю человечества создавалось и использовалось много различных систем календарей. Но все их можно разделить на три типа: солнечные, лунные и лунно-солнечные. Южные скотоводческие народы пользовались обычно лунными месяцами. Год, состоящий из 12 лунных месяцев, содержал 355 солнечных суток. Для согласования счета времени по Луне и по Солнцу приходилось устанавливать в году то 12, то 13 месяцев и вставлять в год добавочные дни. Проще и удобнее был солнечный календарь, применявшийся еще в Древнем Египте. В настоящее время в большинстве стран мира принят тоже солнечный календарь, но более совершенного устройства, называемый григорианским, о котором говорится дальше.

При составлении календаря необходимо учитывать, что продолжительность календарного года должна быть как можно ближе к продолжительности оборота Солнца по эклиптике и что календарный год должен содержать целое число солнечных суток, так как неудобно начинать год в разное время суток.

Этим условиям удовлетворял календарь, разработанный александрийским астрономом Созигеном и введенный в 46 г. до н.э. в Риме Юлием Цезарем. Впоследствии, как вам известно, из курса физической географии, он получил название юлианского или старого стиля. В этом календаре годы считаются трижды подряд по 365 суток и называются простыми, следующий за ними год – в 366 суток. Он называется високосным. Високосными годами в юлианском календаре являются те годы, номера которых без остатка делятся на 4.

Средняя продолжительность года по этому календарю составляет 365 суток 6 ч, т.е. она примерно на 11 мин длиннее истинной. В силу этого старый стиль отставал от действительного течения времени примерно на 3 суток за каждые 400 лет.

В григорианском календаре (новом стиле), введенном в СССР в 1918 г. и еще ранее принятом в большинстве стран, годы, оканчивающиеся на два нуля, за исключением 1600, 2000, 2400 и т.п. (т.е. тех, у которых число сотен делится на 4 без остатка), не считаются високосными. Этим и исправляют ошибку в 3 суток, накапливающуюся за 400 лет. Таким образом, средняя продолжительность года в новом стиле оказывается очень близкой к периоду обращения Земли вокруг Солнца.

К XX в. разница между новым стилем и старым (юлианским) достигла 13 суток. Поскольку в нашей стране новый стиль был введен только в 1918 г., то Октябрьская революция, совершенная в 1917 г. 25 октября (по старому стилю), отмечается 7 ноября (по новому стилю).

Разница между старым и новым стилями в 13 суток сохранится и в XXI в., а в XXII в. возрастет до 14 суток.

Новый стиль, конечно, не является совершенно точным, но ошибка в 1 сутки накопится по нему только через 3300 лет.

Этот предмет изучается в курсе средней общеобразовательной школы в старших классах после изучения основных закономерностей математики и физики. При составлении конспектов уроков по астрономии учитель должен четко понимать, что такое астрономия, как предмет изучения, который нужно в доступной форме преподнести учащимся.

Цель этих уроков – формирование понятия о космических явлениях, изучение движения космических тел. Задачи, которые ставит перед собой учитель, являются общеобразовательными, воспитательными и развивающими.

В процессе планирования конспекта урока ставятся цели формирования понятий о законах движения космических тел в центральном поле тяготения (Законы Кеплера), о траекториях движения (орбитах) космических тел и их основных характеристиках, об астрономических единицах измерения межпланетных расстояний. Таким образом, формируется научное мировоззрение в ходе знакомства с историей человеческого познания, и поясняются причины небесных явлений, обусловленных движением космических тел. Учитель развивает умение решать задачи на применение законов движения космических тел. А ученики должны выучить эти законы, которые действуют в центральных полях тяготения Кеплера, а также выяснить связи между формой орбиты и скоростью движения космических тел. В процессе обучения учащийся должен научиться решать задачи на применение полученных знаний.

Википедия(ru.wikipedia.org)

Астрономия - наука о Вселенной, изучающая расположение, движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и образованных ими систем. В частности, астрономия изучает Солнце и другие звёзды, планеты Солнечной системы и их спутники, экзопланеты, астероиды, кометы, метеориты, межпланетное вещество, межзвёздное вещество, пульсары, чёрные дыры, туманности, галактики и их скопления, квазары и многое другое. Астрономия - одна из древнейших наук. Доисторические культуры и древнейшие цивилизации оставили после себя многочисленные астрономические артефакты, свидетельствующие о знании ими закономерностей движения небесных тел. В качестве примеров можно привести додинастические древнеегипетские монументы (англ.)русск. и Стоунхендж. Первые цивилизации вавилонян, греков, китайцев, индийцев и майя уже проводили методические наблюдения ночного небосвода. Но только изобретение телескопа позволило астрономии развиться в современную науку. Исторически астрономия включала в себя астрометрию, навигацию по звёздам, наблюдательную астрономию, создание календарей и даже астрологию. В наши дни профессиональная астрономия часто рассматривается как синоним астрофизики.

При планировании учебного материала по астрономии предполагаются следующие моменты: организационный, проверка домашнего задания (устные ответы учащихся, письменные тесты), актуализация темы занятия (фронтальный опрос, беседа).

При объяснении нового материала учителю необходимо сформулировать понятие о движении космических тел и законах Кеплера. Это может быть лекция. Во время лекции учащиеся делают записи на листах опорного конспекта. Формируются понятия о движении космических тел и законах Кеплера, который установил три закона движения планет относительно Солнца. При записи лекции учащиеся знакомятся со слайдами, которые иллюстрируют слова учителя. После знакомства с закономерностями учитель обязательно отмечает, что Кеплер лишь описал, как движутся планеты, но не объяснил причин движения. Это удалось сделать лишь во второй половине 17 века Исааку Ньютону.

При написании конспектов уроков по астрономии на темы «Звездное небо» и «Небесные координаты и звездные карты» очень уместной является экскурсия в обсерваторию, где можно воочию наблюдать изучаемые объекты. От трудов Аристотеля, Птолемея, Коперника, Джордано Бруно, Тихо Браге, Иоганна Кеплера, Рене Декарта, Галилео Галилея до трудов В.Я.Струве, Э.Хаббла, А.Эйнштейна, О.Ю.Шмидта, Фреда Хойла были открыты и описаны законы и теории, объясняющие законы движения небесных тел. Объяснения их в обсерватории будут более впечатляющими.

При написании конспекта по астрономии молодой учитель может использовать методические разработки, презентации и конспекты, которые найдет на сайтах или в монографиях библиотеки. В настоящее время в помощь учителям астрономии выпущены пособия и конструкторы уроков, которые представляют собой интерактивную среду разработки технологических карт уроков. Такой конструктор разработан таким образом, чтобы максимально сократить время проектирования урока. При этом не отодвигаются на второй план творческие способности и возможности учителя в подготовке к уроку.

Видео конспект урока по астрономии

Музыка для конспекта урока по астрономии

;