Изучение астрофизических вопросов в школьном курсе физики

Понятие "созвездие" следует формировать вслед за изучением материала об основных линиях и точках небесной сферы, с выполнением практического задания по изготовлению модели созвездия (см. задания к параграфу). Ученики должны понимать, что созвездие – это не " фигура из звезд", а участок небесной сферы со строго определенными границами и объекты созвездия физически никак не св

язаны между собой. Нужно сообщить им правила обозначения звезд греческими и латинскими буквами в каждом из созвездий и собственных именах наиболее ярких звезд.

При формировании понятий эклиптики и зодиака нужно оговорить, что эклиптика является проекцией плоскости земной орбиты на небесную сферу. По причине обращения планет вокруг Солнца почти в одной плоскости их видимое движение на небесной сфере будет осуществляться вдоль и вблизи эклиптики с переменной угловой скоростью и периодическим изменением направления движения.

1. Основные круги, линии и точки небесной сферы

Небесные светила - проекции космических тел на небесную сферу.

Благодаря огромной удаленности от Земли небесные светила кажутся находящимися на одинаковом расстоянии от наблюдателя. Необходимость объяснения видимого движения и определения положения светил привела к возникновению понятия небесной сферы.

Небесной сферой называется воображаемая вспомогательная сфера произвольного радиуса, на которую проецируются Небесной сферой называется воображаемая вспомогательная сфера произвольного радиуса, на которую проецируются все светила так, как их видит наблюдатель в определенный момент времени из определенной точки пространства.

Небесная сфера "каноническое" изображение в плоскости небесного меридиан

Точки пересечения небесной сферы с отвесной линией, проходящей через ее центр, называются: верхняя точка - зенитом (z), нижняя точка - надиром (z¢ ). Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна к отвесной линии, называется математическим, илиистинным горизонтом (рис. 15).

Десятки тысяч лет назад было замечено, что видимое вращение сферы происходит вокруг некоей невидимой оси. На самом деле видимое вращение неба с востока на запад является следствием вращения Земли с запада на восток.

Диаметр небесной сферы, вокруг которого происходит ее вращение, называется осью мира. Ось мира совпадает с осью вращения Земли. Точки пересечения оси мира с небесной сферой называются полюсами мира (рис. 16).

Небесная сфера: геометрически правильное изображение в ортогональной проекции

Угол наклона оси мира к плоскости математического горизонта (высота полюса мира) равен углу географической широты местности.

Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, называется небесным экватором (QQ¢).

Большая окружность, проходящая через полюса мира и зенит, называется небесным меридианом (PNQ¢ Z¢ P¢ SQZ).

Плоскость небесного меридиана пересекается с плоскостью математического горизонта по прямой полуденной линии, которая пересекается с небесной сферой в двух точках: севера (N) и юга (S).

Небесная сфера разбита на 88 созвездий, различающихся по площади, составу, структуре (конфигурации ярких звезд, образующих основной узор созвездия) и другим особенностям.

Созвездие – основная структурная единица разделения звездного неба – участок небесной сферы в строго определенных границах. В состав созвездия включаются все светила - проекции любых космических объектов (Солнца, Луны, планет, звезд, галактик и т.д.), наблюдаемых в данный момент времени на данном участке небесной сферы. Хотя положение отдельных светил на небесной сфере (Солнца, Луны, планет и даже звезд) изменяется со временем, взаимное положение созвездий на небесной сфере остается постоянным.

Северный полюс мира находится в созвездии Малой Медведицы, в 0,51њ от звезды a Малой Медведицы, называемой "Полярная звезда". Южный полюс мира находится в малозаметном созвездии Октанта. Близость Полярной звезды к Северному полюсу мира позволяет ориентироваться и определять широту местности по наблюдениям Полярной звезды.

Положение эклиптики на небесной сфере

Видимое годичное движение Солнца на фоне звезд происходит по большой окружности небесной сферы - эклиптике (рис. 17). Направление этого медленного движения (около 1њ в сутки) противоположно направлению суточного вращения Земли.

Ось вращения земли имеет постоянный угол наклона к плоскости обращения Земли вокруг Солнца, равный 66њ 33¢ . Вследствие этого угол e между плоскостью эклиптики и плоскостью небесного экватора для земного наблюдателя составляет: e = 23њ 26¢ 25,5¢ ¢ .

Точки пересечения эклиптики с небесным экватором называются точками весеннего (^) иосеннего (d) равноденствий. Точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыб (до недавнего времени - в созвездии Овна), дата весеннего равноденствия - 20(21) марта. Точка осеннего равноденствия находится в созвездии Девы (до недавнего времени в созвездии Весов); дата осеннего равноденствия - 22(23) сентября.

Точки, отстоящие на 90њ от точек весеннего равноденствия, называются точками солнцестояний. Летнее солнцестояние приходится на 22 июня, зимнее солнцестояние - на 22 декабря.

Второй этап урока посвящен началу формирования системы понятий о космических и небесных явлениях.

Ученики должны усвоить, что условия видимости светил зависят от положения наблюдателя на поверхности Земли и от времени наблюдения; изложение этого материала должно сопровождаться соответствующими демонстрациями на модели небесной сферы.

Условия видимости Солнца и смена времен года зависят от положения наблюдателя на поверхности Земли и от положения Земли на орбите. Нужно обратить внимание учащихся на небесные явления, порожденные обращением Земли вокруг Солнца: наблюдателю кажется, что Солнце в течение года перемещается по небесной сфере вдоль эклиптики среди зодиакальных созвездий: постоянном изменении полуденной высоты, положение точек восхода и захода Солнца, продолжительность дня и ночи, изменении вида звездного неба в течении года.

Изложение материала должно сопровождаться соответствующими демонстрациями на карте звездного неба, модели небесной сферы и теллурии.

2. Движение небесных светил. Условия наблюдения небесных светил и явлений

Кульминацией светила называется небесное явление прохождения светила через небесный меридиан. Ось мира делит небесный меридиан на 2 части - северную и южную. В северном полушарии в верхней кульминации светило пересекает северную часть небесного меридиана ближе к зениту; в нижней кульминации светило пересекает южную часть небесного меридиана ближе к надиру. Момент верхней кульминации Солнца называется истинным полуднем; момент нижней кульминации Солнца называется истинной полуночью.