Конкурс научных проектов школьников в рамках краевой научно-практической конференции «Эврика» Малой академии наук учащихся Кубани в 2015-2016 учебном году.
Целью работы является - исследование наблюдаемой с Земли освещённой части лунного диска и определение физических и фотометрических характеристик полного лунного затмения 28 сентября 2015 года.
В результате работы была подтверждена гипотезу о том, что путем визуального наблюдения, фотографирования и измерения промежутков времени полного лунного затмения, можно получить с приемлемой погрешностью физические характеристики лунного затмения: размер земной тени и скорость ее движения по диску Луны, размер естественных лунных объектов (морей), и определить фотометрические характеристики – блеск и яркость Луны, выявить их изменение во время затмения.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученный в ходе наблюдения фотоматериал и результаты его обработки могут быть использованы в учебном процессе, в работе астрономических кружков, в исследовательской работе учащихся.
Вложение | Размер |
---|---|
![]() | 80.46 КБ |
Конкурс научных проектов школьников в рамках краевой научно-практической конференции «Эврика» Малой академии наук учащихся Кубани
в 2015-2016 учебном году
Направление: естественно – научное
Секция: физика
Работа на тему:
НАБЛЮДЕНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛНОГО ЛУННОГО ЗАТМЕНИЯ 28 СЕНТЯБРЯ 2015 ГОДА
Работу выполнила
Иващенко Ирина Алексеевна
МБОУ СОШ №3 ст. Старощербиновская, 11класс
Руководитель:
Кириченко Анатолий Яковлевич,
учитель физики МБОУ СОШ №3 ст. Старощербиновская
Россия, Краснодарский край, Щербиновский район, станица Старощербиновская, 2016 год
Содержание | ||
I. | Введение | 3 |
II. | Теоретическая часть. | 5 |
2.1 | Условия наступления лунных затмений. | 5 |
2.1.1 | Почему Луна «кровавая» ? | 7 |
2.1.2 | Блеск Луны во время полного лунного затмения | 8 |
2.1.3 | Особенности полного лунного теневого затмения 28.09.2015 года. | 9 |
III. | Практическая часть. | 11 |
3.1 | Определение размеров земной тени на расстоянии Луны от Земли. | 11 |
3.1.1 | Теоретическое определение размеров земной тени. | 11 |
3.1.2 | Определение размеров земной тени по фотографии лунного затмения 28.09.2015 года. | 12 |
3.2 | Вычисление линейной скорости Луны во время затмения 28.09.2015 года. | 13 |
3.3 | Вычисление размеров объектов лунной поверхности во время затмения. | 14 |
3.4 | Вычисление звездной величины Луны по фотографиям лунного затмения и построение графика зависимости изменения видимой звездной величины Луны от времени. | 14 |
3.5 | Определение видимой звездной величины Луны методом «обратного телескопа». | 16 |
3.6 | Определения яркости Луны по шкале Данжона во время затмения. | 17 |
3.7 | Создание анимации полного лунного затмения 28.09.2015 года. | 18 |
IV. | Заключение | 19 |
V. | Список используемой литературы | 22 |
VI. | Приложение | 23-45 |
ИВАЩЕНКО Ирина Алексеевна
Краснодарский край, Щербиновский район, станица Старощербиновская
муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №3 муниципального образования Щербиновский район станица Старощербиновская, 11 класс
НАБЛЮДЕНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛНОГО ЛУННОГО ЗАТМЕНИЯ 28.09.2015 ГОДА
Научный руководитель: Кириченко Анатолий Яковлевич, учитель физики,
МБОУ СОШ №3 ст. Старощербиновская
Научная статья
Введение
Выбор темы был обусловлен тем, что основой любого научного исследования являются наблюдения и эксперименты. Астрономия - наблюдательная наука потому, что космические объекты, изучаемые астрономами, расположены очень далеко от Земли. Луна, как самый яркий космический объект ночного неба и наиболее доступный для наблюдений, всегда вызывала мой интерес. Среди различных любительских наблюдений Луны, наиболее ценны наблюдения лунных затмений, которые происходят довольно редко и считаются масштабными астрономическими явлениями. Не всегда, из-за погоды, крупным обсерваториям удается пронаблюдать то или иное затмение. И тогда любительские данные приобретают особо важное значение. Во время полных лунных затмений у жителей Земли имеется единственная возможность наблюдать земную тень, в которую погружается Луна полностью и при этом становится красной. Полное лунное затмение я наблюдала впервые.
Проблемой данной исследовательской работы является возможности визуальных наблюдений в исследовании естественного спутника Земли - Луны.
Объектом исследования выбрана наблюдаемая с Земли визуально и в телескоп освещённая часть лунного диска во время лунного затмения 28 сентября 2015 года.
Предметом исследования является редкое физическое явление прохождения Луны через тень, отбрасываемую освещенной Солнцем Землей – лунное затмение.
Гипотезой данного исследования является предположение о том, что путем визуального наблюдения, фотографирования и измерения промежутков времени полного лунного затмения, можно получить с приемлемой погрешностью физические характеристики лунного затмения: размер земной тени и скорость ее движения по диску Луны, размер естественных лунных объектов (морей), и определить фотометрические характеристики: блеск и яркость Луны, выявить их изменение во время затмения.
Целью моей работы является исследование наблюдаемой с Земли освещённой части лунного диска и получение физических и фотометрических характеристик полного лунного затмения 28 сентября 2015 года.
Во время проведения наблюдения лунного затмения и последующей обработки результатов исследовательской работы мною применялись следующие методы:
Достоверность результатов, полученных во время наблюдения лунного затмения, не противоречит и значительно не отличается от наблюдений и расчётов, полученных ранее учеными и любителями астрономии.
Личный вклад автора исследовательской работы состоит в том, что я выявила сущность редкого физического явления, провела наблюдение лунного затмения, сделала фотоснимки и их компьютерную обработку, произвела измерения и вычисления характеристик лунного затмения, создала анимацию и презентацию.
Практическая ценность работы состоит в том, что накопленный материал и полученные результаты можно применять в учебном процессе и во внеурочной деятельности по предметам естественно-научного цикла. Серия фотографий лунного затмения представляет интерес в последующей исследовательской работе школьников для определения других характеристик лунного затмения или другими методами, может использоваться как раздаточный и дидактический материал.
Определенную научную ценность имеют результаты визуального определения яркости Луны по шкале Данжона во время лунного затмения для проведения анализа запылённости верхних слоев атмосферы и определения вклада микропарникового эффекта в общее потепление на Земле.
Теоретическая часть.
1.Условия наступления лунных затмений.
Лунные затмения представляют собой не оптическое, а физическое явление прохождения Луны сквозь земную тень, имеющую форму сходящегося круглого конуса, окруженного расходящейся полутенью.
В зависимости от гелиоцентрического расстояния Земли, длина ее тени может быть различной – от 1359 тыс. км, до 1405 тыс. км, а при среднем расстоянии близка к 1382 тыс. км, то есть всегда больше геоцентрического расстояния Луны. Ось земной тени лежит в плоскости земной орбиты и поэтому тень и полутень проектируются на небо в виде концентрических кругов, центр которых находится в эклиптике, в точке, диаметрально противоположной Солнцу (Приложение №1, 2).
Следовательно, чтобы произошло лунное затмение, Луна должна противостоять Солнцу, т.е. быть в фазе полнолуния. Но на среднем расстоянии Луны от Земли (384 400 км) угловой радиус земной тени r= 42' = 0º,7, на наименьшем расстоянии r = 47' = 0º,8, а при наибольшем – r = 38' = 0º,6. Луна же отходит от эклиптики на угловое расстояние до 5º,2 и, поэтому, далеко не при всех полнолуниях, наступающих в различных точках лунного пути, она попадает в земную тень, а проходит либо ниже (южнее), либо выше (севернее). Если же полнолуния наступают вблизи лунных узлов, то Луна частично или полностью погружается в земную тень – происходят частные и полные теневые лунные затмения.
Перед погружением в земную тень Луна проходит сквозь полутень Земли, но ослабление лунного света при этом настолько ничтожно, что невооруженным глазом не обнаруживается, поэтому полутеневых лунных затмений я рассматривать не буду. В дальнейшем под частными и полными лунными затмениями я буду подразумевать только теневые затмения, при которых Луна погружается в земную тень.
Участок эклиптики, на котором происходят лунные затмения, называется зоной лунных затмений и ее границы определяются внешним касанием Луны с земной тенью (полнолуния 2,5,8,11, Приложение №3). Положение этих границ относительно лунного узла вычисляется по формуле: sinl= tgβ * ctgi в которой наклонение лунного пути к эклиптике i= 5º,2= 5º09', а угловое расстояние между центрами лунного диска и земной тени β= σ = r + rл, где r – радиус земной тени и rл – радиус лунного диска. При средних значениях радиуса земной тени r = 42' и радиуса лунного диска rл = 16' границы зоны частных затмений отстоят от лунного узла на l= 11º, а при крайних значениях – смещаются в ту или иную сторону на 1º.
Полные же лунные затмения, наступающие при угловом расстоянии между центрами Луны и земной тени σ = r – rл, могут происходить не далее, чем в 4º,5 – 5º,5 от лунного узла. Чем ближе к лунному узлу происходит лунное затмение, тем больше его фаза, определяемая долей (d) лунного диаметра (dл), покрытой земной тенью, т.е. фаза затмения Ф = d/dл и аналогично фазе солнечного затмения, вычисляется по формуле Ф = (r + rл – σ)/ 2*rл, в которой угловое расстояние σ между центрами лунного диска и земной тени меняется в ходе затмения.
Смещаясь с запада к востоку, Луна входит в земную тень своим левым краем и им же выходит из тени. При частном затмении его фаза постепенно возрастает от Ф=0 в момент внешнего касания Луной земной тени (1 контакт) до некоторого наибольшего значения Фm<1, зависящего от степени погружения Луны в земную тень, а затем уменьшается и в конце затмения (4 контакт) снова становится равной нулю. Коль скоро Земля шарообразна, то край ее тени, покрывающий Луну, имеет форму окружности, радиус которой превышает радиус лунного диска примерно в 2,7 раза (от 2,6 до 2,8). Из–за этого непокрытая земной тенью часть лунного диска хотя и выглядит серпообразной, но вид такого серпа резко отличается от серповидных лунных фаз, поскольку его концевые точки лежат не на диаметре лунного диска, а на одной из его хорд.
Полному лунному затмению предшествуют частные фазы и в момент окончательного погружения Луны в земную тень (2 контакт, σ = r – rл) наступает полное затмение (Ф=1). Казалось бы, что при полном покрытии Луны земной тенью фаза лунного затмения всегда равна 1,00 и не может ее превышать. Однако это не так, поскольку наибольшая фаза должна характеризировать не только степень покрытия Луны земной тенью, но и глубину погружения Луны в тень Земли, потому что от этого зависит продолжительность полной фазы затмения. Именно поэтому полная фаза вычисляется тоже по приведенной выше формуле и в ходе полного затмения увеличивается до наибольшего значения Фm>1 (середина затмения), а затем убывает и к началу выхода Луны из тени (3 контакт, σ = r – rл) снова становится равной единице. Далее идут частные фазы, постепенно уменьшающиеся до нуля.
Что касается максимальной фазы затмения, то формулу вычисления фазы затмения упростив, получим Ф= ½ * (r/rл + 1). Поскольку минимальное значение r/rл = 2,6 (Луна – в апогее, Земля – в перигелии), а максимальное значение r/rл = 2,8 (Луна – в перигее, Земля – в перигелии), то наибольшая фаза центрального лунного затмения может быть от Фm = 1,80 до Фm = 1,90.
Продолжительность лунных затмений зависит от их условий (Приложение №4). Частное с небольшими фазами длится несколько минут. Полное затмение с наибольшей фазой Фm = 1 (касательное затмение σ = r – rл) длится одно мгновение, а центральное полное затмение может продолжаться почти два часа. Ведь Луна за один час смещается на небе на величину своего диаметра dл = 0º,5, а наибольший диаметр земной тени D= 2,8 dл, и поэтому при центральном затмении Луна может полностью находится в земной тени на протяжении t = (2,8 dл - dл) / dл = 1,8 часа, вместе с частными фазами продолжительность такого затмения составит t = (2,8 dл + dл) / dл = 3,8 часа [1].
2. Почему Луна «кровавая»?
В давние времена красную Луну считали предвестником глобальных катаклизмов и неприятностей, это явление вызывало панику и страх у наших предков. Время развеяло сверхъестественность того, почему Луна бывает красной. Ученые предоставили исчерпывающий, рациональный ответ на этот вопрос (Приложение №5). Все дело в свете, а точнее в солнечном свете, преломленном Землей и физических его свойствах. Солнечный свет состоит из пучка разных цветов имеющих каждый свои свойства и длину волны, так сказать «силу» цвета. Но почему Луна бывает красной, а не зеленой или синей?
Причина в преломлении солнечного света, прошедшего через земную атмосферу атмосферы, то более слабые пучки спектра, такие как коротковолновые (синий), рассеиваются и поэтому же, например, небо мы видим голубым, а длинноволновые (красный) проходят сквозь атмосферу и достигают поверхности Луны, факт чего мы и увидим, наблюдая красную Луну. Это наиболее хорошо заметно во время полного Лунного затмения, когда Луна становится темно красного цвета. При наступлении полного затмения Луна приобретает красноватый или коричневатый оттенок. Цвет затмения зависит от состояния верхних слоев земной атмосферы, поскольку только прошедший сквозь нее свет освещает Луну во время полного затмения.
Таким образом, прозрачность земной атмосферы в той или иной степени может влиять на яркость лунного затмения. Оценку окраски и яркости затмившейся Луны можно давать по шкале А. Данжона 0 - затмение очень тёмное, в середине затмения Луны почти не видно; 1 - затмение тёмно-серое, детали поверхности Луны различаются с трудом; 2 - затмение тёмно-красное или рыжеватое, в середине затмения центр более тёмный; 3 - цвет кирпично-красный, тень окружена серовато-жёлтой каймой; 4 - затмение медно-красное, очень яркое, видны основные детали поверхности Луны, кайма светло-голубая. Цвет и яркость затмившейся Луны связаны с фазой солнечной активности. Около минимума солнечной активности земная тень очень тёмная, но постепенно её яркость увеличивается. Однако замечено, что вулканические извержения на Земле, сопровождаемые выбросами в атмосферу вулканического пепла и газов, сказываются на яркости лунных затмений (они бывают гораздо темнее предсказанных). Как оценить количество пыли в атмосфере? В принципе, её пропускающую способность можно оценить со спутников, но это позволяет за короткое время обследовать лишь узкие полосы вдоль орбиты околоземного аппарата. Кроме того, эти измерения не эффективны из-за постоянного движения воздушных слоев, а данные такого рода начали появляться даже не с запуском первых спутников в 1957 году, а лишь с середины 80-х годов прошлого века. Ричард Кин из Университета Колорадо и его коллеги предложили определять содержание пыли в атмосфере по яркости Луны во время затмений [2]. 3. Блеск Луны во время полного лунного затмения Большой интерес представляет оценка общего блеска Луны в полной фазе затмения. При наблюдениях удобно использовать метод "перевёрнутого телескопа". Он состоит в следующем. Направим бинокль окуляром к Луне и будем смотреть через объектив. Мы увидим яркую точку (или небольшой диск - уменьшенное и ослабленное изображение Луны). При этом ослабление блеска будет весьма значительным и "лунную звёздочку" мы увидим сравнимой по блеску со звёздами. Сравнивая блеск Луны с блеском соседних звёзд, мы сможем вычислить соответствующую величину "ослабленной" Луны. Если знать, насколько ослаблен блеск Луны перевёрнутым биноклем, можно сделать поправку и вычислить истинный блеск Луны. Другой способ вычисления блеска Луны можно применить, используя формулу Погсона, которая связывает блеск светил с их звездными величинами: Понятие "звездная величина" было введено древнегреческим астрономом Гиппархом во II веке до н. э., назвавшим самые яркие из видимых звезд "звездами первой величины", а самые слабые - "звездами шестой величины". В дальнейшем эти понятия были уточнены. Объекты, блеск которых в 2,512 раза превосходит блеск "первой величины", называются объектами "нулевой величины", более ярким присваиваются отрицательные значения звездных величин. Солнце имеет -26,8 звездную величину. Луна в полнолуние имеет -12 звездную величину. Венера вблизи нижнего соединения - до -4,6m. Самая яркая из звезд - Сириус, α Большого Пса, имеет -1,6m. Самые слабые из космических объектов, наблюдаемых в настоящее время, имеют блеск +28m - +29m. Человеческий глаз способен зарегистрировать разницу в блеске двух космических объектов до 0,02 звездной величины. Специальные приборы - электрофотометры способны уловить разницу в блеске менее чем на 0,001m. 4. Особенности полного теневого лунного затмения 28 сентября 2015 года Ночью и ранним утром 28 сентября 2015 года жители западных регионов России при благоприятных погодных условиях наблюдали полное лунное затмение или «Кровавое Полнолуние». Земная тень полностью затмила видимую поверхность Луны, придав нашему спутнику тёмно-красный оттенок. Общая продолжительность полной фазы затмения составила 1 час 12 минут с фазой погружения в земную тень 1,28 лунного диаметра! К тому же, оно совпало с Суперлунием, когда Луна подходит к Земле на ближайшее в году расстояние во время полнолуния. Предстоящее затмение не столь обширно охватывает территорию нашей страны, но наблюдать полную фазу можно будет на Европейской ее части на заходе Луны. От этого затмение не становится менее интересным, т.к. заход или восход затмившейся Луны - ни с чем несравнимое астрономическое явление! Изменение рассветного сумеречного сегмента приводит к удивительным метаморфозам вида затмения, которые не наблюдаются при обычном лунном затмении только на темном фоне неба. Интересно, то эти изменения во всей полноте заметны лишь при визуальных наблюдениях, нежели при фиксации явления на фото или видеокамеру. Поскольку лунные затмения, естественным образом, видны со всей ночной половины Земли, то моменты наступления полутеневой, частной и полной фазы наблюдаются, практически, одновременно из любого пункта наблюдения на ночной стороне нашей планеты. Разницу по времени вносят только часовые пояса, то есть местное поясное время конкретного пункта наблюдения. Чтобы узнать время моментов затмения в Старощербиновской (по московскому времени), нужно ко времени моментов на карте схеме прибавить три часа. Например, полутеневое затмение начнется в 0 часов 11 минут 48 секунд по всемирному времени, но малые фазы полутеневых затмений практически незаметны глазу, и лишь при приближении к началу частных фаз уже становится видимым потемнение левого верхнего края лунного диска. Начало частного лунного затмения в Старощербиновской придется на 4 часа 7 минут 12 секунд (UT1= 1 час 7 минут 12 секунд) при высоте над горизонтом всего 29 градусов. Полное погружение в тень Земли наступит 5 часов 11 минут 11 секунды по московскому времени (UT2= 2 часа 11 минут 11 секунд). Через 1 час 13 минут полное затмение закончится, и Луна начнет выход из земной тени. Это произойдет в 6 часов 21 минуту (UT3= 3 часа 23 минуты), но затмившийся лунный диск к этому времени будет уже под горизонтом, а взошедшее Солнце возвестит о начале нового дня. Оставшиеся фазы затмения смогут наблюдать жители западноевропейских стран, Африки и Америки. Общая продолжительность затмения с частными фазами составит 3 часа 20 минут при максимальной фазе, равной 1,28, а лунный диск пройдет через южную часть земной тени. Соответственно более темным при этом затмении будет верхний (северный) край Луны. Чем западнее будет находиться пункт наблюдения, тем большую часть затмения можно будет пронаблюдать до захода ночного светила (Приложение №7), [3]. |
ИВАЩЕНКО Ирина Алексеевна
Краснодарский край, Щербиновский район, станица Старощербиновская
муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №3 муниципального образования Щербиновский район станица Старощербиновская, 11 класс
НАБЛЮДЕНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛНОГО ЛУННОГО ЗАТМЕНИЯ 28.09.2015 ГОДА
Научный руководитель: Кириченко Анатолий Яковлевич, учитель физики,
МБОУ СОШ №3 ст. Старощербиновская
Практическая часть
Мне удалось полностью выполнить план подготовки наблюдения полного лунного затмения и обработку полученных результатов исследовательской работы. С погодой повезло. Температура воздуха С, небольшой ветерок 2
, давление 748 мм рт. ст., небо чистое и звёздное с лёгкой облачностью у горизонта. Наблюдение проводилось на открытом воздухе у южной стены здания школы. Продолжительность наблюдений с 04:00 до 05:45 по московскому времени. Луна в начале наблюдений находилась в созвездии Рыбы невысоко над горизонтом в западной части неба.
1. Определение размеров земной тени на расстоянии Луны от Земли.
Способ №1
Теоретическое определение размеров земной тени.
Этот способ основан на законах геометрической оптики, где основным принципом является прямолинейное распространение света. Произведя необходимые геометрические построения взаимного расположения Солнца, Земли и Луны и используя знания геометрии и известные размеры небесных тел и расстояний между ними, найдем размер земной тени на расстоянии Луны 28.09.2015 года (Приложение №8,). Задача состоит в том, чтобы найти FG, выраженное в километрах и угловых минутах, используя свойства подобных треугольников. Сначала найдём DO, то есть, на каком расстоянии от Земли находится вершина конуса тени, отбрасываемая Землей. Из подобия треугольников ∆АВО и ∆DСО, составив пропорцию Так как радиус Солнца больше радиуса Земли в 109 раз [4]. Отношение DO = DO = земной тени на расстоянии Луны FG в км, используя известные размеры: DG = 356 877 км – расстояние от Земли до Луны 28.09.2015 г. [6]. CD = 6371 км – средний радиус Земли [7].
FG = земной тени, а её диаметр FE равен: FE = 2*FG = 2* 4733 км = 9466 км Отношение размера земной тени к размеру Луны составляет С Земли из точки D угловой размер (в минутах дуги) земной тени равен: = 0,026524 * |
Способ №2
Определение размеров земной тени по фотографии лунного затмения 28.09.2015 года
Измерения миллиметровой линейкой проводились непосредственно с экрана монитора (Приложение №9)
Фотографирование проводилось цифровой фотокамерой CanonPowerShotA3200 IS в автоматическом режиме без адаптера (с руки) с окулярным увеличением равным 50. Телескоп CelestronCPC 800 с окуляром 40 мм – 1,25" системы Plossl.
Из пропорции : 3474 км - 109 мм
Х км - 1 мм
определим, сколько километров Луны укладывается в 1 мм её фотографии.
Х = = 31,9 км
Используя компьютерную программу Владимира Трунова «Сегмент» определим диаметр окружности по длине хорды и высоте сегмента [8]. Результаты построения и измерений миллиметровой линейкой видны на фотографии. После внесения в программу значений хорды и высоты сегмента, получим диаметр земной тени в мм на фотографии. Диаметр равен 307,0 мм. Выразим диаметр земной тени FE в километрах.
FE = 307,0 * Х = 307,0 * 31,9 км = 9 793 км. Отношение размера земной тени к размеру Луны составляет = 2,82.
Выразим угловой размер (в минутах дуги) земной тени:
FE = 2 * arctg = 2 *
= 2 * arctg
=
= 0,027441 рад= = 0,027441 *
=
= 1,572253° = 1,572253 * 60´ = 94,3´.
Δ = ||*100% = 3,4 % - отличие результата экспериментального от теоретического. Сложность данного способа определения размеров земной тени во время полного лунного затмения заключается в том, что граница тени из-за наличия земной атмосферы сильно размыта и точно определить точку высоты сегмента затруднительно. К тому же высота сегмента h=10 мм, измеренная миллиметровой линейкой, дает только инструментальную погрешность 5% (0,5 мм – пол цены деления миллиметровой линейки – это 5% от 10 мм). Использование более точного измерительного прибора – штангенциркуля не имеет смысла по причине сильно размытой границы земной тени на фотографии.
2. Вычисление линейной скорости Луны во время затмения 28.09.2015 года.
Зная расстояние от Земли до Луны в день затмения, и применив закон всемирного тяготения, вычислим линейную скорость Луны из уравнения её движения:
F= G = m*a=
, где масса Земли М = 5,97 *
кг [9], m – масса Луны, расстояние от Земли до Луны в момент наблюдения L= 356 877 км,
- линейная скорость Луны по орбите, постоянная всемирного тяготения G = 6,67*
, а – центростремительное ускорение Луны.
Сократив обе части уравнения движения Луны на L и m, получим выражение
= G
или для
=
=
= 1,05*
= 1,05
. С такой же скоростью движется тень Земли по диску Луны.
После вычисления скорости движения Луны можно вычислить размеры природных лунных объектов на её поверхности. Скорость тени такая же как и скорость Луны, то есть 1,05
. Сначала по карте Луны (Рис.5) и фотографии полной Луны, сделанной накануне 27.09.2015 года (Рис.6), определили расположение Моря Дождей и Моря Спокойствия как наиболее крупных объектов. Фотографирование начала погружения Моря Дождей в тень Луны и полное его погружение в тень Земли определялись по времени, автоматически сохраняемом в фотокамере (Приложение 10).
По фотографиям (Рис.7 – Рис. 8) видно, что Море Дождей покрылось тенью Луны за t = 21 минуту. Размер Моря Дождей вычислим по формуле = = 1,05
* 21 мин. =
1,05 * 1260 с = 1323 км. Диаметр Моря дождей по справочнику (Приложение 11)
1123 км. Отклонение от табличных данных составило:
Δ = | | * 100 % = |
| * 100 % = 17,8%.
Погрешность достаточно большая и объясняется тем, что время измерялось с точностью до минут и дало ошибку =
* 100 % = 4,8 %. К тому же в справочной литературе указывается диаметр Моря Дождей, хотя на фотографии видно, что объект немного вытянут.
Аналогично вычисляем размер Моря Спокойствия. Время покрытия моря земной тенью t = 13 минут определяем по фотографиям ( Рис.9 – Рис. 10). Размер Моря Спокойствия вычислим по формуле D = = 1,05
* 13 мин. = 1,05
* 780 с =
= 819 км. Диаметр Моря Спокойствия по справочнику (Приложение 11) 873 км.
Отклонение от табличных данных составило:
Δ = | | * 100 % = |
| *100 % = | - 0,062 | *100 % = 6,2 %.
4. Вычисление звездной величины Луны по фотографиям лунного затмения
и построение графика зависимости изменения видимойзвездной величины
Луны от времени.
Видимая звездная величина полной Луны равна Δm =
Полученные восемь вычислений видимой звездной величины Луны по фотографиям, сделанных с интервалом в 10-15 минут, представлены ниже в виде таблицы, а построения и вычисления для каждого случая: (Приложение№ 13 – Приложение№ 20): Из рисунка 4 видно, что площадь Луны, покрытая тенью
Площадь всей тени
Теперь вычислим, во сколько раз (N) уменьшилась площадь освещенной части диска Луны: N = |
По полученным данным составим таблицу изменения звездной величины Луны во время затменния (Приложение №21)
В электронных таблицах построен график зависимости звездной величины Луны отвремени
Получение данной зависимости является одной из основных задач моей исследовательской работы (Приложение №22).
5. Определение видимой звездной величины Луны методом «обратного телескопа».
Значение видимой звездной величины Луны в Таблице 1, соответствующее московскому времени времени 05: 36 было получено не по фотографии, так как на фото , полученных цифровой фотокамерой CanonPowerShotA3200 IS в автоматическом режиме с окулярным увеличением, уже ничего видно не было, а фотографировать «с руки» с выдержкой даже 1-2 секунды через окуляр телескопа и получить резкие фотографии было невозможно. Поэтому, для дальнейшего определения видимой звездной величины Луны был применен метод «обратного телескопа» или метод «обратной трубы» [10]. Суть его заключается в том, что на Луну надо смотреть в телескоп не в окуляр, как обычно, а в объектив [11].
В этом случае мнимое изображение Луны будет не увеличенным, а уменьшенным и блеск Луны будет намного слабее, чем при наблюдении невооруженным глазом. Для этих целей хорошо подходит труба – искатель от школьного телескопа CelestronCPC800с характеристиками 8х50. Первое число в данном обозначении соответствует увеличению, второе указывает апертуру трубы в миллиметрах. Соответственно искатель 8х50 характеризуется восьмикратным увеличением и диаметром объектива, равным 50 мм. Но ни одна из даже самых ярких звезд (Вега, Сириус) в «обратном телескопе» видна не была. В конце апреля 2015 года во время вечерней видимости Юпитера, когда его видимая звездная величина была равна, при наблюдении его в обратном режиме в трубу – гид от телескопа CelestronCPC800, Юпитер был еле виден – то есть наблюдался как звезда шестой звездной величины. Таким образом было установлено, что используемая труба – гид дает ослабление на 8 звездных величин, то есть Δm =
. Утром 28.09.2015 года в 03 : 50 по московскому времени в юго – восточной части неба, левее созвездия Орион ярко светилась Венера. При наблюдении полной супер Луны в «обратный телескоп» она имела яркость как Венера. По Астрономическому календарю на 2015 год определяем, что на дату наблюдения Венера была видна как звезда
звездной величины, что хорошо согласовалось с ранее полученными данными, а именно:m =
– Δm =
+
=
.
Наблюдая Луну в «обратный телескоп», было видно быстрое ослабление её блеска вплоть до еле заметного, то есть до шестой звездной величины в 05 : 36 по московскому времени. Далее начало светать и стали невидимыми слабые звезды, а Луна, которая и так была уже низко над горизонтом, скрылась в облаках. С учетом ослабления «обратной трубы» на 8 звездных величин, последнее видимое значение блеска Луны, после пересчета ослабления, было равно . Общее ослабление блеска Луны во время наблюдения полного лунного затмения 28.09.2015 года составило 10,7
звездных величин.
Используя калькулятор возведения в степень, узнаем во сколько раз блеск супер Луны больше ее блеска при полном лунном затмении (Приложение№23). Результат:
g=18111,6≈ 18112 , где g – ослабление блеска Луны [12].
Таким образом, по результатам наблюдений, фотографирования, измерений и вычислений получили, что ослабление блеска Луны в фазе полного лунного затмения составляет более чем в 18000 раз. Окончательной фотометрической характеристикой наблюдавшегося полного лунного затмения служит график зависимости ослабления блеска Луны g от углового расстояния σ центра лунного диска от центра контура земной тени. Угловое расстояние σ = 1,282 определяется по Астрономическому календарю 2015 года. Полученный результат g = 10,7 вполне согласуется с кривой сравнения средней зависимости g от σ, полученной по визуальным наблюдениям пятнадцати лунных затмений в разные годы на территории СССР (Приложение №24),
[13, с.127].
6. Определения яркости Луны по шкале Данжона во время затмения.
Для визуального определения яркости Луны использовалась шкала Данжона. Визуальное наблюдение в момент максимальной фазы дало результат L = 4 (Приложение №25).
По описанию яркости лунных затмений предпринята попытка создания шкалы Данжона из фотографий, соответствующих всем пяти случаям. Причем, для L=2 и L = 4 как пример для работы по шкале Данжона взяты из источника [14], а остальные предложены автором и расположены в Приложении №26. Мною создана подборка из 24 фотографий полной фазы лунного затмения, сделанных в разных точках земного шара 28.09.2015 года (Приложение №27).
С предлагаемой «фотошкалой» Данжона мною было проведено практическое занятие с 17 учащимися 10 класса за компьютерами в кабинете информатики. Результаты определения яркости лунного затмения по фотографиям приведены в таблице (Приложение №28).
По мнению учащихся, сложность определения яркости по предложенному материалу к шкале Данжона в работе с фотографиями обусловлена тем, что на фотографии невидно ободков вокруг диска «кровавой» Луны, а в описании они есть. В качестве тренировки задание достаточно интересное и полезное.
7. Создание анимации полного лунного затмения 28.09.2015 года.
Из фотографий полного лунного затмения создана анимация лунного затмения 28.09.2015 года (файл Анимация лунного затмения).
ИВАЩЕНКО Ирина Алексеевна
Краснодарский край, Щербиновский район, станица Старощербиновская
муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №3 муниципального образования Щербиновский район станица Старощербиновская, 11 класс
НАБЛЮДЕНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛНОГО ЛУННОГО ЗАТМЕНИЯ 28.09.2015 ГОДА
Научный руководитель: Кириченко Анатолий Яковлевич, учитель физики,
МБОУ СОШ №3 ст. Старощербиновская
Заключение
Мне удалось полностью выполнить план подготовки наблюдения полного лунного затмения и обработку полученных результатов исследовательской работы. С погодой повезло. Температура воздуха С, небольшой ветерок 2
, давление 748 мм рт. ст., небо чистое и звёздное с лёгкой облачностью у горизонта. Наблюдение проводилось на открытом воздухе у южной стены здания школы. Продолжительность наблюдений с 04:00 до 05:45 по московскому времени. Луна в начале наблюдений находилась в созвездии Рыбы невысоко над горизонтом в западной части неба.
Цель работы: исследование наблюдаемой с Земли освещённой части лунного диска и получение физических и фотометрических характеристик полного лунного затмения 28 сентября 2015 года была достигнута путем решения поставленных задач:
Таким образом был получен ответ на вопрос - на сколько звездных величин уменьшился блеск Луны? Получилось на , что достаточно хорошо согласовалось с данными, полученными в ходе визуальных наблюдений по 15 лунным затмениям в СССР.
Практическая ценность работы состоит в том, что накопленный материал и полученные результаты можно применять в учебном процессе и во внеурочной деятельности по предметам естественно-научного цикла. Серия фотографий лунного затмения представляет интерес в последующей исследовательской работе школьников для определения других характеристик лунного затмения или другими методами, может использоваться как раздаточный и дидактический материал.
Я подтвердила гипотезу о том, что путем визуального наблюдения, фотографирования и измерения промежутков времени полного лунного затмения, можно получить с приемлемой погрешностью физические характеристики лунного затмения: размер земной тени и скорость ее движения по диску Луны, размер естественных лунных объектов (морей), и определить фотометрические характеристики – блески яркость Луны, выявить их значение и величину изменения во время затмения.
Я пополнила свои знания и получила практические навыки в наблюдении редкого физического явления – полного лунного затмения. По теме данной работы я выступила перед членами школьного астрономического кружка, провела практическое занятие с учащимися 10-го класса по определению яркости Луны с использованием авторского дидактического материала с хорошими результатами и практической пользой для учащихся.
Изучая теоретический материал, я узнала, что солнечные и Лунные затмения повторяются в определенном порядке через ≈ 18 лет и 11 дней. Этот период называется саросом. Наблюдаемое мной полное лунное затмение повторится через 18 лет, и я постараюсь в октябре 2033 года снова пронаблюдать это затмение и сравнить его с полным лунным затмением 28 сентября 2015 года. Материал этой работы я сохраню.
Список использованной литературы
1. Дагаев М.М. Книга для чтения по астрономии – М.: Просвещение, 1980.
2. Статья Вулканическая активность ответственна за глобальное потепление
/http://leon777.ucoz.com/news/2008-11-17-475
3. Статья Полное теневое лунное затмение 28 сентября 2015 года
/http://www.astronet.ru/db/msg/1343710
4. Левитан Е.П. Астрономия 11 класс – М.: Просвещение, 1994.
5. Козловский А.Н. Астрономический календарь 2015 /http://www.astronet.ru/db/msg/1339407
6. /http://virtual-moon-atlas.ru.uptodown.com/
7. /https://ru.wikipedia.org/wiki/
8. /http://tvlad.ru/offline-tools/segment.html
9. /http://tvlad.ru/offline-tools/segment.html
10. Сахно Г.С. Наблюдения и практические работы по астрономии
в средней школе - М.: Просвещение, 1987.
11. Андрианов Н.К., Марленский А.Д. Астрономические наблюдения в школе – М.: Просвещение, 1987.
12. https://yandex.ru/yandsearch?&clid=2186617&text
13. Шевченко В.В. Луна и ее наблюдение – М.: Наука, 1983.
14. http://biguniverse.ru/posts/polnoe-lunnoe-zatmenie-8-oktyabrya-2014-goda/
Интересные факты о мультфильме "Холодное сердце"
Карандаши в пакете
Золотой циркуль
Городецкая роспись
Ломтик арбуза. Рисуем акварелью