Изменение вида звездного неба в течении суток
план-конспект урока по астрономии (11 класс) на тему

А)  Ориентировка на небе CD- "Red Shift 5.1" (видеофрагмент =  Экскурсии - Звездные острова - Ориентировка на небе), хотя можно было этот раздел включить на 2-м уроке.

"Кто знает, как найти в небе Полярную звезду?".  Чтобы найти Полярную звезду, нужно через звезды  Большой Медведицы (первые 2 звезды "ковша") мысленно провести прямую линию и отсчитать по ней 5 расстояний между этими звездами. В этом месте рядом с прямой мы увидим звезду, почти одинаковую по яркости со звездами "ковша" – это и есть Полярная звезда (рис слева).

Обзор звездного неба на 15 сентября, 21 час. Летний (летне-осенний)  треугольник = звезда Вега (a Лиры, 25,3 св. лет), звезда Денеб (a Лебедя, 3230 св. лет),  звезда Альтаир (a Орла, 16,8 св. лет).

Б)

Фото околополярной области неба.

1) Звезда – светлый след, за сутки круг
2) Центр – близок к Полярной звезде

суточное вращение небосвода –  положение звезд относительно друг друга не меняется

Наблюдаемое суточное вращение небесной сферы (с востока на запад) – кажущееся явление, отражающее действительное вращение земного шара вокруг своей оси (с запада на восток). 

// подсказка – суточное вращение по движению Солнца//.

   В действительности звезды движутся в пространстве и расстояние до них различно. Ведь если например оценить на глаз расстояние до деревьев за окном. Какое из них ближе к нам? Насколько? А теперь мысленно будем удалять эти два дерева. До 500 м человек уверенно определяет различия в расстояниях до предметов, а максимум до 2 км. А на больших расстояниях человек неосознанно пользуется другими критериями – сравнивает видимые угловые размеры, опирается на перспективу видимой картины. Следовательно, если деревья находятся в открытой местности, где больше ничего нет, то, начиная с некоторого расстояния, мы перестанем различать, какое дерево ближе (дальше) и тем более не сможем оценить расстояние между ними. Нам будет казаться с определенного момента, что деревья одинаково удалены от нас. А на небе, когда расстояние от Земли до Луны составляет 384 400 км, до Солнца – около 150 млн. км, а до самой близкой звезды, α Центавра, – в 275 400 раз больше, чем до Солнца. Поэтому и на небе нам кажется что все светила находятся на одинаковом расстоянии. Человеческие глаза в лучшем случае могут различать расстояния лишь в пределах 2км.
    Геометрическое место точек, равноудаленных от точки, являющейся центром, называется сферой. Нам кажется, что все небесные светила расположены на внутренней поверхности огромной сферы. Это впечатление усиливается ещё тем, что собственное движение звезд в силу их удаленности незаметно и суточное движение звезд происходит синхронно. Поэтому возникает кажущаяся целостность видимого суточного вращения небесной сферы.
= Что является центром небесной сферы? (Глаз наблюдателя)
= Каков радиус небесной сферы? (Произвольный)
= Чем отличаются небесные сферы двух соседей по парте? (Положением центра).
= Можно ли утверждать, что эти сферы одинаковы? Сравните расстояние до соседа с радиусом небесной сферы.

   Для решения многих практических задач расстояния до небесных тел не играют роли, важно лишь их видимое расположение на небе. Угловые измерения не зависят от радиуса сферы. Поэтому, хотя в природе небесной сферы и не существует, но астрономы для изучения видимого расположение светил и явлений, которые можно наблюдать на небе в течении суток или многих месяцев,  применяют понятие Небесная сфера – воображаемой сферы произвольного радиуса (сколь угодно большого), в центре которой находится глаз наблюдателя. На такую сферу и проецируются звезды, Солнце, Луна, планеты и т.д, отвлекаясь от действительных расстояний до светил и рассматривая лишь угловые расстояние между ними.

  Первое упоминание о “хрустальных сферах” у Платона (427-348, Др. Греция). Первое изготовление небесной сферы встретили у Архимеда (287-212, Др. Греция), описано в работе “Об изготовлении небесной сферы”.

  Самый древний небесный глобус “Глобус Фарнезе” 3 в. до н. э. из мрамора хранится в Неаполе.
  Итак: 

  Что является центром небесной сферы? (Глаз наблюдателя).

  Каков радиус небесной сферы? (Произвольный, но достаточно большой).

  Чем отличаются небесные сферы двух соседей по парте? (Положением центра).

В)   Небесная сфера и горизонтальная система координат

РР1 – Ось мира = ось видимого вращения небесной сферы (параллельна оси вращение Земли).
Р и Р1 – Полюса мира (северный и южный).
ZZ1 отвесная (вертикальная) линия.
Z – зенит, Z1 – надир = точки пересечения отвесной линии с небесной сферой.
Истинный горизонт – плоскость перпендикулярная отвесной линии  ZZ1 и проходящая через центр О (глаз наблюдателя).
Небесный меридиан –  большой круг небесной сферы, проходящий через зенит Z, полюс мира Р, южный полюс мира Р', надир Z'
NS – полуденная линия. N – точка севера, S – точка юга.
Вертикал (круг высоты) – полукруг небесной сферы ZОМ.
Небесный экватор – линия окружности, полученная от пересечения небесной сферы с плоскостью проходящая через центр небесной сферы перпендикулярно к оси мира.
  Итак:

  Каков период вращения небесной сферы? (Равен периоду вращения Земли – 1 сутки).

  В каком направлении происходит видимое (кажущееся) вращение небесной сферы? (Противоположно направлению вращения Земли).

  Что можно сказать о взаимном расположении оси вращения небесной сферы и земной оси? (Ось небесной сферы и земная ось будут совпадать).

  Все ли точки небесной сферы участвуют в видимом вращении небесной сферы? (Точки, лежащие на оси, покоятся).
         Чтобы лучше представить вращение небесной сферы, посмотрите следующий фокус. Возьмем надутый воздушный шар и проколем его спицей насквозь. Теперь можно вращать шар вокруг спицы – оси.

  Где на этой модели находится наблюдатель?

  В каком месте шара находится южный и северный полюсы мира?

  Где на шаре следует нарисовать Полярную звезду?

  Укажите геометрическое место точек, которые во время вращения не изменяют своего местоположения.

  В каком направлении происходит видимое вращение небесной сферы, если наблюдать с северного полюса (с южного полюса)?

     Земля движется по орбите вокруг Солнца. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты на угол 66,5° (показать с помощью листа картона, проколанного спицей). Вследствие действия сил тяготения со стороны Луны и Солнца ось вращения Земли смещается, в то время как наклон оси к плоскости земной орбиты остается постоянным. Ось Земли как бы скользит по поверхности конуса. (то же происходит с осью у обыкновенного волчка в конце вращения). Это явление было открыто еще в 125 г. до н. э. греческим астрономом Гиппархом и названо прецессией. Один оборот земная ось совершает за 25 735 лет – этот период называется платоническим годом. Сейчас вблизи Р – северного полюса мира  находится Полярная звезда – α М. Медведица. Дальше титул Полярной поочередно присваивался π, η и τ Геркулеса, звездам Тубан и Кохаб. Римляне вовсе не имели Полярной звезды, а Кохаб и Киносуру (α  Малой Медведицы) называли Стражами.
    На начало нашего летоисчисление – полюс мира был вблизи α Дракона – 2000 лет назад, а α Малой Медведицы стала полярной звездой в 1100 году. В 2100 г полюс мира будет всего в 28' от Полярной звезды – сейчас в 44'. В 3200г полярным станет созвездие Цефей. В 14000 г – полярной будет Вега (α Лиры).

Горизонтальная система координат

h – высота – угловое расстояние светила от горизонта ( МОА, измеряется в градусах, минутах, секундах; от 0о до 90о)

А - азимут – угловое расстояние вертикала светила от точки юга ( SOА) в направлении суточного движения светила, т.е. по часовой стрелке; измеряется в градусах минутах и секундах от 0о до 360о).

Горизонтальные координаты светила в течение суток меняется. 

А' Равноценная высоте→зенитное расстояние  Z=90o- h [форм 1]

Кульминация – явление пересечения светилом небесного меридиана.

Светило М в течение суток описывает суточную параллель – малый круг небесной сферы, плоскость которого  оси мира и проходит через глаз наблюдателя.

М3 – точка восхода, М4 – точка захода, М1 - верхняя кульминация (h max; А= 0o),  М2 – нижняя кульминация (h min; A =180o)

По суточному движению светила  делятся на:

1 - невосходящие   2 - (восходяще - заходящие)  восходящие и заходящие  3 - незаходящие.  К каким относится Солнце, Луна? (2)

III  Закрепление материала(15 мин).

А) Вопросы

• Что такое небесная сфера?
• Какие линии и точки небесной сферы вы знаете?
• Какие наблюдения доказывают суточное вращение небесной сферы (служит ли это доказательством вращения Земли вокруг оси).
• Можно ли, используя горизонтальную систему координат, создать карты звездного неба?
• Что такое кульминация?
• Исходя из кульминации дайте понятие незаходящим, не восходящим, - восходяще-заходящим светилам.

Б) практическая работа по ПКЗН.

1. Назовите несколько созвездий незаходящих в нашей местности
2. Найдите линию небесного меридиана.
3. Какие яркие звезды будут сегодня кульминировать между 20 и 21 часами?
4. Найдите на ПКЗН например звезду Вега, Сириус. В каких они созвездиях находятся?

В) 1. Переведите 3ч, 6ч в градусную меру  (3.15=450, 900)
     2. Переведите 45о, 90о в часовую меру  (3ч, 6ч)
     3. Что больше 3ч25м15с или 51о18'15"? (При переводе получится 51о18'45", то есть в часовой значение больше)

Г) Тест. Фразе из левого столбца подберите подходящее по смыслу продолжение из правого.

Ответы по тесту:

IV  Итог урока

1) Вопросы : 

• Какие координаты входят в горизонтальную систему координат?
• Что такое высота и как она измеряется?
• Что такое азимут и как он измеряется?
• Как определить зенитное расстояние светила?

2) Оценки

Домашняя работа: § 3, стр.19-вопросы. Стр. 30 (п.7-9)