Комплекс практических работ

по дисциплине Астрономия

ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

Практическая работа № 1

Тема :Звездное небо. Небесные координаты.

Цель работы: Знакомство со звездным небом, решение задач на условиях видимости созвездий и определение их координат.

Оборудование: подвижная карта звездного неба.

Теоретическое обоснование

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.

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 , или истинным горизонтом (рис. 1).

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. 2).

Рис. 2 . 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.

эклиптике (рис. 3). Направление этого медленного движения (около 1 в сутки) противоположно направлению суточного вращения Земли.

Рис.3 . Положение эклиптики на небесной сфере

e точками весеннего (^) и осеннего (d) равноденствий

точками солнцестояний

На карте звезды показаны черными точками, размеры которых характеризуют яркость звезд, туманности обозначены штриховыми линиями. Северный полюс изображен в центре карты. Линии исходящие из северного полюса мира, показывают расположение кругов склонения. На карте расположены для двух ближайших кругов склонения угловое расстояние равно 2 ч. Небесные параллели нанесены через 30.с их помощью производят отсчет склонения светил. Точки пересечения эклиптики с экватором, для которых прямое восхождение 0 и 12 ч., называются соответственно точками весеннего и осеннего равноденствия. По краю звездной карты нанесены месяцы и числа, а на накладном круге – часы.

Для определения места положения небесного светила необходимо месяц и число, указанные на звездной карте, совместить с часом наблюдения на накладном круге.

На карте зенит расположен вблизи центра выреза, в точке пересечения нити с небесной параллелью, склонение которой равно географической широте места наблюдения.

Ход работы

1.Установить подвижную карту звездного неба на день и час наблюдения и назвать созвездия, расположенные в южной части неба от горизонта до полюса мира, на востоке – от горизонта до полюса мира.

2. Найти созвездия, расположенные между точками запада и севера 10 октября в 21 час.

3. Найти на звездной карте созвездия, с обозначенными в них туманностями и проверить, можно ли их наблюдать невооруженным глазом.

4. Определить, будут ли видны созвездия Девы, Рака, Весов в полночь 15 сентября. Какое созвездие в то же время будет находиться вблизи горизонта на севере.

5. Определить, какие из перечисленных созвездий: Малая Медведица, Волопас, Возничий, Орион – для данной широты места будет незаходящими.

6. Ответить на вопрос: может ли для вашей широты 20 сентября Андромеда находиться в зените?

7. На карте звездного неба найти пять любых из перечисленных созвездий: Большая Медведица, Малая Медведица, Кассиопея, Андромеда, Пегас, лебедь, Лира, Геркулес, Северная Корона – определить приближенно координаты (небесные) – склонение и прямое восхождение звезд этих созвездий.

8. Определить, какое созвездие будет находиться вблизи горизонта 05 мая в полночь.

Контрольные вопросы

1. Что называют созвездием, как они изображены на карте звездного неба?

2. Как отыскать на карте Полярную звезду?

3. Назовите основные элементы небесной сферы: горизонт, небесный экватор, ось мира, зенит, юг, запад, север, восток.

4. Дайте определение координатам светила: склонение, прямое восхождение.

Основные источники (ОИ)

Практическая работа № 2

Тема :Измерение времени. Определение географической долготы и широты

Цель работы: Определение географической широты места наблюдения и высоту светила над горизонтом.

Оборудование: модель

Теоретическое обоснование

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

Рис. 1. Положение эклиптики на небесной сфер

Ось вращения земли имеет постоянный угол наклона к плоскости обращения Земли вокруг Солнца, равный 66 33. Вследствие этого угол e между плоскостью эклиптики и плоскостью небесного экватора для земного наблюдателя составляет: e = 23 26 25,5.Точки пересечения эклиптики с небесным экватором называются точками весеннего (γ) и осеннего (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 90 от точек весеннего равноденствия, называются точками солнцестояний . Летнее солнцестояние приходится на 22 июня, зимнее солнцестояние - на 22 декабря.

1. «Звездное » время, связанное с перемещением звезд на небесной сфере, измеряется часовым углом точки весеннего равноденствия: S = t γ ; t = S - a

2. «Солнечное » время, связанное: с видимым движением центра диска Солнца по эклиптике (истинное солнечное время) или движением «среднего Солнца» - воображаемой точки, равномерно перемещающейся по небесному экватору за тот же промежуток времени, что и истинное Солнце (среднее солнечное время).

С введением в 1967 году атомного стандарта времени и Международной системы СИ в физике используется атомная секунда.

Секунда - физическая величина, численно равная 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Сутки - промежуток времени, в течение которого Земля делает один полный оборот вокруг своей оси относительно какого-либо ориентира.

Звездные сутки - период вращения Земли вокруг своей оси относительно неподвижных звезд, определяется как промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия.

Истинные солнечные сутки - период вращения Земли вокруг своей оси относительно центра диска Солнца, определяемый как промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра диска Солнца.

Средние солнечные сутки – промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями среднего Солнца.

При своем суточном движении светила дважды пересекают небесный меридиан. Момент пересечения небесного меридиана называется кульминацией светила. В момент верхней кульминации светило достигает наибольшей высоты над горизонтом.если мы находимся на северных широтах, то высота полюса мира над горизонтом (угол PON ): h p = φ. Тогда угол между горизонтом (NS ) и небесным экватором (QQ 1 ) будет равен 180°- φ - 90°= 90° - φ . если светило кульминирует к югу от горизонта, то угол MOS , который выражает высоту светила M в кульминации, представляет собой сумму двух углов: Q 1 OS и MOQ 1 .величину первого из них мы только что определили, а второй является не чем иным, как склонением светила М , равным δ.

Таким образом, высота светила в кульминации:

h = 90°- φ + δ.

Если δ, то верхняя кульминация будет происходить над северным горизонтом на высоте

h = 90°+ φ - δ.

Данные формулы справедливы и для Южного полушария Земли.

Зная склонение светила и определив из наблюдений его высоту в кульминации, можно узнать географическую широту места наблюдения.

Ход работы

1. Изучите основные элементы небесной сферы.

2. Выполните задания

Задание 1 . Определите склонение звезды, верхняя кульминация которой наблюдалась в Москве (географическая широта 56°) на высоте 47° над точкой юга.

Задание 2 . Каково склонение звезд, которые кульминируют в зените; в точке юга?

Задание 3 . Географическая широта Киева 50°. На какой высоте в этом городе происходит верхняя кульминация звезды Антарес, склонение которой равно - 26°?

Задание 5. На какой географической широте Солнце бывает в полдень в зените 21 марта, 22 июня?

Задание 6. Полуденная высота солнца равна 30°, а его склонение равно - 19°. Оределите географическую широту места наблюдения.

Задание 7. Определите положение Солнца на эклиптике и его экваториальные координаты на сегодняшний день. Для этого достаточно мысленно провести прямую от полюса мира к соответствующей дате на краю карты. (приложить линейку). Солнце должно располагаться на эклиптике в точке ее пересечения с этой прямой.

1. Напишите номер, тему и цель работы.

2. Выполните задания в соответствии с инструкцией, опишите полученные результаты к каждому заданию.

3. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. В каких точках небесный экватор пересекается с линией горизонта?

2. какой круг небесной сферы все светила пересекают дважды в сутки?

3. В каком пункте земного шара не видно ни одной звезды Северного небесного полушария?

4. почему полуденная высота Солнца в течение года меняется?

Основные источники (ОИ)

ОИ1 Воронцов-Вельяминов, Б. А. Страут Е. К. Учебник «Астрономия. Базовый уровень. 11 класс». М.:Дрофа, 2018г.

Практическая работа №3

Тема :Определение среднего солнечного времени и высоты Солнца в кульминациях

Цель работы: Изучить годичное движение Солнца по небу. Определить высоту Солнца в кульминациях.

Оборудование: модель небесной сферы, подвижная карта звездного неба.

Теоретическое обоснование

Солнце так же, как и другие звёзды, описывает свой путь по небесной сфере. Находясь в средних широтах, мы можем каждое утро наблюдать за тем, как оно появляется из-за горизонта в восточной части неба. Затем постепенно поднимается над горизонтом и, наконец, в полдень достигает наивысшего положения на небе. После этого Солнце постепенно опускается, приближаясь к горизонту, и заходит в западной части неба.

Ещё в глубокой древности люди, наблюдавшие за перемещением Солнца по небу, обнаружили, что его полуденная высота меняется с течением года, как меняется и вид звёздного неба.

Если в течение года ежедневно отмечать положение Солнце на небесной сфере в момент его кульминации (то есть указывать его склонение и прямое восхождение), то мы получим большой круг, представляющий проекцию видимого пути центра солнечного диска в течение года. Этот круг древними греками был назван эклиптикой , что переводится, как ‘ затмение ’.

Конечно же, перемещение Солнца на фоне звёзд - это кажущееся явление. И вызвано оно вращением Земли вокруг Солнца. То есть, по сути, в плоскости эклиптики лежит путь Земли вокруг Солнца - её орбита.

Мы уже с вами говорили о том, что эклиптика пересекает небесный экватор в двух точках: в точке весеннего равноденствия (точка овна) и в точке осеннего равноденствия (точка весов) (рис.1)

Рисунок 1. Небесная сфера

Кроме точек равноденствия, на эклиптике выделяют ещё две промежуточные точки, в которых склонение Солнца бывает наибольшим и наименьшим. Эти точки получили название точек солнцестояния. В точке летнего солнцестояния (она ещё называется точкой рака) Солнце имеет максимальное склонение - +23 о 26’. В точке зимнего солнцестояния (точка козерога) склонение Солнца минимально и составляет –23 о 26’.

Созвездия, по которым проходит эклиптика получили названия эклиптические.

Ещё в Древней Месопота́мии было замечено, что Солнце, при своём видимом годовом движении проходит через 12 созвездий: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей и Рыбы. Позже, древние греки назвали этот пояс Поясом Зодиака. Дословно это переводится, как «круг из животных». И действительно, если посмотреть на названия зодиакальных созвездий, то несложно увидеть, что их половина в классическом греческом зодиаке представлена в виде животных (помимо мифологических существ).

Изначально эклиптические знаки зодиака совпадали с зодиакальными, так как ещё не было чёткого разделения созвездий. Начало отсчёта знаков зодиака было установлено от точки весеннего равноденствия. А зодиакальные созвездия делили эклиптику на 12 равных частей.

Сейчас же зодиакальные и эклиптические созвездия не совпадают: зодиакальных созвездий 12, а эклиптических - 13 (в них добавлено созвездие Змееносца, в котором Солнце находится с 30 ноября по 17 декабря. Помимо этого, из-за прецессии земной оси, точки весеннего и осеннего равноденствий постоянно смещается (рис.2).

Рисунок 2. Эклиптические и зодиакальные созвездия

Прецессия (или предварение равноденствий) - это явление, возникающее из-за медленного раскачивания оси вращения земного шара. В этом цикле созвездия идут в обратную сторону, по сравнение с обычным годичным циклом. При этом получается, что точка весеннего равноденствия примерно каждые 2150 лет смещается на один знак зодиака по ходу часовой стрелки. Так с 4300 года по 2150 год до нашей эры эта точка располагалась в созвездии Тельца (эра Тельца), с 2150 года до нашей эры по 1 год нашей эры - в созвездии овна. Соответственно, сейчас, точка весеннего равноденствия находится в Рыбах.

Как мы уже упоминали, за начало движение Солнца по эклиптике принимается день весеннего равноденствия (около 21 марта). Суточная параллель Солнца под влиянием его годового движения непрерывно смещается на шаг склонения. Поэтому общее движение Солнца на небе происходит как бы по спирали, которая является результатом сложения суточного и годового движения. Итак, двигаясь по спирали, Солнце увеличивает своё склонение примерно на 15 минут в сутки. При этом продолжительность светового дня в Северном полушарии растёт, а в Южном - убывает. Это увеличение будет происходить до тех пор, пока склонение Солнца не достигнет +23 о 26’, что произойдёт примерно 22 июня, в день летнего солнцестояния (рис.3). Название «солнцестояние» связано с тем, что в это время (примерно 4 дня) Солнце практически не изменяет своего склонения (то есть как бы «стоит»).

Рисунок 3. Движение Солнца как результат сложения суточного и годового движения

После солнцестояния следует уменьшение склонения Солнца и длинный день начинает постепенно убывать до тех пор, пока день и ночь не сравняются (то есть примерно до 23 сентября).

Через 4 дня, для наблюдателя в Северном полушарии, склонение Солнца начнёт постепенно увеличиваться и, примерно, через три месяца светило опять придёт в точку весеннего равноденствия.

Теперь давайте переместимся на Северный полюс (рис.4). Здесь суточное движение Солнца практически параллельно горизонту. Поэтому в течение полугода Солнце не заходит, описывая круги над горизонтом - наблюдается полярный день.

Через полгода склонение Солнца поменяет свой знак на минус, на Северном полюсе начнётся полярная ночь. Она также будет длиться около полугода. После солнцестояния следует уменьшение склонения Солнца и длинный день начинает постепенно убывать до тех пор, пока день и ночь не сравняются (то есть примерно до 23 сентября).

После прохождения точки осеннего равноденствия, Солнце меняет своё склонение на южное. В Северном полушарии день продолжает убывать, а в Южном, наоборот, возрастает. И это будет продолжаться до тех пор, пока Солнце не достигнет точки зимнего солнцестояния (примерно до 22 декабря). Здесь Солнце опять примерно 4 дня практически не будет изменять своего склонения. В это время в Северном полушарии наблюдаются самые короткие дни и самые длинные ночи. В Южном наоборот, в разгаре лето и самый длинный день.

Рисунок 4. Суточное движение Солнца на полюсе

Переместимся на экватор (рис.5). Здесь наше Солнце, как и все другие светила, восходит и заходит перпендикулярно плоскости истинного горизонта. Поэтому на экваторе день всегда равен ночи.

Рисунок 5. Суточное движение Солнца на экваторе

Теперь давайте обратимся к карте звёздного неба и немного поработаем с ней. Итак, мы уже знаем, что карта звёздного неба представляет собой проекцию небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в экваториальной системе координат. Напомним, что в центре карты располагается северный полюс мира. Рядом с ним Полярная звезда. Сетка экваториальных координат представлена на карте радиально расходящимися от центра лучами и концентрическими окружностями. На краю карты, возле каждого луча, написаны числа, обозначающие прямое восхождение (от нуля до двадцати трёх часов).

Как мы говорили, видимый годовой путь Солнца среди звёзд называется эклиптикой. На карте она представлена овалом, который несколько смещён относительно Северного полюса мира. Точки пересечения эклиптики с небесным экватором называются точками весеннего и осеннего равноденствия (они обозначены символами овна и весов). Две другие точки - точки летнего и зимнего солнцестояний - на нашей карте обозначены кружочком и ромбиком соответственно.

Чтобы можно было определять время восхода и захода Солнца или планет, необходимо предварительно нанести их положение на карту. Для Солнца это не составляет большого труда: достаточно приложить линейку к Северному полюсу мира и штриху заданной даты. Точка пересечения линейки с эклиптикой покажет положение Солнца на эту дату. Теперь давайте с помощью подвижной карты звёздного неба определим экваториальные координаты Солнца, например, на 18 октября. А также найдём примерное время его восхода и захода на эту дату.

Рисунок 6. Видимый путь Солнца в разные времена года

Из-за изменения склонения Солнца и Луны их суточные пути все время меняются. Ежедневно изменяется и полуденная высота Солнца. Ее легко определить по формуле

h = 90° - φ + δ Ͽ

С изменением δ Ͽ меняются также точки восхода и захода Солнца (рис.6). Летом в средних широтах северного полушария Земли Солнце восходит в северо-восточной части неба и заходит в северо-западной, а зимой восходит на юго-востоке и заходит на юго-западе. Большая высота кульминации Солнца и большая продолжительность дня и являются причиной наступления лета.

Летом в южном полушарии Земли в средних широтах Солнце восходит на юго-востоке, кульминирует в северной стороне неба и заходит на юго-западе. В это время в северном полушарии зима.

Ход работы

1. Изучите движении Солнца в разные времена года и на разных широтах.

2. Изучите по рисункам 1-6 точки равноденствия, точки, в которых склонение Солнца бывает наибольшим и наименьшим (точки солнцестояния).

3. Выполните задания.

Задание 1 . Опишите движение Солнца с 21 марта по 22 июня на северных широтах.

Задание 2 . Опишите суточное движение Солнца на полюсе.

Задание 3 . Где восходит и заходит Солнце зимой в южном полушарии (т.е. когда в северном полушарии лето)?

Задание 4. Почему летом Солнце поднимается высоко над горизонтом, а зимой – низко? Объясните это, исходя из характера движения Солнца по эклиптике.

Задание 5. Решите задачу

Определить высоту верхней и нижней кульминаций Солнца 8 марта в Вашем городе. Склонение Солнца δ Ͽ = -5°. (Широта вашего города φ определяется по карте).

1. Напишите номер, тему и цель работы.

2. Выполните задания в соответствии с инструкцией, опишите полученные результаты к каждому заданию.

3. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Как движется Солнце для наблюдателя на полюсе?

2. Когда Солнце бывает в зените на экваторе?

3. Северный и южный полярные круги имеют широту ±66,5°. Чем характерны эти широты?

Основные источники (ОИ)

ОИ1 Воронцов-Вельяминов, Б. А. Страут Е. К. Учебник «Астрономия. Базовый уровень. 11 класс». М.:Дрофа, 2018г.

Практическая работа № 4

Тема :Применение законов Кеплера при решении задач.

Цель работы: Определение звездных периодов планет применением законов Кеплера.

Оборудование: модель небесной сферы, подвижная карта звездного неба.

Теоретическое обоснование

Сидерическим (звездным Т

Синодическим S

Для нижних (внутренних) планет:

Для верхних (внешних) планет:

Продолжительность средних солнечных суток s для планет Солнечной системы зависит от сидерического периода их вращения вокруг своей оси t , направления вращения и сидерического периода обращения вокруг Солнца Т .

Рисунок 1. Движение планет вокруг Солнца

Планеты движутся вокруг Солнца по эллипсам (рис. 1). Эллипс – замкнутая кривая, замечательным свойством которой является постоянство суммы расстояний от любой точки до двух заданных точек, называемых фокусами. Отрезок прямой, соединяющий наиболее удаленные друг от друга точки эллипса, называется его большой осью. Среднее расстояние планеты от солнца равно половине длины большой оси орбиты.

Законы Кеплера

1. Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце.

2. Радиус – вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади, скорость движения планет максимальна в перигелии и минимальна в афелии.

Рисунок 2. Описание площадей при движении планеты

3. Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся между собой как кубы их средних расстояний от Солнца

Ход работы

1. Изучите законы движения планет.

2. Укажите на рисунке траекторию движения планет, укажите точки: перигелий и афелий.

3. Выполните задания.

Задание 1 . Докажите, что из второго закона Кеплера следует вывод: планета, двигаясь по своей орбите, имеет максимальную скорость на самом близком расстоянии от Солнца, а минимальную – на самом большом расстоянии. Как этот вывод согласуется с законом сохранения энергии.

Задание 2 . Сравнив расстояние от Солнца до других планет с периодами их обращения (см. таблицу 1,2), проверьте выполнение третьего закона Кеплера

Задание 3 . Решите задачу

Задание 4. Решите задачу

Синодический период внешней малой планеты 500 суток. Определите большую полуось ее орбиты и звездный период обращения.

1. Напишите номер, тему и цель работы.

2. Выполните задания в соответствии с инструкцией, опишите полученные результаты к каждому заданию.

3. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте законы Кеплера.

2. Как меняется скорость планеты при ее перемещении от афелия к перигелию?

3. В какой точке орбиты планета обладает максимальной кинетической энергией; максимальной потенциальной энергией?

Основные источники (ОИ)

ОИ1 Воронцов-Вельяминов, Б. А. Страут Е. К. Учебник «Астрономия. Базовый уровень. 11 класс». М.:Дрофа, 2018г.

Основные характеристики планет Солнечной системы Таблица 1

Меркурий

Диаметр (Земля = 1)

0,382

0,949

0,532

11,209

9,44

4,007

3,883

Диаметр, км

4878

12104

12756

6787

142800

120000

51118

49528

Масса (Земля = 1)

0,055

0,815

0,107

318

Среднее расстояние от Солнца (а.е.)

0,39

0.72

1.52

5.20

9.54

19.18

30.06

Орбитальный период (земных лет)

0.24

0.62

1.88

11.86

29.46

84.01

164,8

Орбитальный эксцентриситет

0,2056

0,0068

0,0167

0,0934

0.0483

0,0560

0,0461

0,0097

Орбитальная скорость (км / сек)

47.89

35.03

29.79

24.13

13.06

9.64

6,81

5.43

Период вращения вокруг своей оси (в земных суток)

58.65

243

1.03

0.41

0.44

0.72

0.72

Наклон оси (градусы)

0.0

177,4

23.45

23.98

3.08

26.73

97.92

28,8

Средняя температура на поверхности (С)

180 до 430

465

89 До 58

82 До 0

150

170

200

210

Сила тяжести на экваторе (Земля = 1)

0,38

0.9

0,38

2.64

0.93

0.89

1.12

Космическая скорость (км / сек)

4.25

10.36

11.18

5.02

59.54

35.49

21.29

23.71

Средняя плотность (вода = 1)

5.43

5.25

5.52

3.93

1.33

0.71

1.24

1.67

Состав атмосферы

нет

СО 2

N 2 + O 2

СО 2

Н 2 + Не

Н 2 + Не

Н 2 + Не

Н 2 + Не

Количество спутников

Кольца

нет

нет

нет

нет

да

да

да

да

Некоторые физические параметры планет Солнечной системы Таблица 2

Объект Солнечной системы

Расстояние от Солнца

радиус, км

число земных радиусов

масса, 10 23 кг

масса относительно Земли

средняя плотность, г/см 3

период обращения по орбите, число земных суток

период обращения вокруг своей оси

число спутников (лун)

альбедо

ускорение силы тяжести на экваторе, м/с 2

скорость отрыва от притяжения планеты, м/с

наличие и состав атмосферы, %

средняя температура на поверхности, °С

млн. км

а.е.

Солнце

695 400

109

1,989×10 7

332,80

1,41

25-36

618,0

Отсутствует

5500

Меркурий

57,9

0,39

2440

0,38

3,30

0,05

5,43

59 сут

0,11

3,70

4,4

Отсутствует

240

Венера

108,2

0,72

6052

0,95

48,68

0,89

5,25

244

243 сут

0,65

8,87

10,4

СО 2 , N 2 , Н 2 О

480

Земля

149,6

1,0

6371

1,0

59,74

1,0

5,52

365,26

23 ч 56 мин 4с

0,37

9,78

11,2

N 2 , O 2 , СО 2 , А r , Н 2 О

Луна

150

1,0

1738

0,27

0,74

0,0123

3,34

29,5

27 ч 32 мин

0,12

1,63

2,4

Очень разряжен

Марс

227,9

1,5

3390

0,53

6,42

0,11

3,95

687

24 ч 37 мин 23 с

0,15

3,69

5,0

СО 2 (95,3), N 2 (2,7),
А r (1,6),
О 2 (0,15), Н 2 О (0,03)

Юпитер

778,3

5,2

69911

18986,0

318

1,33

11,86 лет

9 ч 30 мин 30 с

0,52

23,12

59,5

Н (77), Не (23)

128

Сатурн

1429,4

9,5

58232

5684,6

0,69

29,46 лет

10 ч 14 мин

0,47

8,96

35,5

Н, Не

170

Уран

2871,0

19,2

25 362

4

868,3

17

1,29

84,07 лет

11 ч3

20

0,51

8,69

21,3

Н (83),
Не (15), СН 4 (2)

-143

Нептун

4504,3

30,1

24 624

4

1024,3

17

1,64

164,8 лет

16ч

8

0,41

11,00

23,5

Н, Не, СН 4

-155

Плутон

5913,5

39,5

1151

0,18

0,15

0,002

2,03

247,7

6,4 сут

1

0,30

0,66

1,3

N 2 , CO, NH 4

-210

Практическая работа № 5

Тема :Определение синодического и сидерического периода обращений светила

Цель работы: синодического и сидерического периода обращений.

Оборудование: модель небесной сферы.

Теоретическое обоснование

Сидерическим (звездным ) периодом обращения планеты называется промежуток времени Т , за который планета совершает один полный оборот вокруг Солнца по отношению к звездам.

Синодическим периодом обращения планеты называется промежуток времени S между двумя последовательными одноименными конфигурациями.

Синодический период равен промежутку времени между двумя или двумя любыми другими одинаковыми последовательными фазами. Период полной смены всех лунных фаз от новолуния до новолуния называется синодическим периодом обращения Луны или синодическим месяцем, который равен примерно 29,5 дням. Именно за это время Луна проходит по своей орбите такой путь, что дважды успевает пройти через одну и ту же фазу.
Полный оборот Луны вокруг Земли относительно звезд называется сидерическим периодом обращения или сидерическим месяцем, он длится 27,3 дня.

Формула связи между сидерическими периодами обращения двух планет (за одну из них принимаем Землю) и синодического периода S одной относительно другой:

Для нижних (внутренних) планет: - = ;

Для верхних (внешних) планет: - = , где

Р- сидерический период планеты;

Т- сидерический период Земли;

S – синодический период планеты.

Сидери́ческий пери́од обраще́ния (от sidus , звезда; род. падеж sideris ) - промежуток времени, в течение которого какое-либо небесное тело-спутник совершает вокруг главного тела полный оборот относительно звёзд. Понятие «сидерический период обращения» применяется к обращающимся вокруг Земли телам - Луне (сидерический месяц) и искусственным спутникам, а также к обращающимся вокруг Солнца планетам, кометам и др.

Сидерический период также называют . Например, Меркурианский год, Юпитерианский год, и т. п. При этом не следует забывать, что словом « » могут называться несколько понятий. Так, не следует путать земной сидерический год (время одного оборота Земли вокруг Солнца) и (время, за которое происходит смена всех времён года), которые различаются между собой примерно на 20 минут (эта разница обусловлена, главным образом, земной оси) . в таблицах 1 и 2 приведены данные синодического и сидерического периодов обращения планет. В таблицу также включены показатели для Луны, астероидов главного пояса, карликовых планет и Седны .

ссинтаблица 1

Таблица 1. Синодический период планет {\displaystyle {\frac {1}{S}}={\frac {1}{T}}-{\frac {1}{Z}}}

Меркурий Уран Земля Сатурн

309,88 лет

557 лет

12 059 лет

Ход работы

1. Изучите законы соотношения между синодическим и сидерическим периодами планет.

2. Изучите на рисунке траекторию движения Луны, укажите синодический и сидерический месяцы.

3. Выполните задания.

Задание 1 . Определите сидерический период планеты, если он равен синодическому. Какая реальная планета солнечной системы ближе всех к этому условию?

Задание 2 . Крупнейший астероид Церера имеет сидерический период обращения 4,6 года. Вычислите синодический период и выразите его в годах и сутках.

Задание 3 . Некий астероид имеет сидерический период около 14 лет. Каков синодический период его обращения?

Содержание отчета

1. Напишите номер, тему и цель работы.

2. Выполните задания в соответствии с инструкцией, опишите полученные результаты к каждому заданию.

3. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Какой промежуток времени называется сидерическим периодом?

2. Каковы синодический и сидерический месяцы Луны?

3.Через какой промежуток времени встречаются на циферблате часов минутная и часовая стрелки?

Основные источники (ОИ)

ОИ1 Воронцов-Вельяминов, Б. А. Страут Е. К. Учебник «Астрономия. Базовый уровень. 11 класс». М.:Дрофа, 2018г.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ
(ЛАБОРАТОРНЫХ) ЗАНЯТИЙ
Астрономия
11 класс
Форма обучения (очная)
Преподаватель: Деменин Л.Н.
Владивосток

Пояснительная записка
Ведущей целью практических занятий является решение разного рода задач.
Наряду с формированием умений и навыков в процессе практических занятий
обобщаются, систематизируются, углубляются и конкретизируются теоретические знания,
вырабатывается способность и готовность использовать теоретические знания на практике,
развиваются интеллектуальные умения.
Для повышения эффективности проведения практических занятий рекомендуется:
­ использование в практике преподавания активных методов обучения;
­ применение коллективных и групповых форм работы, максимальное
использование индивидуальных форм с целью повышения ответственности каждого
обучающегося за самостоятельное выполнение полного объема работ;
­ проведение занятий на повышенном уровне трудности с включением в них заданий,
связанных с выбором обучающимися условий выполнения работы, конкретизацией целей,
самостоятельным отбором необходимых методов и средств решения задач;
­ подбор дополнительных задач и заданий для обучающихся, работающих в более
быстром темпе, для эффективного использования времени, отводимого на занятии и т.д.
Практический блок к дисциплине «Астрономия»
Практическая работа № 1
(с планом Солнечной системы)

Цель:
Изображение в масштабе плана Солнечной системы с отображением реального
положения планет на дату проведения работы.

Циркуль, «Школьный астрономический календарь» на текущий учебный год.
Ход работы:
1. Ознакомиться с содержанием задания 12 учебника.
3

2. Выполнить п. 1 задания 12. Для этого использовать приложение IV учебника и
предварительно заполнить таблицу (на месте пропусков в первой строке таблицы указать
параметр, который необходим для построения).
На отдельном листе в центре необходимо расположить Солнце как точечный
источник света. Приняв орбиты планет за окружности, нужно обозначить их пунктиром
(центры окружностей будут совпадать и находиться в точке, которая обозначает
положение Солнца).
Провести из центра (точки положения Солнца) в произвольном направлении луч,
принимая его за направление к точке весеннего равноденствия.
3. Ознакомиться с содержанием «Школьного астрономического календаря».
4. Заполнить пропуски, дав определения:
Гелиоцентрическая долгота – центральный угол между направлением
_________.
Эфемерида ­ ___________________________________________________________.
5. Выполнить п. 2 (б) задания 12. Результаты занести в таблицу.
6. Выполнить п. 2 (в) задания 12. Результаты занести в таблицу (при отсутствии
указанной конфигурации у планеты в соответствующей ячейке поставить прочерк).
7. Найти в «Школьном астрономическом календаре» на текущий учебный год
таблицу гелиоцентрических долгот планет. Внимательно ознакомиться с п. 3 задания 12.
Нанести на план Солнечной системы положение Меркурия, Венеры, Земли, Марса.
Основная литература:

5­358­19462­5;
2. Кунаш М.А. Астрономия. 11 класс. Методическое пособие к учебнику Б.А.
Воронцова­Вельяминова, Е.К. Страута «Астрономия. Базовый уровень. 11 класс» / М.А.
Кунаш. – М.: Дрофа, 2018. – 217, (7) 7с. ISBN 978­5­358­17805­2.
Интернет­ресурсы:
− http://www.afportal.ru/astro/model – Астрофизический портал. Интерактивный план
Солнечной системы.
Практическая работа № 2
(две группы планет Солнечной системы)
4

Цель:
Исследовать характеристики планет Солнечной системы.
Используемые инструменты и материалы:
«Школьный астрономический календарь» на текущий учебный год.
Ход работы:
1. Ознакомиться с содержанием §15 учебника.
2.
Указать основание, согласно которому происходит разделение планет на две
группы.
3.
Используя данные §15 и приложения VI учебника, охарактеризовать группы
планет по их физическим характеристикам. Проанализировать указанные значения, ответив
на вопросы:
А) по каким критериям планеты двух групп имеют наиболее значимые отличия?
Б) плотности планет какой группы больше? Чем можно объяснить различия в
плотности физических тел?
4. Используя данные §15 учебника, охарактеризовать физико­химические свойства
каждой из групп планет Солнечной системы. Проанализировать указанные значения,
ответив на следующие вопросы:
А) В чем состоит сходство химического состава планет двух групп?
Б) В чем состоит различие химического состава планет двух групп?
В) На каком этапе формирование тел Солнечной системы. Согласно рассмотренной
ранее гипотезе, возникло различие в химическом составе планет двух групп?
5. Используя данные приложения VI учебника и «Школьного астрономического
календаря» на текущий учебный год, исследовать особенности взаимодействия групп
планет в гравитационно­взаимосвязанной системе тел. Проанализировать указанные
значения, ответив на вопрос: «По каким критериям планеты двух групп имеют наиболее
значимые отличия?»
6. Сформулировать вывод об особенностях групп планет Солнечной системы,
физических основах их различий и сходств.
Основная литература:
1. Воронцов­Вельяминов Б.А., Страут Е.К. Астрономия. Базовый уровень. 11 класс:
учебник – 5 издание, пересмотр. – М.: Дрофа, 2018. – 238, (2) с.: ил., 8 л. цв. вкл. ISBN 978­
5­358­19462­5;

Задания для самостоятельной работы по астрономии.

Тема 1.Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты:

1. Установить подвижную карту на день и час наблюдений.

дата наблюдения__________________

время наблюдения ___________________

2. перечислите созвездия, которые размещены в северной части неба от горизонта до полюса мира.

_______________________________________________________________

5) Определить, будут ли заходить созвездия Малая медведица, Волопас, Орион.

Малая медведица___

Волопас___

______________________________________________

7) Найти экваториальные координаты звезды Веги.

Вега (α Лиры)

Прямое восхождение а = _________

Склонение δ = _________

8)Указать созвездие, в котором находится объект с координатами:

а=0 часов 41 минута, δ = +410

9. Найдите положение Солнца на эклиптике сегодня, определите длительность дня. Время восхода и захода Солнца

Восход____________

Заход_____________

10. Время пребывания Солнца в момент верхней кульминации.

________________

11. В каком зодиакальном созвездии находится Солнце во время верхней кульминации?

12. Определить свой знак зодиака

Дата рождения___________________________

созвездие __________________

Тема 2. Строение Солнечной системы.

В чём сходство и отличие планет земной группы и планет гигантов. Заполнить в виде таблицы:

2. Выберите планету по варианту в списке:

Меркурий

Составьте доклад про планету Солнечной системы по варианту, ориентируясь на вопросы:

Чем отлична планета от других?

Какую массу имеет эта планета?

Какое положение планеты в Солнечной системе?

Сколько длится планетарный год и сколько сидерические сутки?

Сколько сидерических суток укладывается в один планетарный год?

Средняя продолжительность жизни человека на Земле -70 земных лет, сколько планетарных лет может прожить человек на этой планете?

Какие детали можно рассмотреть на поверхности планеты?

Какие условия на планете, можно ли её посетить?

Сколько у планеты спутников и какие?

3.Подберите к соответствующему описанию нужную планету:

Меркурий

Наиболее массивна

Орбита сильно наклонена к плоскости эклиптики

Наименьшая из планет гигантов

Год приблизительно равен двум земным годам

Ближайшая к Солнцу

По размерам близка к Земле

Имеет наибольшую среднюю плотность

Вращается, лежа на боку

Имеет систему живописных колец

Тема 3. Характеристики звёзд.

Выберите звезду в соответствии с вариантом.

Укажите положение звезды на диаграмме спектр-светимость.

температурой

Параллакс

плотность

Светимость,

Время жизни t, лет

расстояние

Необходимые формулы:

Средняя плотность:

Светимость:

Время жизни:

Расстояние до звезды:

Тема 4. Теории происхождения и эволюции Вселенной.

Назовите галактику, в которой мы живем:

Классифицируйте нашу галактику по системе Хаббла:

Нарисуйте схематически строение нашей галактики, подпишите основные элементы. Определите положение Солнца.

Как называются спутники нашей галактики?

Сколько времени необходимо, чтобы свет прошёл сквозь нашу Галактику по её диаметру?

Какие объекты являются составными частями галактик?

Классифицируйте объекты нашей галактики по фотографиям:




Какие объекты являются составными частями Вселенной?

Вселенная

Какие галактики составляют население Местной группы?

В чем проявляется активность галактик?

Что представляют собой квазары и на каких расстояниях от Земли они находятся?

Опишите, что наблюдается на фотографиях:

Влияет ли космологическое расширение Метагалактики на расстояние от Земли...

До Луны; □

До центра Галактики; □

До галактики М31 в созвездии Андромеды; □

До центра местного скопления галактик □

Назовите три возможных варианта развития Вселенной по теории Фридмана.

Список литературы

Основная:

Климишин И.А., «Астрономия-11». - Киев, 2003 р.

Гомулина Н. «Открытая астрономия 2.6» CD - Физикон 2005 р.

Рабочая тетрадь по астрономии / Н.О. Гладушина, В.В. Косенко. - Луганск: Учебная книга, 2004. - 82 с.

Дополнительная:

Воронцов-Вельяминов Б. А.
«Астрономия» Учебник для 10 класса средней школы. (Изд. 15ое). - Москва "Просвещение", 1983.

Перельман Я. И. «Занимательная астрономия» 7 изд. - М, 1954.

Дагаев М. М. «Сборник задач по астрономии». - Москва, 1980.

РАБОТА С ПОДВИЖНОЙ КАРТОЙ. НАХОЖДЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ПО ИХ КООРДИНАТАМ. СУТОЧНОЕ ВРАЩЕНИЕ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

ЦЕЛЬ: Систематизировать и углубить знания по теме, отработать определение экваториальных и горизонтальных координат, моментов восхода и захода, верхней и нижней кульминаций по подвижной карте звездного неба и объектов по заданным координатам, усвоить различия в системах координат.

ОБОРУДОВАНИЕ: подвижная карта звездного неба, глобус звездного неба.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗНАНИЯ: Небесная сфера. Основные точки, линии, плоскости и углы. Проекции небесной сферы . Основные точки, линии и углы. Экваториальные и горизонтальные координаты светил. Определение экваториальных и горизонтальных координат по подвижной карте звездного неба.

ФОРМУЛЫ: Высота светила в верхней кульминации. Связь высоты светила в верхней кульминации с зенитным расстоянием.

ХОД РАБОТЫ:

1. Определите экваториальные координаты.

Звезда

Склонение

Прямое восхождение

Алголь (β Персея)

Кастор (α Близнецов)

Альдебаран (α Тельца)

Мицар (ζ Большой Медведицы)

Альтаир (α Орла)

2. Определите горизонтальные координаты на 21:00 в день выполнения практической работы.

Звезда

Азимут

Высота

Поллукс (β Близнецов)

Антарес (α Скорпиона)

Полярная (α Малой Медведицы)

Арктур (α Волопаса)

Процион (α Малого Пса)

3. Определите моменты восхода и захода, верхней и нижней кульминаций в день выполнения практической работы.

Звезда

Восход

Заход

Верхняя кульминация

Нижняя кульминация

Беллятрикс (γ Ориона)

Регул

(α Льва)

Бетельгейзе (α Ориона)

Ригель

(β Ориона)

Вега

(α Лиры)

4. Определите объекты по заданным координатам. На какой высоте они будут кульминировать в вашем городе?

Координаты

Объект

h верх. кульм.

20 ч 41 мин; + 45˚

5 ч 17 мин; + 46˚

6 ч 45 мин; – 17˚

13 ч 25 мин; – 11˚

22 ч 58 мин; – 30˚

Практическая работа №1 Вечерние осенние наблюдения

    Наблюдение ярких созвездий и звёзд. Найдите на небе семь наиболее ярких звёзд «ковша» Большой Медведицы и зарисуйте его. Укажите названия этих звёзд. Каким является это созвездие для наших широт? Какая звезда является физически двойной звездой? (укажите яркость, цвет и температуру компонентов звезды)

    Зарисуйте. Укажите, где находится Полярная звезда и каковы её характеристики: яркость, цвет, температура

    Опишите (кратко) как можно ориентироваться на местности по Полярной звезде (по рис. 1.3)

    Дорисуйте ещё два созвездия осеннего неба (любые), подпишите их, обозначьте в них все звёзды, у наиболее ярких звёзд укажите названия

    Дорисуйте и подпишите созвездие Малой Медведицы, Полярную звезду и направление на неё (на рисунке опечатка: Орион)

    Изучение различий в видимой яркости и цвете звёзд. Заполните таблицу: отметьте цвет указанных звёзд

Созвездие

Бетельгейзе

Альдебаран

Заполните таблицу: укажите видимый блеск звёзд

Созвездие

Звёздная величина

    Заполните таблицу: укажите звёздные величины звёзд Большой Медведицы

Звёздная величина

δ (Мегрец)

ℰ (Алиот)

η (Бенетнаш)

    Сделайте выводы, объяснив причины различий в цвете, яркости и интенсивности мерцания разных звёзд.

    Изучение суточного вращения неба. Укажите первоначальное и конечное положение звёзд Большой Медведицы при суточном вращении небесной сферы вокруг Северного полюса мира

Западная часть неба

Восточная часть неба

Время начала наблюдения

Время окончания наблюдения

Наблюдаемые звезды

Направление вращения неба

Сделайте выводы, дав объяснение наблюдаемому явлению

    Суточное вращение небесной сферы позволяет определить время. Мысленно представим себе гигантский циферблат с центром в Полярной звезде и цифрой «6» внизу (над точкой севера). Часовая стрелка в таких часах проходит от Полярной звезды через две крайние звезды ковша Б. Медведицы. Обращаясь со скоростью 15 0 в час, стрелка совершает полный оборот вокруг полюса мира за сутки. Один небесный час равен двум обычным часам.

___________________________________

Линия математического горизонта

Для определения времени необходимо:

    определить номер месяца наблюдения от начала года с десятыми долями месяца (три дня составляют десятую долю месяца)

    полученное число сложить с показаниями небесной стрелки и удвоить

    вычесть полученный результат из числа 55,3

Пример: 18 сентября соответствует номер месяца 9,6; пусть время по звёздным часам 7, тогда (55,3-(9,6+7)·2)=22,1 т.е. 22ч 6мин

    Определение примерной географической широты места наблюдения по Полярной звезде. С помощью высотометра, состоящего из транспортира с отвесом, определите высоту h Полярной звезды

Так как Полярная звезда отстоит от полюса мира на 1 0 , то:

    Сделайте выводы: обоснуйте возможность определения географической широты местности рассмотренным способом. Сравните полученные результаты с данными географической карты.

    Наблюдение планет. По астрономическому календарю на дату наблюдения определите координаты видимых в данное время планет. По подвижной карте звездного неба определите сторону горизонта и созвездия, в которых находятся объекты

Координаты:

Сторона горизонта

Созвездие

Меркурий

Сделайте зарисовки планет

Зарисовка

Наблюдаемые особенности

Сделайте выводы:

    как отличаются планеты от звёзд при наблюдении

    от чего зависят условия видимости планеты на данную дату и время