Урок Зоряні величини. Визначення відстаней до небесних світил

Тема уроку: «Зоряні величини. Визначення відстаней до небесних світил. Астрономія та визначення часу. Типи календарів.» (Слайд 1)

Мета уроку: сформувати знання про зоряні величини; ознайомити учнів з календарями та їх типами; навчити учнів визначати відстань до небесних світил, небесні координати; розвивати пізнавальні інтереси учнів, цікавість; виховувати цілеспрямованість, творче ставлення до роботи на уроці.

Обладнання: дидактичний матеріал, презентація, телурій, глобус зоряного неба та презентація про календарі.

Тип уроку: новий матеріал.

План уроку

1. Організаційна частина. ( 2 хв. )
2. Актуалізація опорних знань. ( 5-7 хв. )
3. Вивчення нового матеріалу. ( 25-30 хв. )
4. Закріплення вивченого матеріалу. ( 5-7 хв. )
5. Домашнє завдання. ( 1 хв. )

ХІД УРОКУ

1. Організаційна частина.

Заходжу до класу, вітаюся з учнями, перевіряю присутність.

2. Актуалізація опорних знань

Вч.: Що таке небесна сфера?

Учні: Небесна сфера − уявна сфера довільного радіуса, в центрі якої знаходиться спостерігач і на яку спроектовано всі світила так, як він бачить їх у певний момент часу з певної точки простору.

Вч.: Що таке сузір’я?

Учні: Сузір'я − це певна ділянка зоряного неба з чітко окресленими межами, що охоплює всі належні їй світила і яка має власну назву.

Вч.: В сузір'ї Близнят найяскравіша зоря?

Учні: Поллукс.

Вч.: Що таке горизонтальний паралакс?

Учні: Горизонтальний паралакс − це кут між напрямом на світило з якої-небудь точки земної поверхні і напрямом з центра Землі.

Вч.: Небесний екватор − це…?

Учні: Небесний екватор – лінія перерізу площини земного екватора з небесною сферою.

 Декілька слів про новини з астрономії.

3. Вивчення нового матеріалу.

Зоряні величини. Те, що одні зорі яскравіші, а інші слабкіші, було помічено давно. З метою класифікації зір за їхнім блиском Гіппарх увів поняття видимої зоряної величини (цей термін до фізичних розмірів зорі не має ніякого відношення). Найяскравіші зорі він виділив у групу зір 1-ї величини, трохи слабкіші − 2-ї, а ледве помітні − 6-ї величини.

Згодом було прийнято зоряні величини позначати літерою m (від лат. «магнітуде» − «величина»), що проставляється як показник степеня справа вгорі біля цифри, яка вказує її числове значення. Таким чином, замість того щоб говорити про освітленість, яку створює зоря, астрономи говорять: «блиск зорі дорівнює m зоряним величинам».

Було встановлено, що зоряна величина m і освітленість Е пов'язані залежністю: (Слайд 2)

  (1)

Освітленість Е, яку створює зоря , у 2,512 разів більша, ніж від зорі , у рази більша, ніж від зорі і т.д. Цю закономірність узагальнює формула Погсона: (Слайд 3)

   (2)

Неважко підрахувати, що зорі рівно у 100 разів слабкіші за зорі . Зазначимо, що найяскравіших зір з величинами яскравіше налічується усього 13, від до − 27, а всіх зір до − близько 6 000. Видима зоряна величина Сонця становить .

Однак видима зоряна величина m не дає інформації про справжню потужність джерела світла (наприклад, близька свічка краще освітлює текст, ніж далека електрична лампочка). Тому для характеристики зір введено абсолютну зоряну величину М.

Абсолютна зоряна величина — це така зоряна величина, яку б мала зоря, якби перебувала від нас на відстані 10 пк (32,6 св. р.). Оскільки освітленості змінюються обернено пропорційно квадрату відстані, то, використовуючи формулу (1), знайдемо співвідношення: (Слайд 4)

, (3)

де r − відстань до зорі, виміряна в парсеках.

Важливою характеристикою зорі є її світність L − повна кількість енергії, яку випромінює зоря з усієї своєї поверхні за одиницю часу в усіх напрямках. (Слайд 5). Як правило, світність зорі виражають в одиницях світності Сонця, тобто . Між абсолютною величиною зорі М та її світністю L існує зв'язок.

, де

Каталоги небесних об'єктів. Окрім зір, на небі можна спостерігати багато інших об'єктів − туманності, зоряні скупчення, галактики тощо. Всі ці об'єкти занесено у спеціальні списки − каталоги.

Перші каталоги з'явилися ще до нашої ери. Сьогодні завдяки наполегливій багаторічній праці десятків і сотень астрономів маємо декілька різних каталогів небесних об'єктів.

У так званому «Боннському огляді неба» (ВD, 1863 р.) наведено координати, зоряні величини і особливості спектрів 324 188 зір. Довгий час найвідомішим серед каталогів зір був дев'ятитомний «Каталог Генрі Дрепера» (НD), що містить інформацію про зоряні величини і спектри 225 300 зір (опублікований 1918-1924 рр.).

Один із найвідоміших каталогів незоряних об'єктів склав французький астроном Ш. Месьє (1780-1817). У ньому налічується 109 об'єктів − яскравих зоряних скупчень, туманностей і галактик. Зокрема, галактика із сузір'я Андромеди записана у ньому за номером 31, тому її позначають як об'єкт М31 (читається «Месьє 31»). Існує «Новий генеральний каталог туманностей і зоряних скупчень» (NGC, 1888 р.), в якому галактика М31 має номер 224 (об'єкт NGC224).

Існують і інші каталоги, наприклад, «Тусho Саtalogue», складений за результатами роботи супутника «НІРРАRС0S» у 1989-1993 рр. Він містить відомості про понад один мільйон зоряних об'єктів. Складено каталоги дискретних радіоджерел, у тому числі квазарів - Третій, Четвертий і П'ятий Кембриджський каталоги (ЗС, 4С і 5С). Є каталоги інфрачервоних джерел, створені за результатами роботи супутника ІКАВ, та інші. Окрім традиційних, друкованих каталогів, останніми роками створено їхні комп'ютерні варіанти, що зручніше для користування. Робота над ними триває.

Основні точки і лінії небесної сфери. Зоряний час Для визначення положення світила на небі необхідна певна система координат, подібна до тієї, що використовується на поверхні Землі.

Спосіб побудови сітки географічних координат відомий: на поверхні Землі виділено дві точки − географічні полюси, через них проведено дуги географічних меридіанів, один із них прийнято за початковий («нульовий»); проведено також земний екватор − велике коло, всі точки якого рівновіддалені від полюсів. Перебуваючи всередині небесної сфери, зробимо те ж саме. Слід лише домовитись, які точки на ній вважати « головними ».

Основні точки і лінії небесної сфери. Визначення основних точок і ліній небесної сфери починають з найпростішого − з установлення вертикального напрямку за допомогою виска. Прямовисна лінія (лінія виска) перетинається з небесною сферою в двох точках, які називаються зеніт і надир. Ці назви за позичено в арабських спостерігачів: зеніт − «вершина», надир − «напрям ноги»; їх позначають відповідно літерами Z і N.

Зеніт − це верхня точка перетину прямовисної лінії з небесною сферою, надир − нижня точка (протилежна зеніту Велике коло, яке проходить через світило, точку зеніту і точку надиру, називається вертикальним колом або вертикалом . (Слайд 6)

Через центр небесної сфери перпендикулярно до прямовисної лінії проведемо горизонтальну площину.

Велике коло, по якому горизонтальна площина перетинається з небесною сферою, називається математичним або справжнім горизонтом.

Справжній горизонт слід відрізняти від видимого горизонт у , який на суші є неправильною лінією з точками, що лежать вище або нижче справжнього горизонту, а на морі завжди є колом, площина якого паралельна площині справжнього горизонту.

Небесна сфера обертається навколо лінії, яка називається віссю світу; точки перетину осі світу з небесною сферою називаються полюсами світу. Полюс, відносно якого небесна сфера обертається проти годинникової стрілки (для спостерігача, який перебуває у центрі сфери), називають Північним полюсом світу, протилежний йому − Південним полюсом світу. (Слайд 7)

У наш час Північний полюс світу перебуває поблизу зорі Малої Ведмедиці, яку називають Полярною зорею.

Велике коло, площина якого перпендикулярна до осі світу, називають небесним екватором. Небесний екватор ділить небесну сферу на північну і південну півкулі.

З горизонтом небесний екватор перетинається у двох точках: у точці сходу Е (east)і в точці заходу W ( west). Велике коло, що проходить через полюси світу і зеніт, називають небесним меридіаном (Слайд 8). Небесний меридіан перетинається з горизонтом у двох точках: у точці півночі N (вона ближча до Північного полюса світу) і в точці півдня S (вона ближча до Південного полюса світу).

Пряму лінію, що з'єднує точки півдня і півночі, називають полуденною лінією. Небесний меридіан ділить небесну сферу на дві півкулі − східну і західну. Велике коло, що проходить через полюси світу і через світило М, називають колом схилень.

Слідкуючи за тим, як упродовж року при екваторіальні сузір'я одне за одним зміщуються на вечірньому небі до тієї ділянки горизонту, за яку зайшло Сонце, можна зробити висновок, що Сонце здійснює видимий річний рух назустріч обертанню небесної сфери.

Велике коло, по якому центр диска Сонця здійснює свій видимий річний рух на небесній сфері, називається екліптикою. (Слайд 8)

Слово «екліптика» походить від грецького «екліпто» − «затемнюю», бо як тільки Місяць у своєму русі навколо Землі перетне екліптику в повню, настає затемнення Місяця. Якщо він перетинає екліптику у фазі нового Місяця, відбувається затемнення Сонця.

Площина екліптики нахилена до площини небесного екватора під кутом 23,5º. Екліптика перетинається з небесним екватором у двох точках рівнодень: весняного і осіннього. Точка весняного рівнодення − це точка небесного екватора, через яку центр диска Сонця 20-21 березня переходить з південної півкулі неба в північну. Через точку осіннього рівнодення її центр диска Сонця 22-23 вересня переходить з північної півкулі неба в південну. (Слайд 9)

Кульмінації світил. Внаслідок добового обертання небесної сфери кожне світило, описуючи на небі коло (тим менше, чим ближче світило до полюса світу), двічі перетинає небесний меридіан.

Явище проходження світила через небесний меридіан називається кульмінацією. (Слайд 10)

У верхній кульмінації світило буває найвище над горизонтом, у нижній кульмінації світило буває найнижче над горизонтом чи під горизонтом. Деякі зорі в момент верхньої кульмінації проходять через зеніт. В залежності від кутових відстаней, на яких світила знаходяться від полюсів світу, у кожній певній точці земної кулі вони можуть сходити і заходити, або ніколи не заходити, або ніколи не сходити.

Для світил, які в даній місцевості не заходять, ми бачимо і верхню, і нижню кульмінації; для світил, які сходять і заходять, − тільки верхню кульмінацію; для світил, які не сходять, обидві кульмінації відбуваються під лінією горизонту. Для спостерігача на північному полюсі Землі всі зорі північної небесної півкулі не заходять, а зорі південної небесної півкулі не сходять і навпаки. Для спостерігача на екваторі всі зорі обох небесних півкуль сходять і заходять.

Коли центр сонячного диска, перетинаючи небесний меридіан, знаходиться у верхній кульмінації, настає астрономічний полудень; під час нижньої кульмінації центра сонячного диска настає астрономічна північ.

Зоряний час. Періодичне обертання небесної сфери, повторення явищ сходу і заходу світил та їхніх кульмінацій дали людям природну одиницю лічби часу − добу. Залежно від того, що взяте за орієнтир на небі, відрізняють сонячну і зоряну добу.

Зоряна доба − це проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями точки весняного рівнодення.

Зоряний час − це час 8, що минув від верхньої кульмінації точки весняного рівнодення. (Слайд 11)

Зоряну добу розділено на 24 зоряних години, у кожній годині − 60 зоряних хвилин, у кожній хвилині − 60 зоряних секунд. Оскільки повний оберт Землі відносно точки У1 становить 360, то маємо таке співвідношення:

1 год. = 15°, 1° = 4 хв.

Через те що Земля обертається навколо своєї осі, на різних географічних меридіанах кульмінація точки весняного рівнодення настає в різні моменти. Якщо позначити через зоряний час на нульовому гринвіцькому меридіані, то для спостерігача, який перебуває на схід від Гринвіча і географічна довгота якого X виражена в годинах і частках години, зоряний час буде більшим на величину S:

.

Перегляд презентації про календарі.

4. Закріплення вивченого матеріалу.

Вч.: Що таке зеніт та надир?

Учні: Зеніт − це верхня точка перетину прямовисної лінії з небесною сферою, надир − нижня точка.

Вч.: Що називають небесним меридіаном.

Учні: Велике коло, що проходить через полюси світу і зеніт, називають небесним меридіаном

Вч.: Що таке кульмінація?

Учні: Явище проходження світила через небесний меридіан називається кульмінацією.

Вч.: Зоряна доба – це…

Учні: Зоряна доба − це проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями точки весняного рівнодення.

Вч.: Зоряний час − це

Учні: Зоряний час − це час 8, що минув від верхньої кульмінації точки весняного рівнодення.

Вч.: Абсолютна зоряна величина називається?

Учні: Абсолютна зоряна величина — це така зоряна величина, яку б мала зоря, якби перебувала від нас на відстані 10 пк (32,6 св. р.).  

Вч.: Що таке світність?

Учні: Світність L − повна кількість енергії, яку випромінює зоря з усієї своєї поверхні за одиницю часу в усіх напрямках.

5. Домашнє завдання

Вчитель записує на дошці почитати §3 (ст. 21-29), вивчити конспект, дати відповіді на запитання в кінці підручника, знайти новини з астрономії. (Слайд 12)