Как найти восходящие созвездия на подвижной карте

Работая с ПКЗН вы можете определить вид звездного неба, моменты восхода и захода звезд и их экваториальные координаты.

Работа с подвижной картой звездного неба

Все вы знаете, что звёздные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в определённой системе координат.

Рассмотрим ПКЗН поподробнее. Она состоит из подвижной и неподвижной части. На подвижной части мы можем увидеть рад созвездий.

В наши дни созвездиями называют определённые участки звёздного неба, разделённые между собой строго установленными границами, с характерной наблюдаемой группировкой звёзд.

На ПКЗН мы можем наблюдать ряд созвездий северного полушария, разделенных между собой пунктирной линией. Например, созвездие Ориона.

Рассмотрев подробнее данное созвездие, мы можем заметить, что практически все звезды обозначены греческими буквами и диаметр звезд при нанесении на карту также отличается. Это связанно с тем, что, рассматривая звездное небо не трудно заметить, что все звезды отличаются по яркости.

В 1603 году немецкий астроном Иоганн Байер предложил свою систему обозначения звёзд, которой мы пользуемся до сих пор. В этой системе название звезды состоит из двух частей: названия созвездия, которому принадлежит звезда, и буквы греческого алфавита. Причём буквенное обозначение, как правило, присваивается в порядке убывания яркости звезды в созвездии.

Однако мы знаем, что из любого правила есть исключения: созвездие Большой медведицы, семь ярких звёзд которого образуют известный Большой Ковш. Обозначение этих звёзд велось просто справа на лево и созвездие Ориона, где звезда β ярче, чем α.

Что же еще можно узнать, работая с ПКЗН.

На ПКЗН все объекты нанесены в экваториальной системе координат, т.к. в ней координаты звёзд не связаны с суточным движением небесной сферы и изменяются очень медленно, так как достаточно далеки от нас.

Координатами данной системы служат склонение и прямое восхождение.

Теперь давайте посмотрим, как используя ПКЗН определить экваториальные координаты α Девы.

Для этого найдем созвездие Девы и в нем звезду α. Для определения прямого восхождения нам необходимо провести луч, проходящий через полюс мира и нашу звезду. Его пересечение с краем карты укажет нам значение данной координаты 13,25

Для определения склонения светила обратим внимание на концентрические окружности, изображенные на карте, и имеющие оцифровку от 90 0 до -45 0 на данной карте. Звезда находится между окружностями 0 и -30. С учетом погрешности можно предположить, что склонение данной звезды будет -11 .

А теперь давайте с вами решим обратную задачу, то есть найдём звезду по её координатам. Итак, пусть склонение звезды равно 27 о , а прямое восхождение — 23 ч 00 м . β Пегаса.

Стоит отметить, что картой звёздного неба можно пользоваться не только для нахождения координат звёзд, но и для определения вида звёздного неба в интересующий момент времени. Для этого необходимо совместить на неподвижной части карты дату, а на подвижной время. Например, 25 февраля и 5 часов. Те небесные объекты, которые находятся на белом фоне можно наблюдать, прочие нет.

А также с помощью ПКЗН определять моменты восхода и захода звёзд, в том числе и Солнца. Под восходом понимается явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта, а под заходом — западной части этого горизонта.

Для определения момента восхода звезды а Волопаса 30 сентября нам необходимо:

Совместить восточную часть на подвижной части карты и звезду на неподвижной.

Далее на подвижной части звездной карты определить момент восхода. Восход 6,00

Для определения момента захода данной звезды нам необходимо:

Совместить западную часть на подвижной части карты и звезду на неподвижной. Заход 21,50

И опять же на подвижной части карты посмотреть момент времени.

Аналогичные действия можно выполнять и для Солнца, однако следует помнить, Солнце так же, как и другие звёзды, описывает свой путь по небесной сфере.

Для определения положения Солнца следует провести луч из полюса мира, проходящий через заданную дату, и его пересечение с эклиптикой даст нам положение Солнца.

Таким образом работая с ПКЗН вы можете определить вид звездного неба, моменты восхода и захода звезд и их экваториальные координаты.

Ориентирование по звездной карте: Точка севера, юга, востока и запада, а также зенит

О том что представляет собой звездная карта, как и о принципах её составления, мы уже узнали. Сейчас поговори о том, как её использовать для наблюдения звездного неба.

Ответим для начала на два вопроса: Как узнать по карте, какие звезды сейчас видны на небе, какие не видны? Какие звезды видны на востоке и на западе?

Обе задачи решаются сразу, но сначала надо условиться в том, что считать за восток и запад. Обыкновенно мы делим видимый небесный свод и видимую часть земной поверхности на две половины: либо на северную и южную, либо на восточную и западную. Говорят, например: «Солнце восходит на востоке, а заходит на западе». Это верно, но слишком неточно, так как Солнце восходит и заходит каждый день в разных местах. Лучше вместо довольно абстрактных сторон — южной и северной, восточной, и западной взять четыре вполне определенные точки. Их можно наметить таким способом.

Вечером, став под открытым небом, найдите Полярную звезду и встаньте к ней лицом — так вы встанете по направлению точно к северу. Проведите на земле длинную прямую черту прямо вперед, и вообразите, что вы довели эту черту до видимого края неба. Та точка, в которой ваша воображаемая черта встретится с видимой вдали чертой горизонта, будет точка севера.

Пройдя несколько шагов вдоль вашей черты, обернитесь назад и смотрите прямо вдоль черты. Так вы наметите точку юга на линии горизонта.

Проведите другую черту поперек вашей черты так, чтобы получился правильный крест с совершенно ровными, прямыми углами. Станьте в середине креста, в точке пересечения двух проведенных вами линий, и вообразите, что концы поперечной черты креста также доведены до линии горизонта. Те точки, в которых они встречаются с линией горизонта, это будут точка востока и точка запада.

Запомните раз навсегда в вашей местности точки юга, севера, востока и запада, чтобы не намечать их каждый раз. Для этого заметьте в этих точках какое- нибудь дерево, куст, строение, но только выбирайте эти цели как можно дальше от себя: иначе, если вы выберете цели близкие, то стоит вам немного сойти с места, и они уж не совпадут с точками севера, юга, востока и запада.

Припомните еще пятую точку неба — зенит: если вы поставите в середине вашего креста из двух линий высокий прямой отвесный столб и вообразите себе, что вершина этого столба уперлась в небо, то точка, в которую она упрется, это и будет зенит. Наконец, если вы вообразите себе, что ваш столб пророс вниз сквозь землю, прошел сквозь центр земного шара, вышел наружу на той стороне и там уперся в небо, то получится еще пятая точка неба, противоположная зениту, в астрономии она называется надиром.

Определяем положение звезд по звездной карте

Возвратимся к нашей задаче. Какие звезды видны у нас, например, в 11 часов вечера в середине июля, и в какой части неба искать каждую из них?

Северные околополярные звезды, до 30-й северной параллели, изображенные на круглой карте, видны все, как и во всякое время. Поставьте карту в положение 22 июня (Малая Медведица — вверх) и поверните ее против часовой стрелки на два часовых деления: получится положение звезд 22 июля в 9 ч. вечера. Поверните еще на два часовых деления: получится положение звезд в 11 часов. Внизу карты, в точке севера, будет 7-й час, а вверху, в зените, — 19-й час. Между 60-й и 45-й параллелями, то есть в зенитах разных мест от Санкт-Петербурга до Крыма, будут мелкие звездочки созвездия Дракона, а прямо к югу от зенита будет стоять Лира.

Из звезд же, изображенных на четырехугольной карте, будет видна ровно половина. В зените, как вы помните, стоит 19-й час. Положите четырехугольную карту перед собой так, чтобы против вас был 19-ый час (созвездие Стрельца). Здесь и будет точка юга — на нижнем краю карты и на 19-м часовом делении. На юге, и только на юге, над точкой юга, вы увидите на небе всю карту, с верху до низу.

Отсчитайте от точки юга шесть часов влево и шесть часов вправо: там будут точки востока (1-й час) и запада (13-й час). Но эти точки при­дется поставить уж не на нижнем краю карты, а посредине, на экваторе: на востоке и западе уж видны только созвездия севернее экватора, то есть с верху до середины карты.

Отсчитайте еще шесть часов влево от точки востока и вправо от точки запада: тот и другой отсчет сойдутся на 7 часу — там будет точка севера. Ее придется поставить на верхнем краю карты: над точкой севера не видно ни одной из звезд, изображенных на длинной карте под 7 часом, — они все будут ниже горизонта, а над горизонтом на севере будут только звезды, изображенные на круглой карте северных созвездий.

Вот способ еще короче и прямее. Установив точку юга и отметив ее на нижнем краю карты, отсчитайте от нее 12 часовых делении вправо: там будет точка севера, на верхнем краю карты. Проведите на карте прямую черту от точки юга к точке севера. Эта черта будет изображать линию горизонта. Что выше этой черты, то видно на западной стороне неба; что ниже, то скрывается под горизонтом.

Так же чертится и восточная половина линии горизонта, только надо отсчитывать от точки юга 12 часов влево. Все это понятнее на чертеже, особенно если вы сравните этот чертеж с чертежом, изображающим полный глобус, не разложенный на карты, и внутри его круг — горизонт. Этим способом нетрудно рассчитать, какие звезды видны, в какой стороне и на какой высоте над горизонтом.

Особенности ориентирования по звездной карте

Другая задача: где восходят разные звезды, где они заходят, как они идут по видимому небу и сколько времени от их восхода до заката?

Надо запомнить, что линия экватора пересекается с линией горизонта в точках востока и запада, так, например, звезда, находящаяся на Экваторе глобуса (хотя бы бета Ориона), восходит в точке востока, а заходит в точке запада и описывает дугу, наклоненную над точкою юга. Дуга эта и есть линия экватора. В Крыму линия экватора проходит по середине видимого расстояния между зенитом и точкой юга, а в Санкт-Петербурге гораздо ниже — на высоте в одну треть расстояния между зенитом и точкой юга. Звезда, находящаяся на экваторе, идет по видимому нами небу ровно 12 часов — и в Санкт-Петербурге, и в Крыму, и где бы то ни было.

Звезда, помещенная на глобусе южнее экватора, очевидно, восходит уж не на востоке, а где-нибудь на юго-востоке, между точкой востока и точкой юга. Она описывает по южной стороне видимого неба дугу ниже линии экватора и заходит на юго-востоке. Такие звезды видны на небе в течение времени меньше 12 часов. Чем южнее звезда, тем ближе к точке юга она восходит и заходит, и тем ниже, короче и кратче ее видимый путь.

Звезды, находящиеся к северу от экватора, восходят в промежутке между точкой востока и точкой севера, одним словом, — в северо-восточной четверти горизонта. Оттуда они движутся вверх и в то же время к югу, переходят в южную сторону неба, описывают дугу, наклоненную над линией экватора и заходят на северо-западе. Они описывают на видимом небесном своде дугу больше, чем в пол-круга, и остаются на небо дольше двенадцати часов.

Наконец, звезды, которые находятся еще ближе к полюсу, описывают на небесном своде полные круги около Полярной звезды и совсем не заходят, так что их можно видеть на небе во всякое время года, ночи и дня, если у вас есть телескоп.

В Крыму Полярная звезда видна посередине расстояния между зенитом и точкой севера, так что там круг, проходящий своим нижним краем через точку севера, верхним краем проходит через зенит. Этот круг, описывают звезды Капелла и Денеб: они помещаются на глобусе на 45-ой параллели, следовательно, на середине расстояния между экватором и полюсом, и сам Крым находится на середине расстояния между экватором и полюсом, приблизительно 5000 километров от того и другого.

Санкт-Петербурге ближе к полюсу, он стоит под 60-й параллелью. Здесь Полярная звезда видна на высоте в две трети расстояния от точки севера до зенита. Потому-то в Санкт-Петербурге круг незаходящих околополярных звезд в полтора раза шире, чем в Крыму.

Круги, описываемые незаходящими звездами на здешнем небе, помещаются внутри 30-й северной параллели. Они переходят своим верхним краем в южную сторону небосклона, южнее зенита, и представляются на ней в виде дуг, проходящих выше экватора. Только одна Малая Медведица здесь никогда не переходит в южную сторону неба и, даже протянувшись вверх, не достает до зенита.

Итак, на южной стороне неба все звезды описывают дуги, наклоненные серединой над точкой юга. На северной стороне неба немногие звезды, близкие к Полярной, описывают полные круги, более отдаленные звезды — тоже полные круги, но часть этих кругов проходит дугой через верх южной стороны неба.

Звезды, самые отдаленные от Полярной и близкие к экватору, чертят наклонные линии — начала и концы больших дуг, середина которых проходит по южной стороне неба выше экватора. Так изображаются пути звезд на бумаге. А на настоящем небе, как мы его видим, пути звезд представляются в виде кругов и дуг, поднимающихся наклонно от севера к югу и параллельных друг другу.

Конспект урока «Небесные координаты и звёздные карты»

Все мы не раз с вами видели, как каждое утро в восточной стороне неба восходит Солнце. Оно появляется из-за далёких предметов или неровностей земной поверхности. Затем постепенно поднимается над горизонтом и, наконец, в полдень достигает наивысшего положения на небе. В это момент человек, находящийся в северном полушарии Земли, будет видеть Солнце на юге, а находящийся в южном полушарии — на севере. После полудня Солнце постепенно опускается, приближаясь к горизонту, и заходит в западной части неба.

Такое же движение по небу в течение суток можно заметить и у других светил: Луны, звёзд и планет. В целом нам кажется, что небосвод вращается как единое целое вокруг некоторой оси, называемой нами осью мира.

При наблюдении звёзд ясной ночью в северной части неба, можно увидеть, как они, двигаясь с востока на запад, описывают концентрические круги, центр которых располагается около Полярной звезды (альфа Малой Медведицы). Эта точка называется северным полюсом мира. В южном полушарии можно найти диаметрально противоположную ей точку — южный полюс мира. Давайте также вспомним, что большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и светило, называется кругом склонения.

А большой круг, проходящий через центр небесной сферы и перпендикулярный оси мира, называется небесным экватором. Он делит небесную сферу на две части: Северное полушарие с вершиной в Северном полюсе мира и Южное — с вершиной в Южном полюсе мира.

Помимо этого, на небесной сфере принято указывать и видимый годовой путь Солнца среди звёзд. Он называется эклиптикой. Она наклонена к небесному экватору под углом 23 о 27′ и пересекает его в двух точках — точке весеннего (около 21 марта) и осеннего (около 23 сентября) равноденствия.

Сейчас же мы знаем, что вращения небосвода — это кажущееся явление, вызванное вращением Земли вокруг своей оси с запада на восток.

Видимое движение светил, происходящее из-за вращения Земли вокруг оси, называется суточным движением, а период вращения Земли вокруг оси — сутками.

На одном из первых уроков мы с вами говорили о том, что наблюдателю, находящемуся на поверхности Земли, кажется, что все звёзды расположены на некоторой сферической поверхности неба и одинаково удалены от него. Напомним, что такая воображаемая сфера произвольного радиуса была названа небесной сферой.

Для указания положения светил на небе используют систему координат, аналогичную той, которая используется в географии.

Вы уже знаете, что в географии определить положение точки на поверхности Земли нам помогают географические координаты — широта и долгота. Географическая долгота отсчитывается вдоль экватора от начального (Гринвичского) меридиана. А географическая широта — по меридианам от экватора к полюсам Земли.

Такая система координат называется экваториальной.

Аналогичную, экваториальную, систему координат удобно использовать и в астрономии, для указания положения светил на небе. В этой системе координат основным кругом небесной сферы является небесный экватор. А координатами служат склонение и прямое восхождение.

Склонение светила — это угловое расстояние светила от небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения. Обозначается склонение малой греческой буквой δ и оно аналогично географической широте. Единственное отличие состоит в том, что у светил, расположенных к северу от экватора, склонение считается положительным, а расположенных к югу от экватора — отрицательным. При этом за начальную точку отсчёта склонения на небесном экваторе принимается точка весеннего равноденствия.

Вторая координата — прямое восхождение — указывает положение светила на небе. То есть это угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от точки весеннего равноденствия до точки пересечения небесного экватора с кругом склонения светила.

Обозначается склонение малой греческой буквой α. А отсчитывается оно в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы, в пределах от 0 до 360 градусов или от 0 до 24 часов. Хотя в астрономии склонение принято выражать не в градусной мере, а в часовой. Если учесть, что 360 градусам соответствуют 24 часа или 1440 минут, то одному градусу соответствует 4 минуты.

У вас может возникнуть вопрос: «В чём принципиальное отличие горизонтальной системы координат (о которой мы говорили в одном из первых уроков) от экваториальной?»

Ответ достаточно прост. Вспомните, что в горизонтальной системе координаты светила на небесной сфере со временем изменяются. Следовательно, они имеют определённое значение только для известного момента времени.

В экваториальной же системе координаты звёзд не связаны с суточным движением небесной сферы и изменяются очень медленно, так как достаточно далеки от нас. Поэтому именно эта система координат применяется для составления звёздных глобусов, карт и каталогов.

Звёздные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в определённой системе координат.

Набор звёздных карт смежных участков неба, покрывающих всё небо или некоторую его часть, называется звёздным атласом.

А в специальных списках звёзд, называемых звёздными каталогами, указываются координаты их места на небесной сфере, звёздная величина и другие параметры. Например, в каталоге опорных звёзд-два, который также известен как Ориентировочный Каталог Космического Телескопа Хаббла, содержится более 945,5 миллионов звёзд.

Давайте остановимся и рассмотрим карту звёздного неба поподробнее. Итак, в центре нашей звёздной 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 0 до 23 часов).

Луч, от которого начинается отсчёт прямого восхождения, проходит через точку весеннего равноденствия, обозначенную на карте символом овна. Склонение отсчитывается по этим лучам от окружности, которая изображает небесный экватор и имеет обозначение ноль градусов. Остальные окружности также имеют оцифровку, которая показывает, какое склонение имеет объект, расположенный на этой окружности.

В зависимости от звёздной величины звёзды изображают на карте кружками различного диаметра. Те из них, которые образуют характерные фигуры созвездий, соединены сплошными линиями. А границы созвездий обозначены пунктиром.

Теперь давайте посмотрим, как пользоваться звёздной картой. Для этого определим экваториальные координаты Альтаира (это альфа Орла), Сириуса (это альфа Большого Пса) и Веги (это альфа Лиры).

А теперь давайте с вами решим обратную задачу, то есть найдём звезду по её координатам. Итак, пусть склонение звезды равно 35 о , а прямое восхождение — 1 ч 6 м .

Для того, чтобы найти ответ на поставленный вопрос, мы с вами должны выполнить все те же действия, что и в прошлый раз, но только в обратном порядке. То есть сначала на карте мы находим заданное нам прямое восхождение светила. Далее строим мысленный отрезок (или прикладываем линейку) так, чтобы он соединил нашу точку с центром карты звёздного неба. Теперь находим окружность, обозначающую склонение в 30 о и откладываем от неё примерно 5 о вверх. Как видим, мы попали на звезду бета Андромеды.

Стоит отметить, что картой звёздного неба можно пользоваться не только для нахождения координат звёзд, но и для определения вида звёздного неба в интересующий момент времени определённой даты. А также определять моменты восхода и захода звёзд, Солнца или планет.

Практическая работа № 1

Тема: Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты звёздного неба

Цель: познакомиться с подвижной картой звёздного неба,

            научиться определять условия видимости созвездий

            научиться определять координаты звезд по карте

Ход работы:

Теория.

Вид звёздного неба изменяется из-за суточного вращения Земли. Изменение вида звёздного неба в зависимости от времени года происходит вследствие обращения Земли вокруг Солнца. Работа посвящена знакомству со звёздным небом, решению задач на условия видимости созвездий и определении их координат.

Подвижная карта звёздного неба изображена на рисунке.

(Распечатать)

Перед началом работы распечатать подвижную карту звездного неба, овал накладного круга вырезать по линии, соответствующей географической широте места наблюдения. Линия выреза накладного круга будет изображать линию горизонта. Звёздную карту и накладной круг наклеить на картон. От юга к северу накладного круга натянуть нить, которая покажет направление небесного меридиана.

На карте:

• звёзды показаны чёрными точками, размеры которых характеризуют яркость звёзд;
• туманности обозначены штриховыми линиями;
• северный полюс мира изображён в центре карты;
• линии, исходящие от северного полюса мира, показывают расположение кругов склонения. На звёздной карте для двух ближайших кругов склонения угловое расстояние равно 1 ч;
• небесные параллели нанесены через 30°. С их помощью можно произвести отсчёт склонение светил δ;
• точки пересечения эклиптики с экватором, для которых прямое восхождение 0 и 12 ч., называются точками весеннего g и W равноденствий;
• по краю звёздной карты нанесены месяцы и числа, а на накладном круге – часы;
• зенит расположен вблизи центра выреза (в точке пересечения нити, изображающей небесный меридиан с небесной параллелью, склонение которой равно географической широте места наблюдения).

Для определения местоположения небесного светила необходимо месяц, число, указанное на звёздной карте, совместить с часом наблюдения на накладном круге.

Небесный экватор — большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного экватора. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное полушарие, с вершиной в северном полюсе мира, и южное полушарие, с вершиной в южном полюсе мира. Созвездия, через которые проходит небесный экватор, называют экваториальными. Различают созвездия южные и северные.

Созвездия Северного полушария: Большая и Малая Медведицы, Кассиопея, Цефей, Дракон, Лебедь, Лира, Волопас и др.

К южным относятся Южный Крест, Центавр, Муха, Жертвенник, Южный Треугольник.

Полюс мира — точка на небесной сфере, вокруг которой происходит видимое суточное движение звёзд из-за вращения Земли вокруг своей оси. Направление на Северный полюс мира совпадает с направлением на географический север, а на Южный полюс мира — с направлением на географический юг. Северный полюс мира находится в созвездии Малой Медведицы с поляриссимой (видимая яркая звезда, находящаяся на оси вращения Земли) — Полярной звездой, южный — в созвездии Октант.

Туманность — участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба. Ранее туманностями называли всякий неподвижный на небе протяжённый объект. В 1920-е годы выяснилось, что среди туманностей много галактик (например, Туманность Андромеды). После этого термин «туманность» стал пониматься более узко, в указанном выше смысле. Туманности состоят из пыли, газа и плазмы.

Эклиптика — большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца. Плоскость эклиптики — плоскость обращения Земли вокруг Солнца (земной орбиты).

В зависимости от места наблюдателя на Земле меняется вид звездного неба и характер суточного движения звезд. Cуточные пути светил на небесной сфере — это окружности, плоскости которых параллельны небесному экватору.

Рассмотрим, как изменяется вид звездного неба на полюсах Земли. Полюс — это такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной линией, а небесный экватор — с горизонтом.

Для наблюдателя, находящегося на Северном полюсе Земли, Полярная звезда будет располагаться в зените, звёзды будут двигаться по кругам, параллельным математическому горизонту, который совпадает с небесным экватором. При этом над горизонтом будут видны все звёзды, склонение которых положительно (на Южном полюсе, наоборот, будут видны все звезды, склонение которых отрицательно), а их высота в течение суток не будет изменяться.

Переместимся в привычные для нас средние широты. Здесь уже ось мира и небесный экватор наклонены к горизонту. Поэтому и суточные пути звёзд также будут наклонены к горизонту. Следовательно, на средних широтах наблюдатель сможет наблюдать восходящие и заходящие звёзды.

Под восходом  понимается явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта, а под заходом — западной части этого горизонта.

Помимо этого, часть звёзд, располагающихся в северных околополярных созвездиях, никогда не будут опускаться за горизонт. Такие звёзды принято называть незаходящими.

А звёзды, расположенные около Южного полюса мира для наблюдателя на средних широтах будут являться невосходящими.

Отправимся дальше — на экватор, географическая широта которого равна нулю. Здесь ось мира совпадает с полуденной линией (то есть располагается в плоскости горизонта), а небесный экватор проходит через зенит.

Суточные пути всех, без исключения, звёзд перпендикулярны горизонту. Поэтому находясь на экваторе, наблюдатель сможет увидеть все звёзды, которые в течение суток восходят и заходят.

Вообще, для того, чтобы светило восходило и заходило, его склонение по абсолютной величине должно быть меньше, чем  .

Если  , то в Северном полушарии она будет являться незаходящей (для Южного — невосходящей).

Тогда очевидно, что те светила, склонение которых  , являются невосходящими для Северного полушария (или незаходящими для Южного).

Экваториальная система координат — это система небесных координат, основной плоскостью в которой является плоскость небесного экватора.

Экваториальные небесные координаты:

1. Склонение (δ) — угловое расстояние светила М от небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения. Обычно выражается в градусах, минутах и секундах дуги. Склонение положительно к северу от небесного экватора и отрицательно к югу от него. Объект на небесном экваторе имеет склонение 0°. Склонение северного полюса небесной сферы равно +90° Склонение южного полюса равно −90°.

2. Прямое восхождение светила (α) — угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от точки весеннего равноденствия до точки пересечения небесного экватора с кругом склонения светила.

Последовательность выполнения практической работы:

Задачи практической работы:

Задача 1. Определите экваториальные координаты Альтаира (α Орла), Сириуса (α Большого Пса) и Веги (α Лиры).

Задача 2. Используя карту звёздного неба, найдите звезду по её координатам: δ = +35о; α = 1ч 6м.

Задача 3. Определите, какой является звезда δ Стрельца, для наблюдателя, находящего на широте 55о 15ʹ. Определить, восходящей или невосходящей является звезда двумя способами: с использованием накладного круга подвижной карты звездного неба и с использованием формул условия видимости звезд.

Практический способ. Располагаем подвижный круг на звездной карте и при его вращении определяем, является звезда восходящей или невосходящей.

Теоретичекий способ.

Используем формулы условия видимости звезд:

Если , то звезда является восходящей и заходящей.

Если , то звезда в Северном полушарии является незаходящей

Если , то звезда в Северном полушарии является невосходящей.

Задача 4. Установить подвижную карту звёздного 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.

Задача 5. Найти созвездия, расположенные между точками запада и севера, 10 октября в 21 час. Проверить правильность определения визуальным наблюдением звёздного неба.

Задача 6. Найти на звёздной карте созвездия с обозначенными в них туманностями и проверить, можно ли их наблюдать невооруженным глазом глазом на день и час выполнения лабораторной работы.

Задача 7. Определить, будут ли видны созвездия Девы, Рака. Весов в полночь 15 сентября? Какое созвездие в это же время будет находиться вблизи горизонта на севере?

Задача 8. Определить, какие из перечисленных созвездий: Малая Медведица, Волопас, Возничий, Орион – для вашей широты будут незаходящими?

Задача 9. На карте звёздного неба найти пять любых перечисленных созвездий: Большая Медведица, Малая Медведица, Кассиопея, Андромеда, Пегас, Лебедь, Лира, Геркулес, Северная корона – и определить приближённо небесные координаты (склонение, и прямое восхождение) a-звёзд этих созвездий.

Задача 10. Определить, какие созвездия будут находиться вблизи горизонта на Севере, Юге, Западе и Востоке 5 мая в полночь.

Контрольные вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1. Что такое звёздное небо? (Звёздное небо – множество небесных светил, видимых с Земли ночью, на небесном своде. В ясную ночь человек с хорошим зрением увидит на небосводе не более 2—3 тысяч мерцающих точек. Тысячи лет назад древние астрономы разделили звездное небо на двенадцать секторов и придумали им имена и символы, под которыми они известны и поныне.)

2. Что такое созвездия? (Созвездия –  участки, на которые разделена небесная сфера для удобства ориентирования на звёздном небе. В древности созвездиями назывались характерные фигуры, образуемые яркими звёздами. )

3. Сколько на сегодняшний день созвездий? (Сегодня есть 88 созвездий. Созвездия различны по занимаемой площади на небесной сфере и количеству звезд в них.)

4. Перечислить основные созвездия или те, которые вы знаете. (Существуют большие созвездия и маленькие. К первым относятся Большая Медведица, Геркулес, Пегас, Водолей, Волопас, Андромеда. Ко вторым – Южный Крест, Хамелеон, Летучая Рыба, Малый Пёс, Райская Птица. Конечно, мы назвали лишь малую толику, наиболее известные.)

5. Что такое карта неба? ( Это изображение звёздного неба или его части на плоскости. Карту неба астрономы разделили на 2 части: южную и северную (по аналогии с полушариями Земли.)

6. Что такое небесный экватор? (Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного экватора.)

По окончанию практической работы студент должен представить отчет.

Отчёт должен включать ответы на все указанные пункты порядка выполнения работы и ответы на контрольные вопросы.

Список литературы

1. Воронцов-Вельяминов Б. А., Страут Е. К. «Астрономия. 11 класс». Учебник с электронным приложением — М.: Дрофа, 2017

2. Р. А. Дондукова «Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты» Руководство по проведению лабораторных работ М.: «Высшая школа» 2000

Работа с ПКЗН.

Все вы знаете, что звёздные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в определённой системе координат.

Рассмотрим ПКЗН поподробнее. Она состоит из подвижной и неподвижной части. На подвижной части мы можем увидеть рад созвездий.

В наши дни созвездиями называют определённые участки звёздного неба, разделённые между собой строго установленными границами, с характерной наблюдаемой группировкой звёзд.

На ПКЗН мы можем наблюдать ряд созвездий северного полушария, разделенных между собой пунктирной линией. Например, созвездие Ориона.

Рассмотрев подробнее данное созвездие, мы можем заметить, что практически все звезды обозначены греческими буквами и диаметр звезд при нанесении на карту также отличается. Это связанно с тем, что, рассматривая звездное небо не трудно заметить, что все звезды отличаются по яркости.

В 1603 году немецкий астроном Иоганн Байер предложил свою систему обозначения звёзд, которой мы пользуемся до сих пор. В этой системе название звезды состоит из двух частей: названия созвездия, которому принадлежит звезда, и буквы греческого алфавита. Причём буквенное обозначение, как правило, присваивается в порядке убывания яркости звезды в созвездии.

Однако мы знаем, что из любого правила есть исключения: созвездие Большой медведицы, семь ярких звёзд которого образуют известный Большой Ковш. Обозначение этих звёзд велось просто справа на лево и созвездие Ориона, где звезда β ярче, чем α.

Что же еще можно узнать, работая с ПКЗН.

На ПКЗН все объекты нанесены в экваториальной системе координат, т. К. в ней координаты звёзд не связаны с суточным движением небесной сферы и изменяются очень медленно, так как достаточно далеки от нас.

Координатами данной системы служат склонение и прямое восхождение.

Теперь давайте посмотрим, как используя ПКЗН определить экваториальные координаты α Девы.

Для этого найдем созвездие Девы и в нем звезду α. Для определения прямого восхождения нам необходимо провести луч, проходящий через полюс мира и нашу звезду. Его пересечение с краем карты укажет нам значение данной координаты 13,25

Для определения склонения светила обратим внимание на концентрические окружности, изображенные на карте, и имеющие оцифровку от +90⁰ до -45⁰ на данной карте. Звезда находится между окружностями 0 и -30. С учетом погрешности можно предположить, что склонение данной звезды будет -11 .

А теперь давайте с вами решим обратную задачу, то есть найдём звезду по её координатам. Итак, пусть склонение звезды равно +27^о, а прямое восхождение — 23^ч00^м. β Пегаса.

Стоит отметить, что картой звёздного неба можно пользоваться не только для нахождения координат звёзд, но и для определения вида звёздного неба в интересующий момент времени. Для этого необходимо совместить на неподвижной части карты дату, а на подвижной время. Например, 25 февраля и 5 часов. Те небесные объекты, которые находятся на белом фоне можно наблюдать, прочие нет.

А также с помощью ПКЗН определять моменты восхода и захода звёзд, в том числе и Солнца. Под восходом понимается явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта, а под заходом — западной части этого горизонта.

Для определения момента восхода звезды а Волопаса 30 сентября нам необходимо:

1. Совместить восточную часть на подвижной части карты и звезду на неподвижной.

2. Далее на подвижной части звездной карты определить момент восхода. Восход 6,00

Для определения момента захода данной звезды нам необходимо:

1. Совместить западную часть на подвижной части карты и звезду на неподвижной. Заход 21,50

2. И опять же на подвижной части карты посмотреть момент времени.

Аналогичные действия можно выполнять и для Солнца, однако следует помнить, Солнце так же, как и другие звёзды, описывает свой путь по небесной сфере.

Для определения положения Солнца следует провести луч из полюса мира, проходящий через заданную дату, и его пересечение с эклиптикой даст нам положение Солнца.

Таким образом работая с ПКЗН вы можете определить вид звездного неба, моменты восхода и захода звезд и их экваториальные координаты.

Контрольные
вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1. Что
такое звёздное небо? (Звёздное небо – множество небесных светил, видимых с
Земли ночью, на небесном своде. В ясную ночь человек с хорошим зрением увидит
на небосводе не более 2—3 тысяч мерцающих точек. Тысячи лет назад древние
астрономы разделили звездное небо на двенадцать секторов и придумали им имена и
символы, под которыми они известны и поныне.)

2. Что
такое созвездия? (Созвездия –  участки, на которые разделена небесная
сфера для удобства ориентирования на звёздном небе. В древности созвездиями
назывались характерные фигуры, образуемые яркими звёздами. )

3.
Сколько на сегодняшний день созвездий? (Сегодня есть 88 созвездий.
Созвездия различны по занимаемой площади на небесной сфере и количеству звезд в
них.)

4.
Перечислить основные созвездия или те, которые вы знаете. (Существуют
большие созвездия и маленькие. К первым относятся Большая Медведица, Геркулес,
Пегас, Водолей, Волопас, Андромеда. Ко вторым – Южный Крест, Хамелеон, Летучая
Рыба, Малый Пёс, Райская Птица. Конечно, мы назвали лишь малую толику, наиболее
известные.)

5. Что
такое карта неба? ( Это изображение звёздного неба или его части на
плоскости. Карту неба астрономы разделили на 2 части: южную и северную (по
аналогии с полушариями Земли.)

6. Что
такое небесный экватор? (Большой круг небесной сферы, плоскость которого
перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного экватора.)

Практическая работа № 1

Тема: «Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты
звёздного неба»

Цель: познакомиться с
подвижной картой звёздного неба,

            научиться определять
условия видимости созвездий

            научиться определять
координаты звезд по карте

Ход работы:

Теория.

Вид звёздного неба изменяется из-за суточного вращения Земли.
Изменение вида звёздного неба в зависимости от времени года происходит
вследствие обращения Земли вокруг Солнца. Работа посвящена знакомству со
звёздным небом, решению задач на условия видимости созвездий и определении их
координат.

Подвижная карта звёздного неба изображена на рисунке.

(Распечатать)

Перед началом работы распечатать подвижную
карту звездного неба, овал накладного круга
вырезать по линии, соответствующей географической широте места наблюдения
φ=60º . Линия выреза
накладного круга будет изображать линию горизонта. Звёздную карту и накладной
круг наклеить на картон. От юга к северу накладного круга натянуть нить,
которая покажет направление небесного меридиана.

На карте:

·        
звёзды показаны чёрными точками, размеры которых характеризуют
яркость звёзд;

·        
туманности обозначены штриховыми линиями;

·        
северный полюс мира изображён в центре карты;

·        
линии, исходящие от северного полюса мира, показывают
расположение кругов склонения. На звёздной карте для двух ближайших кругов
склонения угловое расстояние равно 1 ч;

·        
небесные параллели нанесены через 30°. С их помощью можно
произвести отсчёт склонение светил δ;

·        
точки пересечения эклиптики с экватором, для которых прямое
восхождение 0 и 12 ч., называются точками весеннего φ и осеннего  равноденствий;

·        
по краю звёздной карты нанесены месяцы и числа, а на накладном
круге – часы;

·        
зенит расположен вблизи центра выреза (в точке пересечения нити,
изображающей небесный меридиан с небесной параллелью, склонение которой равно
географической широте места наблюдения).

Для определения местоположения небесного светила необходимо
месяц, число, указанное на звёздной карте, совместить с часом наблюдения на
накладном круге.

Небесный экватор — большой круг небесной сферы,
плоскость которого перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного
экватора. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное
полушарие, с вершиной в северном полюсе мира, и южное полушарие, с вершиной в
южном полюсе мира. Созвездия, через которые проходит небесный экватор, называют
экваториальными. Различают созвездия южные и северные.

Созвездия Северного полушария: Большая и Малая Медведицы,
Кассиопея, Цефей, Дракон, Лебедь, Лира, Волопас и др.

К южным относятся Южный Крест, Центавр, Муха, Жертвенник, Южный
Треугольник.

Полюс мира — точка на
небесной сфере, вокруг которой происходит видимое суточное движение звёзд из-за
вращения Земли вокруг своей оси. Направление на Северный полюс мира
совпадает с направлением на географический север, а на Южный полюс мира — с
направлением на географический юг. Северный полюс мира находится в созвездии
Малой Медведицы с поляриссимой (видимая яркая звезда, находящаяся на оси вращения
Земли) — Полярной звездой, южный — в созвездии Октант.

Туманность — участок
межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на
общем фоне неба. Ранее туманностями называли всякий неподвижный на небе
протяжённый объект. В 1920-е годы выяснилось, что среди туманностей много
галактик (например, Туманность Андромеды). После этого термин «туманность» стал
пониматься более узко, в указанном выше смысле. Туманности состоят из пыли,
газа и плазмы.

Эклиптика — большой круг
небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца.
Плоскость эклиптики — плоскость обращения Земли вокруг Солнца (земной орбиты).

В зависимости от места наблюдателя на Земле меняется вид
звездного неба и характер суточного движения звезд. Cуточные пути светил на
небесной сфере — это окружности, плоскости которых параллельны небесному
экватору.

Рассмотрим, как изменяется вид звездного неба на полюсах Земли.
Полюс — это такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной
линией, а небесный экватор — с горизонтом.

Для наблюдателя, находящегося на Северном полюсе Земли, Полярная
звезда будет располагаться в зените, звёзды будут двигаться по кругам,
параллельным математическому горизонту, который совпадает с небесным экватором.
При этом над горизонтом будут видны все звёзды, склонение которых положительно
(на Южном полюсе, наоборот, будут видны все звезды, склонение которых
отрицательно), а их высота в течение суток не будет изменяться.

Переместимся в привычные для нас средние широты. Здесь уже ось
мира и небесный экватор наклонены к горизонту. Поэтому и суточные пути звёзд
также будут наклонены к горизонту. Следовательно, на средних широтах
наблюдатель сможет наблюдать восходящие и заходящие звёзды.

Под восходом  понимается
явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта, а под
заходом — западной части этого горизонта.

Помимо этого, часть звёзд, располагающихся в северных
околополярных созвездиях, никогда не будут опускаться за горизонт. Такие звёзды
принято называть незаходящими.

А звёзды, расположенные около Южного полюса мира для наблюдателя
на средних широтах будут являться невосходящими.

Отправимся дальше — на экватор, географическая широта которого
равна нулю. Здесь ось мира совпадает с полуденной линией (то есть располагается
в плоскости горизонта), а небесный экватор проходит через зенит.

Суточные пути всех, без исключения, звёзд перпендикулярны
горизонту. Поэтому находясь на экваторе, наблюдатель сможет увидеть все звёзды,
которые в течение суток восходят и заходят.

Вообще, для того, чтобы светило восходило и заходило, его
склонение по абсолютной величине должно быть меньше, чем  .

Если  , то в Северном полушарии она
будет являться незаходящей (для Южного — невосходящей).

Тогда очевидно, что те светила, склонение которых  , являются
невосходящими для Северного полушария (или незаходящими для Южного).

Экваториальная система координат — это
система небесных координат, основной плоскостью в которой является плоскость
небесного экватора.

Экваториальные небесные координаты:

1. Склонение (δ) — угловое
расстояние светила М от небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения.
Обычно выражается в градусах, минутах и секундах дуги. Склонение положительно к
северу от небесного экватора и отрицательно к югу от него. Объект на небесном
экваторе имеет склонение 0°. Склонение северного полюса небесной сферы равно
+90° Склонение южного полюса равно −90°.

2. Прямое восхождение светила (α)
— угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от точки
весеннего равноденствия до точки пересечения небесного экватора с кругом
склонения светила.

Последовательность
выполнения практической работы:

Задачи практической работы:

Задача 1. Выделите на карте линии
экватора и эклиптики.  Найдите и выделите на звёздной
карте точки весеннего и осеннего равноденствия.

Задача 2.  Определите
экваториальные координаты Альтаира (α Орла), Сириуса (α Большого Пса) и Веги (α
Лиры).

Задача 3. Используя карту
звёздного неба, найдите звезду по её координатам: δ = +35º; α = 1ч 6 м.

Задача 4. Определите, какой
является звезда δ Стрельца, для наблюдателя, находящего на широте 60º.
Определить, восходящей или невосходящей является звезда двумя способами: с
использованием накладного круга подвижной карты звездного неба и с
использованием формул условия видимости звезд.

Практический способ. Располагаем
подвижный круг на звездной карте и при его вращении определяем, является звезда
восходящей или невосходящей.

Теоретический способ.

Используем формулы условия видимости звезд:

Если , то звезда является
восходящей и заходящей.

Если , то звезда в Северном полушарии
является незаходящей

Если , то звезда в
Северном полушарии является невосходящей.

Задача 5. Установить подвижную
карту звёздного неба на день и час наблюдения (указать в ответе 15 сентября  в
23.00) и назвать созвездия, расположенные в южной части неба от горизонта до
полюса мира; на востоке – от горизонта до полюса мира.

Задача 6. Найти созвездия, расположенные
между точками запада и севера 15 октября в 23. 00. Проверить правильность
определения визуальным наблюдением звёздного неба.

Задача 7. Определить, будут ли
видны созвездия Девы, Рака, Весов в полночь 15 сентября? Какое созвездие в это
же время будет находиться вблизи горизонта на севере?

Задача 8. Определить, какие из
перечисленных созвездий: Малая Медведица, Волопас, Возничий, Орион – для вашей
широты будут незаходящими?

Задача 9. Определить, какие
созвездия будут находиться вблизи горизонта на Севере, Юге, Западе и Востоке 5
мая в полночь.

Ответы:

     1. Карта
приготовлена к работе

2. Альтаира (α Орла): 𝛿 = +9°; 𝛼 = 19ч 50м; Сириуса (α Большого Пса): 𝛿 = −16°; 𝛼 = 6ч 45м; Веги (α Лиры):
𝛿 = +3.38°; 𝛼 =
18ч 36м.

3.    
β Андромеды

4.    
Для наблюдателя
звезда δ Стрельца имеет
склонение δ = – 29°49′;
Если 90°- 60º = 30°> или = δ звезда в Северном полушарии является незаходящей

5.    
В южной части неба от
горизонта до полюса мира 15 октября в 23. 00 видим созвездия Водолея, Пегаса,
Ящерицы и Цефеи. На востоке – от горизонта до полюса мира видим созвездия
Тельца, Персея, Жирафа.

6.       
 Между точками запада и
севера 15 октября в 23. 00 расположены созвездия: Малая Медведица, Гончие
Псы, Волопас

7.       
Созвездия Девы и  Весов в
полночь 15 сентября видны не будут. Вблизи горизонта на севере частично будет
находится созвездие Рака.

8.       
δ Полярной звезд (𝛼 Малая Медведица) = 89º

δ Арктура (𝛼 Волопас) = 19º
-незаходящая

δ Капеллы (𝛼 Возничий) = 45º58‘

δ Бетельгейзы (𝛼 Орион) =7º24‘- незаходящая

т.к незаходящими являются звёзды, у которых

 

9.       
5 мая в полночь  на севере видны созвездия – Пегас, Андромеда, Персей и Возничий, часть
Овена, часть Рыб; на юге – созвездия
Девы, Весов, Змееносец; на востоке – Дельфин, Орёл, Пегас; на западе – Лев и Секстант, Рак, Близнецы.