Лабораторна робота «Видимий річний рух сонця», Контент-платформа
«Видимий річний рух сонця»
Мета:Вивчення астрономічних закономірностей пов'язаних із обігом землі навколо сонця.
Посібники:Модель небесної сфери; малий зірковий атлас; рухлива карта зоряного неба; астрономічний календар – постійна частина; астрономічний календар – щорічник.
Короткі теоретичні відомості:
Внаслідок річного звернення Землі навколо Сонця у напрямку із Заходу на Схід нам здається, що Сонце безперервно переміщається на тлі зірок у тому самому напрямку, назустріч добовому обертанню небесної сфери, і один оборот небесною сферою завершує за один рік. Земля обертається навколо Сонця в певній площині, званої площиною земної орбіти, і тому видимий річний рух Сонця відбувається в тій же площині, яка перетинає небесний екватор по великому колу - екліптикою (див. рис.).
e- спосіб екліптики;d- відмінювання Сонця;g- точка весняного рівнодення; - точка літнього сонцестояння;W- точка осіннього рівнодення; - точка зимового сонцестояння.
Таким чином, площина екліптики та площина земної орбіти ідентичні.
Будучи великими колами небесної сфери, екліптика та небесний екватор перетинаються під певним кутомeу двох діаметрально протилежних точках, званих точками рівнодення. Цей кут e називається способом екліптики до небесного екватора, але правильніше його назвати спосіб небесного екватора до екліптики, оскільки площина земної орбіти (площина екліптики) у багатьох завданнях астрономії приймається за основну. Якщо врахувати, що площина земного екватораототожнюється з площиною небесного екватора, то по способу e небесного екватора до екліптики неважко обчислити кут нахилу Земної осі до площини Земної орбіти.
то за значеннямиZвСонця в дні сонцестоянь легко обчислити спосіб екліптикиeнавіть без знання географічної широтиjмісця спостереження, яка за відомого e обчислюється за тією ж формулою.
Знаючи j, можна за щоденними вимірамиZвСонця обчислити його екваторіальні координатиaтаdдля всіх днів року і визначити, таким чином, екваторіальні координати точок екліптики, а за ними зобразити екліптику на зіркових глобусах та картах.
Видимо рух Сонця добре усвідомлюється на моделі небесної сфери. На велике коло моделі, що зображує екліптику, розміщується насадка - Сонце. Переміщаючи насадку по екліптиці проти добового обертання небесної сфери (проти годинникової стрілки), можна простежити безперервну зміну екваторіальних координат Сонця протягом року, зміну його довготиlі сталість широтиb, знайти точки рівнодення , В яких Сонце перетинає небесний екватор, і точки сонцестояння, в яких абсолютна величина відмінювання Сонця максимальна.
Поміщаючи насадку в різні точки екліптики, відповідно до пори року, і обертаючи небесну сферу навколо осі світу, неважко простежити за зміною положення точок сходу та заходу Сонця, його добового шляху над (і під) горизонтом і зміною висоти Сонця в залежності від його відмінювання, різні в різні пори року.
Моменти сходуТві моменти заходуТзСонця, як і азимути точок його сходуАвта заходуАззалежать не тільки від відмінювання Сонця,dа й від географічної широти j місця земної поверхні. Уефемеріді Сонця Астрономічного календаря – щорічника наведено значення цих величин для місця з географічною довготоюl= 0ч 0м 0сі географічною широтоюj= 56°00¢00²причому моменти Тв і Тз дано за всесвітнім часом.
Ці ж значення Тв, Тз, Ав, Аз можуть бути прийняті в першому наближенні для всіх пунктів земної поверхні з географічною широтою, близькою до j = +56 °, причому Тв і Тз у цих випадках виражаються за середнім часом.
Наближені значення тих самих величин для певної географічної широти j можуть бути знайдені рухомою картою зоряного неба і допоможуть усвідомити закономірність і причину зміни протягом року.
Зміни азимутів точок сходу та заходу Сонця та його південної висоти наочно зображується на кресленні – графіку, початок координат, якого приймається за точку півдня; по осі абсцис, в обидві сторони від початку координат, відкладаються азимути точок сходу, півночі, заходу і точок сходу та заходу Сонця у різні дні року, а по осі ординат – південна висота Сонця для тих самих днів. Дуги, що з'єднують точки однієї дати, дають уявлення про добовий шлях Сонця над горизонтом у різні дні року.
Залежно від положення Сонця на екліптиці умови видимості сузір'їв протягом року безперервно змінюються, і те саме сузір'я в різні пори року видно в різний час доби. Умови видимості зодіакальних сузір'їв найкраще можуть бути з'ясовані рухомою картою зоряного неба, причому необхідно пам'ятати, що зірки, розташовані в межах близько 15° на схід і захід від Сонця, недоступні спостерігачам, оскільки темний час доби настає не відразу після заходу Сонця, а через деякий проміжок часу (вечірні сутінки); так само світанок настаєраніше сходу Сонця (ранкові сутінки).
1. Обчислити спосіб екліптики та визначити екваторіальні та екліптичні координати її основних точок за виміряною зенітною відстанню Сонця у верхній кульмінації у дні сонцестоянь:
1. 29° 48¢ ю 1. 76° 42¢ ю
2. 19° 23¢ ю 2. 66° 17¢ ю
3. 34° 57¢ ю 3. 81° 51¢ ю
4. 32° 21¢ ю 4. 79° 15¢ ю
5. 14° 18¢ ю 5. 61° 14¢ ю
6. 28° 12¢ ю 6. 75° 06¢ ю
7. 17° 51¢ ю 7. 64° 45¢ ю
8. 26° 44¢ ю 8. 73° 38¢ ю
2. Сформулювати причини видимого річного руху Сонця з екліптики та її нахилення до небесного екватора на певний кут, навівши як доказ відповідне креслення.
3. Визначити спосіб видимого річного шляху Сонця до небесного екватора на планетах Марсі, Юпітері та Урані.
4. Визначити спосіб екліптики близько 3000 років тому, якщо за спостереженнями в ту епоху в деякому місці північної півкулі Землі південна висота Сонця в день літнього сонцестояння дорівнювала +63 ° 48 ¢, а в день зимового сонцестояння +16 ° на південь від зен.
5. За результатами пунктів 1 та 4 сформулювати висновок про причину та направлення зміни способу екліптики та обчислити величину річної зміни способу.
6. За картами зіркового атласу встановити назви зодіакальних сузір'їв, вказати ті з них, у яких знаходяться основні точки екліптики, та середню тривалість переміщення Сонця на тлі свого зодіакального сузір'я.
7. По рухомій карті зоряного неба з'ясувати зміни умов видимості зодіакальних та прилеглих до них сузір'їв протягом року та пояснити причину цієї зміни.
8. За рухомою картою зоряного неба визначити азимути точок та моменти часу сходу та заходу Сонця, атак само зразкову тривалість дня і ночі на географічній широті карти в дні рівнодення та сонцестояння.
9. Обчислити для днів рівнодення та сонцестояння південну висоту Сонця в:
на дату свого народження та день виконання роботи.
11. Побудувати схематично креслення – графік денного шляху Сонця
дні рівнодення та сонцестояння.
12. З аналізів результатів пунктів 9 та 10 сформулювати висновки
про характер та причину зміни протягом року:
а) азимутів точок сходу та заходу Сонця;
б) моментів часу сходу та заходу Сонця;