Лабораторная работа
«Видимое годовое движение солнца»
Цель: Изучение астрономических закономерностей связанных с обращением земли вокруг солнца.
Пособия: Модель небесной сферы; малый звездный атлас; подвижная карта звездного неба; астрономический календарь - постоянная часть; астрономический календарь – ежегодник.
Краткие теоретические сведения:
Вследствие годового обращения Земли вокруг Солнца в направлении с Запада на Восток нам представляется, что Солнце непрерывно перемещается на фоне звезд в том же направлении, навстречу суточному вращению небесной сферы, и один оборот по небесной сфере завершает за один год. Земля обращается вокруг Солнца в определенной плоскости, называемой плоскостью земной орбиты, и поэтому видимое годовое движение Солнца происходит в той же самой плоскости, которая пересекает небесный экватор по большому кругу – называемому эклиптикой (см. рис.).
e - наклонение эклиптики; d - склонение Солнца; g - точка весеннего равноденствия; - точка летнего солнцестояния; W - точка осеннего равноденствия; - точка зимнего солнцестояния.
Таким образом, плоскость эклиптики и плоскость земной орбиты идентичны.
Будучи большими кругами небесной сферы, эклиптика и небесный экватор пересекаются под определенным углом e в двух диаметрально противоположных точках, называемых точками равноденствий. Этот угол e называется наклонением эклиптики к небесному экватору, но правильнее его назвать наклонение небесного экватора к эклиптике, так как плоскость земной орбиты (плоскость эклиптики) во многих задачах астрономии принимается за основную. Если учесть, что плоскость земного экватора отождествляется с плоскостью небесного экватора, то по наклонению e небесного экватора к эклиптике нетрудно вычислить угол наклона Земной оси к плоскости Земной орбиты.
Положение эклиптики на небесной сфере, т. е. экваториальные координаты a и d точек эклиптики и ее наклонение e к небесному экватору определяется из ежедневных наблюдений зенитного расстояния Zв Солнца в момент его верхней кульминации, называемый истинным полуднем. На всех географических широтах северного полушария Земли, удовлетворяющих условию 90° > j > d , Солнце всегда кульминирует к югу от зенита, и наименьшее значение его зенитного расстояния бывает в день летнего солнцестояния (22 декабря). Это означает, что в эти дни Солнце имеет, соответственно наибольшее склонение dmax = e и наименьшее склонение dmin = - e, а так как в указанных выше пределах географической широты всегда
Zв = j - d,
то по значениям Zв Солнца в дни солнцестояний легко вычислить наклонение эклиптики e даже без знания географической широты j места наблюдения, которая при известном e вычисляется по той же формуле.
Зная j, можно по ежедневным измерениям Zв Солнца вычислить его экваториальные координаты a и d для всех дней года и определить, таким образом, экваториальные координаты точек эклиптики, а по ним изобразить эклиптику на звездных глобусах и картах.
Видимое движение Солнца хорошо уясняется на модели небесной сферы. На большой круг модели, изображающий эклиптику, помещается насадка – Солнце. Перемещая насадку по эклиптике против суточного вращения небесной сферы (против часовой стрелки), можно проследить непрерывное изменение экваториальных координат Солнца на протяжении года, изменение его долготы l и постоянство широты b, найти точки равноденствий, в которых Солнце пересекает небесный экватор, и точки солнцестояний, в которых абсолютная величина склонения Солнца максимальна.
Помещая насадку в разные точки эклиптики, соответственно времени года, и вращая небесную сферу вокруг оси мира, нетрудно проследить за изменением положения точек восхода и захода Солнца, его суточного пути над (и под) горизонтом и изменением полуденной высоты Солнца в зависимости от его склонения, различные в разные времена года.
Моменты восхода Тв и моменты захода Тз Солнца, как и азимуты точек его восхода Ав и захода Аз зависят не только от склонения Солнца, d но и от географической широты j места земной поверхности. В эфемериде Солнца Астрономического календаря – ежегодника приведены значения этих величин для места с географической долготой l = 0ч 0м 0си географической широтой j= 56° 00¢ 00² причем моменты Тв и Тз даны по всемирному времени.
Эти же значения Тв, Тз, Ав, Аз могут быть приняты в первом приближении для всех пунктов земной поверхности с географической широтой, близкой к j =+56°, причем Тв и Тз в этих случаях выражаются по среднему времени.
Приближенные значения тех же величин для определенной географической широты j могут быть найдены по подвижной карте звездного неба и помогут уяснить закономерность и причину их изменения на протяжении года.
Изменения азимутов точек восхода и захода Солнца и его полуденной высоты наглядно изображается на чертеже – графике, начало координат, которого принимается за точку юга; по оси абсцисс, в обе стороны от начала координат, откладываются азимуты точек востока, севера, запада и точек восхода и захода Солнца в разные дни года, а по оси ординат – полуденная высота Солнца для тех же дней. Дуги, соединяющие точки одной даты, дают представления о суточном пути Солнца над горизонтом в разные дни года.
В зависимости от положения Солнца на эклиптике условия видимости созвездий на протяжении года непрерывно изменяются, и одно и то же созвездие в разные времена года видно в различное время суток. Условия видимости зодиакальных созвездий лучше всего могут быть выяснены по подвижной карте звездного неба, причем необходимо помнить, что звезды, расположенные в пределах около 15° к востоку и западу от Солнца, недоступны наблюдателям, так как темное время суток наступает не сразу после захода Солнца, а спустя некоторый промежуток времени (вечерние сумерки); точно так же рассвет наступает раньше восхода Солнца (утренние сумерки).
Задание
1. Вычислить наклонение эклиптики и определить экваториальные и эклиптические координаты ее основных точек по измеренному зенитному расстоянию Солнца в верхней кульминации в дни солнцестояний:
22 июня 22 декабря
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. Сформулировать причины видимого годового движения Солнца по эклиптике и ее наклонению к небесному экватору на определенный угол, приведя в качестве доказательства соответствующий чертеж.
3. Определить наклонение видимого годового пути Солнца к небесному экватору на планетах Марсе, Юпитере и Уране.
4. Определить наклонение эклиптики около 3000 лет назад, если по наблюдениям в ту эпоху в некотором месте северного полушария Земли полуденная высота Солнца в день летнего солнцестояния равнялась +63°48¢ , а в день зимнего солнцестояния +16° к югу от зенита.
5. По результатам пунктов 1 и 4 сформулировать вывод о причине и направления изменения наклонения эклиптики и вычислить величину годичного изменения наклонения.
6. По картам звездного атласа установить названия зодиакальных созвездий, указать те из них, в которых находятся основные точки эклиптики, и среднюю продолжительность перемещения Солнца на фоне своего зодиакального созвездия.
7. По подвижной карте звездного неба выяснить изменения условий видимости зодиакальных и прилегающих к ним созвездий на протяжении года и объяснить причину этого изменения.
8. По подвижной карте звездного неба определить азимуты точек и моменты времени восхода и захода Солнца, а так же примерную продолжительность дня и ночи на географической широте карты в дни равноденствий и солнцестояний.
9. Вычислить для дней равноденствий и солнцестояний полуденную высоту Солнца в:
1. Москве
2. Рязани
3. Казани
4. Тюмени
5. Омске
6. Новосибирске
7. Смоленске
8. Красноярске
9. Владивостоке
10. Чите
на дату своего рождения и день выполнения работы.
11. Построить схематически чертеж – график дневного пути Солнца в
дни равноденствий и солнцестояний.
12. Из анализов результатов пунктов 9 и 10 сформулировать выводы
о характере и причине изменения на протяжении года:
а) азимутов точек восхода и захода Солнца;
б) моментов времени восхода и захода Солнца;
в) полуденной и полуночной высоты Солнца;
г) продолжительности дня и ночи.
Отчет о работе
1.
Название точек эклиптики | обозначение | a | d | l | b |
2. Причины:
а) видимого годового движения Солнца:__________________
б) наклонение эклиптики =
Чертеж прилагается.
3.
Планета | Наклон оси | e |
3. Решение:______________________________________________________
Эклиптика: e =
5. Годовое изменение De =
Разность
Направление и причина изменения.
6. Причина изменения:______________________________________________
7.
Дата | Солнце | Продолжительность | |||||
a | d | Ав | Аз | Тв | Тз | День tд | ночь tн |
8. Город: j =
Дата | Солнце | ||
dо | hв | hн | |
9. График прилагается.
10. Выводы.
Для получения зачета по работе необходимо знать:
1. Эклиптика, ее основные точки, их координаты.
2. Причины наклона плоскости небесного экватора к плоскости эклиптики и следствия этого наклонения.
3. Эклиптическая система координат.
4. Изменение экваториальных координат Солнца в течении года и причины этого изменения.
5. Различия в суточном движении Солнца на разных географических широтах.
6. Астрономические признаки тепловых поясов земли.
