Методические указания для проведения практических работ по ОУД Астрономия

^{Министерство образования, науки и молодежной политики}

Краснодарского края

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Краснодарского края

Краснодарский политехнический техникум

Методические указания для проведения практических работ

по ОУД.06 Астрономия

в рамках основной профессиональной образовательной программы (ОПОП)

для специальности среднего профессионального образования:

43.02.15 Поварское и кондитерское дело

Разработчики:

преподаватель ГБПОУ КК КПТ;

Е.В. Видута

Краснодар 2022

Рассмотрено Цикловой методической комиссией общеобразовательных дисциплин Протокол №______ ___ _____ 2022 г. Председатель Е.А. Спирина УТВЕРЖДАЮ Директор ГБПОУ КК КПТ ____ __________ 2022г. _______________ И.В. Остапенко Рассмотрено На заседании педагогического совета Протокол №____ «___ ________» 20212 г

Методические рекомендации для проведения практических работ по ОУД. 06 Астрономия разработаны в соответствии с рабочей программой, Положением о текущем контроле знаний и промежуточной аттестации студентов ГБПОУ КК КПТ и ориентирован на выполнение требований Федерального государственного стандарта среднего профессионального образования по специальности 43.02.15 Поварское и кондитерское дело Министерства образования и науки Российской федерации № 1565 от 9 декабря 2016 года, зарегистрированного Министерством юстиции Российской Федерации, регистрационный № 44828 от 20 декабря 2016 года социально-экономического профессионального образования. Укрупнённая группа специальностей 43.00.00 Сервис и туризм.

Организация – разработчик: Государственное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение Краснодарского края Краснодарский политехнический техникум

Разработчик ______________________ Видута Екатерина Владимировна
преподаватель ГБПОУ КК КПТ

Рецензенты

Пояснительная записка

Разработка «Методические рекомендации для проведения практических работ по астрономии» предназначена для качественного проведения тематических практических работ. Практические работы  по астрономии проводятся с целью формирования у обучающихся:

• понимания принципиальной роли астрономии в познании фундаментальных

законов природы и современной естественно-научной картины мира;

• знаний о физической природе небесных тел и систем, строения и эволюции

Вселенной, пространственных и временных масштабах Вселенной, наиболее

важных астрономических открытиях, определивших развитие науки и техники;

• умений объяснять видимое положение и движение небесных тел принципами

определения местоположения и времени по астрономическим объектам, навыками практического использования компьютерных приложений для определения вида звездного неба в конкретном пункте для заданного времени;

• познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в

процессе приобретения знаний по астрономии с использованием различных

источников информации и современных образовательных технологий;

• умения применять приобретенные знания для решения практических задач

повседневной жизни;

• научного мировоззрения;

• навыков использования естественно-научных, особенно физико-математических знаний для объективного анализа устройства окружающего мира на примере достижений современной астрофизики, астрономии и космонавтики.

При изучении учебной дисциплины Астрономия формируются следующие образовательные результаты:

личностные:

- сформированность научного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития астрономической науки;

- устойчивый интерес к истории и достижениям в области астрономии;

- умение анализировать последствия освоения космического пространства для жизни и деятельности человека

метапредметные:

- умение использовать при выполнении практических заданий по астрономии такие мыслительные операции, как постановка задачи, формулирование гипотез, анализ и синтез, сравнение, обобщение, систематизация, выявление причинно-следственных связей, поиск аналогов, формулирование выводов для изучения различных сторон астрономических явлений, процессов, с которыми возникает необходимость сталкиваться в профессиональной сфере;

- владение навыками познавательной деятельности, навыками разрешения проблем, возникающих при выполнении практических заданий по астрономии;

- умение использовать различные источники по астрономии для получения достоверной научной информации, умение оценить ее достоверность;

- владение языковыми средствами: умение ясно, логично и точно излагать свою точку зрения по различным вопросам астрономии, использовать языковые средства, адекватные обсуждаемой проблеме астрономического характера, включая составление текста и презентации материалов с использованием информационных и коммуникационных технологий;

• предметные:

- сформированность представлений о строении Солнечной системы, эволюции звезд и Вселенной, пространственно-временных масштабах Вселенной;

- понимание сущности наблюдаемых во Вселенной явлений;

- владение основополагающими астрономическими понятиями, теориями, законами и закономерностями, уверенное пользование астрономической терминологией и символикой;

- сформированность представлений о значении астрономии в практической деятельности человека и дальнейшем научно-техническом развитии;

- осознание роли отечественной науки в освоении и использовании космического пространства и развитии международного сотрудничества в этой области

- сформированность собственной позиции по отношению к физической информации, получаемой из разных источников.

В результате выполнения практической   работы   обучающийся   должен овладеть общими компетенциями:

ОК 01. Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности, применительно к различным контекстам.

ОК 02. Осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач профессиональной деятельности.

ОК 03. Планировать и реализовывать собственное профессиональное и личностное развитие.

ОК 04. Работать в коллективе и команде, эффективно взаимодействовать с коллегами, руководством, клиентами.

ОК 05. Осуществлять устную и письменную коммуникацию на государственном языке с учетом особенностей социального и культурного контекста.

ОК 06. Проявлять гражданско-патриотическую позицию, демонстрировать осознанное поведение на основе традиционных общечеловеческих ценностей, принять стандарты антикоррупционного поведения.

ОК 07. Содействовать сохранению окружающей среды, ресурсосодержанию, эффективно действовать в чрезвычайных ситуациях.

ОК 08. Использовать средства физической культуры для сохранения и укрепления здоровья в процессе профессиональной деятельности и поддержания необходимого уровня физической подготовленности.

ОК 09. Использовать информационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК.10. Пользоваться профессиональной документацией на государственном и иностранном языке.

ОК.11. Использовать знания по финансовой грамотности, планировать предпринимательскую деятельность в профессиональной сфере.

Основной частью Методических рекомендаций являются инструкции и отчёты по лабораторным работам.

Инструкции содержат тему работы, перечень необходимого оборудования, в них сформулированы цели предстоящей работы, дана краткая теоретическая справка по изученному материалу и методика выполнения.

«Методические рекомендации…» обеспечивают реализацию дифференцированного подхода в обучении, позволяют применять опережающий метод познания и практического освоения учебного материала обучающимися.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Небесная сфера и системы астрономических координат

Цель работы: изучить основные элементы небесной сферы и системы астрономических координат.

Оборудование: модель небесной сферы, небесный глобус.

Краткое теоретическое введение

Основным пособием при изучении темы служит модель небесной сферы – воображаемая вспомогательная сферическая поверхность произвольного радиуса с центром в любой произвольно выбранной точке пространства (в точке наблюдения, в центре Земли, Солнца, Луны, планеты).

На небесную сферу проецируют видимые положения светил. Положение светила на небесной сфере определяется точкой её пересечения с прямой, соединяющей центр небесной сферы с центром светила. Измерения на небесной сфере производятся только в угловых (дуговых) единицах. Между угловыми единицами, выраженными в градусах (минутах, секундах) дуги и единицах времени ( д ( d ) – сутки, ч ( h ) – час, м ( т ) – минута, с ( s ) – секунда), существуют соотношения:

360^∘ ~ 24^h

15^∘ ~ 1^h

15^ ~ 1^m

15^ ~ 1^s .

Основные направления и основные плоскости небесной сферы:

1. отвесная линия и перпендикулярная ей плоскость математического горизонта;

2. ось мира (параллельная оси вращения Земли) и перпендикулярная ей

плоскость небесного экватора;

1. ось эклиптики и перпендикулярная ей плоскость эклиптики.

Плоскость небесного меридиана проходит через центр небесной сферы, отвесную линию и ось мира.

Плоскости, проходящие через центр небесной сферы, в сечении дают большие круги: математический горизонт, небесный экватор, эклиптику, небесный меридиан и т.д. Отдельные металлические круги, изображающие как большие, так и малые круги небесной сферы – это альмукантараты и суточные параллели.

Вращение Земли вокруг своей оси происходит в направлении от запада к востоку, т.е. против часовой стрелки; это направление принято называть прямым. Вращение небесной сферы есть следствие вращения Земли. Осью вращения Земли является ось мира. Для наблюдателя в северном полушарии Земли, стоящего лицом в сторону юга, вращение Земли будет происходить слева направо (по ходу часовой стрелки), т.е. от востока к западу через юг. Во вращении небесной сферы не участвуют круги небесного меридиана, горизонта, альмукантараты, а также отвесная и полуденная линии.

Изменяя положение небесной сферы относительно математического горизонта, наклонение оси мира к горизонту можно сделать любым и тем ^{самым установить сферу для наблюдателя на любой географической широте}  ^, равной высоте полюса мира над горизонтом или зенитному расстоянию южной точки экватора.

Основные точки небесной сферы (рис. 1):

1. зенит и надир ( Z и Z^) – точки пересечения отвесной линии с небесной сферой;

2. ^{северный (} P ^{) и южный (} P^{) полюсы мира – точки пересечения оси мира с} небесной сферой;

3. точки горизонта: север ( С , или N ) и юг ( Ю , или S ) – точки пересечения математического горизонта с небесным меридианом; восток ( В , или E ) и запад ( З , или W ) – точки пересечения математического горизонта с небесным экватором; большой круг небесной сферы, проходящий через точки зенита, надира, востока и запада, называется первым вертикалом;

4. основные точки эклиптики: весеннее и осеннее равноденствия, летнее и

зимнее солнцестояния.

Рисунок 1. Основные линии и точки небесной сферы

Взаимное расположение и видимые движения небесных светил устанавливаются с помощью избранной системы астрономических координат. Идея способа определения координат светила (точки небесной сферы) аналогична идее определения географических координат пункта на земной поверхности.

Выбирают основной круг небесной сферы (математический горизонт, небесный экватор, эклиптику и др.), названию которого соответствует название системы координат, и из полюса системы (точек зенита, полюса мира, полюса эклиптики и др.) проводят через светило дугу большого круга (круг возвышения) до пересечения с основным кругом. Первую координату (астрономический азимут, часовой угол, прямое восхождение, эклиптическую долготу и др.) измеряют дугой основного круга от избранного (условного) начала отсчета (от точки юга, верхней (южной) точки экватора, точки весеннего равноденствия и др.) до соответствующего круга возвышения (кругов высоты, склонения, эклиптической широты). Вторая координата (высота, склонение, эклиптическая широта и др.) измеряется дугой круга возвышения от основного круга до светила.

Для определения положения точки весеннего равноденствия необходимо, прежде всего, установить правильное направление вращения небесной сферы. Следует помнить, что Солнце движется по эклиптике навстречу вращению сферы, т.е. в прямом направлении, с запада на восток. Из двух точек равноденствия точкой весеннего равноденствия будет та, в которой находится Солнце, переходя из южного полушария в северное. Точка весеннего равноденствия – точка начала отсчета прямых восхождений в экваториальной системе координат и долгот в эклиптической системе координат.

Ход работы

1. Изучите устройство модели небесной сферы (армиллярной сферы), и укажите на ней основные элементы: плоскости, линии и точки.

2. Выполните чертежи небесной сферы, на которых изобразите: основные линии, точки и плоскости; горизонтальную и экваториальные системы координат (1-ю и 2-ю) для одного и того же светила.

3. Изучите устройство небесного глобуса, укажите на нём основные элементы небесной сферы.

4. По модели (чертежу) небесной сферы определите горизонтальные и экваториальные координаты основных точек небесной сферы (северного и южного полюсов мира; зенита и надира; севера, юга, запада и востока; северного и южного полюсов эклиптики, точек равноденствия и солнцестояний).

1. Изобразите на чертеже небесную сферу:

• в проекции на плоскость математического горизонта;

• в проекции на плоскость небесного экватора;

• в проекции на плоскость небесного меридиана;

• в проекции на плоскость первого вертикала.

1. Проанализируйте изменение (или постоянство) положения элементов небесной сферы при изменении широты места наблюдения.

Практическая работа №2

«Звездное небо. Использование карты звездного неба»

Цель работы: ознакомиться с содержанием малых звёздных атласов и их использованием при изучении звёздного неба.

Оборудование: Малый звездный атлас Михайлова А.А., учебный звёздный атлас Марленского А.Д., «немые» карты звёздного неба, фотографии участков звёздного неба, интерактивные карты звёздного неба.

Краткое теоретическое введение

Звёздные атласы служат пособием при изучении звёздного неба и при выполнении научно-исследовательских работ по астрономии. Они состоят из нескольких звёздных карт, каждая из которых изображает опредёленную область неба. Так как принципиально невозможно развернуть и совместить сферическую поверхность (небесную сферу) с плоскостью карты, то единственным способом изображения звёздного неба на картах является проектирование звёзд с небесной сферы на плоскость карт. Системы проекции выбираются такими, чтобы изображаемые на картах созвездия претерпевали при проектировании наименьшие искажения, т.е. чтобы вид созвездий на картах практически не отличался от вида этих же созвездий на небе.

Для начального изучения звёздного неба удобны малые звёздные атласы, содержащие небольшое количество карт, ограниченное число звёзд, границы и названия созвездий.

Звёздный атлас Михайлова А.А. состоит из четырёх карт, на которых нанесены все видимые невооруженным глазом звёзды северного полушария и большей части южного полушария. На смежных картах имеется по нескольку одних и тех же созвездий, облегчающих переход от одной карты к другой при изучении звёздного неба. Первая карта изображает северную полярную область неба и прилегающие к ней окрестности; центром карты является северный полюс мира. Сетка небесных экваториальных координат нанесена тонкими черными сплошными линиями: круги склонения – радиусами, небесные параллель – концентрическими окружностями. Круги склонения оцифрованы в часах, от 0^h до 23^h ; эти цифры обозначают прямое восхождение каждого круга склонения. Небесные параллели оцифрованы в градусах числами, расположенными вдоль одного круга склонения. Оцифровка небесных параллелей обозначает их склонение, т.е. угловое расстояние от небесного экватора. Остальные три карты изображают экваториальный пояс неба, с прилегающими к нему окрестностями, и составлены в равнопромежуточной цилиндрической проекции: круги склонения изображены прямыми линиями, параллельными боковым обрезам карты, а небесные параллели – прямыми, параллельными верхнему и нижнему обрезам карты. Небесный экватор выделен более жирной линией и оцифрован 0^∘ . Выше него расположена северная небесная полусфера (склонение в ней положительно), а ниже – южная небесная полусфера (склонение в ней отрицательно). Синусоидальная линия на этих картах изображает эклиптику, т.е. путь видимого годового движения Солнца на фоне звёзд, обусловленного действительным годовым обращением Земли вокруг Солнца. На обрезах карт нанесена штриховка, позволяющая отсчитывать приближенные значения экваториальных координат небесных объектов, изображённых на картах.

Красные цифры на обрезах карт обозначают даты (числа месяцев), в среднюю полночь которых круги склонения, оцифрованные ими, находятся в верхней кульминации, т.е. совпадают в этот момент с южной половиной небесного меридиана. В этот же момент Солнце находится вблизи диаметрально противоположного круга склонения, совпадающего с северной половиной небесного меридиана, т.е. находится вблизи нижней кульминации.

На картах изображены только те небесные объекты, экваториальные координаты которых (прямое восхождение и склонение) остаются неизменными в течение длительных промежутков времени. Однако, экваториальные координаты этих объектов все же изменяются, хотя и очень медленно. Это изменение вызвано главным образом поворотом экваториальной сетки координат, связанного с медленным поворотом земной оси (явление прецессии). Поэтому карты звёздных атласов составляются по положению координатной сетки и значениями координат небесных объектов на начало определенного года, называемого эпохой карт или эпохой равноденствия. Эпохой карт малого звёздного атласа А.А. Михайлова является 1950.0, т.е. начало 1950 года.

На картах написаны названия созвездий; звёзды обозначены буквами греческого и латинского алфавита. Собственные имена звёзд, русские и латинские названия созвездий и списки различных объектов приведены в таблицах атласа, предшествующих картам. Списки объектов содержат их основные характеристики и составлены в порядке возрастания прямого восхождения.

Границы созвездий на картах изображены такими, какими их установил I съезд Международного астрономического союза (МАС).

Наряду со звёздным атласом А.А. Михайлова для изучения звёздного неба используется «Учебный звёздный атлас» А.Д. Марленского, который состоит из 15 карт.

Рисунок 1. Северная часть звёздного неба

Рисунок 2. Южная часть звёздного неба

Рисунок 3. Экваториальная часть звёздного неба

Рисунок 4. Экваториальная часть звёздного неба

Рисунок 5. Экваториальная часть звёздного неба

Практическая работа №3

«Видимое движение звезд на различных географических широтах»

Цель работы: изучить условия видимого движения звёзд на небесной сфере в различных географических пунктах Земли.

Оборудование: модель небесной сферы, небесный глобус, карты звёздного неба, астрономические календари (ВАГО, ШАК и др.), подвижная карта звёздного неба.

Краткое теоретическое введение

Видимое вращение небесной сферы происходит вокруг оси мира – прямой, параллельной оси вращения Земли, проходящей через центр небесной сферы и пересекающей её в точках северного и южного полюсов мира. Полюсы мира в суточном вращении небесной сферы не участвуют. Северный полюс

мира находится на расстоянии 44^ (на 2000 год) от звезды  Малой

Медведицы (которая называется Полярной звездой или Киносурой).

Вследствие явления прецессии полюсы мира медленно перемещаются среди звёзд. Через 5500 лет северный полюс мира приблизиться к  Цефея, а через 12 000 лет будет находиться недалеко от самой яркой звезды северного полушария неба в летнее время – Веги –  Лиры.

Видимое суточное вращение небесной сферы с востока на запад (если смотреть со стороны северного полюса мира) является отражением вращения Земли вокруг оси в направлении от запада к востоку.

Расположение элементов небесной сферы относительного истинного (математического) горизонта зависит только от географической широты места наблюдения. Изменение азимута и высоты светила зависит как от склонения светила, так и от географической широты.

Каждая точка небесной сферы описывает за сутки суточную параллель – малый круг, параллельный небесному экватору. Так как угол между небесным экватором и математически горизонтом составляет ( 90^∘   ), то и суточные параллели наклонены к горизонту под тем же углом. С изменением широты места наблюдения будет изменяться и угол наклонения суточных параллелей к горизонту.

Для наблюдателей, находящихся на географических полюсах Земли (рис. 1), небесный экватор совпадает с горизонтом, северный полюс мира – с зенитом, а южный – с надиром. В суточном вращении звёзды описывают альмукантараты – круги, параллельные математическому горизонту. На северном полюсе Земли звёзды северной половины небесной сферы будут незаходящими, а звёзды южной половины – невосходящими. Подобным образом будет происходить движение звёзд на южном полюсе Земли, но незаходящими будут звёзды южной половины небесной сферы, а невосходящими – северной. Восходящих светил на полюсах нет, кроме

Для наблюдателя, находящегося на экваторе (рис. 2), небесный экватор совпадает с первым вертикалом, северный полюс мира – с точкой севера, а южный полюс мира – с точкой юга. Все светила восходят и заходят, и в течение года доступны наблюдению. Невосходящих и незаходящих светил нет.

Рисунок 1. Суточное движение светил для наблюдателя на северном полюсе Земли

Рисунок 2. Суточное движение светил для наблюдателя на земном экваторе

Рисунок 3. Три зоны светил на небесной сферы для наблюдателя, находящегося в средних широтах

Na

Рисунок 4. Суточное движение светил в средних географических широтах

Каждое светило, двигаясь по суточной параллели, дважды в сутки пересекает небесный меридиан (рис. 5). Прохождения светил через небесный меридиан называются кульминациями. Верхняя кульминация происходит в южной части меридиана; высота светила над горизонтом максимальна; часовой

угол светила t  0, звёздное время s   . Нижняя кульминация происходит в

северной части меридиана; высота светила минимальна; часовой угол светила

t  12 ^h , звёздное время s    12 ^h .

Между географической широтой  пункта, зенитным расстоянием z и склонением  светила существуют следующие зависимости:

• для верхней кульминации:

    z^вк ,

(знак «+» берется тогда, когда светило кульминирует к югу от зенита, знак «-» – при кульминации светила к северу от зенита, т.е. между зенитом и полюсом);

• для нижней кульминации:

  180^∘  (z ^нк   ) .

Рисунок 5. Высоты светил в кульминациях

Ход работы

1. При помощи модели небесной сферы и звёздного глобуса проследите за изменением горизонтальных координат светил при суточном вращении небесной сферы.

2. Вычислите для заданного пункта зенитное расстояние в верхней и нижней кульминациях звёзд:  Большой Медведицы,  Орла,  Лиры,  Большого Пса,  Киля,  Южного Креста,  Волопаса,  Малой Медведицы,

 Телескопа,  Ориона.

1. На модели небесной сферы изучите вид и особенности видимых движений звёзд для наблюдателей, находящихся на географических полюсах, в средних широтах и на экваторе.

2. Определите границы склонений незаходящих и невосходящих звёзд для Костаная, Алматы, Москвы, Новосибирска, Одессы, Лондона, Сиднея и др.

3. На звёздной карте найдите яркие звёзды, проходящие на широте заданного пункта в околозенитной области неба.

4. Составьте список созвездий, незаходящих и невосходящих на широте данного пункта наблюдения.

1. Продемонстрируйте зависимость изменения азимута и высоты светила от его склонения и от географической широты места наблюдения.

до  64^∘ . В

Практическая работа №4 «Особенности движения Солнца на различных широтах»

Видимое годичное движение солнца по эклиптике и его следствия

Цель работы: изучить закономерности и условия движения Солнца на небесной сфере в течение года и усвоить астрономические признаки климатических поясов Земли.

Оборудование: модель небесной сферы, звёздный глобус, звёздные карты и атласы, астрономические календари (АЕ СССР, АК ВАГО, ШАК).

Краткое теоретическое введение

Солнце совершает два типа видимых движений:

1. суточное, вместе с небесной сферой, в направлении от востока к западу, как следствие вращения Земли вокруг своей оси в прямом направлении (от запада к востоку);

2. годичное (неравномерное) по эклиптике, в направлении от запада к востоку с угловой скоростью:

  360^∘ / 365,25 сут  0,986^∘ / сут , т.е.  1^∘ / сут ,

как следствие годичного (неравномерного) движения Земли вокруг Солнца (со

средней скоростью движения по орбите, которая составляет

 30 км / с .

Направления видимого перемещения Солнца среди звезд по эклиптике и действительного орбитального движения Земли вокруг Солнца совпадают.

При своем видимом годичном движении по небесной сфере Солнце проходит следующие основные точки эклиптики (см. таблицу 1):

Таблица 1

Названия основных точек	Примерная дата прохождения Солнцем	Экваториальные
			
Весеннее равноденствие	21 марта	0 h	0∘
Летнее солнцестояние	22 июня	6 h	23∘26  
Осеннее равноденствие	23 сентября	12h	0∘
Зимнее солнцестояние	23 декабря	18h	 23∘26  

координаты

Рисунок 1а. Видимое движение Солнца в течение года на северном полюсе Земли	Рисунок 1b. Видимое движение Солнца в течение года на экваторе Земли

Для определения суточного пути Солнца на небесной сфере и его высоты над горизонтом в пункте с географической широтой  (рис 1а, 1b) в заданную дату года необходимо:

1. ^{начертить небесную сферу для заданной широты}  ^{(изобразить круги}

математического горизонта, небесного экватора и эклиптики);

1. найти на эклиптике положение Солнца в заданную дату года по звёздной карте, содержащей изображение эклиптики, предварительно выписав координаты Солнца из астрономических календарей (АК ВАГО, ШАК) на эту дату;

2. провести суточную параллель, проходящую через Солнце (точку на эклиптике) параллельно небесному экватору (в любые даты года, кроме дней весеннего и осеннего равноденствий, суточные параллели Солнца есть малые круги небесной сферы).

Дуга меридиана от точки юга до точки пересечения суточной параллели Солнца с южной частью меридиана (верхняя кульминация Солнца) будет равна высоте h Солнца над горизонтом пункта с широтой  .

Максимальная и минимальная высоты Солнца над горизонтом пункта с географической широтой  в северном полушарии Земли в течение года будут равны:

_hmax, min

 90^∘     .

Для наблюдателя на экваторе (  0^∘ ) в дни солнцестояний Солнце всего дальше отстоит от зенита; высота Солнца над горизонтом минимальна:

^{h (  0∘ )  90∘    66∘34}.

Изменение склонения Солнца (      ) в связи с наклонением

эклиптики к экватору на угол  , изменение расстояния Земли от Солнца в течение года (за счёт эллиптичности орбиты) и сохранения направления земной оси в пространстве изменяют условия освещения и обогревания Солнцем различных пунктов земной поверхности и являются причиной наличия климатических поясов Земли и смены времен года.

При рассмотрении всех вопросов смены времен года надо иметь ввиду не только обращение Земли вокруг Солнца, но и суточное вращение Земли. Нужно хорошо уяснить себе, что плоскость, делящая Землю на освещённое и неосвещённое полушария, перпендикулярна солнечным лучам и непрерывно изменяет свое направление в пространстве, поворачиваясь вокруг перпендикуляра, проведенного из центра Земли к плоскости её орбиты. Направление оси вращения Земли в пространстве остается практически неизменным, поэтому полюса Земли оказываются в различных положениях относительно границы дня и ночи (т.е. относительно терминатора).

Астрономические признаки климатических поясов:

1. В жарком поясе дважды в году Солнце проходит в полдень через зенит пункта наблюдения. Условие нахождения Солнца в зените:

   .

Для данного пункта жаркого пояса в северном полушарии Земли (между экватором и северным тропиком) первый раз Солнце проходит в полдень через зенит в период между 21 марта и 22 июня, когда его склонение, возрастая, достигнет значения, равного широте пункта наблюдения. Вторично Солнце проходит в полдень через зенит того же пункта наблюдения в период после дня летнего солнцестояния 22 июня до дня осеннего равноденствия 23 сентября, а именно в ту дату, когда склонение Солнца, убывая, вновь примет значение географической широты места наблюдения. Для каждого пункта жаркого пояса в южном полушарии Земли (между экватором и южным тропиком) Солнце также дважды проходит через зенит в период между днем осеннего равноденствия и днем весеннего равноденствия. На экваторе Солнце бывает в зените в дни равноденствий.

1. На границах жаркого пояса Солнце бывает в полдень в зените по одному разу в год: на северном тропике Рака – 22 июня, на южном тропике Козерога – 22 декабря.

2. Астрономический признак умеренных поясов Земли (северного и южного): Солнце наблюдается весь год как светило восходящее и заходящее и в зените быть не может; наблюдается три рода сумерек, продолжительность которых зависит от склонения Солнца и от географической широты места наблюдения: сумерки тем короче, чем ближе расположен пункт наблюдения к экватору. Продолжительность T сумерек вычисляется по формуле:

3. _{cos(t  T ) } cos z  sin  sin  _,

4. cos   cos 

5. где t – часовой угол Солнца в момент его восхода или захода:

6. _{cos t } cos 90^∘51^  sin   sin  _.

7. cos   cos 

Эта формула даёт два значения часового угла:

^{астрономических календарей на дату явления;} z ^{берётся для конца} соответствующих сумерек из таблицы 2:

Таблица 2

Тип сумерек	Значения (в конце сумерек)		 (min)
	z	
Гражданские	97∘	 83∘  		 59∘33
Навигационные	102∘	 78∘  		 54∘33
Астрономические	108∘	 72∘  		 48∘33
«Белые ночи» (смыкание гражданских вечерних сумерек с утренними)	 97∘	 83∘  		 59∘33

Таким образом, явление «белые ночи» характеризуется гражданскими сумерками, длящимися всю ночь.

По аналогии понятия «белые ночи» можно ввести понятие «чёрного дня», когда утренние сумерки смыкаются с вечерними.

Астрономические сумерки (рис. 2) могут длиться всю ночь на

географических широтах

  48^∘33^. Летние тёмные ночи вблизи периода солнцестояния возможны лишь на широтах   48^∘33^ .

Рисунок 2. Сумерки

1. Астрономическим признаком холодных поясов Земли (северного и южного) является наличие непрерывного полярного дня (НПД) и непрерывной полярной ночи (НПН) (см. таблицу 3):

Таблица 3

Явление	Условие наступления	 (min)
Непрерывный полярный день	  89∘09  	 65∘42
Непрерывная полярная ночь	    90∘51	 67∘24

Для расчёта начала, конца и продолжительности непрерывного полярного дня и непрерывной полярной ночи в заданном пункте следует:

• воспользоваться соответствующими формулами (см. таблицы выше) и определить возможность явления на заданной широте;

• зная заданную широту, найти по астрономическому календарю (АЕ СССР, АК ВАГО) на данный год даты, в которые видимое склонение Солнца равно географической широте;

Найденные даты будут являться датами начала и конца явления, а промежуток между ними, выраженный в сутках, составит продолжительность явления.

В авиации используют термин светлое время суток. Это время равно сумме продолжительности дня (т.е. времени от восхода до заката Солнца) и продолжительности гражданских сумерек. А в некоторых документах вместо гражданских сумерек добавляют 30 минут до восхода и столько же после заката. Для определения времени моментов естественного освещения, пользуются так называемым календарным справочником, специальными графиками или диаграммами, ААЕ (Авиационным астрономическим ежегодником) в которых данные приведены для наблюдателя, находящегося на уровне моря.

Влияние земной рефракции увеличивает продолжительность светлой части суток (для всех широт) и длительность НПД по сравнению с НПН (на земных полюсах – почти на месяц).

Рисунок 3. Сумерки и продолжительность светового дня в зависимости от широты и времени года

Следствием неравномерного движения Земли по орбите является неравномерное видимое годичное движение Солнца по эклиптике (см. таблицы 4 и 5):

Таблица 4

Период года	Продолжительность периода	Длина дуги эклиптики, проходимой Солнцем за период	Средняя угловая скорость движения Солнца по эклиптике за сутки
весенне-летний (от 21 марта до 23 сентября)	186 d	180∘	0∘5711
осенне-зимний (от 23 сентября до 21 марта)	179 d	180∘	1∘0111
Как видно, Солнце движется быстрее зимой и медленнее летом

Таблица 5

Положение Земли на орбите	Расстояние Земли от Солнца, км	Угловая скорость Земли на орбите в сутки	Видимый угловой диаметр Солнца
Земля в перигелии (около 2- 3 января)	наименьшее, 147 000 000	наибольшая, 1∘0111	наибольший 3235
Земля в афелии (около 3-5 июля)	наибольшее, 152 000 000	наименьшая, 0∘5711	наименьший, 3130
Земля на среднем расстоянии от Солнца (около 3 апреля и 5 октября)	среднее, 149 600 000	средняя, 5911	средний, 5911

Ход работы

1. По подвижной карте звёздного неба определите созвездие, в котором находится Солнце в данные сутки. Проследите видимое движение Солнца по эклиптике; запишите приближённые значения экваториальных координат Солнца в дни солнцестояний и равноденствий, а также в дни 1 января, 12 апреля, 16 августа и 4 октября.

2. По астрономическому календарю проследите изменение склонения Солнца в течение года; выпишите данные с максимальным, минимальным и нулевыми значениями склонения в данный год.

3. Сравните склонения Солнца в одну и ту же дату в разные года (воспользуйтесь источниками 9 и 10 из списка литературы).

4. Проследите (пользуясь моделью небесной сферы) путь видимого суточного движения Солнца в различные времена года на различных географических широтах (около географических полюсов Земли, на экваторе, в средних широтах) (рис. 2 a-b).

5. Определите горизонтальные и экваториальные координаты Солнца по модели небесной сферы в заданный момент времени. По подвижной карте звёздного неба приближённо определите точки восхода и захода Солнца, продолжительность дня и ночи в данные сутки на широте пункта наблюдения. Убедитесь, что для данной широты точки восхода и захода звёзд практически неизменны, а восход и заход Солнца в течение года происходит в различных точках математического горизонта.

6. Сравните полученные данные с данными, полученными с помощью он- лайн калькуляторов, доступных по адресам:

Практическая работа №5 «Физические условия на поверхности планет земной группы. Сравнительная характеристика планет»

1. Начертите в тетради таблицу:

Таблица 11

Признаки сравнения	Планеты земной группы	Планеты-гиганты
Название планет
Диапазон значений плотности планет, кг/м3	от до	от до
Диапазон значений радиусов (в радиусах Земли)	от до	от до
Диапазон значений масс (в массах Земли)	от до	от до
Преобладающие химические элементы и соединения вещества планет
Агрегатное состояние преобладающего вещества планет
Преобладающие химические элементы атмосфер планет
Продолжительность суток	от до	от до
Продолжительность года	от до	от до
Общее число спутников

1. Используя учебник, школьный астрономический календарь и записи в тетради, заполните таблицу 11.

2. Сформулируйте вывод об особенностях групп планет Солнечной системы, физических основах их различий и сходств.

   1. Планеты-гиганты должны состоять из более легких элементов. Каково их агрегатное состояние? Каково внутреннее строение планет-гигантов? Применимо ли к ним понятие «рельеф планеты»?

   2. Каковы причины того, что количество спутников планет-гигантов значительно превышает количество спутников у планет земной группы?