microbik.ru
1
Лабораторная работа
«Подвижная карта звездного неба»


Цель: ознакомление с устройством и использованием подвижной карты звездного неба.

Краткие теоретические сведения:

Подвижная карта звездного неба служит пособием для общей ориентировки по небу, и в частности для определения расположения созвездий относительно истинного горизонта. На карте изображены сетка небесных координат и основные созвездия, состоящие их сравнительно ярких звезд. Карта составлена в проекции А.А.Михайлова, в которой небесные параллели изображаются концентрическими окружностями, а круги склонения – лучами, выходящими из северного полюса мира, расположенного в центре карты. На подвижной карте это ось вращения накладного круга. Рядом с ним находится главная звезда созвездия Малой Медведицы, называемая Полярной звездой. Круги склонения проведены через 15° (Ih) и оцифрованы в часах по одной из небесных параллелей, вблизи внутреннего обреза карты. Небесный экватор (δ = 0º) и три небесные параллели с интервалами в 30º оцифрованы в точках их пересечения с начальным кругом склонения (α = 0h) и с диаметрально противоположным ему кругом склонения (α = 12h). Оцифровка кругов склонения и небесных параллелей позволяет грубо оценивать значение экваториальных координат небесных светил.

Эксцентричный овал, пересекающийся с небесным экватором в двух диаметрально противоположных точках, изображает эклиптику. Точки пересечения небесного экватора с эклиптикой, называемые точками равноденствий, обозначаются значками (точка весеннего равноденствия: α = 0h, δ = 0˚) и  (точка осеннего равноденствия: α = 12h, δ = 0˚).

Область карты, заключенная внутри небесного экватора представляет собой небесную полусферу; остальная часть карты изображает пояс небесной полусферы, заключенный между небесным экватором и небесной параллелью со склонением δ = -45˚. Небесные параллели южной небесной полусферы изображаются на карте окружностями большего радиуса, нежели небесный экватор. Поэтому изображение созвездий южной полусферы растянуты, и их вид несколько отличается от привычного вида тех же созвездий на небе.

По наружному образцу карты, называемом лимбом дат. Нанесены календарные числа и названия месяцев года (цена деления лимба 5 дней).

Накладной круг, прилагаемый к карте, позволяет установить вид звездного неба для любого времени суток произвольного дня года. Для этой цели внешний обрез накладного круга, называемый часовым лимбом, разделен на 24 часа, по числу часов в сутках.

Штрихи на часовом лимбе нанесены через каждые 30 минут. Часовой лимб оцифрован в системе среднего местного времени, и, строго говоря, это обстоятельство должно учитываться при пользовании подвижной картой. Для определения среднего местного времени можно пользоваться формулой.

Тм = Тд – Ih – nh + λ

Или летом (1)
Тм = Тд – 2h – nh + λ

Где Тм – местное среднее время;

n– номер часового пояса места наблюдения (для Тобольска n = 4);

λ – географическая долгота места наблюдения в часовой мере (для Тобольска λ = 4h 33m).

При решении задач с помощью подвижной карты вполне можно допустить (для Тобольска), что:

Тм = Тд –27m

Или летом (2)

Тм = Тл- 1h 27m

Здесь Тд – декретное время, или Тл – летнее время или показания наших часов.

На накладной круг нанесен овал, положение которого определяется географической широтой места наблюдения = 58º 12'. Контур овала изображает истинный или математический горизонт, и на нем нанесены названия четырех его главных точек – точек юга и севера, запада и востока. Между точками юга и севера (между 12 и 0 часового накладного круга) проведена прямая, изображающая небесный меридиан, т.е. большой круг небесной сферы, проходящий через полюс мира р и р' зенит z и надир z' пересекающийся с истинным горизонтом в точках севера и юга.

Положение зенита на небесном меридиане определяется точкой его пересечения с небесной параллелью, склонение которой равно географической широте места наблюдения (δ = φ на основании теоремы о высоте полюса мира над горизонтом). В нашем случае (для Тобольска) φ = 58º12' и зенит будет точкой пересечения небесного меридиана с небесной параллелью φ = 58º12'. Эта точка находится вблизи центра овала, изображающего математический горизонт.

Подвижная карта позволяет решать (приближенно) ряд задач практической астрономии. Так, для определения вида звездного неба в некоторый момент времени Т заданного дня года (даты) нужно накладной круг повернуть относительно оси так, чтобы штрих часового лимба, указывающий данный момент времени Тм, совпал со штрихом даты. Тогда в овале накладного круга окажутся те звезды, которые в данный момент времени Тм, видны на широте места наблюдения. Звезды, находящиеся над горизонтом (и, следовательно, недоступные наблюдениям), будут расположены вне овала. Над серединой овала располагаются созвездия, находящиеся вблизи зенита. По направлениям от зенита к разным точкам истинного горизонта можно установить области небосвода, в которых находятся те или иные созвездия (южная, северо-восточная, юго-западная и.т.д.). при ориентировочной оценке допустимо делить небосвод на четыре области – восточную, южную, западную, северную, причем границами этих областей являются направления от зенита на точки северо-востока, юго-востока, юго-запада и северо-запада лежащие на истинном горизонте.

Светила. Которые окажутся на небесном меридиане в данный момент времени Т находятся в кульминации. В верхней кульминации т.е. к югу от северного полюса (к югу от вращения накладного круга карты), находятся те светила, которые располагаются между северным полюсом мира и точкой юга, другие к северу от зенита (между зенитом и северным полюсом мира).

Те светила которые располагаются на небесном меридиане между северным полюсом и точкой севера (а также под ней) находятся в данный момент времени Тм в нижней кульминации и проходят небесный меридиан к северу от северного полюса мира.

Созвездия восходящие в данный момент времени над горизонтом или заходящие за горизонт, следует искать соответственно на восточной или западной половине истинного горизонта. Восточной половиной является дуга истинного горизонта от точки севера, через точку востока, до точки юга. Западной половиной является дуга истинного горизонта от точки юга, через точку запада, до точки севера.

По подвижной карте звездного неба можно приблизительно указать день года (дату) n, в которой то или иное светило восходит, кульминирует или заходит в данный момент времени Тм суток. В этом случае, поворачивая накладной круг, устанавливаем его на карте так, чтобы выбранное светило заняло заданное положение (восход, кульминация, заход). Тогда штрих часового лимба, обозначающий заданный момент времени Тм, совпадает с искомым днем n на лимбе дат.

Аналогично по заданной дате можно определить приближенный момент времени суток Тм интересующих событий (обратная задача).

Многие звезды в момент нижней кульминации оказываются под горизонтом (вне овала, изображающего истинный горизонт). Однако определение момента времени Тм и даты n производится прежним образом.

Конечно определение дат и моментов времени Тм по подвижной карте звездного неба является весьма приближенным, но вполне достаточным для уяснения общей картины явлению. Точные же их определения производятся соответствующими вычислениями.

Определяя по подвижной карте звездного неба в различные моменты суток, можно выяснить условия видимости созвездий, т.е. установить, все ли созвездия восходят над горизонтом и заходят за горизонт данного места земли. Особенно необходима карта при отождествлении созвездий на звездном небе при наблюдениях.

Задание

  1. Установить подвижную карту звездного неба на день и час занятий и указать расположение созвездий восходящих и заходящих в это время.

  2. Изучить контуры созвездий Большой Медведицы, Малой Медведицы, Кассиопеи, Лебедя, Льва, Возничего, Ориона, Близнецов, Тельца, Малого Пса, Большого Пса и Волопаса.

Записать и запомнить расположение этих созвездий относительно друг друга. Составить схему ориентации на звездном небе на день занятий в 21 местного времени.

  1. установить подвижную карту звездного неба последовательно на 0, 6, 12, 18. 1 октября, указать расположения в эти моменты времени созвездий: Большой Медведицы, Кассиопеи, Ориона, Лиры. Сформулировать выводы о характере и причине изменения вида звездного неба в течение суток.

  2. Определить день года, в который в 8 час. 30 мин. вечера в верхней кульминации находится звезда : 1) Вега; 2) Альдебаран; 3) Арктур; 4) Денеб; 5) Капелла; 6) Алголь; 7) Спика; 8) Регул.

  3. Определить дату, в которой та же звезда, в то же время суток находится в нижней кульминации.

  4. В день 21 марта, 22 июня, 23 сентября, 22 декабря найти моменты времени восхода и захода, верхней и нижней кульминации звезды: 1) Альтаира; 2) Сириуса; 3) Кастора; 4)Поллукса; 5) Ригеля; 6) Антареса; 7) Проциона; 8) Бетельгейза.

  5. Из анализа результатов пункта 4-6 сформулированы выводы:

А) о продолжительности промежутка времени между моментами верхней и нижней кульминацией одних и тех же звезд в пределах суток;

Б) об изменении времени восхода, кульминации и захода звезд на протяжении года, указав направление и величины этого измерения за полгода, месяц, за полмесяца и за сутки;

  1. Определитель время восхода и захода Солнца в день занятий.

Для этого найти точку эклиптики, которая кульминирует (верхняя кульминация) в 12ч. местного времени данной даты n. В этой точки в 12ч. местного времени данной даты n будет находиться Солнце. Заметив эту точку, найдем время ее захода и восхода и поэтом данным получим долготу дня. Правильность полученного результата проверить по настенному (настольному) календарю.

  1. Определить звездное время в день и час (местного времени) занятий. Местное время определить по формуле (2)

Звездное время (S) связано с прямым восхождением α и часовым углом (t) звезды соотношением:

S = α + t (3)

Когда звезда находится в верхней кульминации, ее часовой угол, = 0ч., в этом случае:

S = α (4)

Этот результат используется для определения звездного времени. Если в данный момент времени в верхней кульминации нет ни одной из известных звезд (которые имеют собственные имена или обозначены буквой греческого алфавита), то время можно определить по нижней кульминации. В самом деле, часовой угол светила в момент нижней кульминации t =12ч.; поэтому звездное время будет равно:

S = α + 12ч. (5)

  1. Определить положение Марса и Венеры по известным их конфигурациям.

А) 6 ноября 1997г.Венера находилась в наибольшей восточной элонгации на 47º;

Б) 17 марта 1997г. Марс находился в противостоянии;

6 ноября 1997г. Венера находилась на эклиптике восточнее Солнца на 47º, поэтому совместив небесный меридиан (12ч. местного времени) с 6 ноября найдем положение Солнца ( в точке пересечении эклиптики с небесным меридианом). Венера будет находиться вблизи эклиптики на 47º восточнее найденного положения Солнца.

Точно также найдем положение Солнца 17 марта. В противостоянии Марс находится на небесном меридиане в противоположной Солнцу точки эклиптики.

  1. Какие созвездия являются для географической широты г Тобольска (φ=58º 12')?

Для решения вопроса поворачиваем накладной круг на 360º относительно оси вращения. Созвездия, которые не будут под линией горизонта при этом вращении и будут находящимися для данной географической широты (линия истинного горизонта накладного круга для Тобольска проведена по широте 58º 12').

Проверить полученные результаты можно, вычислив склонение для незаходящих и невосходящих созвездий по формулам:

Склонение δ ≥ (90 - │φ│º) > (условие незахождения)

Склонение δ ≥ (90 - │φ│º) < (условие невосхождения)

  1. установить какие созвездия для данной географической широты места наблюдения будут проходить через зенит. Зенит будет находиться в точке пересечения небесного меридиана с небесной параллелью, склонение которой равно географической широте места наблюдения. Это следует из положения, что широта места наблюдения φ, склонение δ и зенитное состояние светила z в момент верхней кульминации связаны соотношением:

φ = δ ±z

(«+»при верхней кульминации к югу от зенита, «-« при верхней кульминации к северу от зенита) когда святило проходит через зенит, его зенитное расстояние z = 0º поэтому φ = δ. Для Тобольска все святила со склонением δ = 58º12' (или близким к нему) будут проходить через зенит или вблизи него.

Отчет о работе.
1.Дата Момент времени Т =

Положение созвездий

Вблизи зенита

На юге

На западе

заходит

На севере

На востоке восходят


2. Зарисовать в тетради контуры перечисленных созвездий

Составить и записать схему ориентации на звездном небе в северном полушарии небесной сферы на день занятий в 21ч. 00м.

3. Дата 1 октября

Созвездия

Расположение созвездий на Т

Т = 0ч.

Т = 6ч.

Т = 12ч.

Т = 16ч.

Б. Медведица













Кассиопея













Орион













Лира














4.5. Произвольно

6.

Дата

Звезда

Момент времени


Восход

Верхняя кульминация

заход

Нижняя кульминация



7. Выводы

а)____________________________________________________________

б)____________________________________________________________

в)____________________________________________________________

Отчеты по пунктам задания № 8-12 составить в произвольной форме.
Для получения зачета по работе необходимо:


  1. Знание и умение пользоваться подвижной картой звездного неба; умение решать задачи из числа предложенных в работе по выбору преподавателя.

  2. Уметь перевести декретное время в местное и наоборот; переводом часовой меры прямого восхождения α в угловую меру и наоборот.

  3. Кульминация святил (верхняя и нижняя); связь между высотой святила и в верхней кульминации h со склонением δ и географической широтой φ места наблюдения, условий незахождения и невосхождения светил.

  4. Умение ориентироваться по звездному небу, т.е. знания контуров основных созвездий и их относительное расположение.

  5. Перечислить зодиакальные созвездия в порядке прохождения их Солнцем начиная с марта месяца.