Проведение практических работ в курсе астрономии
| << Предыдущая |
3.4. Демонстрация школьного фотографического атласа Луны
Когда учащиеся наблюдают Луну в телескоп без предварительного знакомства с лунной топографией, с ее наиболее интересными образованиями, то после наблюдения они обычно не могут сказать ничего определенного, что же им удалось увидеть на лунной поверхности. Это и неудивительно. Если учитель при подготовке к наблюдениям не ставил себе задачей остановить внимание учащихся на конкретных объектах, а только посмотреть лунную поверхность "вообще", то скользящий взгляд ученика и не может "зацепиться" ни за одну лунную деталь. В этом случае, хотя практическое занятие и будет проведено, но конкретных знаний школьники не приобретут. Как уже упоминалось в 1 главе, учительница одной из школ, строя наблюдения по такому принципу, знакомила учащихся с "характерным лунным пейзажем" безотносительно к его конкретным признакам, конкретным лунным образованиям. И уж если она сама не смогла назвать ни одного объекта, то вполне понятно, что и ее воспитанника вынесли из занятий столько же.
А между тем Луна, как ближайшее к нам космическое тело, вызывает у школьников огромный интерес. Не за горами то время, когда человек на космическом корабле совершит посадку в совершенно конкретной области лунной поверхности, и знать, где она находится, захочется каждому. Да уже и сейчас, в связи с посылкой на Луну космических ракет и отработкой мягкой посадки их на лунную поверхность, ученики живо интересуются тем, в каких именно местах совершили посадку наши космические посланцы. Поэтому знакомство с лунной топографией на уроках астрономии представляется вполне целесообразном и методически обоснованным шагом.
Опыт диссертанта в проведении таких занятий позволяет сделать следующий вывод.
В целях наиболее экономного расходования времени на уроках при знакомстве с Луной, необходимо изготовить хотя бы небольшой школьный фотографический атлас Луны. На фотографиях Луны в разных ее фазах легко показать главнейшие лунные образования и наиболее интересные объекты, особенно рельефно выделяющиеся вблизи терминатора.
 |
Такой атлас (рис.11) составлен нами как из собственных фотографий, полученных с помощью 80 мм школьного рефрактора и 4-х дюймовой трубы, так и из приготовленных своими силами репродукций. Он содержит и фотографии обратной стороны Луны, полученные нашими автоматическими межпланетными станциями 7 октября 1959 года и 20 июля 1965 года. Эти фотографии сами по себе являются выдающимся достижением советской науки, и, кроме того, показывают на неодинаковый характер лунной поверхности на видимой и невидимой ее стороне, подчеркивают своего рода асимметрию в распределении морей и материков на нашем естественном спутнике.
Прежде чем переходить к изложению конкретных демонстраций лунных образований при различных лунных фазах, остановимся на возможностях фотографирования Луны школьными средствами.
Хотя в методической литературе вопросам фотографии небесных тел и уделялось внимание (например, в работах Бронштэна В.А. [30] , Митрофанова Н.М. [97] , Могилко А.Д. [90] , Гулак Ю.К. и Довгоброд И.Я. [44] и др.), однако некоторые возможности астрофотографии в школьных условиях еще не освещены. В частности, речь идет об использовании рефракторов.
 |
Для фотографирования небесных объектов к школьному телескопу-рефрактору совсем нетрудно приспособить с помощью репродукционных колец зеркальную камеру типа "Зенит" (рис.12)1
У телескопа надо снять муфту окуляров и на ее место стопорными винтами закрепить репродукционное кольцо внутренней резьбой наружу. Объектив фотоаппарата установить между двумя группами свинченных вместе колец и затем эту трубку одним концом ввинтить в закрепленное в телескопе кольцо. К другому концу трубки привинтить фотоаппарат.
Поскольку в передней части у объектива нет резьбы, кольца к нему присоединяются с помощью особого скрепляющего хомута (двух пластинок с винтами). Пользуясь такой установкой, мы получаем снимок с окулярным увеличением.
Количество колец между объективом и фотоаппаратом подбирается в зависимости от того, какое увеличение мы хотим получить.
Известно, что при фотографировании в главном фокусе объектива телескопа (когда объектив фотоаппарата убирают совсем), размеры изображения на негативе ввиду малости углов можно определить по формуле:
h=F . ρ . sin1",
где F - фокусное расстояние
объектива телескопа,
ρ - видимый угловой диаметр светила в
секундах дуги,
h - размеры его изображения.
Диаметр диска Луны в школьный 80 мм рефрактор составляет при этом около 7 мм.
При фотографировании с окулярным увеличением размеры изображения получаются значительно большими. Их можно определить, пользуясь следующими соотношениями (рис. 13) :
 |
| Рис.13 |
Расстояние от объектива
фотоаппарата до изображения, даваемого
телескопом 
(здесь F1- фокусное
расстояние объектива фотоаппарата, обычно
равное 5 см).
Таким образом, увеличение n
для данного телескопа будет определяться
только выбором расстояния f, иными словами,
количеством колец между объективом и
фотоаппаратом.
Очевидно, что при f ≤ 2F1
увеличение n ≤ 1 и такое фотографирование
нецелесообразно. Если мы заранее задаем
увеличение n, то длина трубки f будет равна: f=F1.(n-1).
Перед объективом фотоаппарата
достаточно взять 2-3 кольца, так как
фокусирование на изображение, даваемое
телескопом, производится с помощью
кремальерной трубки.
При фотографировании Луны с помощью школьного телескопа-рефрактора с фокусным расстоянием F = 800 мм при длине трубки f = 20 см, получаем:
h1= 7 мм,
С такого негатива можно получить снимки размером 12 х 18 см и даже 18 х 24 см.
Для улучшения качества снимка фотографирование производится через желтый светофильтр и по возможности с малой экспозицией, так как на четкость изображения заметно влияет хроматическая аберрация, постоянные атмосферные колебания и суточное движение светила. В связи с этим, ограничиваются возможности больших увеличений, для которых требуются более длительные экспозиции.
Например, при фотографировании Луны в фазе, близкой к полнолунию, на пленку, чувствительностью 65 ед. ГОСТ, можно брать увеличение около 2-х. При этом экспозиция составляет от одной тридцатой сек до 0,5 сек.2
При фазе Луны менее 0,5 следует брать пленку более высокой чувствительности (180 - 230 ед. ГОСТ) и для получения моментального снимка увеличения применять небольшие.
Если атмосфера недостаточно прозрачна (особенно летом), то приходится совсем отказываться от окулярного увеличения и фотографировать в главном фокусе объектива телескопа.
Кстати, для такого фотографирования следует репродукционное кольцо в окулярной части телескопа повернуть наружной резьбой наружу и непосредственно на него навинтить фотоаппарат.
 |
Во всех случаях при фотографировании делается целая серия снимков с различной экспозицией и при проявлении в метолгидрохиноновом проявителе увеличивается время проявления на 2-4 мин, чтобы лучше проработались снимки с меньшей экспозицией, у которых всегда четкость лучше. При благоприятных условиях можно получить качественные снимки Луны с множеством подробностей (рис.14), хотя это и случается не так часто.
Отвинтив фотоаппарат с удлинительной трубкой от объектива, можно использовать объектив фотоаппарата в качестве окуляра и производить визуальные наблюдения. Качество изображения при этом превосходное.
Нельзя не отметить еще одной полезной стороны школьной астрофотографии. Нигде так более ясно, как здесь, не проявляется роль фокусного расстояния объектива телескопа. Снимки земных предметов (значительно удаленных), сделанные непосредственно фотоаппаратом и с помощью телескопа, когда он используется в качестве телеобъектива, показывают, что изображение (масштаб снимка) получается тем большим, чем больше фокусное расстояние объектива. Этим легко разъясняется значение одной из важнейших характеристик телескопов.
|
|
|
Рис.15 |
Приводим для примера телескопический снимок (рис.15), сделанный с расстояния 1200 м. Это же можно продемонстрировать и снимками Луны, применяя телескопы с разными объективами. Не менее важно здесь подчеркнуть значение и второй характеристики телескопов - диаметра объектива. Это тем более необходимо, что об этом у учащихся всегда бывает весьма превратное представление.
Остановимся теперь на некоторых
возможностях фотографического атласа Луны
и его использовании на уроках астрономии.
 |
 |
|
| Рис. 17. |
|
| Рис. 18. |
|
| Рис. 19. |
Демонстрируя фотографии молодой Луны (рис.16), представляется возможным показать пепельной свет Луны и объяснить его происхождение. Насколько он интенсивен, можно судить потому, что на фотографии Луны ясно видны на неосвещенной ее части многие детали. Это кратеры Тихо, Коперник, Кеплер, Аристарх, некоторые лунные моря и даже лучевые системы кратеров Тихо и Коперник. Другие фотографии этого листа знакомят с деталями лунной поверхности у самого западного ее края, когда возраст Луны немногим более 3-х суток. Хорошо видны Море Кризисов и некоторые крупные цирки, расположенные от него почти по меридиану в северном и южном направлении (Клеомед, Геминус, Мессала, Лангрен, Венделин, Петавий и др.). Эти детали хорошо заметны и на фотографии, выполненной учениками с помощью школьного 80 мм рефрактора (рис. 16-а). На 2-м листе (рис. 17) изображена Луна в фазе, близкой к первой четверти. Здесь особенности ее топографии представлены богаче. Это - расположенные на западной половине лунного диска Море Кризисов, Море Плодородия, Море Спокойствия, Море Ясности, Море Нектара. Восточнее Моря Нектара - характерная группа из трех цирков Теофил, Кирилл и Катарина, показанные, кроме того, в крупном плане. А у самого терминатора на 7-е сутки четко выделяется сходная с ней по конфигурации группа Птолемея, Альфонса и Арзахеля. Бросается в глаза окаймленная с востока горами чаша Моря Ясности. Она несколько искривляет терминатор в восточном направлении, подчеркивая неровности лунной поверхности. Характерно, что это искривление терминатора при наблюдении Луны в этой фазе видно и невооруженным глазом и учащиеся на него обращают внимание. Фотография разъясняет причину такого явления.
Легко показать гористый характер лунной поверхности и по многочисленным, как бы повисшим в темноте, светлым точкам вблизи терминатора. Это не подчеркивают и кольцевые валы кратеров Архимед, Автолик и Аристилл, появляющиеся в этой фазе в Море Дождей. Немало интересного можно отметить и в фазе близкой к полнолунию (рис.18). Постепенно появляются из темноты Море Дождей, Море Облаков, Море Влажности, Океан Бурь. Видны характерные для восточной половины диска кратеры Тихо, Коперник, Кеплер, Аристарх, у которых хорошо становятся заметными лучевые системы. Особенно выделяется совершенно уникальный в этом отношении кратер Тихо. Его лучи простираются на тысячи километров, выделяясь на темном фоне некоторых морей.
Близко к восточной окраине Океана Бурь примерно на линии кратеров Коперник и Кеплер можно найти два сравнительно небольших кратера Рейнор и Марий, а еще восточнее от них кратер Кавальери. В этом треугольнике лунной поверхности 3 февраля 1966 г. совершила мягкую посадку советская автоматическая станция "Луна-9", обогатившая науку сведениями исключительной ценности. Место посадки станции легко отыскать и по огромному темному пятну цирка Гримальди, которое хорошо заметно на всех фотографиях. От него кратер Кавальери (вблизи которого и находится станция) расположен в северном направлении примерно на расстоянии двух его поперечников.
Почти на всех фотографиях можно продемонстрировать различную отражательную способность лунной поверхности: темные впадины морей и некоторых цирков, как например, Платон, Гримальди, светлые материки, яркие кратеры Аристарх, Кеплер, Коперник и др.
На рисунке 19, где представлены фотографии Луны в последней четверти, пожалуй, самым примечательным является Море Дождей. При заходящем Солнце здесь четко выделяются в западной его части многочисленные подробности рельефа. Уже отмеченная на других фотографиях группа кратеров Архимед, Автолик и Аристилл здесь вновь привлекает наше внимание. В этом районе находится первый посланец Земли - контейнер с вымпелом Советского Союза. Хорошо видны здесь и горные цепи, окаймляющие Море Дождей с запада и юго-запада. Несомненный интерес представит одиноко стоящая гора Питон, отбрасывающая длинную тень. По ней (как и по кольцевым валам кратеров) можно судить о высоте горных образований на Луне. Между кратерами Архимед и Эратосфен наблюдается интересное лунное образование - полузатопленный кратер. На обширной равнине моря наблюдается множество мелких кратеров, представляющих характерную особенность лунной поверхности. На этом же листе показаны в крупном плане знаменитый кратер Альфонс и соседние с ним Арзахель и Птолемей. Именно здесь 3 ноября 1958 года произошло редкостное явление - извержение газов из центральной горки Альфонса, которое и было зарегистрировано с помощью спектрографа Н.А. Козыревым (здесь же под рисунком показана эта уникальная спектрограмма) [78, 80].
Показаны и поздние фазы Луны вплоть до 26-дневного возраста. Эти фотографии помогают учащимся лучше представить Луну в этой фазе, так как не часто им приходится ее видеть из-за позднего восхода.
Кроме рассмотрения топографии лунной поверхности, фотографический атлас позволяет продемонстрировать еще одно интересное астрономическое явление.
Часто так бывает, когда простые с
виду явления природы, о которых мы без конца
говорим учащимся, остаются для них
недосягаемыми, потому что мы их не
демонстрируем, а только описываем словесно.
Так, например, обстоит дело и с либрацией
Луны. Однако подобрав несколько фотографий
Луны (в том числе и выполненных своими
средствами), легко удается показать, как на
самом деле выглядит либрация (рис
.20).
 |
| Рис. 20. |
 |
| Рис. 21. |
 |
| Рис. 22. |
Сравнив два верхних снимка (где Луна в полнолунии), мы по положению Моря Кризисов, а также кратеров Гримальди и Лангрен, находящихся у противоположных краев Луны, совершенно отчетливо демонстрируем их различное удаление от края лунного диска (либрация по долготе). Сравнение положения кратеров Тихо и Платон показывает, что они также по-разному удалены от северной и южной точек лунного диска вследствие либрации по широте.
Демонстрация этого важнейшего физического явления несомненно способствует лучшему усвоению элементарных сведений по небесной механике. Она является фактическим подтверждением законов Кеплера и существования наклона плоскости лунной орбиты к плоскости земной орбиты.
Небезынтересно отметить, что вследствие либрации Луны можно видеть у самого западного ее края некоторые моря, лежащие в основном на невидимой стороне Луны (рис. 18 и 20). Это Море Смита, Краевое Море, Южное Море. Узнать об их действительных размерах и форме удалось только после того, как была сфотографирована обратная сторона Луны советс