Преподавание астрономии в школе (сборник статей)| << Предыдущая |
Определение географической широты места по наблюдению Полярной звезды
Работа эта позволяет оценить значение для практики теоремы "высота полюса мира над горизонтом равна широте места". Разумеется, еще до наблюдений теорема должна быть изучена в классе.
Определение широты по Полярной звезде производится после того, как определена долгота данного места.
Ввиду того, что Полярная звезда не совпадает с полюсом мира, а отстоит от него примерно на 57', то и ошибка в определении географической широты по Полярной может достигать 57'. Таким образом, при точном определении широты по Полярной надо знать поправку на ее положение на суточной параллели относительно высоты полюса.
Для случаев наблюдения Полярной в кульминациях поправка составляет 57'. Она соответственно вычитается из показания вертикального круга теодолита или прибавляется к этому показанию. Руководитель кружка путем расчетов устанавливает точные даты, когда в вечерние часы Полярная бывает в элонгациях и кульминациях. Осенние наблюдения Полярной являются самыми удобными.
Но Полярную звезду можно наблюдать вечером в любой день, т. е. в любой точке ее суточной параллели. Тогда следует учесть поправку на положение Полярной относительно полюса мира. Ее находят по звездному времени наблюдения из "Вспомогательных таблиц для определения широты по Полярной", печатаемых в астрономическом календаре ВАГО.
При отсутствии звездных часов мы поступали следующим образом. Намечали декретное время, удобное в данный вечер для наблюдения Полярной, переводили его в гражданское (зная пояс и долготу), а последнее -в звездное. По этому звездному времени находили поправку и перед выходом на площадку сообщали ее учащимся, указывая на суточной параллели положение Полярной для момента наблюдения. Сняв высоту Полярной и зная поправку, учащиеся тут же на площадке получают результат, а руководитель имеет возможность подвести итоги наблюдения и огласить полученные всеми звеньями данные. Учащиеся надписывают их и выводят среднее значение широты.
Географическая широта, если учесть еще и поправку за счет влияния рефракции (а она самой большой -до 1' -будет в южных широтах СССР), может быть вычислена по формуле
,
где 
-высота Полярной по теодолиту, 
-поправка на положение Полярной относительно высоты полюса для момента наблюдения, R -атмосферная рефракция.
При наличии звездных часов работа облегчается. Наблюдая Полярную, ученик наводит крест нитей на звезду и подает предварительную команду "внимание, подготовить время". Ученик, наблюдающий за часами, при этом начинает следить за секундной стрелкой часов, а в момент команды "время" замечает сперва секунды, а потом минуты и часы .
Для этого звездного времени по "Вспомогательным таблицам определения широты по Полярной" ( "Астрономический календарь" на текущий год) находим поправку I, II, III, алгебраическая сумма которых равна 
. Широта вычисляется по формуле 
, где вместо
следует подставить непосредственно измеренную высоту Полярной на теодолите для момента наблюдения. Учет влияния рефракции произведен в таблице величины II, поэтому получаемую на теодолите высоту не исправляют.
Определение широты по Полярной при наличии звездных часов является самой подходящей работой для астрономического кружка средней школы. Во-первых, на выполнение работы затрачивается мало времени; во-вторых, работа дает большую точность результата; в-третьих, она дает понятие о точных методах определения широты, применяемых на практике, что особенно ценно для практической подготовки учащихся.
Наряду с измерительными работами важное место в занятиях кружка занимало рассматривание светил.
Эти наблюдения в виде проверочных или иллюстративных работ проводятся после прохождения в школе соответствующих тем. Например, после изучения в классе темы "Физическая природа Луны" на кружковых занятиях руководитель демонстрирует карту Луны, показывая на ней моря, цирки, лучевые системы и другие детали, и ставит задачу по наблюдению.
Затем он предлагает учащимся найти в учебнике рисунки N 81, 82, 83, рассмотреть их и приготовиться к наблюдению. Установив теодолиты, учащиеся наблюдают Луну, сопоставляя видимое в трубу с картой. При этом они отождествляют с картой некоторые детали, например: "Море Ясности", "Море Спокойствия", "Море Кризисов", цирки "Феофил", "Кирилл", "Катарина" и др. (в случае наблюдения Луны в первой четверти). При полнолунии рекомендуется наблюдать цирки "Тихо", "Коперник", "Кеплер" с их лучевыми системами, "Море Дождей" и "Океан Бурь".
Интерес вызывает наблюдение дна цирка "Платон" у северного полюса Луны, в котором отмечено появление новых мелких кратеров, а также наблюдение места исчезнувшего кратера "Линней" в "Море ясности".
В осенние месяцы можно наблюдать явление пепельного света, когда теневая часть Луны хорошо видна в трубу теодолита. Это наблюдение используется руководителем для объяснения изменения видимой формы лунного диска от взаимного положения в пространстве Земли, Солнца и Луны. Таким образом выясняются истинные причины смены фаз Луны.
Наблюдение лунной поверхности без всякого задания малоэффективно и бесплодно. Указание руководителя на то, что после общего обзора поверхности Луны необходимо найти некоторые моря и цирки, о которых шла речь на уроке, приковывает внимание учащихся и вызывает интерес к наблюдению.
После заключительной беседы руководитель предлагает нанести Луну на небольшой листок кальки, представляющий копию звездной карты той области неба, в которой находится Луна. Дата и время наблюдения отмечаются на карте ниже изображения Луны.
Работу по наблюдению Луны учащиеся продолжают дома, отмечая положение ее на карте ежедневно дотех пор, пока это позволяет размер карты. Эти листки используются затем при изучении движения Луны.
Подобная практика, когда самостоятельное наблюдение предшествует объяснению учителя, носит характер исследовательской работы, которая приучает учащихся к наблюдательности, осмысливанию обнаруженного, позволяет им самостоятельно приходить к обобщениям и выводам.
Наблюдение невооруженным глазом и наблюдение с помощью теодолита должны дополнять друг друга и составлять единый процесс наблюдений. Однако мы стремимся не только приучать учащихся к инструментальным наблюдениям, но и отдавать предпочтение этим наблюдениям. Движение техники вперед обязывает нас и в астрономических наблюдениях ориентировать выпускников средней школы на передовые методы наблюдений с применением технически современных инструментов.
Астрофизика занимает две трети объема программы по астрономии для средней школы. Поэтому занятия типа иллюстративных работ в основном содержат астрофизический материал третьей и четвертой тем программы, а измерительные работы, о которых говорилось выше, охватывают материал первой и второй тем.
Ограниченность во времени толкает нас на путь одновременного проведения работ обоих видов.
Например, при определении по Солнцу направления меридиана можно одновременно провести наблюдение солнечных пятен. Солнечные пятна наблюдают на экране и остро зачиненным мягким карандашом зарисовывают их. Повторное наблюдение солнечных пятен может дать материал для иллюстрации осевого вращения Солнца. В качестве экрана мы брали обыкновенный лист бумаги из альбома для черчения.
Статистические наблюдения Солнца могут проводиться систематически в астрономическом кружке, если он работает и при школе. В кружке при пединституте наблюдения проводились с целью иллюстрировать и углубить изученное на уроке. Поэтому мы ограничивались наблюдением солнечных пятен и установлением по их перемещению видимого вращения Солнца.
Таким образом сообразуясь с задачей измерительных работ, а также с тем, какие из изученных на уроке,
небесных явлений могут быть видимы в данный момент, мы проводили одновременно с количественными и качественные наблюдения.
При наблюдении в трубу теодолита заходящего Солнца или восходящей полной Луны хорошо демонстрировать влияние атмосферной рефракции на вид их дисков. Явно заметна сплюснутость дисков.
В начале и в конце практической работы может быть измерен горизонтальный или вертикальный угловой диаметр Луны.
Измерение горизонтального диаметра Луны производится следующим образом. Совместив нуль алидады с нулем горизонтального лимба, закрепляют алидаду. Затем, при открепленном лимбе, наводят трубу на Луну так, чтобы вертикальная нить касалась правого края Луны. Это достигается поворотом теодолита при помощи микрометренного винта лимба. После этого быстрым вращением микрометренного винта алидады переводят вертикальную нить на левый край изображения Луны. Снятый на горизонтальном лимбе отсчет дает непосредственно угловую величину горизонтального диаметра Луны. Так же определяется горизонтальный диаметр Солнца.
Вертикальный диаметр Луны или Солнца может быть определен приблизительно по дальномерной сетке трубы. Угловое расстояние между горизонтальными нитями сетки составляет 35', а угловой диаметр Солнца или Луны меньше на несколько минут. Поэтому оценка разницы между диаметром Солнца или Луны и расстоянием между нитями сетки делается на глаз.
Сравнение диаметра Луны, измеренного на горизонте, с диаметром ее на некоторой высоте развеивает у учащихся впечатление, что на горизонте Луна гораздо больше ее обычных размеров.
Кроме того, измерение углового диаметра Луны или Солнца является практической работой к уроку "Определение действительных размеров небесных тел солнечной системы". При известном параллаксе линейный
радиус светила определяется из формулы 
, где 
-угловой радиус, а
-параллакс светила, R -линейный радиус Земли.
С одним из кружков мы определяли продолжительность сумерек. Время, необходимое для погружения солнечного диска под горизонт, определяется из наблюдений по часам, и таким образом практически устанавливается, на сколько минут благодаря рефракции удлиняется день за счет ночи. Время от момента соприкосновения с горизонтом нижнего края до момента исчезновения верхушки солнечного диска осенью в средних широтах не может превышать 5-6 минут. Отсюда практически и находится продолжительность гражданских сумерек, как промежуток времени от захода Солнца и до погружения его под горизонт на 7°. Если погружение солнечного диска происходит за 5 минут, а диаметр его равен 32', то на 7° Солнце погрузится за 
.
Кроме работы по наблюдению Солнца и Луны, мы относим к качественным работам также наблюдение планет, звезд и туманностей.
Труба теодолита позволяет наблюдать у Юпитера 4 Галилеевых спутника. Руководитель, определяя конфигурацию спутников по методу, изложенному в астрономическом календаре ВАГО, подбирает такие моменты для наблюдения, когда можно было бы показать учащимся затмение того или иного спутника (исчезновение или появление его). Повторное через несколько дней наблюдение спутников дает возможность установить их обращение вокруг Юпитера. На самом диске планеты в темные ночи можно заметить полосы, идущие параллельно экватору.
На Сатурне в трубу теодолита полосы и другие детали не наблюдаются. Кольцо Сатурна можно видеть, а при благоприятных условиях оно даже хорошо просматривается.
Марс представляется в виде небольшого оранжевого диска без каких-либо деталей на нем, и поэтому наблюдение его оставляет у учащихся неудовлетворенность. Но и в таком случае Марс мы не исключали из программы наблюдений. Уже один тот факт, что учащиеся знают, где на небе находится Марс и могут следить за его перемещением среди звезд, обязывает нас приковать внимание учащихся к этой планете. Наблюдения Марса помогут иллюстрировать и подтвердить научное объяснение природы его видимого и истинного движения.
С интересом проходили в феврале 1953 г. наблюдения Венеры во время ее движения к нижнему соединению после восточной элонгации. В трубу теодолита учащиеся прекрасно видели серп Венеры. Величина его почти равнялась величине серпа Луны, видимого простым глазом.
Учащиеся констатировали наличие фаз у Венеры, а на примере смены фаз и конфигурации планеты установили истинное движение ее вокруг Солнца. Таким образом, наблюдение фаз помогает учащимся глубже и осмысленнее понять движение планеты в пространстве.
В целях привития некоторых навыков фотографирования с помощью оптических труб можно провести занятия по фотографированию Солнца или Луны.
Снимки Солнца мы получали при окулярном фотографировании. Для этого на окуляр трубы надевается небольшая, изготовленная из тонкой фанеры камера, длина которой рассчитана на получение изображения в 2-3 см на пленке 4,5X6 см. Экспозиция для пленок различной чувствительности подбирается заранее. При фотографировании полной Луны экспозиция для пленок чувствительностью в 90-130 ед. может превышать 1 секунду.
Для наблюдения в трубу теодолита доступны многие двойные и кратные звезды осенне-зимнего неба. Из туманностей для осенне-зимних наблюдений следует рекомендовать диффузную туманность Ориона, а также звездные системы в созвездиях Андромеды и Треугольника, которые хорошо видны в трубу теодолита.
Звездные скопления Плеяды, 
и Персея, шаровое скопление в созвездии Геркулеса также доступны наблюдению теодолитом в этот сезон.
В распоряжении астрономического кружка, кроме 6 теодолитов, было еще два телескопа и два полевых бинокля (восьмикратный и десятикратный). Наблюдение биноклями с рук вести невозможно даже тогда, когда бинокли положены на опоры. Для биноклей обязательно нужны штативы. Нами были приспособлены штативы от фотоаппаратов. Применение штативов позволяет наблюдателю освободить руки для ведения записей, а главное-неподвижность бинокля обеспечивает рассмотрение мелких деталей.
| << Предыдущая |
|
Публикации с ключевыми словами:
преподавание астрономии - школьный курс астрономии - практические работы - методика преподавания - методические материалы
Публикации со словами: преподавание астрономии - школьный курс астрономии - практические работы - методика преподавания - методические материалы | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
