 |
Астронет: Л. В. Жуков/РПГУ им. А.И. Герцена Современная астрономия и методика ее преподавания http://variable-stars.ru/db/msg/1177124/24.html |
| << Предыдущая |
Методика преподавания фундаментальной астрономии на основании учебных пособий "Служба вращения земли" и "Фундаментальная астрометрия"
Нефедьева А.И., Нефедьев Ю.А.
Казанский государственный университет,
Астрономическая обсерватория им.В.П.Энгельгардта,
Казанский государственный педагогический
университет
E-mail : star@dtp.ksu.ras.ru
Авторы доклада много лет читали лекции и вели практические занятия по астрометрии, общей астрономии и астрофизике в Казанском государственном Университете и Казанском педагогическом Университете. Система преподавания астрономии предусматривает прежде всего знакомство с основами предмета с целью создания общей картины задач и проблем астрономии, установления взаимосвязи между ними и с другими разделами науки. Важными вопросами является теория вращения Земли около центра масс и около мгновенной оси вращения, вопрос установления фундаментальной системы небесных и земных координат, определение фундаментальных постоянных, знакомство с современными шкалами и методами определения точного времени. Студентам педагогического университета читался только общий курс астрономии, в котором давались понятия о строении и движении небесных тел в космическом пространстве. В общем курсе давались общие представления об определениях точных положений звезд относительно небесной системы координат. Более подробно фундаментальная система координат и небесная механика входила в курс астрометрии для астрономо-геодезистов КГУ. Им читались курсы фундаментальной астрометрии и службы вращения Земли. В астрометрии для геодезистов изучаются также способы определения географических координат точек земной поверхности и азимутов направлений из наблюдений небесных объектов, что тесно связано с астрономическими определениями координат, которые совместно с результатами геодезических, гравиметрических и космических наблюдений обеспечивают ориентировку государственной геодезической сети, определение параметров земного эллипсоида и высот квазигеоида относительно референц-эллипсоида, определяют гравитационный потенциал Земли, ориентировку осей референцной системы геодезических координат.
Астрономические наблюдения искусственных спутников Земли позволяют решать главные проблемы геодезии на более высоком уровне, создавать глобальную космическую триангуляционную сеть, которая не только позволяет уточнить форму и размеры земного эллипсоида, но и изучить его "дыхание", вызываемое приливными силами, перемещение материков по поверхности Земли, вековые изменения широты. Точность астрономо-геодезических определений зависит от точности используемой фундаментальной системы координат.
На основе конспектов лекций, прочитанных по мере нашей деятельности, были написаны специально для астрономо-геодезистов два учебных пособия: "Фундаментальная астрометрия" и "Служба вращения Земли". В них дано описание координатно-временного обеспечения проблем установления пространственной метрики и введения временной метрики, что осложняется учетом поступательно-вращательного движения Земли. Все редукционные вычисления в астрономии и геодезии основаны на знании системы фундаментальных постоянных, характеризующих размеры и фигуру Земли и ее движение в пространстве. Таким образом, координатно-временное обеспечение включает в себя три группы данных: 1. Фундаментальные системы координат, задаваемые положениями и собственными движениями некоторой группы небесных тел. 2. Система фундаментальных постоянных, необходимых для приведения наблюденных положений к заданной на определенную эпоху не вращающейся системы небесных координат. 3. Шкалы времени, как искусственные равномерные, так и неравномерные, связанные с астрономическими или физическими явлениями. Нами рассмотрены вопросы построения фундаментальных каталогов звезд и системы фундаментальных постоянных. Изучается в рамках этих систем поступательно-вращательное движение Земли (пространственное движение оси вращения Земли - прецессия, нутация, эффекты движения по орбите) и вращение Земли около оси - свободные и вынужденные колебания тела Земли, неравномерность ее вращения и вековые эффекты. В пособии "Фундаментальная астрометрия" с помощью соответствующих чертежей дано четкое объяснение этим явлениям. Особое внимание уделено учету аберрации, которая точно вычисляется по выведенным формулам. Описаны методы приведения наблюдений к определенной эпохе и равноденствию и обратно. Рассмотрены вопросы уточнения ориентации фундаментальной системы координат, то есть нахождение из специальных наблюдений поправок к положению точки равноденствия и экватора фундаментального каталога. Достаточно подробно описаны инструменты и методы их исследования. В пособии даны современные методы вычисления астрономической рефракции, разработанные в Энгельгардтовской обсерватории, когда для построения модели атмосферы использовались аэрологические данные. В АОЭ были вычислены таблицы рефракции для многих астрономических обсерваторий, в том числе и для высокогорной обсерватории на Майданаке. Уделено много внимания вопросам перспективного повышения точности определения положений небесных тел. Описаны новые методы наблюдений - радиолокационные, доплеровские, радиоинтерферомертрические и космические.
"Служба вращения Земли" ориентирована на вопросы, отраженные в названии данного пособия. Геодезия благодаря современным методам наблюдений может проводить высокоточные работы в планетарном масштабе. Для их обработки необходимо иметь очень точные параметры вращения Земли около центра масс. Одной из важнейших задач является построение земной системы и квазиинерциальной небесной системы координат и наличие точных формул перехода от одних координат к другим. Геодезия изучает собственные движения пунктов земной поверхности, поэтому необходимо определять деформации упругой Земли под действием притяжения Луны и Солнца, перемещение масс в литосфере, гидросфере и атмосфере Земли. Многие из явлений часто трудно определить из геофизических наблюдений, они моделируются на основе наблюдений за вращением Земли и за движением ИСЗ. Для изучения динамики Земли были созданы службы вращения Земли, которые проводят регулярные наблюдения за изменением координат земного полюса и за отклонениями Всемирного времени от равномерного эфемеридного времени. В пособии кратко изложена теория службы движения полюса и службы времени. Описаны используемые методы определения из наблюдений широты места и точного времени. Особое внимание уделено рассмотрению теории телескопов, с помощью которых производятся наблюдения Земли, и методы обработки наблюдений. Приведены данные о различных гармониках в широтных и временных результатах наблюдений. Краткость и ясность изложения материала позволяет использование данного пособия студентами геодезистами и астрономами.
В конце 80-х годов земная система координат была улучшена при использовании только точных лазерных и радиоинтерферометрических наблюдений, данные о чем отсутствуют в имеющихся учебниках. Поэтому данный вопрос нами особенно тщательно рассмотрен. Описаны новейшие методы обработки данных наблюдений. Рассмотрены полярные и неполярные изменения широты, а для выяснения вопроса какие гармоники имеют место в изменениях широты, используется спектральный анализ.
Много внимания уделено службе точного времени, это станции имеющие атомные стандарты частоты, занимающиеся хранением времени и передачей сигналов точного времени. По наблюдениям спутников изучаются возмущения в их движении, вызываемых приливными силами от Луны и Солнца. Вычисляются амплитуда и фазы приливов, а по ним определяется момент приливного трения и согласно последнему вычисляется замедление вращения Земли. Рассмотрены все известные способы определения точного времени на фотоэлектрическом пассажном инструменте, на фотографической зенит-трубе, на призменной астролябии. Также были рассмотрены новые способы астрометрических наблюдений : 1. Радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой. 2. Лазерные наблюдения Луны и ИСЗ. 3. Доплеровские наблюдения. Причем данные вопросы изложены на основе специальных научных сообщений. Достаточно подробно рассмотрено строение и использование приборов для измерения и хранения времени. Последнее также изложено с использованием современных научных сообщений. Рассмотрены вопросы сравнения показаний нескольких часов между собой, о передаче хронометрической информации и о приеме сигналов точного времени. В последние годы решена очень важная проблема по созданию международной небесной фундаментальной системы из наблюдений радиоисточников на РСДБ, определяющей инерциальную систему небесных координат, которая не имеет каких либо ускорений. К данной системе приведены каталог Hipparcos, а к системе Hipparcos приведены фундаментальные каталоги FK5 и PPM. С этим вопросом студенты также знакомятся.
Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что учебники для студентов по астрономии и геодезии требуют дальнейшего обновления с добавлением в них современных данных. Материал необходимо излагать в достаточно популярной форме, изложить одну тему и уже к ней повторно не возвращаться, чтобы не путать читателя. Очень ясно изложить новые проблемы и современные достижения. Мы считаем, что наши изданные учебные пособия удовлетворяют этим требованиям.
| << Предыдущая |