 |
Астронет: Л. В. Жуков/РПГУ им. А.И. Герцена Современная астрономия и методика ее преподавания http://www.variable-stars.ru/db/msg/1177124/67.html |
| << Предыдущая |
Методические аспекты использования наблюдательного материала в преподавании астрономии
Гусев Е.Б.
Рязанский государственный
педагогический университет им. С.А. Есенина
geb@ttc.ryazan.ru
Астрономия, как и все естественные науки, базируется на эксперименте, роль которого в астрономии в основном, выполняют наблюдения. Прямой эксперимент на космических телах при современном состоянии науки невозможен или весьма ограничен. Астрономические наблюдения позволяют непосредственно исследовать предмет науки - Вселенную и изучать свойства космических тел, знакомиться с методами и технологией науки.
Идеальным вариантом организации учебных астрономических наблюдений являются фронтальные работы в составе учебной группы или подгруппы на полноценной научной базе. В качестве примера таких наблюдений можно привести проводимые в свое время астрометрические наблюдения спутников на базе оптических станций педагогических вузов и госуниверситетов. Студенты в массовом порядке вели научные наблюдения спутников или проходили кратковременную практику наблюдений по аналогичной программе. Недостатком тех наблюдений была преимущественно их астрометрическая направленность, тогда как астрофизические направления в изучении ИСЗ, в основном, были уделом студентов - энтузиастов.
Поиски оптимальных форм и методов учебных
астрономических наблюдений привели автора
к выводу, что при изучении физики
космических тел могут использоваться
разнообразные формы работы. Остановимся на
двух таких формах:
- демонстрационное наблюдение;
- нестандартное использование результатов
наблюдений.
Рассмотрим отдельные примеры.
1. В лабораторных практикумах по
астрономии обязательно предусматривается
работа по изучению звездного неба, небесной
сферы и систем астрономических координат.
Помимо этих задач в данной работе можно
решать и другие задачи, носящие
пропедевтический характер для дальнейшего
изучения курса:
- интерпретация суточного вращения неба как
доказательство неинерциальности
топоцентрической системы отсчета, а,
следовательно, и вращения Земли;
- явление сохранения относительного
расположения звезд на небе как
доказательство их удаленности от земного
наблюдателя и одновременно как
доказательство их фундаментального
свойства - движения в пространстве под
действием сил тяготения;
- введение качественного понятия о звездных
величинах с опорой на физическую сущность
этого понятия;
- феноменологическое понятие цвета ярких и
слабых звезд и попытка его физической
интерпретации;
2. Наблюдения искусственных спутников Земли, даже демонстрационного характера, несут много информации об этих интересных космических объектах. Большое число низкоорбитальных спутников позволяет увидеть и прослеживать их движение на небе без наличия эфемерид, хотя в настоящее время возможен и расчет их эфемерид непосредственно в пункте наблюдения при наличии параметров их орбит.
Направление движения спутников с запада на восток подтверждает тот факт, что их орбиты расположены ниже орбиты геостационарных спутников. При этом целесообразно обратить внимание на видимое движение Луны. Оценка угловой скорости спутников, при прохождении вблизи зенита, позволяет оценить их высоту по приближенной формуле:
V/ H = tg w => H = V/ tg w,
где V - круговая скорость, которая для низких спутников близка к первой космической скорости, w - угловая скорость спутника, H - его высота над поверхностью Земли.
Характер пульсаций блеска, вспышки характеризуют форму поверхности ИСЗ и ориентацию его оси вращения. Положение максимума блеска относительно зенита позволяет выявить характер покрытия. При зеркальном покрытии поверхности спутник имеет наибольший блеск на минимальном расстоянии от наблюдателя; если же его поверхность матовая, то максимум блеска будет наблюдаться при фазовом угле близком к нулю. Исчезновение матового спутника сразу после максимума его блеска позволяет оценить положение конуса земной тени на небесной сфере. Демонстрационные наблюдения спутников, носящие качественный характер, обычно предшествуют лабораторной работе по моделированию кривых блеска ИСЗ и способствуют ее успешному выполнению.
3. Из затмений естественных и искусственных космических объектов наиболее доступными для наблюдений и более информативными являются лунные затмения. Помимо традиционных измерений - определение моментов и позиционных углов контактов, лунные затмения дают возможность качественного и количественного анализа хода затмения с астрофизической точки зрения. Обычно отмечают цвет затмения в середине полной фазы, что принято связывать с фазами солнечной активности. Однако представляет интерес качественное объяснение распределения цвета по диску Луны, исходя из рефракционных свойств земной атмосферы.
Следует также проводить фотометрические - качественные или количественные наблюдения полутеневой фазы лунного затмения, тем более, что эта фаза имеет место при каждом лунном затмении. При наблюдениях в телескоп с небольшим увеличением отчетливо прослеживается неоднородность структуры земной полутени. Близ тени Земли на диске Луны становится отчетливо заметным уменьшение яркости освещенной части поверхности спутника, что легко интерпретируется тем, что на Луне в это время происходит частное солнечное затмение. Фотометрирование или микрофотометрирование фотографий лунного диска в течение всей фазы полутеневого затмения позволяет изучить изменение освещенности на Луне во время затмения.
Большую познавательную роль представляют наблюдения полутеневой фазы затмений искусственных спутников. Перед вхождением в тень Земли блеск спутника быстро уменьшается. Оценка времени прохождения спутника через полутень Земли позволяет определить ширину полутеневого кольца вблизи Земли в зависимости от расстояния до планеты.
4. Традиционные учебные наблюдения Солнца заключаются в изучении поверхности светила в оптическом диапазоне - выявление пятен, факельных полей, потемнения диска к краю, подсчет чисел Вольфа и изучение динамики этих явлений.
Хотя шарообразность и Солнца и Луны давно доказана, тем не менее, получение их объемных изображений представляет значительный познавательный интерес для учебного процесса. Принципиальным методологическим препятствием для стереоскопических наблюдений космических объектов является чрезвычайно малый базис человеческого зрения, в связи с чем, оба объекта представляются плоскими дисками. Объемное изображение Луны было получено еще в прошлом веке благодаря оптическим либрациям. Что касается Солнца, то единственным способом увеличения базиса является перемещение Земли по орбите. Впервые такой метод применил английский ученый Де Ла Рю в 1861 году для получения стереоскопических изображений солнечного пятна путем его последовательного фотографирования с интервалом в 26 мин, за которое вид пятна практически не меняется. Получение в условиях небольшой обсерватории качественного изображения пятен оказывается сложным. Однако можно создать объемное изображение всего Солнца, воспользовавшись прекрасными фотографиями Солнца, сделанными космической обсерваторией SOHO с интервалом в несколько часов. За это время при выбранном масштабе, позволяющим видеть весь диск Солнца на экране монитора, изменения в форме пятен практически незаметны. Оба изображения Солнца могут быть изготовлены в виде стереодиапозитивов и рассматриваться в стереоскоп. Возможно использование метода цветоразделения, при котором оба изображения совмещаются на экране компьютера и рассматриваются через выбранные светофильтры, кривые пропускания которых не перекрываются. Наиболее интересны стереоскопические фотографии Солнца в периоды его активности, одним из которых был март 2001 года, когда была проделана подобная работа. Следует заметить, что более качественными оказываются пары фотографий, если их делать в начале июня или начале декабря, когда суточные параллели пятен имеют вид прямых линий.
5. Прошлое столетие было богато яркими кометами. Фотографии комет представляют собой прекрасный наглядный и научный материал для изучения этих объектов. По снимкам комет можно определить тип хвоста и его угловую и линейную длину, выявить активные явления в голове кометы. Видимость звезд через изображения хвоста указывает на малую плотность его вещества. Исследования кометы Хейла-Боппа путем микрофотометрического сканирования поперек и вдоль хвоста кометы позволили сделать вывод о заполненности конуса хвоста веществом, что имеет место не у всех комет. Компьютерный анализ фотографий этой же кометы в 1995 году показал, что даже за орбитой Юпитера комета имела хвост, а дискообразный вид комет на больших расстояниях определяется прежде всего малым углом фазы.
Таким образом, сочетание, как демонстрационных методов проведения наблюдений, так и исследовательских методов позволяет решать в процессе преподавания астрономии довольно широкий спектр астрофизических задач.
| << Предыдущая |