Небесна сфера. Сузір’я. Відстанні до небесних світил. Зоряні величини. Зоряний час.

Урок № 3

Тема: Небесна сфера. Сузір’я. Відстанні до небесних світил. Зоряні величини. Зоряний час.

Мета: ознайомити учнів з поняттями небесної сфери, сузір’я, з методами визначення відстаней до небесних світил(горизонтальний і річний паралакси). Розкрити суть поняття зоряна величина. Навчити учнів позначати основні точки і лінії небесної сфери. Ознайомити учнів із поняттям зоряний час. Розвивати пізнавальну діяльність учнів.

Обладнання: глобус Землі, міні-проекти.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Етапи: І. Пояснення нового матеріалу.

1. Поняття небесної сфери.

Зоряне небо!.. Напевне, немає людини, яку б не вражала його витончена довершеність, його незбагненна краса i таємничість. Недаремно давні греки дали всьому зоряному Bcecвiтy назву космос, що означає - оздоба, прикраса. I в цьому немає нічого дивного! Свого часу М. Коперник висловився з захопленням: «...Бо що може бути чарівнішим від небосхилу, який вміщує у co6i все прекрасне?»

Р озмірковуючи над будовою зоряного Всесвіту, філософ Арістотель (384-322 pp. до н. е.) стверджував: «Bcecвiт - досконалий, а тому сферичний, бо сфера єдина досконала фігура». Згідно з його розрахунками, радіус Всесвіту, тобто відстань до сфери зip, має бути у дев'ять разів більшою, ніж відстань від Землі до Сонця, а Земля, за його уявленнями, займає центральне положения у Всесвіті, адже «yci важкі тіла прямують до центра Землі, а оскільки будь-яке тіло прямує до центра Всесвіту, то Земля мусить перебувати нерухомо в цьому центрі». Щоправда, інший відомий

грецький філософ Демокріт (460 - 370 рр, до н. е.), а ближче до наших часів Галілей доводили протилежне: Всесвіт - безмежний, зopi перебувають на різних відстанях від Землі, але ця різниця у відстанях на око не сприймається, тому i здається, що зopi знаходяться на внутрішній поверхні деякої сфери. Це виявилось i справді так!

Сьогодні ми знаємо, що немає сфери над нашими головами, знаємо, що зopi дуже далекі від нас, та поняття небесної сфери залишилось, бо виявилося дуже зручним при вивченні видимих рухів світил та визначенні їхніх взаємних розташувань на небі.

Небесна сфера — це уявна сфера довільного радіуса, в центрі якої знаходиться спостерігач i на яку спроектовано вci світила так, як він бачить їх у певний момент часу з певної точки простору.

Небесну сферу можна уявити у вигляді велетенського глобуса (довільного радіуса), схожого на глобус Землі, але розглядається він зсередини(мал.3.1). Центр небесної сфери збігається з оком кожного окремого спостерігача. Як i на земному глобусі, на небесній сфері можна намалювати уявні лінії i певні точки, що дає змогу ввести систему небесних координат.

2. Cyзip'я, їхня кількість i межі

Перше враження від спостереження зоряного неба - це незліченність зip i хаотичність їхнього розташування на небосхилі. Насправді ж зip, які можна побачити неозброєним оком, на небі Землі близько 6 000.

Видиме розташування зip на небі змінюється надзвичайно повільно. Без точних вимірів помітити його впродовж сотень i навіть тисяч років неможливо. Ця обставина дозволила за незапам'ятних часів намалювати по найяскравіших зорях перші характерні «зоряні візерунки» - сузір'я.

Більшість ixнix назв, які використовуються й сьогодні - це спадок від давніх греків. Так, у твopi «Альмагест» Птолемея перелічено 48 cyзip'iв. Нові сузір'я з'явилися на небi після перших подорожей у південну півкулю Землі під час великих географічних мандрівок XVI-XVII ст., а також після винайдення телескопа.

На початку XX ст. налічувалося 108 cyзip'iв. Але на конгресі Міжнародного Астрономічного Союзу 1922 р. їхню кількість було зменшено до 88. Тоді ж було встановлено також нові межі сузір’їв, що icнyють і досі.

Сузір’я – це певна ділянка зоряного неба з чітко окресленими межами, що охоплює всі належні їй світила і яка має власну назву.

Поряд iз загальноприйнятими в астрономії назвами для окремих cyзip'їв вживають i народиі назви. Так, в Украні Велика Ведмедиця - це «Великий Biз», Мала Ведмедиця - «Малий Віз», Кассіопея - «Борона» чи «Пасіка», Дельфін «Криниця»,Пояс Opioнa - «Коcapi», Орел - «Дівчина з ведрами», зоряне скупчення Гіади, що утворюють голову Тельця, - «Чепіги», а зоряне скупчення Плеяди «Стожари».

Про кожну icтотy, яку давні люди уявляли у візерунку конкретної групи зip i ім'ям якої називали це сузір'я, було складено певну легенду. Наприклад: син грецького бога моpiв Посейдона, Opioн, був хоробрим i вправним мисливцем. Не.булозвіра, якого він не мiг би вполювати. Розлючена богиня Артеміда, охоронниця звірiв, підіслала до Оріона отруйного Скорпіона, від укусу якого він загинув.

3. Позначення і назви зір. Астрономи минулого задовольнялися тим що визначали положення окремих зip на малюнку істоти, яку вони „бачили” у візерунку тiєї чи іншої їхньої групи (наприклад, зоря Серце Скорпіона).

Згодом найяскравіші зopi отримали власні назви (їx налічується 275).Із них лише 15 % - грецькі назви i 5 % латинські, а 80 % це арабські назви. Майже 500 років тому зорі в кожному cyзip'ї було позначено літерами грецького алфавіту а. (альфа), β (бета), γ (гамма) i т. д. в міpy зменшення їхньої яскравості. Щоправда, в окремих випадках порядок позначень „переплутаний”, i подекуди переставлені літери для слабкіших І яскравіших зip. Наприклад, у cyзip'ї Близнят найяскравіша зоря Поллукс позначена літерою в, тоді як слабкіша - Кастор – літерою а.

3. Визначення відстаней до небесних світил. Те, що відстань до Місяця дорівнює 60 радiyсам Землі, за тривалістю його проходження через тінь Землі при повному місячному затемненні встановив ще грецький вчений Гіппарх біля 150 р. до н. е.

Відстані до планет Сонячної системи вдалося визначити лише у XVII ст. через вимірювання горизонтального параллаксу.

Горизонтальний паралакс – це кут між напрямом на світило з якої-небудь точки земної поверхні.

Відстані до близьких зір визначають за допомогою вимірювання їхнього річного параллаксу(мал. 3.2).

Річний паралаксπ – кут, під яким із зорі було б видно радіус земної орбіти.

Вперше надійні річні паралакси було виміряно в середині XIX ст. Дотепер відомо точні величини річних паралаксів майже для 100 000 зір, і на цій основі розроблено біля десяти інших методів визначення відстаней до віддаленіших об'єктів.

Оскільки відстані між астрономічними об'єктами дуже великі, то користуватися звичними одиницями довжини (метр, кілометр) незручно. Тому в астрономії використовують особливі одиниці для вимірювання відстаней: астрономічна одиниця (а. о.), яка дорівнює середній відстані Землі від Сонця (149 600 000 км), і парсек (пк), від слів «паралакс» і «секунда» - відстань, з якої середній радіус земної орбіти видно під кутом 1" (секунда дуги). Часто використовують похідні одиниці; кілопарсек (1 кпк = 1 000 пк) і мегапарсек (1 Мпк = 1 000 000 пк).

Інколи використовується одиниця довжини світловий рік (св. р.). Це така відстань, яку проходить світло за один рік, поширюючись зі швидкістю 300 000 км/с.

Між одиницями довжини, що використовуються в астрономії, існують такі співвідношення: 1 пк = 3,26 св. р. = 206 265 а. о. = 3 · 10 ^І6 м; 1 св. р. = 0,3066 пк = 63 240 а. о. = 9,5 · 10^І5м.

5. Зоряні величини

Те, що одні зорі яскравіші, а інші слабкіші, було помічено давно. З метою класифікації зір за їхнім блиском Гіппарх увів поняття видимої зоряної величини (цей термін до фізичних розмірів зорі не має ніякого відношення). Найяскравіші зорі він виділив у групу зір 1 - ї величини, трохи слабкіші – 2 - ї, а ледве помітні 6-ї величини.

Згодом було прийнято зоряні величини позначати літерою т (від лат. «магнітуде» - «величина»), що проставляється як показник степеня справа вгорі біля цифри, яка вказує її числове значення (наприклад, 1 ^m ). Таким чином, замість того щоб говорити про освітленість, яку створює зоря, астрономи говорять: „блиск зорі дорівнює т зоряним величинам”.

Було встановлено, що зоряна величина т і освітленість Е пов'язані залежністю т = - 14 ^m - 2,5 lg Е

Освітленість Е, яку створює зоря 1^т, у 2,512 разів більша, ніж від зорі 2^m, у (2,512) ² рази більша, ніж від зорі 3 ^m і т.д.

Неважко підрахувати, щo зорі 6^m рівно у 100 разів слабкіші за зорі 1^m. Зазначимо, що найяскравіших зір з величинами яскравіше 1^m налічується усього 13, від 1^m до 2^m – 27, а всіх зір до 6^m - близько 6 000. Видима зоряна величина Сонця становить - 26,8^m.

Однак видима зоряна величина т не дає інформації про справжню потужність джерела світла (наприклад, близька свічка краще освітлює текст, ніж далека електрична лампочка). Тому для характеристики зір введено абсолютну зоряну величину М.

Абсолютна зоряна величина – це така зоряна величина, яку б мала зоря, якби перебувала від нас на відстані 10 пк( 32,6 св. р.).

Оскільки освітленості змінюються обернено пропорційно квадрату відстані, то, використовуючи формулу (3.1), знайдемо співвідношення:

М = т + 5 – 5lg r

де r - відстань до зорі, виміряна в парсеках.

Важливою характеристикою зорі є її світність L, - повна цільність енергії, яку випромінює зоря з усієї своєї поверхні за одиницю часу в усіх напрямках. Як правило, світність зорі виражають водиницях світності Сонця.

6. Каталоги небесних об’єктів.

Окрім зір, на небі можна спостерігати багато інших об'єктів – туманності, зоряні скупчення, галактики тощо. Всі ці об'єкти занесено у спеціальні списки каталоги.

Перші каталоги з'явилися ще до нашої ери. Сьогодні завдяки наполегливій багаторічній праці десятків і сотень астрономів маємо декілька різних каталогів небесних об'єктів.

У так званому „Боннському огляді неба” (ВD, 1863 р.) наведено координати, зоряні величини і особливості спектрів 324 188 зір. Довгий час найвідомішим серед каталогів зір був дев'ятитомний «Каталог Генрі Дрепера» (НD), що містить інформацію про зоряні величини і спектри 225 300 зір (опублікований 1918-1924 рр.).

Один із найвідоміших каталогів незоряних об'єктів склав французький астроном Ш. Месьє (1780-1817). Уньому налічується 109 об'єктів - яскравих зоряних скупчень, туманностей і галактик. Зокрема, галактика із сузір'я Андромеди записана у ньому за номером 31, тому її позначають як об'єкт М31 (читається „Месьє 31”). Існує «Новий генеральний каталог туманностей і зоряних скупчень» (NGC, 1888 р.), в якому галактика М31 має номер 224 (об'єкт NGC224).

Існують і інші каталоги, наприклад, „Тусhо Саtalogue”, складений за результатами роботи супутника «НІРРАRСОS» у 1989-1993 рр. Він містить відомості про понад один мільйон зоряних об'єктів. Складено каталоги дискретних радіоджерел, у тому числі квазарів - Третій, Четвертий і П'ятий Кембриджський каталоги (ЗС, 4С і 5С). Є каталоги інфрачервоних джерел, створені за результатами роботи супутника ІRАS, та інші. Окрім традиційних, друкованих каталогів, останніми роками створено їхні комп'ютерні варіанти, що зручніше для користування. Робота над ними триває.

7. Зоряний час.

Періодичне обертання небесної сфери, повторення явищ сходу і заходу світил та їхніх кульмінацій дали людям природну одиницю лічби часу – добу. Залежно від того, що взято за орієнтир на небі, відрізняють сонячну і зоряну добу.

Зоряна доба – це проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями точки весняного рівнодення.

Зоряний час – це час s, що минув від верхньої кульмінації точки весняного рівнодення.

Зоряну добу розділено на 24 зоряних години, у кожній годині – 60 зоряних хвилин, у кожній хвилині – 60 зоряних секунд.

ІІ. Запитання для закріплення

1. Що таке небесна сфера?
2. Що таке сузір’я і скільки їх налічується на небі Землі?
3. Що таке видима зоряна величина?
4. Скільки основних точок і ліній небесної сфери Вам відомо?
5. Що таке зоряний час?

ІІІ. Домашнє завдання:

А. І. Климишин, І. П. Крячко, стор. 14 – 22.

Додаткова література:

1.    Климишин І. А. Небо нашої планети(Львів: Вищ. шк. К.: 1979).
2. Климишин І. А. Перлини зоряного неба(К.: Веселка, 1981).
3. Климишин І. А., Тельнюк – Адамчук В. В. Шкільний астрономічний довідник.(К.: Рад. шк., 1990).