Данный материал опубликован на сайте:

http://Gosvoroni.narod.ru

 

Астрономия 11

Тема урока: Видимое движение солнца и луны

 

Цели  урока:

а) Обучающая: изучение движения небесных тел

б) Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности

в) Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. д.); развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать); развитие умения владеть собой

 

Задачи  урока:

Изучить видимое движение Солнца и Луны

 

Обеспечение урока:

«Астрономия 11» (авторы Галузо И.В., Голубев В.А., Шимбалев А.А.)

Ход урока:

1. Организационный момент – 1 мин

2. Проверка домашнего задания – 10 мин

3. Объяснение нового материала – 32 мин

4. Домашнее задание – 2 мин

 

Домашнее задание: §7

 

Конспект урока:

 

1. Видимое годичное движение Солнца. По непрерывно изменяющимся координатам Солнца δ и α на небесной сфере можно отметить большой круг, представляющий видимый путь центра солнечного диска в течение года. Этот круг древние греки назвали эклиптикой. Поскольку годичное движение Солнца отражает реальное обращение Земли по орбите, эклиптика является следом от сечения небесной сферы плоскостью, параллельной плоскости земной орбиты. Эта плоскость называется плоскостью эклиптики.

Кроме двух равноденственных точек, весеннего и осеннего равноденствия, на эклиптике выделяются две промежуточные между ними и противоположные друг другу точки, в которых склонение Солнца бывает наибольшим по абсолютной величине. В точке летнего солнцестояния, которая обозначается значком , Солнце имеет максимальное склонение δ = +23°27' (около 22 июня). В точке зимнего солнцестояния, обозначаемой значком , Солнце имеет минимальное склонение δ = -23°27' (около 22 декабря).

Созвездия, через которые проходит эклиптика, называются эклип­тическими созвездиями. Таких созвездий 13. Из них 12 (табл. 7.1) со­впадают по названиям с зодиакальными знаками (от греческого слова «зоон» — животное). Созвездие Змееносца, являясь эклиптическим, однако, не входит в число знаков зодиака. Это связано с тем, что представление о знаках зодиака сложилось несколько тысяч лет на­зад, когда эклиптика еще не проходила по данному созвездию.

В Древнем Междуречье возникло разделение пояса зодиака на 12 частей, которое переняли греки. Жители Междуречья делили год на двенадцать солнечных месяцев равной длины, а зодиакальный круг — на четыре части, соответствующие четырем сезонам (по три месяца в каждом). Следует заметить, что символика знаков зодиака до сих пор не расшифрована.

 

Первоначально каждый конкретный знак зодиака связывался с определенными неподвижными звездами. Это объясняется тем, что знаки зодиака были названы в честь реальных созвездий, располагав­шихся в их границах. Позднее сложилось представление о знаках зо­диака как о двенадцати равных частях эклиптики. Начало отсчета знаков установлено от точки весеннего равноденствия γ. В древно­сти точных границ созвездий не существовало, и знаки соответство­вали созвездиям символически. В настоящее время зодиакальные знаки и созвездия не совпадают. Например, точка весеннего равно­денствия и зодиакальный знак Овна находятся в созвездии Рыб.

2. Суточное движение Солнца в Северном полушарии. Вспомним, что годичном движении Солнца среди звезд по вооб­ражаемой линии, мы называем эклиптикой. Всю эклиптику (360°) Солнце проходит за один год, однако это движение кажущееся, так как происходит вследствие обращения Земли вокруг Солнца. Точно так же кажущимся является суточное движение Солнца и других не­бесных светил с востока на запад, так как это происходит по при­чине собственного вращения Земли с запада на восток. Напомним, что видимое движение светил (в том числе и Солнца), происходя­щее из-за собственного вращения Земли вокруг оси, называется суточным движением, а период вращения Земли вокруг своей оси — сутками.

Рассмотрим суточное движение Солнца на различных широтах.

В средних широтах Солнце восходит всегда в восточной стороне неба, постепенно поднимается над горизонтом, в полдень достигает наивысшего положения на небе, затем начинает опускаться к гори­зонту и заходит в западной части неба. В Северном полушарии это движение происходит слева напра­во, а в Южном — справа налево. Наблюдатель в Северном полуша­рии Земли при этом будет видеть Солнце на юге, а находящийся в Юж­ном полушарии — на севере. Днев­ной путь Солнца на небе симмет­ричен относительно направления север — юг.

За полярным кругом, где |φ| > 66,5°, суточный путь Солнца практически параллелен горизонту. На полюсе Солнце в течение полугода не захо­дит, описывая круги над горизонтом. Это полярный день. Затем на полго­да Солнце заходит и наступает по­лярная ночь. На экваторе Солнце, как и другие светила, восходит и заходит перпендикулярно плоскости истинного горизонта и видно в течение полусуток.

3. Изменение суточного пути Солнца в течение года. Измене­ние суточного пути Солнца над горизонтом в разные времена года для средних географических широт Северного полушария показано на рис. 7.1. Определяя в течение года высоту Солнца в полдень, можно заметить, что дважды в году оно бывает на небесном эква­торе. Это происходит в дни весеннего (около 21 марта) и осеннего (около 23 сентября) равноденствий. Плоскость горизонта делит небесный экватор пополам. Поэтому в дни равноденствия пути Солн­ца над и под горизонтом равны; соответственно, продолжительность дня и ночи одинакова. Самый короткий день выпадает на 22 декабря, а самый длинный — на 22 июня. Большой круг эклиптики пересекает большой круг небесного экватора под углом 23,5° (точнее, 23°26'). На столько же Солнце бывает ниже экватора в день зимнего солнцестояния — 22 декабря. В этот день высота Солнца в верхней кульминации уменьшается по сравне­нию с 22 июня почти на 47°.

Для наблюдателей, находящихся на земном экваторе, суточные пути Солнца над горизонтом в течение  года показаны на рис. 7.2.

Ежедневно изменяющуюся полуденную высоту h Солнца можно определить по формуле: h = 90° - φ + δ_¤, где φ — географическая широта местности, δ_¤ — склонение Солнца. С изменением δ_¤  меня­ются также точки восхода и захода Солнца.

4. Видимое движение и фазы Луны. Луна — естественный спут­ник Земли. Это ближайшее к Земле небесное тело, оно светит от­раженным солнечным светом. Луна движется вокруг Земли прибли­зительно по эллиптической орбите в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси. Поэтому мы видим Луну перемещаю­щейся среди звезд навстречу вращению неба. Для земного наблю­дателя за сутки Луна перемешается на 13,2°.

Полный оборот по орбите вокруг Земли Луна совершает за 27,3 су­ток (сидерический месяц). И за такое же время она делает один обо­рот вокруг своей оси, поэтому к Земле всегда обращено одно и то же полушарие Луны.

Движение Луны вокруг Земли очень сложное, и его изучение составляет одну из труднейших задач небесной механики. Видимое движение Луны сопровождается непрерывным изменением ее вида — сменой фаз. Происходит это оттого, что Луна занимает различные положения относительно освещающего ее Солнца и Земли (рис. 7.3). Лунной фазой называется видимая в солнечном освещении часть лунного диска.

Рассмотрим фазы Луны начиная с новолуния. Эта фаза наступает, когда Луна проходит между Солнцем и Землей и обращена к нам своей темной стороной (см. на рис. 7.3 положение 1). Луна совсем не видна с Земли.

Спустя один-два дня в западной части неба появляется и продол­жает расти узкий яркий серп «молодой» Луны (положение 2). Иногда на фоне неба заметна (благодаря тусклому сероватому свечению — так называемый пепельный свет Луны) и остальная часть лунного дис­ка. Явление пепельного света объясняется тем, что лунный серп освещается непосредственно Солнцем, а остальная лунная поверх­ность — рассеянным солнечным светом, отраженным Землей. Спу­стя 7 суток уже будет видна вся правая половина лунного диска — наступает фаза первой четверти (положение 3). В этой фазе Луна восходит днем, к вечеру видна в южной области неба и заходит но­чью. Далее фаза увеличивается (положение 4), и через 14—15 суток после новолуния Луна приходит в противостояние с Солнцем (по­ложение 5). Ее фаза становится полной, наступает полнолуние. Сол­нечные лучи освещают все лунное полушарие, обращенное к Зем­ле. Полная Луна восходит при заходе Солнца, заходит при его восходе, а в середине ночи видна в южной стороне неба.

После полнолуния Луна постепенно приближается к Солнцу с за­пада и освещается им слева (положение 6). Примерно через неделю на­ступает фаза третьей, или последней, четверти (положение 7). При этом Луна восходит около полуночи, к восходу Солнца оказывается в юж­ной стороне неба и заходит днем. При дальнейшем сближении спут­ника Земли с Солнцем убывающие фазы Луны становятся серповид­ными (положение 8). Луна видна только под утро, незадолго до восхода Солнца, а заходит в светлое время суток, перед заходом Солнца. Узкий серп Луны на этот раз выпуклостью обращен к востоку. Затем снова наступает новолуние, и Луна перестает быть видимой на небе.

От одного новолуния до следующего проходит около 29,5 суток. Этот период смены лунных фаз называю синодическим месяцем. Синодический (или лунный) месяц продолжительнее сидерического (или звездного) месяца, так как и Луна, и Земля движутся в про­странстве в прямом направлении.

5. Солнечные и лунные затмения. В споем движении Луна часто заслоняет (или, как говорят астрономы, покрывает) звезды зодиа­кальных созвездий. Значительно реже происходят покрытия Луной планет и Солнца. Покрытие Солнца Луной называется солнечным затмением.

Солнечное затмение имеет различный вид для разных точек зем­ной поверхности. Так как диаметр Луны в 400 раз меньше диаметра Солнца и она находится примерно в 400 раз ближе к Земле, на небе Солнце и Луна кажутся дисками одинакового размера. Поэтому при полном солнечном затмении Луна может целиком покрыть яркую поверхность Солнца, оставляя при этом открытой солнечную атмо­сферу (см. рис. 20.3 и 20.7).

Рассмотрим схему полного солнечного затмения (рис. 7.4). Про­ходя между Солнцем и Землей, маленькая Луна не может полностью затенить Землю. Диск Солнца будет целиком закрыт только для на­блюдателя А, находящегося внутри конуса лунной тени, максималь­ный диаметр которой на поверхности Земли не превышает 270 км. Только отсюда, с этой сравнительно узкой области земной поверхно­сти. куда падает тень от Луны, будет видно полное солнечное затме­ние. Там же, куда падает полутень от Луны, внутри так называемого конуса лунной полутени, будет видно (для наблюдателей В и С) частное солнечное затмение.

Если в момент затмения Луна, перемещаясь по своей эллипти­ческой орбите, будет находиться на значительном удалении от Зем­ли, то видимый диск Луны окажется слишком малым, чтобы пол­ностью покрыть Солнце. Тогда наблюдатель А (рис. 7.5) сможет видеть вокруг темного диска Луны сияющий ободок солнечного диска. Это — кольцеобразное затмение. Для наблюдателей В и С та­кое солнечное затмение будет частным.

За пределами лунной полутени затмения вообще не наблюдают­ся. Солнечное затмение видно не на всей поверхности Земли, а толь­ко там, где пробегает тень и полутень Луны. Путь лунной тени по земной поверхности называется полосой полного солнечного затмения.

 

           

Рис. 7.4. Схема полного солнечного затмения (для наблюдателей А, В, С)

Рис. 7.5. Схема кольцеобразного солнечного затмения (для наблюдателей А, В, С)

 

Ежегодно бывает от двух до пяти солнечных затмений, в послед­нем случае — обязательно частных. В среднем в одном и том же месте Земли полное солнечное затмение можно наблюдать чрезвы­чайно редко— лишь раз в 200—300 лет, а длительность полной или кольцеобразной фазы составляет всего лишь 2—3 мин. Продолжи­тельность полного солнечного затмения не превышает 7 мин 40 с. Поэтому астрономы тщательно готовятся к наблюдениям затмения, чтобы успеть изучим, внешние оболочки Солнца.

Лунные затмения происходя тогда, когда Лупа попадает в зем­ную тень, которая также имеет форму конуса и окружена полутенью (рис. 7.6). При частичном погружении Луны в земную тень лунное затмение называется частным теневым, а при полном погружении — полным теневым затмением. Так как земная тень направлена в сто­рону, противоположную Солнцу, Луна может пройти сквозь нее только в полнолуние. Луна постепенно погружается в земную тень своим левым краем. При полном затмении она становится бурого или темно-красного цвета (рис. 7.7), поскольку солнечный свет, преломляясь в земной атмосфере, освещает Луну преимущественно красными лучами, которые менее всего рассеиваются и ослабляются земной атмосферой.

 

Как правило, ежегодно происходит одно-два лунных затмения, но выдаются годы, когда затмений совсем не бывает. Лунные за­тмения видны со всего ночного полушария Земли, где в это время Луна находится над горизонтом. Поэтому в каждой данной местно­сти они наблюдаются чаще солнечных затмений, хотя происходят примерно в 1,5 раза реже. Максимальная продолжительность лунного затмения достигает 1 ч 40 мин.

Еще в VI в. до н. э. было установлено, что примерно через 18 лет и 11,3 суток все затмения повторяются в одной и той же последо­вательности. Этот период назвали саросом (в переводе с египетско­го — период, повторение). На протяжении сароса в среднем проис­ходит 70—71 затмение, из которых 42—43 солнечных и 28 лунных.

Зная продолжительность сароса, можно приближенно предсказы­вать время наступления затмений. В наше время солнечные и лунные затмения с большой точностью вычислены на тысячи лет назад и сот­ни лет вперед (см. Приложение 5). Астрономы неоднократно уточняли даты исторических событий, кото­рые, по свидетельству летописей, со­впадали с такими неординарными природными явлениями.

Почему солнечные и лунные затмения бывают не каждый месяц? С чем связано явление сароса? Казалось бы (см. рис. 7.4—7.6), за­тмения должны происходить при каждом обороте Луны вокруг Зем­ли. На самом деле такого не случа­ется, так как плоскость лунной ор­биты не совпадает с плоскостью эклиптики. Видимый путь движения Луны на небе пересекается под углом 5°09' с эклиптикой — видимым путем движения Солнца на фоне звезд. Поэтому Луна во время новолуния или полнолуния может находиться далеко от плоскости эклиптики, и тогда ее диск проходит выше или ниже диска Солнца или конуса тени Земли. Затмения же наступают только тогда, когда Луна находится вблизи точек пересечения лунной орбиты с эклиптикой (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Плоскость лунной орбиты не совпадает с плоскостью эклиптики

Вопросы и упражнения

1. Каковы особенности суточного движении Солнца на различных широтах? 2. Может ли у нас в стране Солнце наблюдаться в зените? Почему? 3. Почему Луна обращена к Земле всегда одной и той же своей стороной? 4. В чем состоит отличие сидерическою и синодического месяцев? Чем обусловлена их различная продолжительность? 5. Что понимают под лунной фазой? Опишите фазы Луны. 6. Серп Луны обращен выпуклостью вправо и близок к горизонту. В какой стороне горизонта он находится? 7. Почему происходят солнечные и лунные затмения? 8. Охарактеризуйте полные, частные и кольцеобразные солнечные затмения. 9. Как отличить фазу затмения Луны от одной из ее обычных фаз? 10. Почему солнечные затмения происходят не каждое новолуние, а лунные — не каждое полнолуние? 11. Что такое сарос? Какова его периодичность?