Урок Небесная сфера. Системы небесных координат. Подвижная карта звездного неба (физика 9 класс)

ФИЗИКА 9

Тема: Небесная сфера. Системы небесных координат. Подвижная карта звездного неба.

Задачи: ввести основные понятия :небесная сфера, экваториальной и горизонтальной системы координат; способствовать развитию мышления, речи; продолжить развитие взглядов уч-ся на мироздание

Ход урока

1. Орг. момент.

2. Изучение нового материала

Небесная сфера - это воображаемая сферическая поверхность произвольного радиуса, в центре которой находится наблюдатель.

Небесные тела проектируются на небесную сферу.

Из-за малых размеров Земли, в сравнении с расстояниями до звезд, наблюдателей, расположенных в разных местах земной поверхности, можно считать находящимися в центре небесной сферы.

В действительности никакой материальной сферы, окружающей Землю, в природе не существует.

Небесные тела движутся в беспредельном мировом пространстве на самых различных расстояниях от Земли. Эти расстояния невообразимо велики, наше зрение не в состоянии их оценить, поэтому человеку все небесные тела представляются одинаково удаленными.

За год Солнце описывает большой круг на фоне звёздного неба. Годичный путь Солнца по небесной сфере называется эклиптикой. Перемещаясь по эклиптике, Солнце в равноденственных точках дважды пересекает небесный экватор. Это бывает 21 марта и 23 сентября.

Точка небесной сферы, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Противоположная точка небесной сферы называется южным полюсом мира. Жители северного полушария его не видят, т. к. он находится под горизонтом. Отвесная линия, проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита и в диаметрально противоположной точке, называемой надиром.

Элементы небесной сферы

Отвесная линия - линия, проходящая через наблюдателя и центр Земли.

Зенит и Надир - точки, образованные при пересечении отвесной линии и небесной сферы.

Истинный (математический) горизонт - большой круг небесной сферы перпендикулярный отвесной линии, асателен к поверхности Земли. Делит небесную сферу на видимую и скрытую половины.

Полуденная линия - линия, соединяющая точки юга и севера истинного горизонта.

Суточное вращение небесной сферы - видимое движение светил, происходящее из-за вращения Земли вокруг своей оси.

Ось мира - ось, вокруг которой происходит суточное вращение небесной сферы. Ось мира параллельна оси вращения Земли и совпадает с ней только на полюсах Земли.

Полюса мира (северный и южный) - точки пересечения оси мира и небесной сферы.

Небесный экватор - большой круг небесной сферы перпендикулярный оси мира. Делит небесную сферу на северную и южную половины. Пересекает истинный горизонт в точках востока и запада.

Небесный меридиан - большой круг небесной сферы, проходящий через точки зенит, надир, полюса мира, север и юг. Делит небесную сферу на восточную и западную половины.

Круги склонения - дуги окружностей, соединяющие полюса мира.

Круги высоты - дуги окружностей, соединяющие точки зенит и надир.

Эклиптика - большой круг небесной сферы, по которому проходит видимое годовое движение Солнца. Пересекает небесный экватор под углом 23,50 в точках весеннего и осеннего равновесия.

Системы небесных координат

Системы небесных координат используются в астрономии для описания положения светил на небе или точек на воображаемой небесной сфере.

В астрономии применяют несколько систем небесных координат, удобных для решения различных научных и практических задач. При этом используются известные плоскости, круги и точки небесной сферы.

В зависимости от стоящей задачи, может быть более удобным использовать ту или иную систему. Наиболее часто используются горизонтальная и экваториальные системы координат. Реже - эклиптическая, галактическая и другие.

1. Горизонтальная система небесных координат

В горизонтальной системе небесных координат основным кругом служит математический, или истинный, горизонт, а координатой, аналогичной географической широте, - высота светила (над горизонтом) h.

Высота светила отсчитывается от плоскости горизонта со знаком «плюс» в видимом полушарии небесной сферы и со знаком «минус» - в невидимом, под горизонтом; таким образом, высоты, так же как и широты на Земле, могут принимать значения от + 90 до - 90°.

Круг небесной сферы, на котором все точки имеют равные высоты, аналогичный географической параллели, называется альмукантаратом.

Взамен высоты в астрономии часто используется зенитное расстояние z = 90°-h. Геометрически зенитное расстояние z представляет собой угол между направлениями на зенит и на объект; оно всегда положительно и принимает значения в пределах от 0 (для точки зенита) до 180° (для точки надира).

Аналогом географической долготы в горизонтальной системе координат служит азимут, представляющий собой двугранный угол между плоскостью вертикала, проходящего через зенит и рассматриваемую точку, и плоскостью небесного меридиана.

Поскольку обе указанные плоскости перпендикулярны плоскости математического горизонта, мерой двугранного угла может служить соответствующий угол между их следами в горизонтальной плоскости (альфа).

В геодезии принято отсчитывать азимуты от направления на точку севера по часовой стрелке (через точки востока, юга и запада) от 0 до 360°. В астрономии азимуты отсчитываются в том же направлении, однако часто начиная от точки юга. Тем самым астрономические и геодезические азимуты отличаются друг от друга на 180°, поэтому важно при решении той или иной задачи на небесной сфере выявить, с каким именно азимутом приходится иметь дело.

Частным случаем понятия «азимут» служат долго применявшиеся в мореплавании и метеорологии румбы. В морской навигации окружность горизонта делилась на 32 румба; в метеорологии- на 16. Направления на север, восток, юг и запад называют главными румбами. Остальные направления называются по имени главных, например: северо-запад или юго-восток, соответственно, между севером и западом, югом и востоком. Еще более дробные румбы именуют так: румб между севером и северо-западом называют северо-северо-западом; между востоком и юго-востоком - восток-юго-восток и т.д. Таким образом, румб является округленным значением азимута.

2. Экваториальная система небесных координат

В экваториальной системе небесных координат исходной плоскостью служит небесный экватор. Координатой, аналогичной географической широте на Земле, в этом случае является склонение светила, угол между направлением на объект и плоскостью небесного экватора.

Склонение отсчитывается по так называемому часовому кругу от плоскости небесного экватора со знаком «плюс» в северном полушарии небесной сферы и со знаком «минус» - в южном; оно может принимать значения в пределах от + 90 до - 90 °. Геометрическим местом точек с равными склонениями является суточная параллель.

Другая координата в экваториальной системе прямое восхождение (альфа). Прямым восхождением светила называется угловое расстояние, отсчитываемое вдоль небесного экватора от точки весеннего равноденствия до круга склонений, проходящего через данное светило. Прямое восхождение отсчитывается в сторону востока от 0° до 360° (или от 0 до 24 ).

3. ПКЗН

4. Итог. Дома

3