Лабораторная работа

«Видимое годовое движение солнца»

Цель: Изучение астрономических закономерностей связанных с обращением земли вокруг солнца.

Пособия: Модель небесной сферы; малый звездный атлас; подвижная карта звездного неба; астрономический календарь - постоянная часть; астрономический календарь – ежегодник.

Краткие теоретические сведения:
Вследствие годового обращения Земли вокруг Солнца в направлении с Запада на Восток нам представляется, что Солнце непрерывно перемещается на фоне звезд в том же направлении, навстречу суточному вращению небесной сферы, и один оборот по небесной сфере завершает за один год. Земля обращается вокруг Солнца в определенной плоскости, называемой плоскостью земной орбиты, и поэтому видимое годовое движение Солнца происходит в той же самой плоскости, которая пересекает небесный экватор по большому кругу – называемому эклиптикой (см. рис.).
 - наклонение эклиптики;  - склонение Солнца;  - точка весеннего равноденствия; - точка летнего солнцестояния;  - точка осеннего равноденствия; - точка зимнего солнцестояния.

Таким образом, плоскость эклиптики и плоскость земной орбиты идентичны.

Будучи большими кругами небесной сферы, эклиптика и небесный экватор пересекаются под определенным углом  в двух диаметрально противоположных точках, называемых точками равноденствий. Этот угол  называется наклонением эклиптики к небесному экватору, но правильнее его назвать наклонение небесного экватора к эклиптике, так как плоскость земной орбиты (плоскость эклиптики) во многих задачах астрономии принимается за основную. Если учесть, что плоскость земного экватора отождествляется с плоскостью небесного экватора, то по наклонению  небесного экватора к эклиптике нетрудно вычислить угол наклона Земной оси к плоскости Земной орбиты.

Положение эклиптики на небесной сфере, т.е. экваториальные координаты  и  точек эклиптики и ее наклонение  к небесному экватору определяется из ежедневных наблюдений зенитного расстояния Zв Солнца в момент его верхней кульминации, называемый истинным полуднем. На всех географических широтах северного полушария Земли, удовлетворяющих условию 90 >  >  , Солнце всегда кульминирует к югу от зенита, и наименьшее значение его зенитного расстояния бывает в день летнего солнцестояния (22 декабря). Это означает, что в эти дни Солнце имеет, соответственно наибольшее склонение max =  и наименьшее склонение min = - , а так как в указанных выше пределах географической широты всегда

Zв =  - ,

то по значениям Zв Солнца в дни солнцестояний легко вычислить наклонение эклиптики  даже без знания географической широты  места наблюдения, которая при известном  вычисляется по той же формуле.

Зная , можно по ежедневным измерениям Zв Солнца вычислить его экваториальные координаты  и  для всех дней года и определить, таким образом, экваториальные координаты точек эклиптики, а по ним изобразить эклиптику на звездных глобусах и картах.

Видимое движение Солнца хорошо уясняется на модели небесной сферы. На большой круг модели, изображающий эклиптику, помещается насадка – Солнце. Перемещая насадку по эклиптике против суточного вращения небесной сферы (против часовой стрелки), можно проследить непрерывное изменение экваториальных координат Солнца на протяжении года, изменение его долготы  и постоянство широты , найти точки равноденствий, в которых Солнце пересекает небесный экватор, и точки солнцестояний, в которых абсолютная величина склонения Солнца максимальна.

Помещая насадку в разные точки эклиптики, соответственно времени года, и вращая небесную сферу вокруг оси мира, нетрудно проследить за изменением положения точек восхода и захода Солнца, его суточного пути над (и под) горизонтом и изменением полуденной высоты Солнца в зависимости от его склонения, различные в разные времена года.

Моменты восхода Тв и моменты захода Тз Солнца, как и азимуты точек его восхода Ав и захода Аз зависят не только от склонения Солнца,  но и от географической широты  места земной поверхности. В эфемериде Солнца Астрономического календаря – ежегодника приведены значения этих величин для места с географической долготой  = 0^ч 0^м 0^си географической широтой = 56 00 00 причем моменты Тв и Тз даны по всемирному времени.

Эти же значения Тв, Тз, Ав, Аз могут быть приняты в первом приближении для всех пунктов земной поверхности с географической широтой, близкой к  =+56, причем Тв и Тз в этих случаях выражаются по среднему времени.

Приближенные значения тех же величин для определенной географической широты  могут быть найдены по подвижной карте звездного неба и помогут уяснить закономерность и причину их изменения на протяжении года.

Изменения азимутов точек восхода и захода Солнца и его полуденной высоты наглядно изображается на чертеже – графике, начало координат, которого принимается за точку юга; по оси абсцисс, в обе стороны от начала координат, откладываются азимуты точек востока, севера, запада и точек восхода и захода Солнца в разные дни года, а по оси ординат – полуденная высота Солнца для тех же дней. Дуги, соединяющие точки одной даты, дают представления о суточном пути Солнца над горизонтом в разные дни года.

В зависимости от положения Солнца на эклиптике условия видимости созвездий на протяжении года непрерывно изменяются, и одно и то же созвездие в разные времена года видно в различное время суток. Условия видимости зодиакальных созвездий лучше всего могут быть выяснены по подвижной карте звездного неба, причем необходимо помнить, что звезды, расположенные в пределах около 15 к востоку и западу от Солнца, недоступны наблюдателям, так как темное время суток наступает не сразу после захода Солнца, а спустя некоторый промежуток времени (вечерние сумерки); точно так же рассвет наступает раньше восхода Солнца (утренние сумерки).

Задание

1. 
   Вычислить наклонение эклиптики и определить экваториальные и эклиптические координаты ее основных точек по измеренному зенитному расстоянию Солнца в верхней кульминации в дни солнцестояний:
   

22 июня 22 декабря

1. 
   29 48 ю 1. 76 42 ю
   
2. 
   19 23 ю 2. 66 17 ю
   
3. 
   34 57 ю 3. 81 51 ю
   
4. 
   32 21 ю 4. 79 15 ю
   
5. 
   14 18 ю 5. 61 14 ю
   
6. 
   28 12 ю 6. 75 06 ю
   
7. 
   17 51 ю 7. 64 45 ю
   
8. 
   26 44 ю 8. 73 38 ю
   

2. 
   Сформулировать причины видимого годового движения Солнца по эклиптике и ее наклонению к небесному экватору на определенный угол, приведя в качестве доказательства соответствующий чертеж.
   

3. 
   Определить наклонение видимого годового пути Солнца к небесному экватору на планетах Марсе, Юпитере и Уране.
   

4. 
   Определить наклонение эклиптики около 3000 лет назад, если по наблюдениям в ту эпоху в некотором месте северного полушария Земли полуденная высота Солнца в день летнего солнцестояния равнялась +6348 , а в день зимнего солнцестояния +16 к югу от зенита.
   

5. 
   По результатам пунктов 1 и 4 сформулировать вывод о причине и направления изменения наклонения эклиптики и вычислить величину годичного изменения наклонения.
   

6. 
   По картам звездного атласа установить названия зодиакальных созвездий, указать те из них, в которых находятся основные точки эклиптики, и среднюю продолжительность перемещения Солнца на фоне своего зодиакального созвездия.
   

7. 
   По подвижной карте звездного неба выяснить изменения условий видимости зодиакальных и прилегающих к ним созвездий на протяжении года и объяснить причину этого изменения.
   

8. 
   По подвижной карте звездного неба определить азимуты точек и моменты времени восхода и захода Солнца, а так же примерную продолжительность дня и ночи на географической широте карты в дни равноденствий и солнцестояний.
   

9. 
   Вычислить для дней равноденствий и солнцестояний полуденную высоту Солнца в:
   

1. 
   Москве
   
2. 
   Рязани
   
3. 
   Казани
   
4. 
   Тюмени
   
5. 
   Омске
   
6. 
   Новосибирске
   
7. 
   Смоленске
   
8. 
   Красноярске
   
9. 
   Владивостоке
   
10. 
    Чите
    

на дату своего рождения и день выполнения работы.
11. Построить схематически чертеж – график дневного пути Солнца в

дни равноденствий и солнцестояний.

12. Из анализов результатов пунктов 9 и 10 сформулировать выводы

о характере и причине изменения на протяжении года:

а) азимутов точек восхода и захода Солнца;

б) моментов времени восхода и захода Солнца;

в) полуденной и полуночной высоты Солнца;

г) продолжительности дня и ночи.

Отчет о работе
1.

Название точек эклиптики	обозначение				

2. 
   Причины:
   

а) видимого годового движения Солнца:__________________

б) наклонение эклиптики =

Чертеж прилагается.
3.

Планета	Наклон оси	

2. 
   Решение:______________________________________________________
   

Эклиптика:  =

5. Годовое изменение  =

Разность

Направление и причина изменения.

6. Причина изменения:______________________________________________

7.

Дата	Солнце						Продолжительность
			Ав	Аз	Тв	Тз	День д	ночь н

8. Город:  =

Дата	Солнце
	о	hв	hн

9. График прилагается.

10. Выводы.
Для получения зачета по работе необходимо знать:

1. 
   Эклиптика, ее основные точки, их координаты.
   
2. 
   Причины наклона плоскости небесного экватора к плоскости эклиптики и следствия этого наклонения.
   
3. 
   Эклиптическая система координат.
   
4. 
   Изменение экваториальных координат Солнца в течении года и причины этого изменения.
   

5. 
   Различия в суточном движении Солнца на разных географических широтах.
   

6. 
   Астрономические признаки тепловых поясов земли.