Астронет> Висота світил і широта місця спостереження

§ 45. Висота світил і широта місця спостереження.

Одним із завдань сферичної астрономії є доказ можливості вимірювання Землі і з методами цих вимірів, з тим, щоб на основі цього дати поняття про її істинній формі, уточненої за останнім часом роботами радянських геодезистів. Виклад будується в такому порядку: спочатку робиться висновок зв'язку широти місця і висоти полюса, виду неба для різних широт і потім вже пояснюється застосування астрономії (визначення широт) для вимірювання Землі. Вчителю належить показати школярам зв'язок між широтою місця і розташуванням небесної сфери відносно горизонту.

Це виклад можна вести двома шляхами: 1) показати малюнки південній і північній половин небосхилу для різних місць земної поверхні і звідси перейти до висновку про зміну висоти полюса і екватора при переміщенні по земній поверхні і довести, що висота полюса дорівнює широті місця спостереження; 2) спочатку довести, що висота полюса дорівнює широті місця спостереження, а звідси вивести, як повинна бути розташована небесна сфера в різних місцях на Землі.

Якщо йти першим з них, то, по суті, ми не маємо можливості виходити зі спостережень самих учнів, так як, перебуваючи в одному місці на земній поверхні, вони не мають запасу спостережень того, як змінюється розташування сузір'їв на небосхилі. Всі попередні відомості дають достатні підстави для висновку і передбачення того, що повинно спостерігатися на інших широтах. А можливість розрахунку і виведення для учнів має відому педагогічну цінність. Тому краще йти другим шляхом і, грунтуючись на тому, що вісь світу паралельна земної осі, вивести звичайним геометричним шляхом рівність висоти полюса і широти місця. Цей висновок треба знову-таки підкріпити наочними уявленнями, розташувавши модель горизонту з небесною сферою в різних місцях глобуса з відповідним нахилом осі світу. При цьому можна застосувати подібну ж, але площинну модель Л.В. Кандаурова.

Дуже корисно вказати простий висновок висоти екватора над горизонтом, а також довести, що відміна зірок, що проходять через зеніт місця спостереження, так само широті цього місця (рис. 62).

Цей висновок легко і просто засвоюється. Корисно після цього дати поняття учням, що в астрономії широта визначається не тільки по висоті полюса неба, а головним чином по зенітному відстані Полярної (а не полюса неба), або будь-якої зірки з добре відомим відміною. Висновок можна дати і в формі: h = 900 - j + d і в формі j = z + d. Друга форма простіше, легше запам'ятовується учнями, та й відповідає прийнятій в астрометрії.

Висновок може бути зроблений як звичайним шляхом, так і на основі малюнка 62. Знання цієї формули і узагальнення її для негативних відмін і нижньої кульмінації призводить до поняття про заходять і невисхідні областях неба, межі яких (в залежності від широти) випливають з цих формул ( рис. 63).

Висновки ці досить прості, тому зазвичай не бувають для учнів важкі, але для справжнього розуміння необхідно виклад весь час ілюструвати на моделях небесної сфери і особливо уважно показати деякі крайні випадки для екватора і полюсів Землі.

Інтерес учнів до різних умов видимості неба можна підвищити ілюстраціями прикладів з описів мандрівників. Наприклад, в книзі І. А. Гончарова "Фрегат Паллада" є місце з описом здивування вахтового матроса з приводу руху Сонця при переході корабля через екватор. Особливо гарні приклади з полярного дрейфу станцій "Північний полюс".

Межі не заходять і невисхідні областей небесної сфери слід показати на зоряній карті, перш за все для широти міста, де знаходиться школа, а потім для двох крайніх широт СРСР, на півночі 83њ, а на півдні 36њ.

Вираз зенітного відстані через j і d важливо ще і в тому відношенні, що воно служить для вимірювання і d.

Це застосування формули вчитель повинен ретельно роз'яснити, перетворивши її в трьох видах. Перетворення немає необхідності робити самому вчителю, - учні досить досвідчені в математиці для такої простої роботи. Справа вчителя в тому, щоб належним чином роз'яснити ці формули і показати їх практичне значення. Корисно це закінчити такою схемою:

Інструмент або метод

Перший вид співвідношення показує можливість зробити заздалегідь розрахунок зенітного відстані. Другий і третій види показують значення цієї формули для практичних цілей. Запис в останньому стовпчику показує учням, які необхідні вимірювальні кутомірні інструменти для визначення шуканих значень z, j і d. Таким чином, опис інструментів зв'язується з певними теоретичними міркуваннями і вимогами практики.

Всі ці питання абсолютно необхідно розібрати на завданнях, вибравши найбільш яскраві приклади з сучасних практичних застосувань.

Учитель повинен мати на увазі питання, яке виникає у найбільш вдумливих учнів, саме - необхідність знання d для виведення j (2-й вид) і j для виведення d (3-й вид). Учень може запідозрити тут якийсь порочне коло і впасти в сумнів щодо можливості практично визначити d.

Тому вчитель обов'язково повинен вказати, що існують спеціально розроблені і застосовуються астрономами способи уникнення цього порочного кола, які полягають в тому, що по верхній і нижній кульмінаціям Полярної зірки можна визначити j, а звідси і d зірки, наблюденной у верхній кульмінації (з урахуванням рефракції) .

Поняття про визначення d з спостережень вельми корисно, воно дає учням певне уявлення про те, на яких підставах будуються зоряні карти і визначаються широти в мореплаванні і аеронавігації. Це важливо і тому, що показує взаємний зв'язок теорії і практики і світове значення Пулковської обсерваторії.

Дійсно: точність визначення широти залежить від точності визначення відмінювання, яке виходить зі спостережень меридіанними кругом в обсерваторіях і після ретельної обробки входить в фундаментальні каталоги. Відомо, що Пулковська обсерваторія з часу свого заснування виробляє найбільш точні визначення координат зірок, яким укладачі міжнародних каталогів надають найбільшу вагу, і в зв'язку з цим Пулково вже давно отримало визнане всіма астрономами найменування "астрономічної столиці світу". Чудово й те, що ці ж визначення координат зірок дають той матеріал, без якого висновки про будову нашої зоряної системи і відомої в даний час частини всесвіту були б неможливі. Учитель, звичайно, не може детально все це розповісти учням, але дати поняття про це абсолютно необхідно. Роз'яснивши принцип визначення d, треба показати модель меридіанного кола, розповісти про Пулковську обсерваторію, показати її вид після відновлення руйнувань, завданих німецько-фашистськими варварами. Після цього корисно сказати про радянському каталозі слабких зірок і вказати, що хоча він складається фотографічно, але опорні зірки для нього даються астрометричної спостереженнями. Для учнів, що виявляють інтерес до астрономії, в зв'язку з цим можна запропонувати тему твори: "Пулковська обсерваторія".