XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Ориентирование по звездному небу

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Фатхуллин Д.М. 1

---

1МБОУ СОШ №31 Нижнекамского муниципального района республики Татарстан

Мингазова Р.Г. 1

---

1МБОУ СОШ №31 Нижнекамского муниципального района республики Татарстан

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Темой моей исследовательской работы является «Ориентирование по звездному небу». Эта тема мне очень интересна. Она заинтересовала меня еще в первом классе на уроке окружающего мира на тему «Созвездия знаков зодиака». На каникулах я посетил планетарий Казанского Федерального Университета, посмотрел завораживающий полнокупольный фильм «Путешествие по звездному небу» и захотел еще больше узнать о звездах и созвездиях.

Актуальность темы объясняется тем, что любым специалистам, например, морякам, геологам, летчикам, рыбакам, охотникам, туристам, разведчикам нужно знать звездное небо, чтобы ориентироваться вдали от цивилизации и не зависеть от работы систем навигации.

Целью данной работы является научиться находить созвездия на звездном небе. Данная цель требует решения следующих задач:

Изучение истории создания созвездий.

Исследование метода нахождения звезд и созвездий на небе.

Исследование метода определения времени по звездам.

Исследование уровня знаний учеников по теме «Звезды и созвездия».

Практическая ценность работы: Знания о месторасположении звезд и созвездий пригодятся мне в жизни: я смогу ориентироваться по звездам, например, когда я буду находиться в незнакомом месте. Также эти знания пригодятся мне и в старших классах.

Основные понятия

Астрономия – это древняя наука о Вселенной, предметом изучения которой являются космические явления, процессы и объекты – звезды, планеты, галактики.

В дневное время на небе видна только одна из звезд – Солнце. А вот поздним вечером, когда небо потемнеет, оно оказывается усеянным светлыми точками звезд. Звезды присутствуют на нашем небе всегда, есть они и около солнца. Но воздушная атмосфера, окружающая нашу планету, сильно рассеивает солнечные лучи, и от этого дневное небо кажется очень ярким. Это сияние как бы «затмевает» слабый свет звезд, и они становятся незаметны.

Звезды, сияющие в ночном небе, – это сферические тела из раскаленного газа. Они излучают яркий свет, потому что их температура достигает 10 млн. градусов! Цвет звезд зависит от их величины и температуры. Самые большие из них одновременно и самые горячие; они излучают голубоватый свет, а маленькие звезды бывают белыми, желтыми, оранжевыми и красноватыми. Чем краснее звезда, тем она холоднее. Видимая яркость звезды зависит также от удаленности ее от Земли: чем ближе к нам звезда, тем ярче она нам кажется. Диаметр малых звезд – несколько тысяч километров, а у больших он достигает 3 млрд. км!

Древние астрономы разделили все звезды по яркости на шесть групп. Самые яркие звезды отнесли к первой звездной величине, самые слабые – к шестой. Некоторые звезды периодически меняют свою яркость. Их называют переменными звездами.

Когда астрономия стала точной наукой, каждую звезду понадобилось приписать к какому-нибудь созвездию. Границами стали линии сетки небесных координат, похожие на земные меридианы и параллели (их можно увидеть на земной карте или на глобусе). Созвездием считается участок небесной сферы, ограниченный такими линиями.

Теоретическая часть

История создания созвездий

Когда смотришь на звезды, кажется, что они рассыпаны по небу в беспорядке. Но если приглядеться внимательно и пофантазировать, можно составлять из звезд самые разные фигуры и рисунки. Это заметили еще наши предки.

Как же можно ориентироваться по звездам, если их видно на небе великое множество? Легко запутаться в этом обилии ярких точек.

Но, во-первых, звезд, видимых невооруженным глазом, не так уж много – всего около 3000, а наиболее ярких и интересных – около 30.

Во-вторых, человеческий мозг устроен так, что в кажущемся хаосе он хочет отыскать осмысленные фигуры. Сами того не желая, мы ищем и узнаем в контурах деревьев, облаков, гор знакомые очертания людей, животных, предметов. Это не просто игра, а глубоко укоренившееся свойство человеческого сознания.

Группы из нескольких ярких звезд, которые расположены недалеко друг от друга, люди стали объединять в созвездия. Они мысленно соединяли звезды линиями, и так получались фигуры. Одни фигуры были похожи на людей, зверей, птиц, другие – на предметы. По внешнему виду созвездиям давали имена. Так на небе появились пастух Волопас и охотник Орион, Орел и Лебедь, Заяц и Змея, Дракон и Муха, Треугольник, Часы, Компас, Печь. Многие созвездия нашли еще древние греки. Поэтому среди звездных фигур есть герои греческих мифов и легенд: Геркулес, Андромеда, Кассиопея, Персей, Цефей, Пегас и другие.

В древности наблюдателям было известно только 47 созвездий. Затем ученые выделяли новые фигуры, заполняли ими пустые участки на звездном небе. Современные границы и названия созвездий утверждены в 1922 году на первом съезде Международного астрономического союза. Все небо было разделено на 88 созвездий.

Найти нужные фигуры на небе помогают специальные карты. Карты звездного неба составляют с давних времен. Первая таблица положений звезд была создана греческими учеными еще в III веке до нашей эры. Раньше на картах рисовали красивые рисунки созвездий. Глядя на них, кажется, что весь небосвод заселен сказочными существами. На современных картах созвездия обозначают линиями (Приложение 1).

В Северном полушарии видны одни звезды, а в Южном – другие. Поэтому для разных времен года и часовых поясов составлены разные карты звездного неба.

Ориентирование в древности

Давным-давно, когда люди жили в пещерах, носили одежду из шкур и грелись у костра, они не знали ни часов, ни календаря, ни компаса. Но ведь им приходилось надолго уходить на охоту. И небо заменяло им и часы, и календарь, и компас. А если им приходилось ночью добираться до своего жилища, то они ориентировались по звездам. По звездам определяли, скоро ли утро, или когда придёт весна.

С древности люди заметили, что у каждой звезды на небе есть свое место. Знание расположение звезд помогало находить верный путь в путешествиях по суше и по морю. Звездное небо, как карта, подсказывало, в какую сторону нужно двигаться.

В созвездии Малой Медведицы находится Полярная звезда, которая с давних пор помогала путешественникам ориентироваться на суше и на море в Северном полушарии неба.

В Южном полушарии ориентируются по созвездию Южного Креста. Точно на юг оно не указывает, но было выбрано ориентиром за особую яркость его звезд Акрукса и Мимозы.

Созвездия Северного полушария и методы их нахождения

В средних широтах основные незаходящие созвездия Северного полушария – Большая и Малая Медведицы, Кассиопея, Цефей, Дракон, Жираф и Рысь.

Наиболее важной группой северных созвездий являются Большая и Малая Медведицы. Они хорошо заметны на небе, эти созвездия отмечают направление на север и поэтому еще с древнейших времен имели практическое значение. Самые яркие семь звезд обеих Медведиц образуют фигуры, похожие на ковш (большой и малый), поэтому их легко найти на небе.

Осенними и зимними вечерами ковши четко видны в северной стороне неба. Весной и летом по вечерам эти ковши расположены гораздо выше, и тогда их следует искать в окрестностях зенита, т.е. над головой.

Малая Медведица – созвездие, содержащее около сорока звезд, видимых невооруженным глазом. Крайняя звезда «в ручке» ковша – Полярная звезда. Другая яркая звезда – Кохаб.

Самая яркая звезда Большой медведицы – Алиот, а самая знаменитая двойная система – Мицар – «конь» и Алькор – «всадник». Считается, что тот, кто различает эти две звезды, обладает острым зрением.

Наиболее простой способ ориентировки по звездам связан с Полярной звездой из созвездия Малой Медведицы.

Соединим мысленно две крайние звезды Мераки Дубхе Большой Медведицы и продолжим линию от нижней звезды, отложим на нем пятикратное расстояние между звездами, равное 5°. Конец отрезка упрется в яркую звезду, расположенную вблизи северного полюса Земли (на 1° от него), – Полярную звезду (Рисунок 1).

Рисунок 1. Нахождение северного полюса Земли.

Правило ориентировки по Полярной звезде: если мы найдем на небе Полярную звезду и встанем к ней лицом, то прямо перед нами будет север, сзади – юг, справа от нас – восток, слева – запад.

При суточном вращении звездного неба все остальные звезды описывают вокруг Полярной звезды суточные круги, а она практически остается на месте.

Нетрудно отыскать и созвездие Кассиопеи, расположенное на небе симметрично с Большой Медведицей по отношению к Полярной звезде. Еще один метод нахождения созвездия Кассиопеи: отмерить равные прямые отрезки от звезды Большой Медведицы Мицар через Полярную звезду. Главная часть Кассиопеи, состоящая из пяти ярких звезд, напоминает перевернутую букву «М» или букву латинского алфавита «W»(Рисунок 2).Весной и летом эта буква перевёрнута. Своё название созвездие получило по имени царицы Кассиопеи - героини древнегреческих мифов.

Рисунок 2. Нахождение созвездия Кассиопея.

Созвездие Цефейне имеет ярких звезд, но найти его несложно, поскольку оно граничит с хорошо известными созвездиями: с Кассиопеей – на западе и Малой Медведицей – на севере. Цефей – созвездие, имеющее форму неправильного пятиугольника (Рисунок 3). Самые заметные звезды Цефея: Альдерамин, Альфирк, Альраи.

Рисунок 3. Созвездие Цефей.

Между Большой и Малой Медведицами извивается созвездие Дракона – одно из самых больших по площади. Цепочка звезд завершается неправильным четырехугольником из звезд – головой фантастического чудовища (Рисунок 4). Дракон включает в себя свыше двухсот звезд, видимых невооруженным взглядом. Ярчайшие звезды Дракона: Этамин, Растабан, Нодус.

Рисунок 4. Созвездие Дракона.

Созвездие Жирафа и Рыси – одни из самых непримечательных созвездий на звездном небе. В них входят только неяркие звезды (Рисунок 5).Созвездие Жирафа занимает участок неба между Большой Медведицей и Кассиопеей. Созвездие Рысь содержит около 90 тусклых звезд, видимых невооруженным глазом и образующих длинную ломаную линию. Гевелий писал о созвездии рыси: «Лишь человек с рысьим зрением сможет увидеть эту группу звезд».

Рисунок 5. Созвездия Жирафа и Рыси

Все перечисленные созвездия образованы находящимися в северном полушарии звездами, поэтому их можно наблюдать в течение всей ночи круглый год.

Метод определения времени по звездам

Ночью отличным ориентиром служит Большая Медведица, которая видна над горизонтом весь год. Для определения времени можно вообразить на небе стрелку, проходящую от Полярной звезды к двум крайним звездам Ковша Большой Медведицы и делающую за сутки полный оборот вокруг нее. За 1 час стрелка поворачивается своим концом приблизительно на ширину Ковша, за 6 часов она сделает четверть полного оборота (Рисунок6).

Рисунок 6. Схема поворота Ковша Большой Медведицы.

Представим себе циферблат часов на небе с центром на месте Полярной звезды (Рисунок7). По нему отсчитывают показание небесной стрелки (на рисунке3 – 6,5 ч). Небесная стрелка, связанная с Полярной звездой и Большой Медведицей, показывает время, которым мы пользуемся. Найдем номер месяцаот начала года с десятыми долями: порядковый номер месяца – целое число, а за каждое 3-е число месяца брать 0,1. Например, для 12 октября надо взять число 10,4. Полученное число складываем с показанием часов и умножаем на 2: (6,5 + 10,4) х 2 = 33,8. Это число надо вычесть из 55,3, чтобы получить время в данный момент, т.е. 55,3 – 33,8 = 21,5 ч, или 9,5 ч вечера. Если после вычитания получилось число больше 24, то нужно вычесть из него 24.

Рисунок 7. Определение времени по Полярной звезде и Большой Медведице.

Так как движение Большой Медведицы вокруг Полярной звезды совершает равномерно, то можно сказать, что Большая медведица с Полярной звездой – это условные звездные часы.

Практическая часть

Исследование уровня знаний учеников

Для того чтобы понять насколько ученики 3 класса знают и заинтересованы в изучении разделов астрономии, я провел исследование в виде анкетирования учеников по теме «Звезды и созвездия» (Приложение 2).

В исследовании приняли участие 24 ученика, ответив на 10 вопросов анкеты. Результаты исследования я привел в виде сводной таблицы (Таблица 1).

Таблица 1

Ответы были правильными больше 50% на такие вопросы: Что такое астрономия? Что такое вселенная? Как называют группу звезд? Что такое солнце? Где находится Полярная звезда? Созвездие какого полушария Большая Медведица? Какое созвездие напоминает букву «М»?

Самыми сложными вопросами оказались такие: Что такое звезда? Сколько всего созвездий на небе? Какой цвет имеют самые яркие звезды?

Можно сделать вывод, что основные понятия по астрономии у большинства учеников присутствуют. Для большего познания науки астрономии требуется дополнительное ее изучение.

Исследование Северного полушария звездного неба

Для наблюдений за созвездиями я выбрал Северное полушарие неба. Так как жителям нашей страны, находящиеся там звезды и созвездия, видны круглый год.

В городе наблюдениям за звездами мешает свет уличных фонарей, а также городской воздух, загрязненный пылью и выхлопными газами машин. Поэтому свои наблюдения за звездным небом я проводил за городом в деревне.

Инструментами для наблюдений я выбрал телескоп и компас.

В безоблачный вечер после захода солнца я установил телескоп во дворе дома. Окинув взглядом небо, увидел большое количество разных по яркости и расцветке звезд. Из-за порывов ветра, облаков и пылинок в небе казалось, что звезды мерцают.

Нашел на небе напоминающее «Большой Ковш» созвездие Большая Медведица. Определив нахождение на небе двух звезд Большой Медведицы Мерак и Дубхе, отсчитал мысленно 5 отрезков от них. Нашел на звездном небе Полярную звезду.

Встав лицом к Полярной звезде и взяв компас, я убедился, что передо мной находится север, сзади – юг, слева – запад, а справа – восток.

Я навел телескоп на Полярную звезду и отметил время. Придя через 1-2 часа, и посмотрев в телескоп, картинка не изменилась – я увидел Полярную звезду.

Провел мысленно прямую линию от звезд Большой Медведицы Мерак и Дубхе через Полярную звезду до созвездия, действительно напоминающую перевернутую букву «М». Я нашел созвездие с красивым названием – Кассиопея.

Следом я нашел следующие созвездия: Цефей, Жираф, Рысь, Ящерица, Лира, Дракон, Персей, Лебедь. Я заметил, что это очень увлекательный процесс нахождения созвездий на звездном небе!

Зафиксировал телескоп на крайней звезде Кассиопеи, и через 2-2,5 часа я заметил, что картинка изменилась. Выбранная звезда переместилась слева направо. Переместились и другие звезды, кроме Полярной звезды.

Вывод следующий: все звезды движутся по небу одновременно как одно целое, поворачиваясь вокруг одной звезды – Полярной. Полярная звезда – это действительно «звезда-компас».

Создание карты Северного полушария звездного неба

Свое исследование звездного неба я начал с изучения существующих звездных карт Северного полушария. Я столкнулся с проблемой: большинство карт звездного неба были сложными. Обобщив свои наблюдения за звездным небом, и применив найденные мною сведения о звездах и картах, я создал свою карту Северного полушария неба, которая облегчает запоминание созвездий звездного неба.

Моя карта состоит из основы карты Северного полушария неба (Приложение 3), где изображены наиболее яркие и заметные звезды Северного полушария неба, и 7 трафаретов незаходящих созвездий Северного полушария неба: Большая Медведица (Приложение 4), Малая Медведица (Приложение 5), Кассиопея (Приложение 6), Цефей (Приложение 7), Дракон (Приложение 8), Жираф (Приложение 9), Рысь (Приложение 10).

Чтобы найти определенное созвездие, нужно на карту-основу наложить трафарет созвездия. На трафарете присутствуют вспомогательные линии между основными звездами, что облегчает запоминание созвездия. Размером звезды на карте-основе обозначена яркость звезд: чем ярче звезда, тем больше изображена звезда на карте-основе.

С помощью своей карты я с легкостью запомнил 7 незаходящих созвездий Северного полушария неба и без труда нахожу их на звездном небе.

Я планирую продолжить наблюдения за звездным небом и создание новых карт звездного неба.

Заключение

Читать звездную карту и находить созвездия на небе – это очень интересно!

Для тех, кто хорошо знаком с созвездиями и их расположением на небе в различное время суток и года, звезды могут служить отличными ориентирами, позволяющими находить стороны горизонта и даже определять момент времени.

Звездное небо сказочно красиво, и эта красота открыта всем людям! Я желаю вам многих часов наслаждения этой красотой и многих путешествий вашего разума по путям прекраснейшей из наук – науки Астрономии!

Список литературы

Левитан Е. П. Твоя Вселенная: Кн. Для любителей необычных путешествий / Е. П. Левитан – М.: Просвещение, 2007. – 160с .: ил.

Левитан Е. П. Астрономия: Учебник для 11 кл. общеобразоват. Учреждений / Е. П. Левитан – М.: Просвещение, 2005. – 224с.: ил.

Зигель Ф. Ю. Сокровища звездного неба: Путеводитель по созвездиям и Луне/Ф. Ю. Зигель – 4-е изд., доп. – М.: Главная редакция физико-математической литературы, 190. – 312 с.: ил.

Гонтарук Т. И. Я познаю мир : Дет. Энцикл.: Космос/Авт. – сост. Т. И. Гонтарук. – М. : АСТ, 1995. – 448 с.

Цветков В.И. Звездное небо. Галактики, созвездия, метеориты / Цветков В. И. – М. :Эксмо, 2013. – 64 с. : ил. – (Популярная научно-практическая энциклопедия современных знаний).

Шимбалев А. А. Атлас звездного неба. Все созвездия Северного и Южного полушарий с подробными картами / А.А. Шимбалев; Под ред. И. А. Малевича. – Мн. :Харвест, 2004. – 320 с. : ил.

Раделов С. Ю. Все о планетах и созвездиях / С. Ю. Раделов – СПб : ООО «СЗКЭО», 2007. – 208 с. : ил.

Приложение 1

Пример древней и современной карты звездного неба

Приложение 2