Model ruchomy - globus ze sklepieniem niebieskim wersja uproszczona

Transkrypt

1 IMPORTER: educarium spółka z o.o. ul. Grunwaldzka 207, Bydgoszcz tel. (52) fax (52) , info@educarium.pl portal edukacyjny: sklep internetowy: wersja uproszczona Przezroczysty niebiański globus to model sfery pozaziemskiej który najprościej przyrównać można do tradycyjnego globusa, czyli schematu kuli ziemskiej. Stanowi on wartościową pomoc przy nauce nazw, lokacji i kształtów konstelacji, podobnie jak jego tradycyjna wersja ułatwia przyswajanie informacji z zakresu ziemskiej geografii. Podglądając miniatury przedstawione w jego wnętrzu, zaobserwować możemy wiarygodnie odtworzone realne układy gwiazd. Model w jasny sposób prezentuje także relacje pomiędzy Ziemią a innymi ciałami niebieskimi w kosmosie. Został specjalnie zaprojektowany tak, aby ukazywać ich pozycje zgodnie z dowolnie wybraną lokacją i czasem ziemskim. Zasadniczo jest to więc trójwymiarowy lokalizator gwiazd, a wyniki wszystkich obserwacji prowadzonych przy jego użyciu powinny być odczytywane jak prowadzone z powierzchni Ziemi, umieszczonej w centrum modelu. Przewodnik wyjaśnia podstawowe pojęcia z zakresu astronomii i pokazuje, w jakiej pozycji znajdzie się Ziemia w wybranym miejscu i porze roku względem gwiazd i innych planet. Korzystając z tego zestawu dowiesz się, jakie ciała niebieskie masz szansę zobaczyć na nieboskłonie w konkretny dzień. Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o.

2 OPIS Model nieboskłonu o średnicy 20 centymetrów otacza 6 centymetrową styropianową Ziemię. Można obracać ją niezależnie od reszty schematu, używając do tego gałki umieszczonej w pobliżu bieguna południowego. Gwiazdy na niebie zostały przeniesione na schemat w odniesieniu do modelu Ziemi, a ich rozmieszczenia odzwierciedla realne położenie ciał niebieskich na nieboskłonie. Ruchome Słońce umiejscowić można w każdej pozycji możliwej do zaobserwowania z powierzchni naszej planety, biorąc pod uwagę rektascencję (podział na 24 godziny, tak zwany układ równikowy równonocny) oraz deklinację (definiowaną jako kąt pomiędzy kierunkiem poprowadzonym od obserwatora do obiektu a płaszczyzną równika niebieskiego. Została podzielona na sekcje po 15 stopni każda). Wartości te wykorzystywane są do lokalizowania ciał niebieskich podobnie jak równiki i równoleżniki do określania położenia obiektów na Ziemi. Na przykład umiejscowienie Syriusza na niebie opisane zostanie rektascencją 6 godzin i 43 minut oraz deklinacją -16 stopni na 40 cali (w kierunku południowym). Jeżeli te pojęcia są dla ciebie nowe, zapoznaj się z działem Układ współrzędnych celem zdobycia większej ilości informacji na ich temat. MONTAŻ Wyciągnij zestaw z opakowania. Znajdziesz w nim dwie styropianowe kulki (mniejszą i większą), dwie półkule, podstawę, przewód oraz pakunek z częściami. W nim z kolei znajdować powinny się trzy mosiężne zapięcia, gwintowany pręt, biała plastikowa gałka, dwie uszczelki, czarna gałka oraz nakrętka. Nie potrzebujesz narzędzi, jednak na pewnych etapach montażu przydać się mogą markery lub farba. KROK 1: OZNACZ GWIAZDY (opcjonalnie) Aby sprawić, by gwiazdy w twoim układzie były lepiej widoczne, oznacz zagłębienia w sferze zmywalnym markerem. Zaleca się wykorzystanie tej techniki jedynie od wewnętrznej strony materiału, tak aby nie rozcierać śladu pisaka. KROK 2: POMALUJ ZIEMIĘ I SŁOŃCE (opcjonalnie) Dla ułatwienia obserwacji można również pomalować styropianowe kule reprezentujące Słońce (na żółto) oraz Ziemię. Nie jest to konieczne, może jednak uprościć pracę z zestawem w późniejszym czasie. Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 2

3 KROK 3: KONSTRUKCJA PROMIENIA Aby zamocować promień utrzymujący model w odpowiedniej pozycji należy po pierwsze wsunąć białą gałkę w powierzchnię północnej półkuli (Schemat 1) w specjalnej szczelinie umieszczonej pod odpowiednim (23 stopnie) kątem. Gdy gałka zajmie swoją pozycję, przymocuj do niej drut dołączony do zestawu a następnie nałóż na niego styropianową kulkę reprezentującą Słońce. Schemat 1 KROK 4: PRZYGOTUJ ZIEMIĘ Przełóż styropianowy model ziemi przez nakrętkę. Ważne jest, aby był on umiejscowiony wzdłuż promienia - w przeciwnym wypadku zestaw nie zadziała w prawidłowy sposób. KROK 5: MONTAŻ ZIEMI Wkręć gwintowany pręt w czarną gałkę. Nałóż na niego uszczelkę, a następnie umieszczając gałkę po zewnętrznej stronie północnej półkuli przełóż przez nią pręt (Schemat 2). Drugą uszczelkę zamocuj z jego drugiej strony i w kolejnym kroku nasuń na niego rurkę. Jeśli mocowanie nie jest wystarczające i porusza się, należy zdjąć model ziemi z konstrukcji, zacieśnić ją i zamontować ponownie. Schemat 2 Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 3

4 KROK 6: WYBIERZ LOKALIZACJĘ NA ZIEMI Teraz możesz, przy użyciu pinezki, oznaczyć na styropianowym modelu Ziemi wybrane przez siebie położenie. KROK 7: POŁĄCZ PÓŁKULE Używając mosiężnych zapięć, połącz półkule dopasowując północną do południowej. Tylko odpowiednie ustawienie elementów umożliwia ich prawidłowe połączenie (Schemat 3). Schemat 3 KROK 8: OZNACZ INTERESUJĄCE CIĘ PUNKTY (opcjonalnie) Korzystając ze zmywalnego markera opisz te elementy, które szczególnie cię interesują (konkretne gwiazdy, konstelacje). USTAWIENIA GLOBUSÓW DLA KONKRETNEGO MIEJSCA I CZASU Wystarczy pięć kroków, aby ustawić twój globus w odpowiadającej wybranej porze i miejscu pozycji. Tak zorientowany zestaw odzwierciedla realne ułożenie ciał niebieskich na niebie dla danej lokalizacji i czasu. Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 4

5 Krok 1: Wybierz datę Styczeń Luty Marzec, Równonoc wiosenna Kwiecień Maj Czerwiec, Przesilenie letnie Lipiec Sierpień Wrzesień, Równonoc jesienna Październik Listopad Grudzień, Przesilenie zimowe Krok 2: Wybierz porę dnia, część 1 Ustaw porę dnia na południe (dokładnie w miejscu, gdzie pinezka nachodzi na promień rektascencji). Gałkę Ziemi przesuń zgodnie z ruchem wskazówek zegara tak, aby pinezka znalazła się pod Słońcem. Krok 3: Wybierz porę dnia, część 2 Wyreguluj położenie modelu Ziemi aby ustawić go dla odpowiedniej godziny. Jednej godzinie odpowiada kąt 15 stopni (stąd pojęcie kąt godzinny ). Krok 4: Wyrównaj horyzont Przesuń swoją lokalizację do zenitu, aby wyrównać horyzont. Obróć półkule (bez konieczności manipulowania czarną gałką), tak aby pinezka skierowana była do góry. Krok 5: Odpowiednia orientacja globusa Dla ułatwienia pracy, dobrze jest umieścić punkt globusa wskazujący północ zgodnie z faktycznym kierunkiem północnym. Przy odpowiednim ustawieniu model pokazuje dokładnie to co zobaczyć Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 5

6 moglibyśmy na niebie w danym miejscu i w konkretnym momencie (odwzorowanym w ustawieniu zestawu). TWOJE ZWIĄZKI Z KOSMOSEM Kiedy zestaw został już zmontowany, a konkretny czas na nim wskazany, model staje się dokładnym odzwierciedleniem nieba wraz z obecnymi na nim obiektami. Wyobraź więc sobie siebie, stojącego we wskazanej przez siebie pinezką lokacji. Spoglądając przez przezroczystą powierzchnię niebiańskiego globusa, zaobserwować możesz nieboskłon właśnie takim, jakim zobaczyłbyś z tego miejsca. Zwróć wzrok w kierunku bieguna północnego. Czy dostrzegasz Wielką Niedźwiedzicę i Kasjopeję? Teraz przesuń czas dla swojego modelu Ziemi używając do tego czarnej gałki. Niech wskazówka wskaże zenit. Zwróć uwagę, że gwiazdy obracają się wokół Gwiazdy Polarnej w ruchu przeciwnym do wskazówek zegara. Horyzont to pozioma linia rozciągająca się we wszystkich kierunkach od środka globu. Gwiazdy poniżej linii horyzontu nie są widoczne. Gdy ustalisz swoją lokalizację na półkuli północnej zdasz sobie również sprawę, że obiekty wokół Gwiazdy Polarnej nigdy za nim nie znikają. Z drugiej strony te znajdujące się w okolicy bieguna południowego nigdy się ponad niego nie wznoszą, nie są więc widoczne z północnej półkuli. Wniosek: gwiazdy są widoczne dla ziemskich obserwatorów pomiędzy czasami swojego wzejścia i zachodu. POZORNY RUCH Zakres naszego widzenia przestrzeni jest uwarunkowany od pory dnia, roku czy też lokalizacji na Ziemi. W związku z ruchem Ziemi wokół Słońca, na przestrzeni całego roku widoczne są różne fragmenty nieba, co obrazuje schemat 4. Oprócz tego Ziemia obraca się wokół własnej osi, co również ma wpływ na widoczność różnych fragmentów nieba. Inny fragment nieba widziany jest z Alaski a inny z Australii. Aby zaobserwować ten fakt przy użyciu modelu, ustaw czas na jego konstrukcji na północ piętnastego grudnia. Wyszczególnij wszystkie widoczne konstelacje a następnie przesuwaj datę na kolejno piętnastego marca, lipca oraz sierpnia. Czy dostrzegasz zmiany na nieboskłonie? Teraz porusz model Ziemi o jeden obrót zgodny z ruchem wskazówek zegara, z gałką skierowaną na biegun południowy. Zwróć uwagę, że ze swojej lokalizacji inne rzeczy możesz zobaczyć na niebie w dzień, a inne w nocy. Kierując wzrok na nocne niebo zauważysz, że gwiazdy przesuwają się ze wschodu na zachód: w rzeczywistości jednak to nie one się poruszają, a Ziemia. Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 6

7 Ukierunkowując swój model na różne szerokości, ponownie obserwować więc będziesz różne fragmenty nieba. Schemat 4 PORY ROKU Za występowanie na Ziemi pór roku odpowiada jej ruch wokół Słońca i nachylenie względem własnej osi. Nasz zestaw w przejrzysty sposób przedstawia pozycję Słońca widoczną z Ziemi w każdym momencie roku. Ustaw słońce na ekliptyce (koło, po którym pozornie porusza się Słońce obserwowane z Ziemi) w pozycji z dwudziestego pierwszego czerwca (pozycja 6 rektascencji). Zwróć uwagę, że jest to położenie maksymalnie wysunięte na północ. To właśnie tego dnia rozpoczyna się lato na półkuli północnej. Teraz zmień pozycję Słońca na równonoc jesienną, tj. dwudziestego trzeciego września (12 RA) i zauważ, że teraz jest ono tuż ponad równikiem. Z kolei w momencie przesilenia zimowego, dwudziestego drugiego grudnia, znajdzie się nad zwrotnikiem Koziorożca. Jest to jego najniższe możliwe położenie, a na półkuli północnej rozpoczyna się zima. Dwudziestego pierwszego marca Słońce zaobserwować możemy nad równikiem, w punkcie odpowiadającym równonocy wiosennej. To początek wiosny na półkuli północnej. Przez cały czas obserwacji pamiętać należy, że ruch Ziemi wokół Słońca pozornie zmienia także położenie tej gwiazdy. SYSTEM WSPÓŁRZĘDNYCH SZEROKOŚĆ I DŁUGOŚĆ GEOGRAFICZNA Ziemski system współrzędnych składa się z szerokości i długości geograficznych. Dla uproszczenia załóżmy, że Ziemia jest idealnie okrągła i kręci się wokół osi przechodzącej idealnie przez bieguny południowy i północny. Szerokość geograficzna dla danej lokalizacji na Ziemi mierzona jest w stopniach na północ lub południe od równika. Wyobraźmy sobie również linię biegnącą Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 7

8 ze wschodu na zachód i nazwijmy ją równoleżnikiem. Łączy on punkty o tej samej szerokości. Długość geograficzna także mierzona jest w stopniach, lecz od pierwszego południka (przechodzącego przez oba bieguny i Greenwich w Anglii, co pokazuje schemat 5). Wszystkie południki to linie biegnące przez bieguny. Taki system współrzędnych pozwala nam określić dokładnie lokację każdego punktu na Ziemi. Na przykład dla Chicago w stanie Illinois współrzędne to 42 stopnie szerokości oraz 88 stopni długości geograficznej. Schemat 5 REKTASCENCJA I DEKLINACJA System współrzędnych wykorzystywany przez globus ze sklepieniem niebieskim to astronomiczne systemy rektascencji i deklinacji. Rektascencja może zostać porównana do szerokości, a deklinacja do długości geograficznej. Deklinacja gwiazd jest mierzona od równika niebieskiego (odpowiadającego równikowi ziemskiemu) w stopniach i minutach, dodatnich dla północy i ujemnych dla południa. Jedna minuta stanowi 1/60 stopnia. Z kolei rektascencja gwiazd odmierzana jest w godzinach i minutach wzdłuż równika niebieskiego od punktu równonocy wiosennej (pozycja Słońca dwudziestego pierwszego marca). Jedna godzina odpowiada 15 stopniom, a jedna minuta 1/60 godziny. Lokalizacja gwiazdy Vega według rektascencji to 18 godzin i 26 minut, przy deklinacji +38 stopni i 45. Schemat 6 sfery niebieskiej pokazuje połączone współrzędne rektascencji i deklinacji. Dane dla gwiazdy prezentowanej w przykładzie to 4 godziny dla pierwszej, i +60 stopni dla drugiej z tych wartości. Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 8

9 WYSKOŚĆ I AZYMUT Schemat 6 Czasami wygodniej jest lokalizować gwiazdę na nieboskłonie dla konkretnego czasu i punktu obserwacyjnego na Ziemi. Wykorzystuje się wtedy wartości kompasu dla określenia jej pozycji w poziomie i kąty dla zmierzenia jej wysokości ponad horyzontem. Azymut można więc porównać do kierunku wskazywanego przez kompas, przy czym zero stopni odpowiada północy, dziewięćdziesiąt wschodowi itd. Natomiast wysokość gwiazdy to kąt nad (+) lub poniżej (-) horyzontu. Wynika z tego, że gwiazdy o wysokości ujemnej nie będą widoczne z danego punktu obserwacyjnego. Gwiazda w zenicie osiąga wysokość +90 stopni. Obie wartości, zarówno wysokość jak i azymut, zmieniają się wraz z upływem czasu w ciągu dnia. O wschodzie Słońca jego wysokość wynosi zero stopni, podobnie jak w momencie zachodu. Azymut wschodów i zachodów zależy z kolei od lokalizacji punktu obserwacyjnego oraz pory roku. Czy potrafisz określić azymut wschodzącego słońca w dniu przesilenia letniego? Przesuwając model Słońca na pozycję dla różnych dat zobaczysz, że pozycję najbardziej wysuniętą na północ osiąga ono właśnie tego dnia. Teraz spróbuj określić odwrotną, najbardziej wysuniętą na południe pozycję azymutu dla tej wielkiej gwiazdy oraz dzień, w którym możemy zaobserwować. Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 9

10 Schemat 7 POZORNY RUCH SŁOŃCA Ścieżka, którą zdaje się pokonywać Słońce w ciągu jednego roku nazywamy ekliptyką. To wielki okrąg na nieboskłonie. Płaszczyzna ekliptyki zawiera w sobie orbitę Ziemi. Pozorny ruch Słońca odbywa się ze wschodu na zachód, w przeciwieństwie do realnego ruchu naszej planety wokół niego (Schemat 8). Schemat 8 Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 10

11 CZAS Standardowe strefy czasowe dla Ziemi ustalone zostały kolejno co około 15 stopni długości geograficznej. Mówimy około ponieważ zostały one dopasowane do realnych warunków na danym terenie tak, aby nie zmieniały się np. na obszarze jednego miasta. Taką miarę nazywamy czasem standardowym bądź słonecznym. Długość dnia mierzona może być zarówno od pojawienia się i zachodu Słońca nad południkiem, jak i od czasu obrotu Ziemi względem osi gwiazd. W pierwszym przypadku mówimy o czasie słonecznym, w drugim o czasie gwiazdowym. Na co dzień korzystamy oczywiście z czasu słonecznego, ponieważ ludzka aktywność jest ściśle powiązana z pozycją Słońca na niebie. Z kolei czas gwiazdowy, jako bardziej dokładny, znajduje zastosowanie w nawigacji i astronomii. Ustaw model Ziemi zgodnie ze swoją lokalizacją a gwiazdy według obecnej daty i pory dnia. Teraz dokonaj jednego pełnego obrotu Ziemią by wrócić do poprzednich ustawień - to właśnie będzie jeden dzień gwiazdowy. Według rektascencji, podczas jednego dnia określanego tym mianem, Słońce powinno przesunąć się o 4 minuty (około 1 stopnia). Słońcu zajmuje około 4 minuty dłużej niż innym gwiazdom aby powrócić do południka: w związku z tym dzień słoneczny jest dłuższy od gwiezdnego właśnie o około 4 minuty. Copyright 2015 for the Polish translation by educarium sp. z o.o. 11