Badanie faz Księżyca oraz ich wpływu na poziom wody mórz i oceanów na Ziemi

Transkrypt

1 Badanie faz Księżyca oraz ich wpływu na poziom wody mórz i oceanów na Ziemi Projekt badawczy wykonała: Nina Bąkowska kl. IIA Publiczne Gimnazjum w Pokoju 2014 rok

2 Spis treści: I. Opis faz Księżyca II. Przedstawienie własnych obserwacji badanego zjawiska III. Opis wpływu Księżyca na zjawisko pływów wodnych na Ziemi IV. Monitorowanie poziomu wody w Zatoce Gdańskiej w dniach 6-27 maja V. Analiza i podsumowanie wpływu faz Księżyca na poziom wody na Ziemi

3 I Każdy może gołym okiem zobaczyć Księżyc. Jednak co widzimy obserwując naturalnego satelitę naszej planety? Widzimy jego część, od której aktualnie odbija się promienie słoneczne i docierają do nas. Jako że Księżyc oprócz ruchu obrotowego wokół własnej osi wykonuje także ruch obiegowy wokół Słońca razem z Ziemią, to zmienia się sposób jego oświetlenia przez Słońce. Na przykład, gdy Księżyc znajduje się miedzy Słońcem a Ziemią ( w kolejności Słońce-Księżyc- Ziemia), jest on dla nas niewidoczny, gdyż odbite promienie słoneczne wracają z powrotem w kierunku Słońca bez kontaktu z Ziemią. Jednak w miarę przesuwania się w kierunku pozycji Słońce-Ziemia-Księżyc ( i dalej do pozycji wyjściowej), zmienia się kąt padania promieni słonecznych na Księżyc i tym samym coraz większej ich części ( lub mniejszej) udaje się odbić od Księżyca w kierunku Ziemi. To właśnie tę stopniową zmianę wielkości obszaru Księżyca, który jest widoczny na Ziemi nazywamy FAZAMI KSIĘŻYCA lub LUNACJĄ. Dodać należy, że podczas obiegu Księżyca wokół Ziemi, czyli podczas miesiąca syderycznego lub gwiazdowego, który trwa średnio 27,3217 doby, widzimy zawsze tę samą stronę Księżyca tzw. tarczy, jednakowo zwróconą w naszą stronę. A dzieje się to z tej przyczyny, że miesiąc syderyczny trwa dokładnie tyle samo, co obrót Księżyca wokół własnej osi, przy zachowaniu takiego samego kierunku obu obrotów. Zatem Słońce oświetla zawsze ( poza zaćmieniami) tylko połowę powierzchni Księżyca a więc tylko tę połowę możemy maksymalnie zobaczyć w czasie obrotu tego satelity wokół naszej planety. A kolejne fazy Księżyca pozwalają nam zobaczyć fragmenty jego połówki najpierw zmniejszające się aż do zupełnego zaniku widoczności, a następnie powiększające się znowu do maksimum czyli połowy tarczy.

4 Zgodnie z tym wyróżniamy cztery podstawowe fazy Księżyca: NÓW wówczas księżyc jest niewidoczny z Ziemi, gdyż znajduje się w położeniu najbliższym Słońca ( kolejności Ziemia Księżyc Słońce). Można powiedzieć, iż dosłownie,,staje na drodze promieniom słonecznym i odbija je z powrotem w kierunku Słońca. Księżyc jest zatem zwrócony do nas swoją nieoświetloną półkulą. PIERWSZA KWADRA kiedy to widzimy dokładnie połowę tarczy Księżyca wschodnią. Księżyc, Ziemia i Słońce ułożone są względem siebie prostopadle, gdyż Księżyc przebył już ¼ swojej orbity mierząc od nowiu. Widziana przez nas część Księżyca przybiera idealny kształt litery,,d. PEŁNIA widzimy całą tarczę Księżyca, gdyż znajduje się on po przeciwnej stronie Ziemi niż Słońce, w kolejności Księżyc - Ziemia Słońce. DRUGA KWADRA widzimy znowu połowę tarczy, ale tym razem zachodnią. Jednak są to tylko 4 główne LUNACJE. My w ciągu miesiąca gwiazdowego możemy obserwować o wiele więcej oblicz naszego Księżyca. I tak, między nowiem a pierwszą kwadrą Księżyc zaczyna się odchylać z pozycji najbliższej Słońcu mówimy wtedy, że Księżyca,,przybywa. Z dnia na dzień zaczynamy widzieć większą cześć jego wschodniej tarczy, która przypomina kształtem literę,,d zatem Księżyc,,D opełnia się, powiększa. Natomiast między pierwszą kwadrą a pełnią - Księżyc coraz bardziej przypomina kształtem koło i stopniowo odsłania całą zachodnią połowę swej tarczy. Wyraźnie obserwujemy też okres między pełnią a drugą kwadrą kiedy Księżyca zaczyna,,ubywać, a swoim kształtem coraz mniej przypomina koło.

5 No i między drugą kwadrą a ponownym nowiem Księżyca ubywa coraz bardziej, przypomina kształtem literę,,c gdyż,,c ofa się zmniejsza. Zatem wiemy już, że powierzchnia Księżyca jest cały czas taka sama, zmienia się tylko obraz, który dociera do nas. Obrazem tym jest jego obszar oświetlony, kiedy to pozostała część pozostaje zaciemniona niewidoczna dla nas. I to właśnie tę linię, wzdłuż której przebiega granica pomiędzy cieniem, a obszarem oświetlonym nazywamy TERMINATOREM. Wymienione fazy Księżyca cyklicznie się powtarzają, a całość tego cyklu czyli okres np. od nowiu do nowiu trwa 29,5 doby i jest to tak zwany MIESIĄC SYNODYCZNY. Poznaliśmy już miesiąc syderyczny gwiazdowy, określający czas obiegu Księżyca wokół Ziemi. Widzimy, że miesiące te różnią się o ok. 2 doby. Przyczyną tej różnicy jest poruszanie się Księżyca wraz z Ziemią wokół Słońca. Miesiąc gwiazdowy mówi, po jakim czasie Księżyc ponownie pojawi się na sferze niebieskiej na tle tych samych gwiazd. Z kolei miesiąc synodyczny określa czas, po którym Księżyc przejdzie pełen cykl wszystkich faz i znajdzie się w tym samym położeniu w odniesieniu do Słońca, co na początku cyklu. II Aby potwierdzić teorię występowania faz Księżyca, przeprowadziłam obserwację tego zjawiska. Żeby obraz był wyraźny oraz by pozostał dowód moich obserwacji, posłużyłam się teleskopem znajdującym się na Teneryfie. Dzięki możliwości, jaką udostępniła Wirtualna Akademia Astronomii, udało mi się dostrzec następujące zmiany naszego naturalnego satelity:

6 Obserwację rozpoczęłam 5 maja 2014 roku. Wówczas to Księżyc znajdował się w fazie miedzy nowiem a pierwszą kwadrą. 6 maja Księżyca zdecydowanie,,przybyło terminator przesunął się na zachód.

7 Natomiast 7 maja widziana przez nas wschodnia tarcza przybrała kształt litery,,d, zatem Księżyc osiągnął fazę pierwszej kwadry. 8 maja Księżyc wszedł w fazę między pierwszą kwadrą a pełnią.

8 W czasie kolejnych dni Księżyc coraz bardziej przypomina koło i stopniowo odsłania zachodnią połowę swojej tarczy.

9 13 maja Księżyc przybiera niemal idealny kształt koła, co oznacza, że wkrótce osiągnie pełnię. 15 maja możemy obserwować fazę pełni Księżyca. Cała tarcza jest oświetlona.

10 16 maja obiekt wchodzi w fazę między pełnią a drugą kwadrą zaczyna ubywać wschodniej części tarczy. 20 maja ubyła już niemal cała wschodnia tarcza Księżyca. Obiekt zbliża się fazy drugiej kwadry.

11 21 maja Księżyc osiąga fazę drugiej kwadry W tych dniach terminator przesuwa się na zachód. Księżyc znajduje się w fazie między drugą kwadrą a nowiem, przypomina kształtem literę,,c.

12 26 maja widoczna jest już tylko mała część zachodniej tarczy. Natomiast 27 maja Księżyc wszedł w fazę nowiu, czyli stał się dla nas niewidoczny. Moja obserwacja dotyczyła niemal całego miesiąca synodycznego i doskonale można było obserwować w tym czasie następowanie po sobie kolejnych faz, o czym świadczy chociażby zmiana położenia terminatora na Księżycu.

13 III Okazuje się jednak, że Księżyc w dużej mierze oddziałuje na Ziemię. Dowodem tego są zjawiska zwane pływami czyli regularnie powtarzające się podnoszenie i opadanie poziomu wody w morzach i oceanach. Odpowiedzialne za te ruchy są siły grawitacyjne Słońca i Księżyca (wpływ Słońca jest ok. dwukrotnie mniejszy z racji nieporównywalnej odległości). Szczególnie silne jest oddziaływanie Księżyca ze względu na jego niewielkie odległości od Ziemi tym samym jego wpływ zaznacza się silniej na cząsteczkach wody znajdujących się aktualnie po jego stronie. I w takim właśnie momencie następuje spiętrzenie wód przez napływanie ich z innych miejsc czyli powstaje przypływ. Chociaż Księżyc oddziałuje na całą nasza planetę, to wiemy już, że z dużo mniejszą siłą działa na cząsteczki wody znajdujące się po przeciwnej najbardziej oddalonej mu stronie Ziemi. Jednak w takim miejscu działa wówczas siła odśrodkowa (wywoływana obrotem układy Ziemia Księżyc wokół wspólnego środka masy), która także sprzyja powstawaniu przypływów. Jednocześnie na przeciwległych do przypływów miejscach Ziemi występuje obniżenie się poziomu wód czyli odpływy. Występowanie pływów zależy zatem od położenia Księżyca względem Ziemi podczas jej obrotu dobowego. Natomiast wielkość zjawiska pływów uzależniona jest od położenia Słońca i Księżyca w stosunku do Ziemi. Kiedy wszystkie trzy ciała niebieskie znajdują się w przybliżeniu na jednej linii, a ma to miejsce podczas nowiu i pełni Księżyca, wówczas ich przyciąganie sumuje się i pływy osiągają największą amplitudę. Są to tzw. Pływy syzygijne.

14 Najmniejsze pływy, określane jako kwadraturowe, występują, gdy Księżyc jest w I i II kwadrze. Wówczas to Księżyc, Ziemia i Słońce tworzą kąt prosty. Najlepiej widoczna fala pływów występuje w pobliżu wybrzeży, a zwłaszcza w zatokach i cieśninach, gdyż tam ulega ona spiętrzeniu. Chociaż w morzach zamkniętych pływy nie osiągają imponujących wielkości, to w południowym Bałtyku również można zaobserwować ich niewielką amplitudę. IV Aby zbadać zależność wpływu faz Księżyca na poziom wody, przeprowadziłam obserwacje na podstawie pomiarów prowadzonych przez Instytut Oceanografii Uniwersytetu Gdańskiego. Na zdjęciach przedstawiony został poziom wody w Zatoce Gdańskiej. Obliczyłam średni jej poziom w poszczególnych dniach. I tak: W dniach 6 i 7 maja poziom wody utrzymywał się na wysokości ok. minus 1, minus 4cm.

15 8 maja poziom wody zdecydowanie spada do ok. minus 6cm. 9 maja poziom minimalnie spada do ok. minus 7,8cm. Natomiast 10 maja wysokość wody przybiera wartości dodatnie ok. 2-3cm.

16 11 maja poziom wody wciąż rośnie i osiąga wartość ok. 8 9 cm. 15 maja obserwowane zjawisko osiąga poziom 14-15cm.

17 16 maja to spadek poziomu wody w porównaniu do poprzedniego dnia do ok.8-9cm. 21 maja znacznie spadł do średniego poziomu ok. 0,3-0,4cm. 23 maja poziom wody osiąga wartości ujemne ok. minus 11cm.

18 24 maja poziom morza ponownie podnosi się do ok. minus 5cm. 26 maja to gwałtowny wzrost obserwowanego zjawiska do ok. 5cm. 27 maja poziom wody sięga aż 19-20cm.

19 V Analizując powyższe dane zaobserwować można, iż w dniach 6-8 maja poziom wody w Zatoce Gdańskiej spadał, aż osiągnął swój poziom najniższy. W tym samym czasie Księżyc osiągnął fazę pierwszej kwadry. W kolejnych dniach obserwacji poziom wody wzrósł, przyjmując wartości dodatnie. A w tym czasie Księżyc przechodził przez fazę między pierwszą kwadrą a pełnią, by w końcu osiągnąć pełnię. 15 maja podczas pełni poziom wody osiągnął wartości maksymalne, gdyż wszystkie 3 ciała niebieskie utworzyły linię prostą i siła przyciągania Księżyca i Słońca zsumowała się- była maksymalna. Z kolei kiedy Księżyc 16 maja zszedł z linii prostej ze Słońcem zmalała też wielkość siły przyciągania i tym samym spadł poziom wody. 21 maja poziom wody spadał nadal, by osiągnąć swój najniższy poziom 23 maja wówczas to Księżyc osiągnął fazę drugiej kwadry i przeszedł w fazę między drugą kwadrą a nowiem maja to stopniowe podnoszenie się poziomu wody, a w tym czasie Księżyc zbliża się do fazy nowiu. A kiedy 27 maja Księżyc staje się niewidoczny z Ziemi ponownie tworzy linię prostą z Ziemią i Słońcem, poziom wody osiąga wartości maksymalne. Przyjrzyjmy się, jak zmieniał się poziom wody w kolejnych dniach obserwacji w poszczególnych punktach-miejscach pomiaru w Zatoce Gdańskiej:

20 Krynica Morska: Data Poziom wody (cm) -2,2-4,3-6,6-7,8 3,8 11,4 15,8 7,7-0,4-11,5-5,6 5,7 18,5 Poziom wody (cm) poziom wody 0-5. I kwadra pełnia II kwadra nów Ujście Wisły: Data Poziom wody (cm) -0,1-4,3-5,5-7,7 3,4 11,7 16,7 10,6 1,7-10,9-4,2 6,5 22,1 Poziom wody (cm) poziom wody 0-5. I kwadra pełnia II kwadra nów

21 Gdańsk: Data Poziom wody (cm) -0,9-3,6-7,1-8,2 2,5 11,4 15,1 8,3 1,0-9,9-3,7 6,3 21,5 Poziom wody (cm) poziom wody 0-5. I kwadra pełnia II kwadra nów Gdynia: Data Poziom wody (cm) -1,1-3,7-7,3-6,8 2,0 11,4 13,7 6,4 1,5-7,9-3,6 5,0 20,2 Poziom wody (cm) poziom wody I kwadra pełnia II kwadra nów -10

22 Władysławowo: Data Poziom wody (cm) -7,3-9,1-6,9-5,1 3,3 10,5 11,2 1,9-3,8-14,9-9,3 2,8 14,8 Poziom wody (cm) I kwadra pełnia II kwadra nów poziom wody Hel: Data Poziom wody (cm) -1,9-4,2-7,5-6,8 2,7 9,4 13,4 5,6-0, ,3 5,3 18,1 Poziom wody (cm) poziom wody 0-5. I kwadra pełnia II kwadra nów

23 Punkt na morzu: Data Poziom wody (cm) -2,1-2,5-5,6-5,8 4, ,6 5,7 0,2-8,8-4,4 5,3 17,3 Poziom wody (cm) poziom wody 0-5. I kwadra pełnia II kwadra nów Jak widać, zjawisko zależności poziomu wody od faz Księżyca nie jest przypadkowe, gdyż nie w jednym, lecz we wszystkich badanych punktach przybiera podobne wartości. Podsumowując zebrane przeze mnie wiadomości oraz przeprowadzone obserwacje mogę stwierdzić, iż istnieje zależność pomiędzy następującymi po sobie fazami Księżyca a poziomem wód na Ziemi. Zjawisko to zobrazowałam za pomocą wykresu. Oś X to zmiana faz Księżyca w czasie przeprowadzonego badania, natomiast oś Y to średni poziom wody w Zatoce Gdańskiej:

24 25 cm Średni poziom wody w Zatoce Gdańskiej poziom wody 0-5. I kwadra pełnia II kwadra nów

25 Data Faza Księżyca Śr. Poziom wody , , , , , ,6 Natomiast tabela ukazuje zdjęcia Księżyca zestawione ze średnim poziomem wody (w cm) w poszczególnych dniach. I tak: tuż przed pierwszą kwadrą Księżyca poziom wody znajduje się na poziomie ok. minus 1,13cm. Od fazy pierwszej kwadry aż do 9.05 badany poziom wody wciąż spada, do momentu, gdy Księżyc zbliża się do pełni ( 10.05). Od tej chwili aż do pełni poziom wody stopniowo wzrasta. 15 maja woda osiąga swój poziom kulminacyjny wraz z cofaniem się tarczy Księżyca poziom wody w Bałtyku maleje. Stan ten trwa do 23 maja, kiedy to poziom wody przyjmuje wartości najniższe, ok. -11cm. Gdy Księżyc zbliża się do fazy nowiu poziom wody zaczyna stopniowo rosnąć, by 27 maja (nów) osiągnąć poziom najwyższy ok. 19cm. Moim zdaniem, zebrane dane potwierdzają teorię o zależności między następowaniem faz Księżyca a zmianą poziomu wody na Ziemi ,7

26 , , , , ,8 Źródło zdjęć Księżyca : Wirtualna Akademia Astronomii, teleskop na Teneryfie Źródło monitorowania poziomu wody: Strona Instytutu Oceanografii Uniwersytetu Gdańskiego: