Fot.NASA FENIKS PRACOWNIA DYDAKTYKI ASTRONOMII PROPOZYCJA ĆWICZEŃ DZIENNYCH Z ASTRONOMII DLA UCZESTNIKÓW PROGRAMU FENIKS dr hab. Piotr Gronkowski, prof. UR gronk@univ.rzeszow.pl Uniwersytet Rzeszowski Wydział Matematyczno-Przyrodniczy Instytut Fizyki 1
Fot.NASA ĆWICZENIA WYKONYWANE W OBSERWATORIUM (W PRZYPADKU DOBREJ POGODY UMOŻLIWIAJĄCEJ OBSERWACJE SŁOŃCA) Fot.NASA 2
ĆWICZENIE 1 SŁOŃCE - NASZA DZIENNA GWIAZDA. OBSERWACJE TELESKOPOWE - CZĘŚĆ 1 1. Zagadnienia teoretyczne: charakterystyka fizyczna Słońca, reakcje zachodzące we wnętrzu Słońca, podstawy fizyczne działania teleskopów. 2. Wykorzystując atlas astronomiczny oraz odpowiedni kalendarz lub almanach astronomiczny wskazać gwiazdozbiór, w którym w dniu zajęć znajduje się Słońce. 3. Przy pomocy mapki obrotowej nieba wyznaczyć przybliżony moment wschodu i zachodu Słońca w dniu zajęć. 4. Przy pomocy teleskopu Coronado dokonać obserwacji tarczy słonecznej, zwrócić uwagę na szczegóły powierzchni i atmosfery słonecznej: plamy, protuberancje, pochodnie. 5. Przeprowadzić obserwację tarczy słonecznej przy pomocy metody projekcji okularowej na ekran wykorzystując teleskop szkolny. 6. Porównać wyniki obserwacji z punktów 5 i 6 z aktualnym zdjęciem tarczy słonecznej umieszczonym na stronie internetowej 7. a) Wykorzystując zdjęcie tarczy słonecznej wykonane przy pomocy teleskopu Coronado i kamery SBIG wyznaczyć przybliżone wymiary charakterystycznych szczegółów: protuberancji i średnicę plam słonecznych. W tym celu wyznaczyć w milimetrach ich wielkość na zdjęciu i porównać z wielkością promienia tarczy słonecznej wyznaczonej w milimetrach również przy pomocy tego samego zdjęcia. Wykorzystując odpowiednią proporcję wyrazić rzeczywiste wymiary badanych szczegółów tarczy słonecznej w kilometrach. UWAGA! Promień Słońca przyjąć R= 696 000 km. b) Wyznaczyć liczbę Wolfa R na dany dzień według wzoru: R = 10g+p; gdzie g oznacza ilość grup plam słonecznych a p ilość poszczególnych plam. 8. W sprawozdaniu dokonać krótkiej charakterystyki zaobserwowanego obrazu tarczy słonecznej. UWAGA! Przy obserwacji Słońca z wykorzystaniem teleskopów należy zwrócić szczególną uwagę czy założony jest odpowiedni filtr w przeciwnym razie grozi nam uszkodzenie lub utrata wzroku! Należy stosować się ściśle do poleceń prowadzącego obserwacje! Nie należy nigdy obserwować Słońca przez przyrządy optyczne pozbawione odpowiednich filtrów! Nie należy również bezpośrednio patrzeć na Słońce! 3
ĆWICZENIE 2 SŁOŃCE - NASZA DZIENNA GWIAZDA. OBSERWACJE TELESKOPOWE - CZĘŚĆ 2 1. Zagadnienia teoretyczne: budowa fizyczna Słońca, źródła energii Słońca, podstawowe prawa optyki, zasada działania teleskopów astronomicznych. 2. Wykorzystując atlas astronomiczny oraz odpowiedni kalendarz lub almanach astronomiczny wskazać gwiazdozbiór, w którym w dniu zajęć znajduje się Słońce. 3. Przy pomocy mapki obrotowej nieba wyznaczyć przybliżony moment wschodu i zachodu Słońca w dniu zajęć. 4. Przy pomocy teleskopu (refraktor Coudé 150/2250) z założonym filtrem słonecznym dokonać obserwacji tarczy słonecznej, zwrócić uwagę na szczegóły powierzchni i atmosfery słonecznej: plamy, protuberancje, pochodnie. 5. Przeprowadzić obserwację tarczy słonecznej przy pomocy teleskopu Coronado, zwrócić uwagę na szczegóły powierzchni i atmosfery słonecznej: plamy, protuberancje, pochodnie. 6. Porównać wyniki obserwacji z punktów 5 i 6 z aktualnym zdjęciem tarczy słonecznej umieszczonym na stronie internetowej 7. a) Wykorzystując zdjęcie tarczy słonecznej wykonane przy pomocy teleskopu Coronado i kamery SBIG wyznaczyć przybliżone wymiary charakterystycznych szczegółów: protuberancji i średnicę plam słonecznych. W tym celu wyznaczyć w milimetrach ich wielkość na zdjęciu i porównać z wielkością promienia tarczy słonecznej wyznaczonej w milimetrach również przy pomocy tego samego zdjęcia. Wykorzystując odpowiednią proporcję wyrazić rzeczywiste wymiary badanych szczegółów tarczy słonecznej w kilometrach. UWAGA! Promień Słońca przyjąć R= 696 000 km. b) Wyznaczyć liczbę Wolfa R na dany dzień według wzoru: R= 10g+p; gdzie g oznacza ilość grup plam słonecznych a p ilość poszczególnych plam. 8. W sprawozdaniu dokonać krótkiej charakterystyki zaobserwowanego obrazu tarczy słonecznej UWAGA! Przy obserwacji Słońca z wykorzystaniem teleskopów należy zwrócić szczególną uwagę czy założony jest odpowiedni filt w przeciwnym razie grozi nam uszkodzenie lub utrata wzroku! Należy stosować się ściśle do poleceń prowadzącego obserwacje! Nie należy nigdy obserwować Słońca przez przyrządy optyczne pozbawione odpowiednich filtrów! Nie należy również bezpośrednio patrzeć na Słońce! 4
ĆWICZENIE 3 SŁOŃCE - NASZA DZIENNA GWIAZDA. OBSERWACJE TELESKOPOWE - CZĘŚĆ 3 1. Zagadnienia teoretyczne: Struktura fizyczna Słońca, zasada działania teleskopów astronomicznych oraz sekstantu. 2. Wykorzystując atlas astronomiczny oraz odpowiedni kalendarz lub almanach astronomiczny wskazać gwiazdozbiór, w którym w dniu zajęć znajduje się Słońce. 3. Przy pomocy mapki obrotowej nieba wyznaczyć przybliżony moment wschodu i zachodu Słońca w dniu zajęć. 4. Przeprowadzić obserwację tarczy słonecznej przy pomocy metody projekcji okularowej na ekran wykorzystując teleskop szkolny. 5. Przeprowadzić obserwację tarczy słonecznej przy pomocy teleskopu Coronado, zwrócić uwagę na szczegóły powierzchni i atmosfery słonecznej: plamy, protuberancje, pochodnie. 6. Porównać wyniki obserwacji z punktów 4 i 5 z aktualnym zdjęciem tarczy słonecznej umieszczonym na stronie internetowej 7. Wykorzystując sekstant wyznaczyć wysokość środka tarczy słonecznej. W tym celu dokonać pięciu pomiarów, jako wynik pomiaru przyjąć ich średnią arytmetyczną. Zapisać datę oraz moment pomiaru. Porównać z teoretyczną wartością wysokości tarczy słonecznej (podaje prowadzący). Obliczyć błąd bezwzględny i względny. Przedyskutować źródła błędu. UWAGA! Przy obserwacji Słońca z wykorzystaniem teleskopów należy zwrócić szczególną uwagę czy założony jest odpowiedni filtr w przeciwnym razie grozi nam uszkodzenie lub utrata wzroku! Należy stosować się ściśle do poleceń prowadzącego obserwacje! Nie należy nigdy obserwować Słońca przez przyrządy optyczne pozbawione odpowiednich filtrów! Nie należy również bezpośrednio patrzeć na Słońce! 5
ĆWICZENIA WYKONYWANE W LABORATORIUM (W PRZYPADKU ZŁEJ POGODY UNIEMOŻLIWIAJĄCEJ OBSERWACJE SŁOŃCA) 6
ĆWICZENIE 4 WYKORZYSTANIE ATLASÓW I KALENDARZY ASTRONOMICZNYCH ORAZ MAPY OBROTOWEJ NIEBA DO SYMULACJI ZJAWISK ASTRONOMICZNYCH CZĘŚĆ 1. 1. Zagadnienia teoretyczne: układy współrzędnych stosowane w astronomii, astronomiczna rachuba czasu, najjaśniejsze gwiazdozbiory, widoczność obiektów astronomicznych, gwiazdozbiory okołobiegunowe. 2. Opisać przybliżony wygląd nieba w dniu 15 stycznia o godzinie 20 czasu środkowoeuropejskiego (CET) w Rzeszowie ( nie uwzględniać poprawki w długości geograficznej). Wskazać położenie najjaśniejszych gwiazdozbiorów, oddzielnie wskazać gwiazdozbiory wschodzące i zachodzące w tym momencie. 3. Dla wybranych gwiazd (podaje prowadzący) odczytać z mapy ich współrzędne astronomicznerównikowe II. 4. Ustawić mapę kolejno na 0 h, 6 h, 12 h, 18 h w danym dniu zajęć, wskazać położenie gwiazdozbiorów Wielkiej Niedźwiedzicy i Kasjopei. Sformułować wnioski o charakterze i przyczynie zmian wyglądu nieba w ciągu doby. 5. W dniach 21.03, 22.06, 23.09 oraz 22.12 znaleźć momenty wschodu i zachodu, górowania i dołowania gwiazdy Syriusz (gwiazdozbiór Wielkiego Psa) w Rzeszowie. Jakie wnioski można sformułować o zmianie momentów wschodu, kulminacji i zachodu danej gwiazdy na przestrzeni kwartału, połowy roku i roku? 6. Określić w przybliżeniu moment wschodu i zachodu Słońca 10.01 w Rzeszowie. 7. W jakim gwiazdozbiorze znajduje się Księżyc w dniu zajęć? Do odpowiedzi wykorzystać mapkę obrotową nieba (lub atlas nieba) oraz odpowiedni Almanach Astronomiczny. 8. Wykorzystując Almanach Astronomiczny określić jakie planety mogą być widoczne w dniu zajęć? 9. Odczytać z mapki obrotowej jaki jest czas gwiazdowy w dniu 10.01 o godzinie 18 CET w Rzeszowie. 7
ĆWICZENIE 5 WYKORZYSTANIE ATLASÓW I KALENDARZY ASTRONOMICZNYCH ORAZ MAPY OBROTOWEJ NIEBA DO SYMULACJI ZJAWISK ASTRONOMICZNYCH CZĘŚĆ 2. 1. Zagadnienia teoretyczne: układy współrzędnych stosowane w astronomii, astronomiczna rachuba czasu, najjaśniejsze gwiazdozbiory, widoczność obiektów astronomicznych, gwiazdozbiory okołobiegunowe. 2. Opisać przybliżony wygląd nieba w dniu 15 marca o godzinie 20 czasu środkowoeuropejskiego (CET) w Rzeszowie ( nie uwzględniać poprawki w długości geograficznej). Wskazać położenie najjaśniejszych gwiazdozbiorów, oddzielnie wskazać gwiazdozbiory wschodzące i zachodzące w tym momencie. 3. Dla wybranych gwiazd (podaje prowadzący) odczytać z mapy ich współrzędne astronomicznerównikowe II. 4. Ustawić mapę kolejno na 0 h, 6 h, 12 h, 18 h w danym dniu zajęć, wskazać położenie gwiazdozbiorów Małej Niedźwiedzicy, i Oriona. Sformułować wnioski o charakterze i przyczynie zmian wyglądu nieba w ciągu doby. 5. W dniach 21.03, 22.06, 23.09 oraz 22.12 znaleźć momenty wschodu i zachodu, górowania i dołowania gwiazdy Altair (gwiazdozbiór Orła) w Rzeszowie. Jakie wnioski można sformułować o zmianie momentów wschodu, kulminacji i zachodu danej gwiazdy na przestrzeni kwartału, połowy roku i roku? 6. Określić w przybliżeniu moment wschodu i zachodu Słońca 10.03 w Rzeszowie. 7. W jakim gwiazdozbiorze znajduje się Księżyc w dniu zajęć? Do odpowiedzi wykorzystać mapkę obrotową nieba (lub atlas nieba) oraz odpowiedni Almanach Astronomiczny. 8. Wykorzystując Almanach Astronomiczny określić jakie planety mogą być widoczne w dniu zajęć? 9. Odczytać z mapki obrotowej jaki jest czas gwiazdowy w dniu 20.01 o godzinie 20 CET w Krakowie. 8
ĆWICZENIE 6 WYKORZYSTANIE ATLASÓW I KALENDARZY ASTRONOMICZNYCH ORAZ MAPY OBROTOWEJ NIEBA DO SYMULACJI ZJAWISK ASTRONOMICZNYCH CZĘŚĆ 3. 1. Zagadnienia teoretyczne: układy współrzędnych stosowane w astronomii, astronomiczna rachuba czasu, najjaśniejsze gwiazdozbiory, widoczność obiektów astronomicznych, gwiazdozbiory okołobiegunowe. 2. Opisać przybliżony wygląd nieba w dniu 15 maja o godzinie 22 czasu letniego w Rzeszowie ( nie uwzględniać poprawki w długości geograficznej).wskazać położenie najjaśniejszych gwiazdozbiór w, oddzielnie wskazać gwiazdozbiory wschodzące i zachodzące w tym momencie. 3. Dla wybranych gwiazd (podaje prowadzący) odczytać z mapy ich współrzędne astronomicznerównikowe II. 4. Ustawić map kolejno na 0 h, 6 h, 12 h, 18 h w danym dniu zajęć, wskazać położenie gwiazdozbior w Cefeusza i Woźnicy. Sformułować wnioski o charakterze i przyczynie zmian wyglądu nieba w ciągu doby. 5. W dniach 21.03, 22.06, 23.09 oraz 22.12 znaleźć momenty wschodu i zachodu, górowania i dołowania gwiazdy Deneb (gwiazdozbiór Łabędzia) w Rzeszowie. Jakie wnioski można sformułować o zmianie momentów wschodu, kulminacji i zachodu danej gwiazdy na przestrzeni kwartału, połowy roku i roku? 6. Określić w przybliżeniu moment wschodu i zachodu Słońca 10.05 w Rzeszowie. 7. W jakim gwiazdozbiorze znajduje się Księżyc w dniu zajęć? Do odpowiedzi wykorzystać mapkę obrotową nieba (lub atlas nieba) oraz odpowiedni Almanach Astronomiczny. 8. Wykorzystując Almanach Astronomiczny określić jakie planety mogą być widoczne w dniu zajęć? 9. Odczytać z mapki obrotowej jaki jest czas gwiazdowy w dniu 10.02 o godzinie 12 CET w Warszawie. 9
ĆWICZENIE 7 WYKORZYSTANIE ATLASÓW I KALENDARZY ASTRONOMICZNYCH ORAZ MAPY OBROTOWEJ NIEBA DO SYMULACJI ZJAWISK ASTRONOMICZNYCH CZĘŚĆ 4. 1. Zagadnienia teoretyczne: układy współrzędnych stosowane w astronomii, astronomiczna rachuba czasu, najjaśniejsze gwiazdozbiory, widoczność obiektów astronomicznych, gwiazdozbiory okołobiegunowe. 2. Opisać przybliżony wygląd nieba w dniu 15 sierpnia o godzinie 22 czasu letniego CEST w Rzeszowie ( nie uwzględniać poprawki w długości geograficznej).wskazać położenie najjaśniejszych gwiazdozbiorów, oddzielnie wskazać gwiazdozbiory wschodzące i zachodzące w tym momencie. 3. Dla wybranych gwiazd (podaje prowadzący) odczytać z mapy ich współrzędne astronomicznerównikowe II. 4. Ustawić mapę kolejno na 0 h, 6 h, 12 h, 18 h w danym dniu zajęć, wskazać położenie gwiazdozbiorów Żyrafy i Andromedy. Sformułować wnioski o charakterze i przyczynie zmian wyglądu nieba w ciągu doby. 5. W dniach 21.03, 22.06, 23.09 oraz 22.12 znaleźć momenty wschodu i zachodu, górowania i dołowania gwiazdy Aldebaran (gwiazdozbiór Byka) w Rzeszowie. Jakie wnioski można sformułować o zmianie momentów wschodu, kulminacji i zachodu danej gwiazdy na przestrzeni kwartału, połowy roku i roku? 6. Określić w przybliżeniu moment wschodu i zachodu Słońca 10.08 w Rzeszowie. 7. W jakim gwiazdozbiorze znajduje się Księżyc w dniu zajęć? Do odpowiedzi wykorzystać mapkę obrotową nieba (lub atlas nieba) oraz odpowiedni Almanach Astronomiczny. 8. Wykorzystując Almanach Astronomiczny określić jakie planety mogą być widoczne w dniu zajęć? 9. Odczytać z mapki obrotowej jaki jest czas gwiazdowy w dniu 20.11 w o godzinie 8 CET Katowicach. 10
ĆWICZENIE 8 WYKORZYSTANIE ATLASÓW I KALENDARZY ASTRONOMICZNYCH ORAZ MAPY OBROTOWEJ NIEBA DO SYMULACJI ZJAWISK ASTRONOMICZNYCH CZĘŚĆ 3. 1. Zagadnienia teoretyczne: układy współrzędnych stosowane w astronomii, astronomiczna rachuba czasu, najjaśniejsze gwiazdozbiory, widoczność obiektów astronomicznych, gwiazdozbiory okołobiegunowe. 2. Opisać przybliżony wygląd nieba w dniu 15 listopada o godzinie 21 czasu zimowego CSE w Rzeszowie ( nie uwzględniać poprawki w długości geograficznej). Wskazać położenie najjaśniejszych gwiazdozbiorów, oddzielnie wskazać gwiazdozbiory wschodzące i zachodzące w tym momencie. 3. Dla wybranych gwiazd (podaje prowadzący) odczytać z mapy ich współrzędne astronomicznerównikowe II. 4. Ustawić mapę kolejno na 0 h, 6 h, 12 h, 18 h w danym dniu zajęć, wskazać położenie gwiazdozbiorów Herkulesa i Kasjopei. Sformułować wnioski o charakterze i przyczynie zmian wyglądu nieba w ciągu doby. 5. W dniach 21.03, 22.06, 23.09 oraz 22.12 znaleźć momenty wschodu i zachodu, górowania i dołowania gwiazdy Regulus (gwiazdozbiór Lwa) w Rzeszowie. Jakie wnioski można sformułować o zmianie momentów wschodu, kulminacji i zachodu danej gwiazdy na przestrzeni kwartału, połowy roku i roku? 6. Określić w przybliżeniu moment wschodu i zachodu Słońca 10.11 w Rzeszowie. 7. W jakim gwiazdozbiorze znajduje się Księżyc w dniu zajęć? Do odpowiedzi wykorzystać mapkę obrotową nieba (lub atlas nieba) oraz odpowiedni Almanach Astronomiczny. 8. Wykorzystując Almanach Astronomiczny określić jakie planety mogą być widoczne w dniu zajęć? 9. Odczytać z mapki obrotowej jaki jest czas gwiazdowy w dniu 10.01 o godzinie 14 CET we Wrocławiu. 11
UWAGI I. Mapa obrotowa pokazuje zjawiska astronomiczne w czasie środkowoeuropejskim CET (jest to czas zimowy w Polsce). Czas letni w Polsce (CEST) jest o godzinę większy. II. Nastawiając mapę obrotową na dany moment czasu należy uwzględnić czas miejscowy tzn. do czasu CET dodać poprawkę w długości geograficznej; dla Rzeszowa wynosi ona +28 minut. Odwrotnie, aby odczytać na podstawie mapy czas danego zjawiska astronomicznego w czasie CET dla danej miejscowości należy od godziny wskazywanej na mapie odjąć poprawkę w długości geograficznej. Poprawki te dla wybranych miejscowości są podane na odwrocie mapy. III. Czas gwiazdowy jest określony jako kąt godzinny punktu równonocy wiosennej (punktu Barana). Jest on równy rektascensji gwiazd znajdujących się w danym momencie w południku danej miejscowości. Dlatego jego wartość na mapie wskazuje rektascensja koła godzinnego przechodzącego w danym momencie przez południk. IV. Sprawozdanie z zajęć odbytych w Pracowni Dydaktyki Astronomii (PDA). Zajęcia odbyte przez uczniów w pracowni PDA powinny być podsumowane sprawozdaniem, które powinno zawierać: 1. Tytuł ćwiczenia, nazwiska wykonujących je uczniów, nazwę i adres szkoły oraz nazwisko nauczyciela opiekującego się daną grupą. 2. Krótką część teoretyczną - wprowadzającą w zagadnienia wykonywane w trakcie ćwiczenia. 3. Tabele zawierające wyniki odczytów lub pomiarów. 4. Obliczenia szczegółowe, rysunki i wykresy o ile zachodzi taka potrzeba. 5. Wnioski i uwagi podsumowujące przeprowadzone ćwiczenie. Uczniowie przebywający na terenie PDA oraz Obserwatorium Astronomicznego (OA) zobowiązani są bezwzględnie do przestrzegania przepisów BHP obowiązujących w pracowni PDA oraz uwag do ćwiczeń 1,2 i 3. Uczniowie zostają z nimi zapoznani na początku odbywanych zajęć. Oprócz tego umieszczone one są w widocznych miejscach pracowni. 12
Fot.NASA Dziękując za uwagę zapraszam na zajęcia oraz życzę miłego pobytu w PDA oraz OA. Fot.NASA & ESA 13