Можно ли рассматривать годовое движение солнца по эклиптике как доказательство обращения земли

Видимое годовое движение солнца на небесной сфере

Истинное движение Земли — Видимое годовое движение Солнца на небесной сфере — Небесный экватор и плоскость эклиптики — Экваториальные координаты Солнца в течение года

Истинное движение Земли

Чтобы понять принцип видимого движения Солнца и других светил на небесной сфере, рассмотрим сперва истинное движение Земли. Земля является одной из планет солнечной системы. Она непрерывно вращается вокруг своей оси.

Период вращения ее равен одним суткам, поэтому наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что все небесные светила обращаются вокруг Земли с востока на запад с тем же периодом.

Наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты

Но Земля не только вращается вокруг своей оси, но и обращается также вокруг Солнца по эллиптической орбите. Полный оборот вокруг Солнца она совершает за один год. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33′. Положение оси в пространстве при движении Земли вокруг Солнца все время остается почти неизменным. Поэтому Северное и Южное полушария попеременно бывают обращены в сторону Солнца, в результате чего на Земле происходит смена времен года.

При наблюдении неба можно заметить, что звезды на протяжении многих лет неизменно сохраняют свое взаимное расположение.

Звезды “неподвижны” лишь потому, что находятся очень далеко от нас. Расстояние до них так велико, что с любой точки земной орбиты они видны одинаково.

А вот тела же солнечной системы — Солнце, Луна и планеты, которые находятся сравнительно недалеко от Земли, и смену их положений мы можем легко заметить. Таким образом, Солнце наравне со всеми светилами участвует в суточном движении и одновременно имеет собственное видимое движение (оно называется годовым движением), обусловленное движением Земли вокруг Солнца.

Представьте себе картину — Луна взяла и исчезла с орбиты Земли. Чем нам может грозить такой поворот событий? Подробнее об этом

Видимое годовое движение Солнца на небесной сфере

Наиболее просто годовое движение Солнца можно объяснить по рисунку приведенному ниже. Из этого рисунка видно, что в зависимости от положения Земли на орбите наблюдатель с Земли будет видеть Солнце на фоне разных созвездий. Ему будет казаться, что оно все время перемещается по небесной сфере. Это движение является отражением обращения Земли вокруг Солнца. За год Солнце сделает полный оборот.

Что представляет собой эклиптика

Большой круг на небесной сфере, по которому происходит видимое годовое движение Солнца, называется эклиптикой. Эклиптика — слово греческое и в переводе означает затмение. Этот круг назвали так потому, что затмения Солнца и Луны происходят только тогда, когда оба светила находятся на этом круге.

Следует отметить, что плоскость эклиптики совпадает с плоскостью орбиты Земли.

Видимое годовое движение Солнца по эклиптике происходит в том же направлении, в котором Земля движется по орбите вокруг Солнца, т. е. оно перемещается к востоку. В течение года Солнце последовательно проходит по эклиптике 12 созвездий, которые образуют пояс Зодиака и называются зодиакальными.

Пояс Зодиака образуют следующие созвездия: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог и Водолей. Вследствие того, что плоскость земного экватора наклонена к плоскости орбиты Земли на 23°27 ‘ , плоскость небесного экватора также наклонена к плоскости эклиптики на угол е=23°27′.

Наклон эклиптики к экватору не сохраняется постоянным (вследствие воздействия на Землю сил притяжения Солнца и Луны), поэтому в 1896 г. при утверждении астрономических постоянных решено было наклон эклиптики к экватору считать усредненно равным 23°27’8″,26.

Небесный экватор и плоскость эклиптики

Эклиптика пересекается с небесным экватором в двух точках, которые называются точками весеннего и осеннего равноденствий. Точку весеннего равноденствия принято обозначать знаком созвездия Овен Т, а точку осеннего равноденствия — знаком созвездия Весов —. Солнце в этих точках соответственно бывает 21 марта и 23 сентября. В эти дни на Земле день равен ночи, Солнце точно восходит в точке востока и заходит в точке запада.

Точки весеннего и осеннего равноденствия – места пересечения экватора и плоскости эклиптики

Точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствий на 90°, называются точками солнцестояний. Точка Е на эклиптике, в которой Солнце занимает самое высокое положение относительно небесного экватора, называется точкой летнего солнцестояния, а точка Е’, в которой оно занимает самое низкое положение, называется точкой зимнего солнцестояния.

В точке летнего солнцестояния Солнце бывает 22 июня, а в точке зимнего солнцестояния — 22 декабря. В течение нескольких дней, близких к датам солнцестояний, полуденная высота Солнца остается почти неизменной, в связи с чем эти точки и получили такое название. Когда Солнце находится в точке летнего солнцестояния день в Северном полушарии самый длинный, а ночь самая короткая, а когда оно находится в точке зимнего солнцестояния — наоборот.

В день летнего солнцестояния точки восхода и захода Солнца максимально удалены к северу от точек востока и запада на горизонте, а в день зимнего солнцестояния они имеют наибольшее удаление к югу.

Движение Солнца по эклиптике приводит к непрерывному изменению его экваториальных координат, ежедневному изменению полуденной высоты и перемещению по горизонту точек восхода и захода.

Известно, что склонение Солнца отсчитывается от плоскости небесного экватора, а прямое восхождение — от точки весеннего равноденствия. Поэтому когда Солнце находится в точке весеннего равноденствия, его склонение и прямое восхождение равны нулю. В течение года склонение Солнца в настоящий период изменяется от +23°26′ до —23°26′, переходя два раза в год через нуль, а прямое восхождение от 0 до 360°.

Солнце имеет форму шара или сплюснуто у полюсов? Давайте разберемся! Подробнее об этом

Экваториальные координаты Солнца в течение года

Экваториальные координаты Солнца в течение года изменяются неравномерно. Происходит это вследствие неравномерности движения Солнца по эклиптике и движения Солнца по эклиптике и наклона эклиптики к экватору. Половину своего видимого годового пути Солнце проходит за 186 суток с 21 марта по 23 сентября, а вторую половину за 179 суток с 23 сентября по 21 марта.

Неравномерность движения Солнца по эклиптике связана с тем, что Земля на протяжении всего периода обращения вокруг Солнца движется по орбите не с одинаковой скоростью. Солнце находится в одном из фокусов эллиптической орбиты Земли.

движение Земли по орбите

Из второго закона Кеплера известно, что линия, соединяющая Солнце и планету, за равные промежутки времени описывает равные площади. Согласно этому закону Земля, находясь ближе всего к Солнцу, т. е. в перигелии, движется быстрее, а находясь дальше всего от Солнца, т. е. в афелии — медленнее.

Ближе к Солнцу Земля бывает зимой, а летом — дальше. Поэтому в зимние дни она движется по орбите быстрее, чем в летние. Вследствие этого суточное изменение прямого восхождения Солнца в день зимнего солнцестояния равно 1°07′, тогда как в день летнего солнцестояния оно равно только 1°02′.

Различие скоростей движения Земли в каждой точке орбиты вызывает неравномерность изменения не только прямого восхождения, но и склонения Солнца. Однако за счет наклона эклиптики к экватору его изменение имеет другой характер. Наиболее быстро склонение Солнца изменяется вблизи точек равноденствия, а у точек солнцестояния оно почти не изменяется.

Знание характера изменения экваториальных координат Солнца позволяет производить приближенный расчет прямого восхождения и склонения Солнца.

Для выполнения такого расчета берут ближайшую дату с известными экваториальными координатами Солнца. Затем учитывают, что прямое восхождение Солнца за сутки изменяется в среднем на 1°, а склонение Солнца в течение месяца до и после прохождения точек равноденствия изменяется на 0,4° в сутки; в течение месяца перед солнцестояниями и после них — на 0,1° в сутки, а в течение промежуточных месяцев между указанными — на 0,3°.

Источник

План-конспект урока по теме «Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика»
план-конспект урока по астрономии (11 класс) на тему

В работе представлен план-конспект урока по теме «Годичное движение солнца по небу. Эклиптика»

Скачать:

Вложение	Размер
urokno56_godichnoe_dvizhenie_solntsa_po_nebu._ekliptika.docx	679.51 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Городского округа Саранск

Конспект урока по астрономии

Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика.

учитель физики и астрономии

Ахметова Нязиля Джафяровна

Цели урока: объяснить принцип определения положения светил на небе по их координатам; дать понятие о видимом годичном движении Солнца по эклиптике.

Личностные: проявлять готовность к принятию истории, культуры и традиций различных народов.

Метапредметные: формулировать выводы о причинах различной продолжительности дня и ночи в зависимости от широты местности; проводить анализ вида звездного неба с использованием подвиж-ной карты, исходя из времени года.

Предметные: воспроизводить определения терминов и понятия «эклиптика», объяснять наблюдаемое движение Солнца в течение года; характеризовать особенности суточного движения Солнца на полюсах, экваторе и в средних широтах Земли, называть причины изменения продолжительности дня и ночи на различных широтах в течение года.

Введение понятий «дни равноденствия» и «дни солнцестояния», анализ астрономического смысла дней равноденствия и солнцестояния. Введение понятия «эклиптика». Исследование движения Солнца в течение года на фоне созвездий с использованием подвижной карты. Обсуждение продолжительности дня и ночи в зависимости от широты местности в течение года.

Методические акценты урока. В начале урока целесообразно предложить учащимся задачу на определение высоты светила в верхней кульминации для определенной широты местности.

Народные праздники, дошедшие до наших дней, соответствуют главным датам годового солнечного цикла — равноденствия, солнцестояния. Далее возникает вопрос: почему Солнце не отмечено на звездных картах? Учащихся подводят к выводу о том, что движение Солнца характеризуется суточным движением и годичным движением. Анализируется графическое представление различных суточных параллелей для различных широт наблюдения и различных периодов года. Вследствие суточного вращения Земли наблюдается изменение положения светила относительно горизонта в течение суток. Вследствие годичного движения Земли вокруг Солнца для наблюдателя на Земле наше ближайшее светило перемещается в течение года на фоне звезд. Вводится понятие эклиптики, ее положение относительно других линий и точек на небесной сфере, анализируется положение эклиптики относительно ее проекции на поверхность небесной сферы. Для осознания астрономического смысла дней равноденствия и солнцестояния целесообразно предложить учащимся в группах следующие задания.

1. Используя подвижную карту звездного неба, определите координаты Солнца 23 октября и 21 марта. Поясните, почему данные дни названы днями весеннего и осеннего равноденствия.

2. Используя подвижную карту звездного неба, определите координаты Солнца 22 июня и 22 декабря. Поясните, почему данные дни названы днями летнего и зимнего солнцестояния.

3. Поясните, как меняется продолжительность Дня и ночи от 21 марта к 22 июня, от 22 июня к 23 сентября, от 23 сентября к 22 декабря и от 22 декабря к 21 марта.

Наглядные пособия: демонстрационная подвижная карта звездного неба; учебный звездный атлас; модель небесной сферы; географическая карта полушарий Земли; географический глобус.

I. Опрос учащихся [8-10 минут]

а) У доски опрос учеников по следующим вопросам:

1. Связь между горизонтальной и экваториальной системой координат (у доски готовятся заранее).
2. Движение светила в течение суток и кульминации.
б) Фронтальная беседа по вопросам:

Что такое экваториальная система координат?

Что такое прямое восхождение?

Что такое склонение?

Что такое полярное расстояние?

Что такое горизонтальная система координат?

Что такое высота светила?

Что такое азимут?

Что такое зенитное расстояние?

Устный разбор задач

1. В какой стороне неба находится светило, имеющее горизонтальные координаты: h=28°, А=180°. Каково его зенитное расстояние?

2. Назовите три созвездия, видимые сегодня в течение суток.

3. В какой стороне неба находится звезда, если ее координаты горизонтальные: h=34 0 , А=90 0 . Каково ее зенитное расстояние?

4. Назовите три яркие звезды, видимые у нас в течение суток.

5. В какой стороне неба находится звезда, если ее координаты горизонтальные: h=53 0 , А=270 о . Каково ее зенитное расстояние?

6. Сегодня звезда в верхней кульминации в 21 ч 34 м . Когда ее следующее нижняя, верхняя кульминация?

(через 12 и 24 часа, точнее через 11 ч 58 м и 23 ч 56 м )

в ) Работа по карточкам (4ученика выполняют мини-тесты)

II. Изучение новой темы

План изложения нового материала:

1. Экваториальные координаты (склонение и прямое восхождение) и их аналогия с географическими координатами.

2. Видимое движение Солнца, Луны и планет на фоне звезд. Эклиптика.

Народные праздники, дошедшие до наших дней, соответствуют главным датам годового солнечного цикла — равноденствия, солнцестояния.

Далее возникает вопрос: почему Солнце не отмечено на звездных картах? В ходе ответа на данный вопрос, учащихся подвожу к выводу о том, что движение Солнца характеризуется суточным движением и годичным движением. Анализируется графическое представление различных суточных параллелей для различных широт наблюдения и различных периодов года. Вследствие суточного вращения Земли наблюдается изменение положения светила относительно горизонта в течение суток. Вследствие годичного движения Земли вокруг Солнца для наблюдателя на Земле наше ближайшее светило перемещается в течение года на фоне звезд.

Положение точки на Земле однозначно определяется географическими координатами (φ, λ)

φ — географическая широта

λ- географическая долгота

Эти координаты ввел еще Эратосфен (276-194, Древняя Греция) в 130 г до НЭ, ссылаясь на небесные координаты, введенные Евдоксом Книдским (408-355г, Древняя Греция).

Положение светила на небе (небесной среде) также однозначно определяются — в экваториальной системе координат, где за точку отсчета взят небесный экватор .

Точки Е -востока, W -запада – точки пересечения небесного экватора с точками горизонта. (Напоминаются точки N и S).
Все суточные параллели небесных светил расположены параллельно небесному экватору (их плоскость перпендикулярна оси мира).

Круг склонения — большой круг небесной сферы проходящей через полюса мира и наблюдаемое светило (точки Р, М, Р’).

Экваториальные координаты:
δ (дельта) – склонение светила – угловое расстояние светила от плоскости небесного экватора (аналогична φ ).
α (альфа) – прямое восхождение — угловое расстояние от точки весеннего равноденствия ( γ ) вдоль небесного экватора в сторону противоположную суточному вращению небесной сферы (по ходу вращения Земли), до круга склонения (аналогична λ , измеряемой от гринвичского меридиана). Измеряется в градусах от 0 о до 360 о , но обычно в часовой мере.

Годичное движение Солнца .

Есть светила [Луна, Солнце, Планеты] экваториальные координаты которых меняются быстро. Вводится понятие эклиптики.

Эклиптика — видимый годовой путь центра солнечного диска по небесной сфере.

Наклонена к плоскости небесного экватора в настоящее время под углом 23 о 26′ .

Видимое движение Солнца по эклиптике — отражение действительного движения Земли вокруг Солнца (доказано лишь в 1728г Дж. Брадлеем открытием годичной аберрации).

Небесные явления, возникающие вследствие данных космических явлений

Вращение Земли вокруг оси

Физические явления:
1) отклонение падающих тел к востоку;
2) существование сил Кориолиса.
Отображения истинного вращения Земли вокруг своей оси:
1) суточное вращение небесной сферы вокруг оси мира с востока на запад;
2) восход и заход светил;
3) кульминация светил;
4) смена дня и ночи;
5) суточная аберрация светил;
6) суточный параллакс светил

Вращение Земли вокруг Солнца

Отображения истинного вращения Земли вокруг Солнца:
1) годичное изменение вида звездного неба (кажущееся движение небесных светил с запада на восток);
2) годичное движение Солнца по эклиптике с запада на восток;
3) изменение полуденной высоты Солнца над горизонтом в течение года; а) изменение продолжительности светового времени суток в течение года; б) полярный день и полярная ночь на высоких широтах планеты;
5) смена времен года;
6) годичная аберрация светил;
7) годичный параллакс светил

Созвездия, через которые проходит эклиптика называются зодиакальными .

Число зодиакальных созвездий (12) равно числу месяцев в году, и каждый месяц обозначается знаком созвездия, в котором Солнце в этот месяц находится. 13-е созвездие Змееносца исключается, хотя через него и проходит Солнце. «Red Shift 5.1» (путь Солнца).

Данную таблицу заполняем совместно с ребятами в ходе решения задач работая с подвижной картой звездного неба.

— точка весеннего равноденствия . 21 марта (день равняется ночи ). Координаты Солнца: α  =0 ч , δ  =0 о

Обозначения сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии ОВНА → сейчас находится в созвездии РЫБ, В 2602г перейдет в созвездие ВОДОЛЕЯ.

— день летнего солнцестояния . 22 июня (самый длинный день и самая короткая ночь). Координаты Солнца: α  =6 ч ,  =+23 о 26′

Обозначение сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии Близнецов, затем была в созвездии Рака, а с 1988г перешла в созвездие Тельца.

— день осеннего равноденствия . 23 сентября (день равен ночи).

Координаты Солнца: α  =12 ч , δ  =0 о

Обозначение созвездия Весы сохранилось как обозначение символа правосудия при императоре Августе (63г до НЭ — 14г НЭ), сейчас в созвездии Девы, а в 2442г перейдет в созвездие Льва.

— день зимнего солнцестояния. 22 декабря (самый короткий день и самая длинная ночь).
Координаты Солнца: α  =18 ч , δ  =-23 о 26′

В период Гиппарха точка находилась в созвездии Козерога, сейчас в созвездии Стрельца, а в 2272г перейдет в созвездие Змееносца.

Хотя положение звезд на небе однозначно определяется парой экваториальных координат, но вид звездного неба в месте наблюдения в один и тот же час не остается неизменным. Наблюдая в полночь кульминацию светил (Солнце в это время находится в нижней кульминации с прямым восхождением на отличающимся от кульминации светила) можно заметить, что в разные даты в полночь вблизи небесного меридиана проходят, сменяя друг друга, разные созвездия. [Эти наблюдения в свое время привели к выводу об изменении прямого восхождения Солнца.] Выберем любую звезду и зафиксируем ее положение на небе. На том же самом месте звезда появится через сутки, точнее через 23часа 56минут. Сутки, измеренные относительно далеких звезд, называются звездными (если быть совсем точными, звездные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия). Куда же деваются еще 4 минуты? Дело в том, что вследствие движения Земли вокруг Солнца оно смещается для земного наблюдателя на фоне звезд на 1° за сутки. Чтобы «догнать» его, Земле и нужны эти 4 минуты. (рисунок слева) Каждую последующую ночь звезды немного сдвигаются к западу, восходя на 4 минуты раньше. За год сдвинется на 24 ч , то есть вид звездного неба повториться. Вся небесная сфера за год сделает один оборот — результат отражения обращения Земли вокруг Солнца.

Итак, Земля делает один оборот вокруг своей оси за 23 часа 56 минут. 24 часа – средние солнечные сутки – время оборота Земли относительно центра Солнца.

III. Закрепление материала (10 мин)

1. Работа по ПКЗН (по ходу изложения нового материала)

а) нахождение небесного экватора, эклиптики, экваториальных координат, точек равноденствия и солнцестояния.
б)определение координат например звезд: Капелла (α Возничего), Денеб (α Лебедя) (Капелла — α=5 ч 17 м , δ=46 о ; Денеб — α=20 ч 41 м , δ=45 о 17′)

в) нахождение звезд по координатам: (α=14,2 ч , δ=20 о ) — Арктур

г) найти, где находится Солнце сегодня, в каких созвездиях осенью. (сейчас четвертая неделя сентября — в Деве, начало сентября — во Льве, в ноябре пройдет Весы и Скорпион)

а) Звезда кульминирует в 14 ч 15 м . Когда ее следующая нижняя, верхняя кульминация? (через 11 ч 58 м и 23 ч 56 м , то есть в 2 ч 13 м и 14 ч 11 м ).

б) ИСЗ пролетел по небу из начальной точки с координатами (α=18 ч 15 м , δ=36 о ) в точку с координатами (α=22 ч 45 м , δ=36 о ). Через какие созвездия пролетел ИСЗ.

а) Какова необходимость введения экваториальных координат?

б) Чем замечательны дни равноденствия, солнцестояния?

в) Под каким углом плоскость экватора Земли наклонена к плоскости эклиптики?

г) Можно ли рассматривать годовое движение Солнца по эклиптике как доказательство обращения Земли вокруг Солнца?

2. Решение задачи

Задача. С помощью подвижной карты звёздного неба определите экваториальные координаты Солнца на 18 октября. Найдите время его восхода и захода на эту дату.