Название работы
| Вид материала | Реферат |
СодержаниеFg/cd=(do-dg)/do; fg=(do-dg)*cd/do |
- 1. Формат а-4 Печать через 1,5 интервала 14 кеглем; 65 знаков в строчке, 30 строк, 22.06kb.
- Темы, план работы. Каждый раздел плана выделяется в тексте самостоятельной рубрикой,, 60.3kb.
- Отправка по почте, 45.42kb.
- Д. Л. Трофимова Данные об авторе: Место работы: Российская государственная библиотека, 94.56kb.
- Образовательная программа: Управление человеческими ресурсами (название образовательной, 66.83kb.
- Название работы, 564.65kb.
- Уважаемые коллеги!, 34.83kb.
- Валиулина София, 8 лет, пос. Чунский, Россия. Название работы «Мой любимый герой»., 12.36kb.
- Название работы, 25.33kb.
- Методические указания по дисциплине «психология педагогического общения» для самостоятельной, 270.52kb.
Название работы:
«Наблюдение и исследование лунного затмения 4-ого мая 2004 года»
Автор работы: Шилов Александр Евгеньевич
Научный руководитель: Тучин Олег Александрович
Содержание
- Введение……………………………………………………..2
- Лунные затмения…………………………………………… 2
- Наблюдение и фотосъёмка лунного затмения……………. 4
- Определение размеров земной тени………………………. 8
- Компьютерная обработка наблюдений…………………….11
- Выводы ………..……………………………………………. 11
- Список использованной литературы……………………… 13
Введение
Лунное затмение явление довольно частое: оно происходит в среднем дважды в год, с интервалом примерно в шесть месяцев. Но полное затмение, то есть, когда Луна полностью проходит через земную тень, бывает так же редко, как и полное солнечное затмение. Так что выпал хороший шанс не только пронаблюдать его, но и провести фотосъёмку. В своём распоряжении мы имели фотоаппарат “Зенит” с объективом 1000 миллиметров (системы Максутова), таймер, трубчатый фотометр. При этом своей целью я ставил заснять на плёнку весь ход затмения, определить уровень освещенности поверхности Луны в разные фазы затмения (Первый контакт, второй контакт и т. д.), записать все свои наблюдения, произвести зарисовку различных фаз затмения и оценить цвет затмившейся Луны по шкале Данжона.
Полученные данные я проанализировал, систематизировал и сделал выводы. Все результаты представлены в моей работе.
Лунные затмения
Лунные затмения, как и солнечные известны человечеству с глубокой древности. Как и все другие необъяснимые в то время природные явления, лунные затмения вселяли в души людей суеверный страх. Они считались дурным предзнаменованием: зловещий красный цвет Луны вызывал у людей мысли о войне, смерти, голоде.
Но с развитием науки и эта тайна была раскрыта. Учёные выяснили, что Лунные затмения, в отличие от солнечных, которые бывают в новолуние, происходят во время полнолуния, когда Луна проходит от Земли в стороне, противоположной Солнцу. При этом Луна попадает в тень, которую отбрасывает Земля. Из схемы видно, что кроме собственно тени образуется ещё и зона полутени, куда частично попадают солнечные лучи. Но момент, когда Луна входит в полутень невооружённым глазом заметить невозможно, поэтому мы можем наблюдать только теневую фазу затмения.
Луна двигается вокруг Земли против часовой стрелки (если смотреть с северного полюса Мира), то есть с запада на восток. Поэтому первым попадает в тень левый край лунного диска.Во время лунного затмения различают четыре основные фазы: 1. Первый контакт (левый край попадает в тень).
2. Второй контакт (Луна полностью погружается в тень)
3. Третий контакт (левый край выходит из тени).
4. Четвёртый контакт (Луна полностью выходит из Земной тени).
Но во время полного затмения Луна не исчезает полностью, как Солнце, а бывает слабо видной. Происходит это потому, что часть солнечных лучей проходит сквозь земную атмосферу, преломляется в ней и входит внутрь земной тени, попадая на Луну. Как известно, земная атмосфера рассеивает лучи синего цвета, поэтому до Луны доходят преимущественно красные лучи, и она приобретает медно-красный или бурый оттенок.
Для определения яркости лунного затмения пользуются шкалой, предложенной А. Данжоном (в баллах):
0 – затмение очень тёмное, в середине затмения Луны почти не видно.
1 – окраска лунной поверхности тёмно-серая, детали поверхности (кратеры, моря) различаются с трудом.
2 – затмение тёмно-красное или рыжеватое, в середине затмения центр Луны более тёмный.
3 – цвет кирпично-красный, Луна окружена серовато-жёлтой каймой.
4 – затмение медно-красное, очень яркое, видны основные детали поверхности Луны, кайма светло-голубоватая.
В году бывает до трёх лунных затмений. Они повторяются через тот же промежуток времени, что и солнечные: 18 лет 11 дней и 8 часов. Этот период называется саросом, что означает повторение.
Наблюдение и фотосъёмка лунного затмения
Как уже было сказано в начале, кроме наблюдений, я ещё и проводил фотосъёмку.
Для этого я использовал фотоаппарат “Зенит” с объективом 1000 мм системы Максутова (представлена на схеме), трубчатый фотометр, для измерения уровня освещённости поверхности Луны в разные фазы затмения. Для точного определения времени, когда надо начинать съёмку мы пользовались таймером, который подавал звуковой сигнал по истечении времени. С начала и до конца затмения я сделал 38 кадров.
График проведения фотосъёмки.
| № кадра | Время | Выдержка | |
| Расчётное | Личное | ||
| 1 | 23ч.48м.12с. | 23ч.46м.15с. | 1/250 сек. |
| 2 | 23ч.54м.02с. | 23ч.52м.00с. | |
| 3 | 23ч.59м.51с. | 23ч.57м.10с. | |
| 4 | 00ч.05м.41с. | 00ч.03м.40с. | |
| 5 | 00ч.11м.30с. | 00ч.09м.30с. | |
| 6 | 00ч.17м.20с. | 00ч.15м.30с. | 1/125 сек. |
| 7 | 00ч.23м.10с. | 00ч.20м.15с. | 1/60 сек. |
| 8 | 00ч.28м.59с. | 00ч.26м.10с. | 1/30 сек. |
| 9 | 00ч.34м.49с. | 00ч.32м.00с. | |
| 10 | 00ч.40м.38с. | 00ч.38м.56с. | 1/2 сек. |
| 11 | 00ч.46м.28с. | 00ч.44м.45с. | |
| 12 | 00ч.52м.18с. | 00ч.50м.35с. | 1 сек. |
| 13 | 00ч.58м.07с. | 00ч.56м.25с. | 2 сек. |
| 14 | 01ч.03м.57с. | 01ч.02м.20с. | |
| 15 | 01ч.09м.46с. | 01ч.08м.10с. | 3 сек. |
| 16 | 01ч.15м.36с. | 01ч.14м.05с. | |
| 17 | 01ч.21м.26с. | 01ч.19м.55с. | |
| 18 | 01ч.27м.15с. | 01ч.25м.05с. | |
| 19 | 01ч.33м.05с. | 01ч.31м.40с. | 4 сек. |
| 20 | 01ч.38м.54с. | 01ч.37м.20с. | |
| 21 | 01ч.44м.44с. | 01ч.43м.21с. | |
| 22 | 01ч.50м.34с. | 01ч.49м.15с. | 3 сек. |
| 23 | 01ч.56м.23с. | 01ч.55м.20с. | |
| 24 | 02ч.02м.13с. | 02ч.01м.00с. | |
| 25 | 02ч.08м.02с. | 02ч.07м.20с. | 2 сек. |
| 26 | 02ч.13м.52с. | 02ч.12м.47с. | |
| 27 | 02ч.19м.42с. | 02ч.18м.45с. | |
| 28 | 02ч.25м.31с. | 02ч.24м.20с. | 1 сек. |
| 29 | 02ч.31м.21с. | 02ч.30м.30с. | |
| 30 | 02ч.37м.10с. | 02ч.36м.10с. | 1/2 сек. |
| 31 | 02ч.43м.00с. | 02ч.42м.00с. | |
| 32 | 02ч.48м.50с. | 02ч.47м.20с. | 1/4 сек. |
| 33 | 02ч.54м.39с. | 02ч.53м.10с. | 1/30 сек. |
| 34 | 03ч.00м.29с. | 02ч.59м.16с. | 1/60 сек. |
| 35 | 03ч.06м.18с. | 03ч.05м.05с. | 1/125 сек. |
| 36 | 03ч.12м.08с. | 03ч.11м.45с. | |
| 37 | 03ч.17м.57с. | 03ч.17м.02с. | 1/250 сек. |
| 38 | 03ч.23м.46с. | 03ч.23м.03с. | |
Измерения уровня освещённости мы проводили с помощью трубчатого фотометра. Съёмка велась по тому же графику, что и основная.
Наблюдения проводились в черте города. Небо при этом было чистое, видны яркие звёзды до 4m, ветер слабый, температура около нуля градусов по Цельсию. Эфемеридные значения мы брали из книги “Небо начала века”. По ним получилась такая схема данного затмения. Углы, которые показаны на схеме, называются позиционными. С их помощью можно определить положение Луны в разные фазы затмения. Все 38 кадров мы сделали через равные промежутки времени (примерно пять минут), поэтому все наблюдения и зарисовки мы делали между ними. В таблице я приведу не все наблюдения, а только те, которые делались через каждые четыре, пять кадров, c учётом количества кадров на плёнки. Их я представляю в виде таблицы:| Время | Наблюдения и записи | Вид Луны |
| 23ч.46м.15с. | Произошло едва заметное потемнение левого нижнего края Луны. Появился слабый ущерб, который постепенно увеличивается. Становится заметным различие между левым и правым краем диска. |  |
| 00ч.09м.30с. | Очертания левого края начинают проявляться, но не слишком отчётливо Луна погрузилась в земную тень примерно на треть. Уровень освещенности Луны и неба продолжает падать. |  |
| 00ч.26м.10с. | Тень покрыла Луну на 2/3 части. Граница земной тени представляет расплывчатую линию. Поверхность затемнённой части хорошо различима. Центр диска немного темнее периферии. |  |
| 00ч.44м.45с. | Земная тень покрыла почти весь диск Луны. Центральное затемнение становится более заметным. Освещенность неба вокруг Луны резко упала и оно практически не отличается от неба в противоположной стороне. |  |
| 01ч.08м.10с. | Луна имеет грязновато-красную окраску. Левый верхний край намного темнее, чем правый. Луна полностью погрузилась в тень. Из-за тёмной окраски она кажется меньше, чем в полнолуние. |  |
| 01ч.43м.21с. | Луна ещё не вышла из тени, но из-за неравномерной окраски кажется, что северная часть темнее южной. Левая сторона постепенно становится светлее, следовательно, тень смещается на восток. |  |
| 02ч.07м.20с. | Только что произошёл третий контакт (Луна вышла из тени). Правая часть становится все темнее и темнее в отличие от левой, яркость, которой повышается. С начала затмения Луна заметно сместилась на запад. |  |
| 02ч.30м.30с. | Луна на четверть вышла из земной тени. Повторяется тот же эффект что и в начале: более яркая часть кажется больше неосвещённой. В связи с повышением яркости Луны слабые звезды постепенно исчезают. |  |
| 02ч.53м.10с. | Более половины лунной поверхности вышло из тени. Затмение подходит к концу. Яркость продолжает увеличиваться. На освещённой части видны кратеры и моря. Звёзд вокруг Луны не видно. |  |
| 03ч.11м.45с. | Неосвещённой осталась лишь малая часть поверхности, что означает приближение четвертого контакта. Луна и небо вокруг неё стали такими же, как и до начала затмения. Луна ещё больше сместилась к западу. |  |
Таким образом, мной был зафиксирован весь ход лунного затмения.
Определение размеров земной тени.
По известным данным угловой радиус Луны в день затмения составлял
β = 16,5΄ . Отсюда расстояние до Луны найдем по формуле:
a = R/tg β , где R радиус Луны.
а = 361900 км.
Способ №1: по данным наблюдений.
Для начала надо определить то расстояние в минутах дуги, которое левый край Луны прошел за время от первого контакта до четвёртого контакта. Это время t составляет по моим данным 3ч. 26м. 30с. или в минутах 206,5 м.
Зная расстояние до Луны можно из всемирного закона тяготения найти скорость, с которой Луна движется по орбите:
V = (G*M/a)1/2 , где М - масса Земли
V = 63 км/мин
Теперь определим угол α на который сместилась Луна относительно Земли:
α = (180*L)/(a*π) = (180*V*t)/(a*π)
α = 123,5◦
За этот же промежуток времени t Земля повернулась на некоторый угол x. Земная тень при этом сместилась на такой же угол (см. рис.), в связи, с чем Луна дополнительно прошла x минут. Следовательно, истинное расстояние, которое прошла Луна через тень составляет:D = α -x минут дуги;
α известно, а x находим пропорции:T - 360◦ откуда x = t*360/T = 8,5΄
t - x◦,
где Т сидерический период Земли. Следовательно D = 104,9΄ .
Но так как Луна не прошла через центр земной тени
следовательно, D не является её истинным диаметром. Для его определения воспользуемся упрощенной схемой, которая приводилась ранее.
OF = OG = R (радиус тени);
AF = GB = r (радиус Луны);
N1AF = 49◦
NBG = 95◦
AB = D
Так как АО = ОВ то треугольник АОВ равнобедренный. Проведём высоту ОС к основанию АВ. Отсюда АС = СВ, АОС = СОВ.
Так как треугольник АОС прямоугольный то:
sinAOC = AC/AO, т.е. sin(AOB/2) = D/2(R + r). Откуда радиус тени равен:
R=(D/2sin(AOB/2)) - r
Найдём угол АОВ, он равен сумме N1AF и NBG. АОВ=144◦
R=44′
Способ №2: теоретический.
Этот способ является чисто геометрическим, основанным на том, что свет распространяется прямолинейно. Задача состоит в том, чтобы найти FG выраженное в угловых минутах. Это можно сделать основываясь свойствах подобных треугольников.
Сначала найдём DO, т.е. на каком расстоянии от Земли заканчивается тень. Так как ∆АВО подобен ∆DСО, то (АD+DO)/DO= BA/CD следовательно
Отношение BA/CD=109 и AD+DO=109DO; DO=AD/108; AD=150000000 км и DO=1,39*106 км
Из подобия треугольников CDO и FGO найдём FG в км
FG/CD=(DO-DG)/DO; FG=(DO-DG)*CD/DO
DG=361 900 км
CD=6400 км
FG=(1,39*106-384000)*6400/1,39*106=4632 км
Теперь определим, под каким углом с Земли виден FG.
FG′=arctgFG/DG=arctg(4632/384000)=44,8′
Компьютерная обработка результатов наблюдений
Для обработки результатов наблюдений мною была написана программа в среде Pascal, которая, используя некоторые исходные данные, рассчитывает позиционные углы и фазу затмения для любого момента времени. По результатам расчетов строится график, показывающий изменение исследуемой величины с течением времени. Данную программу можно использовать как для обработки лунных затмений, так и для солнечных. Исходными данными необходимыми для работы программы являются: отношение радиусов Луны и земной тени (Луны и Солнца для солнечного затмения) и значения позиционных углов моментов первого и последнего контактов. Также данная программа выводит на экран графическое представление (схему) движения лунного диска относительно центра земной тени. Все происходит в режиме реального времени.
Выводы
Я пронаблюдал лунное затмение. Это затмение было полным, то есть Луна полностью погрузилась в земную тень. Во время затмения Луна была полной и находилась в созвездии Весов. Все затмение, начиная с первого контакта и до четвертого, прошло за 3 часа 26 минут 30. секунд. За это время я отметил все основные фазы:
| Фаза лунного затмения | Время | |
| Эфемеридное | Личное | |
| Первый контакт | 23ч.48м.00с. | 23ч.46м.15с. |
| Второй контакт | 00ч.52м.00с. | 00ч.53м.02с. |
| Наибольшая фаза | 01ч.30м.09с. | 01ч.28м.55с. |
| Третий контакт | 02ч.08м.19с. | 02ч.07м.20с. |
| Четвёртый контакт | 03ч.12м.07с. | 03ч.12м.45с. |
Также я провел оценку яркости затмении по шкале А. Данжона во время второго и третьего контакта, и наибольшей фазы:
| Момент | Оценка в баллах |
| Второй контакт | ≈ 3 |
| Наибольшая фаза | = 3 |
| Третий контакт | ≈ 3 |
По результатам моих наблюдений, а также используя известные значения позиционных углов, я примерно оценил размеры земной тени.
| Истинное значение | Значения полученные мной | |
| Способ №1 (по наблюдениям) | Способ №2 (теоретически) | |
| 45,9′ | 44′ | 44,8′ |
Список использованной литературы.
1. Серия книг. “Я познаю мир”, часть “Космос” 1997 год, издание “АСТ”.
2. О. С. Угольников. “Небо начала века. 2001-2012 года”. Астрономический справочник, издание А. Д. Сельянов. Москва 2000 год.
3. Б. А. Воронцов-Вельяминов. “Астрономия 11 класс”, издание “Просвещение”. Москва 1989 год.
4. О. Струве, Б. Линдс, Э. Пилланс. “Элементарная астрономия”, издание “Наука” 1967 год.