К уроку астрономии. Измерение времени

5. Измерение времени.

Определение географической долготы.

Узловые вопросы: 1) различия между понятиями звездного, солнечного, местного, поясного, сезонного и всемирного времени; 2) принципы определения времени по данным астрономических наблюдений; 3) астрономические способы определения географической долготы местности.

Ученики должны уметь: 1) решать задачи на расчет времени и дат летосчисления и перевод времени из одной системы счета в другую; 2) определять географические координаты места и времени наблюдения.

Вначале урока проводится самостоятельная работа 20 мин.

1. Используя подвижную карту, определите 2 – 3 созвездия видимые на широте 53^о в Северном полушарии.

2. Определить азимут и высоту звезды на момент урока:

1 Вариант. a Б. Медведицы, a Льва.

2 Вариант. b Ориона, a Орла.

3. Используя карту звездного неба, найдите звезды по их координатам.

Основной материал.

Сформировать понятия о сутках и других единицах измерения времени. Возникновение любой· них (сутки, неделя, месяц, год) связано с астрономией и основано на продолжительности космических явлении (вращения Земли вокруг своей оси, обращения Луны вокруг Земли и обращения Земли вокруг Солнца).

Ввести понятие звездного времени.

Обратить внимание на следующие; моменты:

– продолжительность суток и года зависит от того, в какой системе отсчета рассматривается движение Земли (связана ли она с неподвижными звездами, Солнцем т. д.). Выбор системы отсчета отражается в названии единицы счета времени.

– продолжительность единиц счета времени связан с условиями видимости (кульминациями) небесных светил.

– введение атомного стандарта времени в науке было обусловлено неравномерностью вращения Земли, обнаруженной при повышении точности часов.

Введение поясного времени обусловлено необходимостью согласования хозяйственных мероприятий на территории, определяемой границами часовых поясов.

Пояснить причины изменения продолжительности солнечных суток на протяжении года. Для этого следует сопоставить моменты двух последовательные кульминаций Солнца и какой-либо звезды. Мысленно выбираем звезду, которая в первый раз кульминирует одновременно с Солнцем. В следующий раз кульминация звезды и Солнца одновременно не произойдет. Солнце будет кульминировать примерно на 4 мин позже, т. к. на фоне звезд оно переместится примерно на 1^// вследствие движения Земли вокруг Солнца. Однако это перемещение не является равномерным вследствие неравномерности движения Земли вокруг Солнца (об этом учащимся станет известно после изучения законов Кеплера). Существуют и другие причины, по которым промежуток времени между двумя последовательными кульминациями Солнца непостоянен. Возникает необходимость использования среднего значения солнечного времени.

Привести более точные данные: средние солнечные сутки на 3 мин 56 с короче звездных суток, а 24 ч 00 мин 00 с звездного времени равны 23 ч 56 мин 4 с среднего солнечного времени.

Всемирное время определяется как местное среднее солнечное время на нулевом (гринвичском) меридиане.

Вся поверхность Земли условно разделена на 24 участка (часовых пояса), ограниченных меридианами. Нулевой часовой пояс расположен симметрично относительно нулевого меридиана. Часовые пояса нумеруются от 0 до 23 с запада на восток. Реальные границы часовых поясов совпадают с административными границами районов, областей или государств. Центральные меридианы часовых поясов отстоят друг от друга на 15^о (1 ч), поэтому при переходе из одного часового пояса в другой время изменяется на целое число часов, а число минут и секунд не изменяется. Новые календарные сутки (а также и новый календарный год) начинаются на линии перемены даты, проходящей в основном по меридиану 180^о в. д. вблизи северо-восточной границы Российской Федерации. Западнее линии перемены даты число месяца всегда на единицу больше, чем к востоку от нее. При пересечении этой линии с запада на восток календарное число уменьшается на единицу, а при пересечении с востока на запад календарное число увеличивается на единицу. Это исключает ошибку в счете времени при перемещениях людей, путешествующих из Восточного в Западное полушарие Земли и обратно.

Календарь. Ограничиться рассмотрением краткой истории календаря как части культуры. Необходимо выделить три основных тина календарей (лунный, солнечный и лунно-солнечный), рассказать, что положено в их основу, и более детально остановиться на юлианском солнечном календаре старого стиля и григорианском солнечном календаре нового стиля. Порекомендовав соответствующую литературу, предложите ученикам подготовить к следующему уроку краткие сообщения о разных календарях или организовать специальную конференцию на данную тему.

После изложения материала об измерении времени нужно перейти к обобщениям, связанным с определением географической долготы, и тем самым подытожить вопросы об определении географических координат с помощью астрономических наблюдений.

Современное общество не может обходиться без знания точного времени и координат пунктов на земной поверхности, без точных географических и топографических карт, необходимых для мореплавания, авиации и многих других практических вопросов жизнедеятельности.

Вследствие вращения Земли разность между моментами наступления полудня или кульминацией звезд с известными экваториальными координатами в двух пунктах земной поверхности равна разности значений географической долготы этих пунктов, что дает возможность определения долготы конкретного пункта из астрономических наблюдений Солнца и других светил и, наоборот, местного времени в любо·пункте с известной долготой.

Чтобы вычислить географическую долготу местности, необходимо определить момент кульминации какого-либо светила с известными экваториальными координатами. Затем с помощью специальных таблиц (или калькулятора) время наблюдений переводится из среднего солнечного в звездное. Узнав по справочнику время кульминации этого светила на гринвичском меридиане, мы сможем определить долготу местности. Единственную сложность здесь представляет точный перевод единиц времени из одной системы в другую.

Моменты кульминации светил определяют с помощью пассажного инструмента – телескопа, укрепленного особым образом. Зрительная труба такого телескопа может быть повернута только вокруг горизонтальной оси, а ось закреплена в направлении запад-восток. Таким образом, инструмент поворачивается от точки юга через зенит и полюс мира к точке севера, т. е. он отслеживает небесный меридиан. Вертикальная нить в поле зрения трубы телескопа служит отметкой меридиана. В момент прохождения звезды через небесный меридиан (в верхней кульминации) звездное время равно се прямому восхождению. Впервые пассажный инструмент был изготовлен датчанином О. Ремером в 1690 г. За более чем триста лет принцип инструмента не изменился.

Отметить тот факт, что необходимость в точном определении моментов и промежутков времени стимулировала развитие астрономии и физики. Вплоть до середины XX в. астрономические способы измерения, хранения времени и эталоны времени лежали в основе деятельности мировой Службы времени. Точность хода часов контролировалась и корректировалась астрономическими наблюдениями. В настоящее время развитие физики привело к созданию более точных способов определения и эталонов времени. Современные атомные часы дают ошибку в 1 с за 10 млн. лет. С помощью этих часов и других приборов были уточнены многие характеристики видимого и истинного движения космических тел, открыты новые космические явления, в том числе изменения в скорости вращения Земли вокруг своей оси приблизительно на 0,01 с в течение года.

При закреплении изученного материала с учащимися можно решить следующие задачи.

Задача 1.

Определить географическую долготу места наблюдения, если:

а) в местный полдень путешественник отметил 14^ч13^м по гринвичскому времени.

С учетом того, что 1^ч = 15^о и 1^м = 15^/, имеем.

б) по сигналам точного времени 8^ч00^м00^с геолог зарегистрировал 10^ч13^м42^с местного времени.

С учетом того, что

1^ч = 15^о, 1^м = 15^/ и 1 с = 15^//, имеем.

в) штурман лайнера в 17^ч52^м37^с местного времени принял сигнал гринвичского времени 12^ч00^м00^с.

С учетом того, что

1^ч = 15^о, 1^м = 15^/ и 1 с = 15^//, имеем.

г) путешественник в местный полдень отметил 17^ч35^м.

С учетом того, что 1^ч = 15^о и 1^м = 15^/, имеем.

Задача 2.

Путешественники заметили, что по местному времени затмение луны началось в 15^ч15^м, тогда как по астрономическому календарю оно должно было состояться в 3^ч51^м по гринвичскому времени. Какова долгота их места нахождения.

Задача 3.

25 мая в Москве (2 часовой пояс) часы показывают 10^ч45^м. Какое среднее, поясное и летнее время в этот момент в Новосибирске (6 часовой пояс, l₂ = 5^ч31^м).

Зная московское летнее время, найдем всемирное время T_o:

.

В этот момент в Новосибирске:

– среднее время.

– поясное время.

– летнее время.

Сообщения для учащихся:

1. Арабский лунный календарь.

2. Турецкий лунный календарь.

3. Персидский солнечный календарь.

4. Коптский солнечный календарь.

5. Проекты идеальных вечных календарей.

6. Счет и хранение времени.