Astronomie 1 pro učitele zeměpisu (geografie) a fyziky

Transkript

1 Další vzdělávání pro pracovníky škol v Plzeňském kraji CZ.1.07/1.3.47/ Astronomie 1 pro učitele zeměpisu (geografie) a fyziky Ondřej Trnka

2 Téma: Souhvězdí a jejich viditelnost Význam souhvězdí Snímky 3-6 Hvězdná obloha sloužila již odpradávna jako otevřená kniha, do níž lidská představivost vpisovala příběhy a ve které ožívali dávní bohové a hrdinové. Tak také vznikala první souhvězdí. Každá kultura si vytvořila svoji nebeskou mytologii a podle toho také rozřadila hvězdy do různých souhvězdí. Hvězdné konstelace však měly i praktické významy. Podle hvězd bylo možné již tehdy určit světové strany. Hvězdná obloha měla zásadní význam při měření a určování času i kalendáře. Zemědělství starých kultur bylo odkázáno na určování ročních období podle stavu noční oblohy. Velký význam při tom mělo sledování tzv. heliaktických východů jasných hvězd. Jedná se o situace, kdy je poprvé vidět daná hvězda na ranní obloze během svítání. Souhvězdí jsou dělena do tzv. rodin souhvězdí podle jejich vzniku, nebo mytologických souvislostí. Nalezneme tak ucelené skupiny souhvězdí, které spolu souvisí, ne kterých se promítají osudy stejných hrdinů, nebo naopak skupiny moderních souhvězdí, která vznikla až v době novověku a na rozdíl od starých bájí odkazují na přírodovědné a zámořské objevy. Během času se však názvosloví oblohy vyvíjelo živelně, nejen různé kultury, ale i jednotliví astronomové si oblohu popisovali různými souhvězdími podle svého. Ve hvězdných mapách z toho důvodu vznikaly obrovské zmatky. Současné uspořádání souhvězdí pochází z roku 1930, kdy Mezinárodní astronomická unie (IAU International Astronomical Union) rozdělila plochu celé oblohy na 88 (úseků je ve skutečnosti 89, protože jedno souhvězdí (Had) je rozděleno na dvě samostatné části Hlava Hada Ocas Hada) přesně vymezených úseků a pojmenovala je podle souhvězdí zde ležících. Každé místo na obloze tedy patří do právě jednoho souhvězdí. Viditelnost souhvězdí Snímky 7-10 Viditelnost souhvězdí se mění vlivem pohybů Země, ze které vesmír sledujeme. Situaci lze přirovnat k pohledu ze složitějšího kolotoče. Hlavní pohyb hvězdné oblohy je způsoben rotací naší Země. Jedna celá otočka Země trvá 1 hvězdný den (23h 56m 32s) a za tuto dobu všechny hvězdy na obloze (kromě Slunce) opíšou celé kružnice. Hvězdných dnů je v roce o 1 více, než slunečních (občanských) dnů. Země se vlivem svého pohybu okolo Slunce za 1 den posune o 1/365 své dráhy a vlivem toho se Slunce mezi hvězdami posune přibližně o 1 stupeň východním směrem. Protože náš život je řízen podle Slunce, protáčí se pozvolna hvězdná obloha během roku vůči Slunci. Budeme-li tedy pozorovat oblohu během jedné noci, zjistíme, že hvězdy se pozvolna pohybují od východu k západu. Pokud budeme pozorovat oblohu během roku vždy ve stejnou hodinu, zaznamenáme také pozvolné protáčení všech hvězd od východu k západu. Souhvězdí - rozdělení Snímky V naší zeměpisné šířce dělíme oblohu na 6 částí. Na souhvězdí nikdy nezapadající, cirkumpolární), jde o hvězdy, které jsou viditelné po celý rok, kdykoli během jasné noci. Dále na souhvězdí jednotlivých ročních dob, to podle toho, že tato souhvězdí jsou vždy viditelná nejlépe na obloze, když v daném ročním období nastává soumrak. Poslední skupinou jsou souhvězdí nikdy nevycházející. Tato cirkumpolární souhvězdí jsou blízko jižního nebeského pólu, a proto u nás nikdy nevystupují nad obzor. Nemohou být proto vidět. Na zemských pólech by byla situace jednodušší, neboť tam by byla jen souhvězdí nezapadající a nevycházející. Naopak na rovníku by byly jen skupiny souhvězdí podle jednotlivých ročních období. Oba póly oblohy jsou totiž z rovníku viditelné těsně na obzoru.

3 Otočná mapka oblohy je jednoduchá a užitečná nastavitelná pomůcka astronoma i nadšence. Nikdy nezapadající souhvězdí Též cirkumpolární, či obtočnová, jsou souhvězdí, která se nachází v blízkosti severního nebeského pólu. Tato souhvězdí se nemohou dostat pod obzor. Pouze jsou v různém čase různě pootočena. Z našich zeměpisných šířek do této skupiny patří následující souhvězdí (viz soupis). Nejznámější z nich jsou Velká medvědice a Malý medvěd. Výrazné je ještě souhvězdí Kasiopeji a dále Drak a Cefeus. Jarní souhvězdí Jsou nejlépe viditelné na večerní obloze zjara. Daná část oblohy však není příliš bohatá na jasné hvězdy a tak zde mnoho výrazných souhvězdí nenajdeme. Výjimku tvoří souhvězdí Panny, Lva a Pastýře. V souhvězdích Panny, Lva a Vlasů Bereniky se nachází blízká kupa galaxií, jejíchž mnoho zástupců lze vidět na temné obloze již ve středě velkém dalekohledu. Letní souhvězdí Jsou nejlépe vidět na večerní obloze v létě. Touto částí oblohy prochází pás Mléčné dráhy a proto je bohatá na hvězdy a na další kosmické objekty. Z výrazných souhvězdí jmenujme Lyru, Labuť a Orla - jejich nejjasnější hvězdy (Vega, Deneb a Altair) tvoří tzv. letní trojúhelník, který slouží k orientaci v této části oblohy. Další významná souhvězdí jsou Střelec a Štír, v nichž se nachází centrum Galaxie, a proto jsou bohatá na rozličné hvězdokupy a mlhoviny. Již malý triedr jich pozorovateli odhalí desítky. Podzimní souhvězdí Jsou nejlépe pozorovatelná na večerní obloze během podzimu. Tato část je zase chudší na hvězdy i další objekty. Jsou zde jen dvě výrazná souhvězdí - Pegas a Andromeda. V té však lze prostým okem spatřit nejvzdálenější objekt viditelný bez dalekohledu - Galaxii M31 (Velkou galaxii v Andromedě), vesmírnou sousedku naší Galaxie. Je od nás vzdálena 2,5 milionu světelných let. Zimní souhvězdí Jsou nejlépe pozorovatelná večer během zimy. I v této části oblohy se rozprostírá Mléčná dráha, ale kvůli směru pohledu ven z Galaxie není tak bohatá na některé objekty jako letní obloha. O jasná souhvězdí zde není nouze: Orion, Býk, Velký pes, Blíženci, Vozka, Perseus Najdete zde nejjasnější hvězdu noční oblohy - Sírius ve Velkém psu, velmi jasnou Velkou mlhovinu v Orionu - hvězdnou porodnici viditelnou i bez dalekohledu, a také blízké a krásné otevřené hvězdokupy Plejády a Hyády v Býku. Souhvězdí nikdy nevycházející Poměrně velká část hvězdné oblohy se u nás nikdy nedostane nad obzor. Pokud bychom chtěli tamější souhvězdí spatřit, museli bychom cestovat blíže k rovníku. Teprve na něm, bychom mohli v průběhu roku spatřit i celou jižní oblohu. Nejlepší podmínky pro pozorování těchto souhvězdí se však samozřejmě nachází až na jižní polokouli.

4 Téma: Astronomické souřadnice, mapa hvězdné oblohy základní dělení souřadnic Snímky Souřadnicové systémy různých typů mají využití v astronomii. Kartézský systém, který dobře známe i z běžného života a z ostatních oborů fyziky ve škole. Často se využívá při výpočtech poloh těles, které se následně převádí do jiných soustav. Polární souřadnice se využívají spíše pro jejich názornost u systémů, které mají převážně tvar disku (Sluneční soustava, eliptická galaxie ) a lze tedy jejich výškovou souřadnici zanedbat. Sférické souřadnice nejlépe vyhovují lidským smyslům a zkušenosti. Lidské stereografické vidění končí ve vzdálenosti jen několika desítek metrů a dále již lze odhadovat rozměry objektů jen podle zkušenosti. (Mnohé výpovědi očitých svědků různých jevů na nebi hovoří o tom, že objekt byl velký tolik a tolik metrů a letěl tolik a tolik stovek metrů nad zemí Taková tvrzení nelze brát vážně, protože od určité vzdálenosti lidský zrak dokáže určit jen úhlové rozměry, ale ne absolutní velikosti.) Právě proto sférické souřadnice nejlépe odpovídají tomu, co lidský smysl považuje za "nebeskou sféru". Pokud je možné přístroji změřit i vzdálenost objektu, lze převádět polohu tělesa v prostoru mezi sférickými a kartézskými souřadnicemi. V dalším povídání se budeme zabývat již jen Sférickými souřadnicemi. Sférické souřadnice se definují podle hlavních rovin, či kružnic, navzájem kolmých, hlavních směrů, které na hlavních kružnicích určují počáteční body stupnic a podle orientace a rozsahu stupnic na hlavních kružnicích. Sférické souřadné systémy se dělí podle vztažného bodu, tedy bodu, ve kterém se protínají hlavní roviny a dále podle základní orientace hlavních rovin k důležitým směrům, či objektům. V praxi tak mohou být použity různé kombinace zmíněných počátků a orientací. Nepoužívají se však všechny možné kombinace. Určení úhlů je ve sférických souřadnicích základní nutnou dovedností. Orientačně lze řadu úhlů změřit pomocí částí vlastního těla (hlavně ruky), ale je nutné znát určitá pravidla: Každý má ruku jinak velikou a paži jinak dlouhou, proto jsou zobrazené hodnoty jen orientační, průměrné. Je nutné vždy natáhnout paži a dívat se podél ní stejným způsobem, jinak se změní vzdálenost ruky od oka a výsledky měření budou vždy rozdílné. Přesnější je samozřejmě použití úhloměrných přístrojů, například sextantu, který je primárně určen k námořní navigaci a proto je uzpůsoben k přesnému měření nebeských objektů (hvězd, Měsíce a Slunce) nad obzorem. Kvadrant je starší úhloměrný přístroj, který se používal k měření výšky Slunce nad obzorem na pevném pozemním stanovišti. Jednotlivé typy souřadnic podle orientace základních rovin Obzorníkové (horizontální) souřadnice Snímky Nazývají se též horizontální, známe je dobře i běžného života (geodézie, turistika ). Jsou vždy vztaženy ke konkrétnímu pozorovacímu stanovišti a vycházejí z vlastností krajiny, ve které se stanoviště nachází. Základními rovinami jsou obzorníková rovina, která vytváří ideální horizont, a zenitová kružnice, jež prochází jižním bodem obzoru, zenitem (nadhlavník - bod přesně nad hlavou pozorovatele), severním bodem obzoru a nadirem (podnožník - bod přesně pod nohama pozorovatele).

5 Souřadnice jsou azimut a výška nad obzorem. Astronomický azimut se liší od geografického (který se běžně používá v turistice a tedy i v GPS přístrojích) tím, že začíná v jižním bodě a ne v severním. Obzorníkové souřadnice jsou nejzákladnější možné souřadnice pozorovatele, pro přepočet na souřadnice hvězdné oblohy je však nutné znát zeměpisné souřadnice a čas. Rovníkové (ekvatoriální) souřadnice Snímky Jejich hlavní rovina je vztažena k nebeskému rovníku (souhlasí se zemským rovníkem, jen není na povrchu Země, ale v nekonečné vzdálenosti obepíná celou oblohu). Počátek těchto souřadnic je obvykle buď ve středu Země (geocentrické), nebo lze přepočítat na konkrétní pozorovací stanoviště na povrchu Země (topocentrické). Používají se rovníkové souřadnice dvou druhů. Souřadnice I. druhu mají jako druhou rovinu místní poledník (meridián), tedy shodnou kružnici, jako souřadnice obzorníkové. Souřadnicemi jsou hodinový úhel, který se pro hvězdy s časem mění a určuje úhlovou vzdálenost jarního bodu (počátek souřadnic nebeské sféry) od místního poledníku. Druhou souřadnicí je deklinace, která určuje úhlovou vzdálenost těles od nebeského rovníku (podobné zeměpisné šířce místa u geografických souřadnic). Rovníkové souřadnice II. druhu jsou vztaženy k nebeské sféře, a proto v tyto souřadnice najdete ve všech hvězdných mapách. Deklinace je u nich stejná jako u rovníkových I. druhu. Místo hodinového úhlu se zde však používá Rektascenze. Ta značí úhlovou vzdálenost roviny procházející oběma nebeskými póly a konkrétního objektu od roviny procházející nebeskými póly a jarním bodem. Představíme-li si hvězdnou oblohu jako globus, pak se rektascenze podobá zeměpisné délce a deklinace se podobá zeměpisné šířce. Rovníkové souřadnice II. druhu jsou nejzákladnější pro polohu všech objektů na nebeské sféře. Pokud známe zeměpisnou polohu pozorovacího stanoviště a čas pozorování, můžeme přepočítat polohu do azimutálních souřadnic. Ekliptikální souřadnice Snímky Mají význam při zjišťování vzájemných poloh těles Sluneční soustavy. Rovina ekliptiky prochází středem Země a je souhlasná s rovinou oběhu Země okolo Slunce. Ekliptika je proto myšlená kružnice na nebeské sféře, po které se pohybuje Slunce během roku. Ekliptika má sklon vůči světovému rovníku přibližně 23,5. obě roviny se kříží ve dvou (uzlových) bodech: Jarní bod - v něm se nachází Slunce při jarní rovnodennosti (je to výstupní uzel, protože deklinace Slunce při tom stoupá, takže Slunce na obloze stoupá z jižní polokoule oblohy na severní) Podzimní bod - také nazývaný sestupný uzel, protože při podzimní rovnodennosti Slunce sestupuje ze severní polokoule oblohy na jižní Sluneční soustava má tvar přibližně disku, proto hlavní souřadnice ekliptikálních souřadnic bývá ekliptikální délka. Většina velkých těles Sluneční soustavy nestoupá do velkých ekliptikálních šířek (obvykle do +/- 10 ). V prvním přiblížení pak stačí určovat pouze ekliptikální délku planety či jiného tělesa od jarního bodu. Velký význam má ještě jeden způsob určení polohy v ekliptikálních souřadnicích. Ne vůči jarnímu bodu, ale vůči Slunci. Pak se hovoří o tzv. elongaci, tedy úhlové vzdálenosti tělesa od Slunce. Z ní lze odvodit případnou viditelnost planety na obloze, její fázi atd. Elongaci lze vypočítat přibližně tak, že se od ekliptikální délky tělesa odečte ekliptikální délka Slunce. Planety a další tělesa mohou zaujímat vůči Slunci a Zemi různé významné polohy: opozice - planeta je v protilehlém bodu ekliptiky než Slunce - je viditelná celou noc konjunkce - planeta je na stejném bodě ekliptiky jako Slunce (u vnitřních planet může nastat konjunkce horní - planeta je za Sluncem a konjunkce dolní - planeta je před Sluncem) a proto není na noční obloze vůbec

6 kvadratura - úhel mezi Sluncem a planetou na obloze je právě 90 maximální elongace - pro vnitřní planety - největší úhlová vzdálenost, které může daní planeta od Slunce dosáhnout Galaktické souřadnice Snímky Pro určování polohy objektů v rámci naší Galaxie se používají galaktické souřadnice. Jejich hlavní rovinou je rovina disku Galaxie. Střed souřadnicového systému je ve středu Slunce a hlavní směr míří na centrum Galaxie. Vzhledem k diskovému tvaru Galaxie má i v tomto systému význam hlavně souřadnice galaktické délky. Mapy hvězdné oblohy Snímky Jedná se o kartografická díla obdobně jako u map Země, či dalších těles. První dochované mapy oblohy a tabulky poloh hvězd pochází již z prvních civilizací. Z hlediska provedení mohou být mapy buď ploché - desky a mapové archy, nebo kulové - hvězdné glóby. Jako každá jiná mapa, i mapa hvězdné oblohy má své měřítko (neudává se v poměru jako u mapy Země, ale zobrazuje, jak velkou úsečku představuje základní jednotka např. 1 ), druh projekce, který se liší obvykle podle velikosti zobrazené plchy oblohy a určení mapy (např. gnómonická projekce zachovává po celé ploše mapy oblouky hlavních kružnic jako přímky - vhodné pro zakreslování meteorů). Součástí mapy je také legenda, která nejen že popisuje symboly zobrazených objektů, ale definuje také jejich jasnost podle velikosti použitého symbolu. Další vlastnosti objektů se rozlišují například rozličnými barvami symbolů. Hvězdné mapy také obsahují údaj o orientaci obou os mapy. Rozlišují se například mapy pro převracející a nepřevracející dalekohledy. Poslední důležitý údaj je ekvinokcium, neboli letopočet, pro který jsou polohy těles v mapě zakresleny. Kvůli vlastním pohybům a kvůli pozvolnému posunu směru zemské rotační osy se totiž poloha hvězd na obloze pozvolna mění a mapy tím pádem stárnou. V amatérské praxi se lze setkat s mapami obnovovanými po 25 letech. Pro velmi přesná pozorování je však potřeba polohy vždy přepočítat na aktuální ekvinokcium. Podle typu média lze mapy oblohy rozdělit na mapy tištěné, tedy pevně dané a neměnné a dále na elektronické mapy v počítači, dynamické, generované podle aktuálních nastavení a potřeb uživatele. Podle typu určení nalezneme například přehledové mapy celé oblohy, hvězdné atlasy, které obsahují mnoho mapových listů, pokrývajících celou oblohu, nebo významný úsek oblohy. Dále vyhledávací mapky, určené pro nalezení konkrétního cíle, či cílů. Tyto mapky mají většinou více úrovní a na několika samostatných mapkách postupují od širokého záběru až po detailní pole s hledaným objektem a jeho okolím. Zakreslovací mapky jsou určeny pro vkreslování a vpisování pozorovaných objektů. Typickým příkladem jsou například gnómonické mapy pro zákres meteorů. Obdobně mohou vypadat slepé mapy, jež většinou neobsahují žádné doprovodné údaje, ani linie. Často se využívají při výuce, nácviku orientace na obloze atd.

7 Téma: Tvar Sluneční soustavy Snímek 74 grafické znázornění rozdílu mezi geocentrickým a heliocentrickým modelem vesmíru. V geocentrickém modelu jsou u každého tělesa pomocné kružnice deferenty, které pomáhaly vysvětlit nerovnoměrný pohyb těles po obloze. U heliocentrického modelu jsou použity eliptické dráhy, které poskytují přesnější a jednodušší vysvětlení. Snímek 75 Historické kresby heliocentrického modelu. S použitím kruhových drah byl nejprve méně přesný, než geocentrický model. Vpravo kresba od Galilea Galilei, včetně tehdy nově objevených satelitů Jupiteru, které sami připomínají zmenšený heliocentrický systém. Snímek 76 Ekliptika je dráha na obloze, po které se pohybuje Slunce. Vůči světovému rovníku má sklon 23,5. Více viz Astronomické souřadnice a mapa hvězdné oblohy. Snímek 77 Zvěrokruh i zodiak je oblast oblohy pás, jehož středovou osou je právě ekliptika a který zasahuje přibližně 10 nad a pod ekliptiku. V této části oblohy se pohybují planety, Měsíc a Slunce. Zvěrokruh je dále členěn 12 znameními zvěrokruhu, každé z nich zaujímá na ekliptice 30. Význam těchto znamení je pouze historický a společenský, protože z nich vychází různé astrologické předpovědi apod. Ekliptika protíná v dnešní době 13 souhvězdí a jejich poloha se znatelně liší od poloh znamení, jež byly určeny před více než roky. Snímek 78 Nejvýznamnější pohyby, jež vykonává naše Země. Snímek 79 Rotace Země je jeden z nejzákladnějších pohybů. Z velké části se z něj odvozuje délka dne. Rotace se pozvolna zpomaluje. Lidskými smysly není toto zpomalování ani zdaleka zachytitelné, ale přesná měření jej dokáží odhalit a výzkumy v paleontologii ukázaly, že před miliony let byl den o několik hodin kratší. Rotace se také mírně mění podle ročních dob a posunů hmot na Zemi změna rotačního momentu hybnosti. Snímek 80 Rotace Země se projevuje na první pohled hlavně otáčením hvězdné oblohy. Lze ji však ověřit i pomocí dalších důkazů. R 1851 Foucalt potvrdil vliv Coriolisovy síly na kyvadle, které mění svoji rovinu kyvu vůči podlaze, protože si drží svou rovinu kyvu vůči hvězdám, zatímco místnost i podlahou se otáčí. Snímek 81 Oběh Země okolo Slunce je druhým základním pohybem. Země se pohybuje po eliptické dráze, určené základními parametry. Teprve Keplerovy zákony, které popisují základy nebeské mechaniky, umožnily počítat dráhy těles ve vesmíru s dostatečnou přesností. Z oběhu vychází perioda jednoho roku.

8 Snímek 82 Projevy oběhu jsou hlavně sezónní změny ročních dob na Zemi. Protože Slunce se během roku pohybuje po ekliptice, dostává se někdy nad nebeský rovník a někdy pod něj. Podle toho osvětluje více severní, či jižní polokouli. Eliptická dráha také znamená, že Země se někdy dostává ke Slunci blíže a někdy od něj dále. V přísluní se Země nachází okolo 4. ledna. Druhým efektem eliptické dráhy je proměnná oběžná rychlost Země. V přísluní se pohybuje vyšší rychlostí, než v odsluní. Z toho důvodu se Slunce po obloze nepohybuje zcela rovnoměrně, ale část roku se předchází před svojí střední polohou a druhou část roku se naopak zpožďuje. Snímek 83 Analema je křivka, kterou bychom obdrželi, kdybychom každý den v roce přesně ve stejný čas fotografovali polohu Slunce na obloze. V poledne by byla analema přibližně svislá a nad jihem. Ráno položená a nad východem, zatímco večer položená na druhou stranu a nad západem. Snímek 84 Precese je dalším z pohybů Země. Je výrazně pomalejší, než předchozí dva a proto si jej lidé u Země běžně nevšimnou, ale znají ho dobře z dětství. Precesi známe od setrvačníků a tak ať se jedná o roztáčení káči, nebo malých ozubených koleček ze starého budíku, projev je vždy stejný. Jestliže na setrvačník působí síly v různých směrech, začne osa setrvačníku opisovat přibližně plochu dvojkužele. Precesi rotační osy Země způsobují hlavně vlivy Slunce a Měsíce. Země není dokonale kulatá, ale na pólech zploštělá a roviny drah Měsíce okolo Země a Země okolo Slunce nejsou rovnoběžné. Proto se v různých polohách snaží obě tělesa zemskou osu pootočit. Rychlost tohoto protáčení je 50,4 /rok, takže celý dvojkužel osa opíše asi za let. Tomuto období se říká Platónský rok. Během něj se mění jak poloha jarního bodu na obloze, tak i poloha nebeských pólů. Snímek 85 Efektem Precese je také rozdílná délka ročních období, podle toho, jak budou roční období v tu danou část Platonského roku vztažena k přísluní a odsluní zemské dráhy. Snímek 86 Nutace je méně významným pohybem, způsobující krátkodobé kývání zemské rotační osy (zvětšování a zmenšování sklonu ekliptiky vůči nebeskému rovníku). Některé složky nutace jsou snadno předpověditelné, jiné obtížněji. Snímek 87 Precesní vlivy ovlivňují dlouhodobé klima na Zemi. Byly objeveny srbským matematikem Milankovičičem a dávají do souvislosti změny parametrů oběžné dráhy Země, sklonu rotační osy a výskyt dob ledových každých přibližně let. Snímek 88 Nezávislé důkazy o takové hypotéze se daří v posledních letech nacházet v různých hlubinných vrtech. Například rozborem ledového jádra z vrtu k jezeru Vostok v Antarktidě. Snímek 89 Znamení zvěrokruhu se od svého vzniku v podstatě nezměnila. Vlivem precese se však všechna posunula vůči hvězdám, se kterými měla původně souviset. Snímek 90 V dnešní době protíná ekliptiku 13 souhvězdí. Na rozdíl od znamení zaujímá každé z nich jinak velký úsek ekliptiky.

9 Snímek 91 Pokud vás tedy zajímá, v jakém souhvězdí se nacházelo Slunce v den vašeho narození, zjistíte, že je poměrně malá šance, aby se shodovalo i se znamením. Tento rozpor se bude dalších nejméně let stále zhoršovat.

10 Téma: Stellarium - seminář v počítačové učebně 1) před hodinou: ujistit, se, že na všech počítačích je nainstalován program Stellarium (poslední verze, nebo verze vyšší než 9, ale pro všechny počítače stejná) zajistit, aby byl pro všechny účastníky program snadno přístupný (spuštěný funkční profil na PC, ikona programu přímo na ploše ) 2) zahájení hodiny (3-5 minut) přivítání účastníků krátký úvod o cíl semináře - předvést volně šiřitelný program astronomického počítačového planetária a ukázat s jeho pomocí podstatné informace, které zazněly během předchozích přednášek o dotázat se účastníků zda jsou obeznámeni s provozem v učebně, případně pomoci se spuštěním programu připomenout, že případné dotazy je vhodné pokládat rovnou, aby se vše vysvětlilo 3) úvod do programu Stellarium (10-15 minut) zapnout program zmínit hlavní cíl programu (kombinace dostatečně přesného systému, aby byly jeho výsledky v rozumném souladu se stavem oblohy, a grafického enginu, schopného napodobit skutečný vzhled denní i noční oblohy a objektů na ní) seznámit s prvky na obrazovce ukázat základní ovládání programu o natáčení pohledu, přibližování a oddalování o nastavení rychlosti a směru plynutí času o zapnutí a vypnutí různých grafických prvků (souhvězdí, souřadnice, horizont ) o změna souřadnic pozorovatele zmínit další možnosti o změna vzhledu horizontu o změna zobrazené kultury oblohy (jiné názvy a tvary souhvězdí) o skripty o doplňky o ovládání dalekohledu 4) ukázky schopností programu Stellarium (20 minut) ukázka 1 - Obloha názorně o ukázat jednotlivé vrstvy doplňkové grafiky a připomínat situace, kdy se o nich hovořilo na přednáškách spojnice souhvězdí názvy souhvězdí hranice souhvězdí obrázky souhvězdí azimutální síť souřadnic rovníková síť souřadnic následně změnit zeměpisnou šířku, aby byl vidět efekt změny pozorovacího stanoviště na Zemi rozpohybovat čas, aby bylo patrné, jak se oba souřadnicové systémy vůči sobě pohybují ekliptiku a nebeský rovník rozpohybovat čas rychle, aby bylo vidět, že tělesa Sluneční soustavy se opravdu pohybují podél ekliptiky

11 ukázka 2 - Prohlídka Sluneční soustavy o ukázat vybrané objekty Sluneční soustavy Měsíc, jak mění fáze a libruje Slunce během roku znázornit Analemu nastavením poledne a skoky o týden vpřed Jupiter, či Saturn s jeho měsíci ukázka 3 - tranzity, zákryty a zatmění o ukázat úplné zatmění Slunce o ukázat úplné zatmění Měsíce o případně ukázat další jevy ukázka 4 - vesmír za dlouhý čas o ukázat precesi zemské rotační osy o ukázat vlastní pohyb hvězd (třeba u Velkého vozu) 5) závěr - shrnutí, odkaz na stránky program, případná debata (5-10 minut) případně navrhnout další možné ukázky pro učitele o obloha dnešní noc o o ukázat co je v daný den (vlastně noc) k vidění na obloze podle ročního období zjisti která část oblohy je vidět po setmění, od ní pak postupovat k tomu souběžně povídat o planetách a Měsíci, podle toho, jak jsou zrovna viditelné (nutno projít si vždy předem) obloha během roku ukázka změny oblohy během roku jednak jak se mění délka bílého dne a noci dále jak se mění viditelnost jednotlivých souhvězdí jak se mění poloha Slunce na obloze možno přidat i zajímavé úkazy v daném roce (viditelnost planet, zatmění, pokud nastanou (ukázat případně, kde se dá najít), meteorické roje ) obloha od pólu k pólu ukázka rozdílné viditelnosti oblohy z různých zeměpisných šířek začít na jednom pólu a skončit na druhém současně ukazovat zajímavé objekty oblohy, které jsou jak odkud vidět zajímavý je třeba Měsíc a změna jeho vzhledu tím, jak se pohybujeme v zeměpisné šířce zvlášť pro menší žáky neopomenout popsat, jak se liší situace na jižní obloze oproti severní (jak se pohybuje Slunce atd.)

12 Výběr některých úloh pro program Stellarium: Jednoduché návody na některé efektní a názorné příklady využití programu Stellarium. Popisy nejsou zjednodušeny tak, aby se nechaly velmi rychle připravit. Neobsahují však kompletní výpis nastavení, jen důležité body, podle kterých však i začínající uživatelé dojdou správných výsledků. úplné zatmění Slunce: nastavte polohu na Novsibirsk (F6): N55 1 ; E nastavte datum a čas na , 12:45 (F5) oddalte zoom (PgDn) spusťte vyšší rychlost času (L) Sledujte úplnou fázi zatmění Slunce. Program dokáže poměrně dobře znázornit, hlavní jevy při úplném zatmění, například ztmavení oblohy a zobrazení jasných hvězda a planet. úplné zatmění Měsíce: nastavte polohu na Plzeň (F6) nastavte čas na , 21:25 (F5) vyhledejte Měsíc (F3) přibližte pohled, abyste viděli dobře kotouček (PgUp) spusťte vyšší rychlost času (L) Při tomto zatmění vycházel Měsíc nad plzeňský obzor jen krátce před maximální fází zatmění. Pokud chcete vidět celý průběh, můžete vypnout horizont (G), nebo si spustit přednastavený skript s průběhem zatmění Měsíce (F2 karta skripty lunar_total.ssc) Prstencové zatmění Slunce: nastavte polohu na Benidorm -Španělsko (F6) nastavte datum a čas na , 9:40 (F5) vyhledejte Slunce (F3) přibližte zoom (PgUp) spusťte vyšší rychlost času (L) Sledujte průběh prstencového zatmění Slunce. Úhlový rozměr Měsíce na obloze je menší, než rozměr Slunce. Proto nedojde k takovému úbytku světla, aby bylo možné pozorovat vyšší vrstvy sluneční atmosféry, či jasné hvězdy na obloze. Librace Měsíce: vypněte krajinu (G) vypněte atmosféru (A) vypněte mlhu (F) přepněte se do ekvatoriálního zobrazení (ctrl+m) vyhledejte Měsíc (F3) výrazně zrychlete čas (L cca 5-6x)

13 Pozorujte složitou dráhu Měsíce. Na první pohled jsou vidět změny fází. Dále dvojí změny velikost měsíčního kotouče rychlé jsou způsobeny periodicky se měnící vzdáleností pozorovacího stanoviště, kvůli jeho umístění na povrchu rotující Země (na pólech se neprojevuje), pomalu se měnící velikost měsíčního kotouče je způsobena excentrickou dráhou Měsíce. Opakované pootáčení Měsíce po směru a proti směru hodinových ručiček je zaviněno sklonem roviny dráhy oběhu Měsíce vůči světovému rovníku. Librace se projevuje jako drobné naklápění Měsíce ze strany na stranu. Její hlavní složkou je proměnná rychlost oběhu a rovnoměrná rychlost rotace Měsíce. Analema: zapněte krajinu (G) vypněte atmosféru (A) přepněte se do azimutálního zobrazení (ctrl+m) nastavte polohu na Plzeň (F6) nastavte čas na ; 12:00 (F5) zobrazte síť azimutálních souřadnic (Z) vyhledejte Slunce (F3) zvětšete zorné pole přibližně na 120 (PgDn) posunujte se v čase vždy o týden dopředu, dokud neuplyne celý rok a sleduje polohu Slunce (]) Analema se během roku projevuje, jako dvojitá smyčka, na které se nachází pravé Slunce vždy ve stejnou hodinu. Je způsobena sklonem rotační osy vůči ekliptice (vertikální složka) a nestejnoměrnou rychlostí oběhu Země okolo Slunce (horizontální složka). Se znalostí analemy, či Časové rovnice a místního poledníku, můžeme přepočítat pravý sluneční čas (zjištěný například na jednoduchých slunečních hodinách) na občanský čas. Precese: vypněte atmosféru (A) vypněte mlhu (F) vypněte krajinu (G) přepněte se do ekvatoriálního zobrazení (ctrl+m) zapněte síť ekvatoriálních souřadnic (E) přesuňte pohled přesně k severnímu nebeskému pólu (šipka nahoru až nadoraz) zvyšte velmi rychlost plynutí času (L dokud se nezačne zvolna měnit poloha hvězd vůči souřadnicím) Precesní pohyb způsobuje, že rotační osa Země opisuje plochu dvojkužele. Pohyb je velmi pomalý (50,4 /rok), takže jedna celá otočka trvá asi let. Proto je potřeba čas v programu opravdu hodně urychlit (9-10x stisknout klávesu L) Naklápění prstenců Saturnu: vypněte atmosféru (A) vypněte mlhu (F) vypněte krajinu (G)

14 přepněte se do ekvatoriálního zobrazení (ctrl+m) vyhledejte Saturn (F3) přibližte jej, aby byl dobře vidět jeho kotouček i prstence (PgUp) zrychlete čas, aby byla vidět pozvolná změna náklonu prstenců (L 8-9x) Na zrychleném pohledu na planetu Saturn je opět vidět řada vlivů, například to že jej sledujeme ze Země, jež sama obíhá okolo Slunce, a proto se velikost Saturnu mírně mění s roční periodou. Pro nás e však zajímavé zdánlivé naklápění prstenců planety. Ve skutečnosti je jev způsoben rozdílným pohledem na poměrně stabilní rovinu prstenců, kterou v části oběžné dráhy Saturnu pozorujeme částečně z nadhledu a ve druhé části naopak z podhledu.