Меню

Астрономия
УМК, рабочие программы, тематическое планирование

Астрономические эксперименты. Методические рекомендации. Автор И.В. Галузо
Эксперимент 11. Гномон и полуденная линия

Факты. Удивительно, но самым древним астрономическим инструментом стала обыкновенная палка, воткнутая в землю. И что здесь особенного? Следует обратить внимание, что различные столбы и столбики, опоры электрических и телефонных линий, деревья и здания в солнечный день отбрасывают тени (рис. 11.1).

Замечено, что длина тени в течение дня меняется. Утром и вечером она длиннее, а в полдень - короче. Изменение длины тени гномона показано в мультипликации на рис. 11.2.

В нашем эксперименте рассмотрим, как решаются некоторые практические астрономические задачи с помощью простейшего инструмента, который издавна называют гномоном (происходит от греческого - указатель).

Цель. Показать, как можно с помощью гномона определить астрономический полдень и направление «север-юг».

Астрономический полдень - это момент, когда Солнце выше всего поднимается над горизонтом (а не в 12 часов по часам). Направление «север-юг» в астрономии называют полуденной линией.

Оборудование и материалы. Гномон - шест или рейка длиной 1- 1,5 м. 10-12 колышков. Отвес.

Инструкция.

• На открытом горизонтальном участке установите вертикально по отношению к земле шест; z гномона воспользуйтесь отвесом.

• Запаситесь терпением и эксперимент начинайте с самого утра. Через равные промежутки времени (например, через каждый час), отмечайте колышками точки окончания тени (рис. 11.3).

• Проследите в течение дня за тенью, отбрасываемой гномоном.

• Обратите внимание на самую короткую тень, отбрасываемую гномоном.

Результаты. Тень от гномона меняется не только по длине, но и по направлению. Ближе к полудню тень от гномона становится все короче.

Объяснение. Известно, что магнитный меридиан не совпадает с географическим, и стрелка компаса не указывает точно на точку юга. Более надежный способ связан с наблюдением суточного движения Солнца. В истинный полдень Солнце находится строго над точкой юга и достигает наибольшего возвышения над горизонтом. В этот момент все тени вертикальных предметов становятся наиболее короткими и направлены строго на точку севера, то есть по наименьшей длине тени гномона определяется направление на север.

Таким образом, в момент истинного полдня тень гномона расположится вдоль линии «юг-север», которая в астрономии называется полуденной линией. Следовательно, зная момент истинного полдня и пронаблюдав за тенью гномона, мы отыщем положение полуденной линии (рис. 11.4). Найдя же положения точек юга (S) и севера (N), мы определим также положение на горизонте точки запада (W) и точки востока (E).

Для сведения. Если наблюдать за длиной полуденной тени, отбрасываемой шестом гномона в течение года, то можно обратить внимание, что в сентябре тень от шеста одной длины, в октябре она стала длиннее, в ноябре еще длиннее и в двадцатых числах декабря самая длинная в году. C конца декабря тень от шеста опять, укорачивается.

Что можно определить с помощью гномона?

1) Можем определить, где находятся север, юг, запад и восток (когда тень имеет наименьшую длину, она всегда указывает на север).

2) Когда наступает местный полдень (в момент, когда тень гномона имеет наименьшую длину).

3) Сколько длятся солнечные сутки (временной интервал, разделяющий два последовательных полудня, равный 24 часам).

4) Положение Солнца во время восхода над горизонтом каждый день изменяется: оно постепенно смещается от точки востока (E) - весеннего равноденствия - до точки, расположенной ближе к северу (N) - летнего солнцестояния, откуда вновь движется на восток (до точки осеннего равноденствия) и продолжает двигаться на юг (S) до точки, где направление движения вновь меняется (точки зимнего солнцестояния), затем возвращается на восток, и весь цикл повторяется сначала - рис. 11.5.

5) Положение Солнца в момент заката меняется аналогичным образом, но на этот раз точка захода Солнца смещается вокруг точки запада (W). Так стало возможным определить год как временной интервал между двумя весенними равноденствиями.

6) Продолжительность светового дня также постоянно меняется. День зимнего солнцестояния - это самый короткий световой день в году, а тень гномона в полдень этого дня - самая длинная в году. День летнего солнцестояния - это самый длинный световой день в году, а тень гномона в полдень этого дня - самая короткая в году.

Таким образом, вместе со сменой времен года изменяется положение Солнца в момент восхода (и заката) на линии горизонта. Каждый день высота Солнца над горизонтом меняется в зависимости от времени года. Гномон (по др.-греч. указатель) - астрономический инструмент, вертикальный предмет (стела, колонна, шест), позволяющий по наименьшей длине его тени (в полдень) определить угловую высоту Солнца. Кратчайшая тень указывает и направление истинного меридиана. Гномоном также называют часть солнечных часов, по тени от которой определяется время в солнечных часах. Искусство конструирования и изготовления гномонов и солнечных часов называется гномоникой.

По ссылке (рис. 11.6) познакомьтесь с обелиском-гномоном, установленном на площади Святого Петра в Ватикане. На сайте работает web-камера, изображение с которой обновляется с периодичностью до нескольких минут.

Вопросы.

1. Почему магнитный меридиан не совпадает с географическим?

Наша Земля имеет два географических полюса, обозначающих оба конца оси вращения планеты, — северный и южный. Именно к ним сходятся в одну точку географические меридианы, прочерчивающие дугами глобус или прямыми линиями увеличенную карту местности. Наша планета окутана геомагнитным полем, силовые линии которого аналогично имеют полюса — северный и южный, но их точки постоянно смещаются относительно географических координат. Поэтому стрелка магнитного компаса не указывает на географический север. Северный магнитный полюс находится примерно в 560 км (для эпохи 2010 года) от географического, кроме того, магнитные полюса постоянно дрейфуют. Если же поблизости присутствуют сильные локальные магнитные аномалии, то стрелка компаса в этом случае не будет указывать и на магнитный полюс.

2. От чего зависит точность измерения гномоном?

Для точности измерения значение имеет высота гномона — чем он выше, тем длиннее отбрасываемая им тень, что повышает точность измерения. Тем не менее, точность гномона в принципе невелика, так как угловой диаметр Солнца приблизительно равен 30', а использовать гномон для измерения по звездам невозможно.