Наблюдение Луны. Работа ученика

Содержание

Тезисы.. 3

Введение. 4

Раздел 1. Общие сведения о Луне. 5

Раздел 2. Анализ иследований Луны.. 6

2.1.Основные сведения о видимости Луны с Земли. 6

2.2. Карта поверхности Луны.. 7

Раздел 3. Фотосъемка Луны.. 9

3.1. Подготовка. 9

3.2. Оборудование. 9

Выводы. 12

Список использованных источников. 14

Приложения. 15

Тезисы

ФИО: Кальченко Руслан Сергеевич;

Внешкольное учебное заведение: Сакский городской филиал «МАНУМ АР Крым «Искатель»;

Учебное заведение:Сакского НПК: «Школа-лицей» г. Саки;

Класс:8-Б;

Научный руководитель:Доненко Леонид Николаевич, учитель физики и информатики Сакского УВК: «Школа-лицей» г. Саки;

Актуальность работы заключается в анализе фотографий, полученных уеником в результате наблюдений за Луной. Фотографированиепроизводилось с помощью зеркального фотоаппарата и телеобъектива

Экспериментальным путем были определены выдержка и диафрагма для такого фотографирования. В 7 классе учащимся был изготовлен телескоп, после чего, ученика заинтересовало исследование Луны.

Целью работы стало исследование поверхности Луны и сравнение ее с картой.

Для достижения поставленной цели мы воспользовались методикой эксперимента и наблюдения.

Новизна нашей работы заключается в том, что была собрана коллекция экспериментальных фото Луны, часть из которых была передана директору детской обсерватории Г.Г.Шевченко.

В ходе работы был проведен ряд экспериментов по изменению выдержки и диафрагмы при фотографировании. Наблюдения проводились в вечернее время суток.

Введение

Луна - единственный естественный спутник Земли. Расстояние от Земли до Луны равно 384.4 тыс. км. Диаметр Луны равен 3474 км, немногим больше, чем четверть диаметра Земли. Соответственно, размер Луны по объему составляет только 2% от объема Земли. Из-за меньшей массы сила гравитации на Луне в 6 раз меньше чем, на Земле. Период обращения Луны вокруг Земли составляет 27.3 дней. По причине того, что Луна обладает достаточно большой массой и находится относительно близко к Земле, мы наблюдаем гравитационное взаимодействие между ними, в виде приливов и отливов. Приливы более заметны на побережьях океанов, где они достигают величины нескольких метров, также они существуют и в закрытых водоемах, и даже в земной коре. В результате приливов и отливов происходит потеря энергии в системе Земля-Луна из-за трения, возникающего между океанами и дном, и между земной корой и мантией. Эта потеря энергии ведет к тому, что сила взаимодействия между Землей и Луной постоянно снижается, этим и объясняется, что расстояние между Землей и Луной увеличивается примерно на 4 см каждый год.

Цель работы – проанализировать фотографии Луны и сравнить с картами Луны.

Для этого был использован фотоаппарат с телеобъективом, телескоп и мобильный телефон с фотокамерой.

Раздел 1. Общие сведения о Луне

Луна - единственныйестественныйспутникЗемли. Масса  Луны  составляет 0,0123 массыЗемли (приблизительно 1/81) или 7,6^.10²² кг.  Диаметр  Лунычутьбольшечетверти земного (0,273) или 3 476 км. Луна - это  большой  спутник. ТолькоИо, Ганимед, Каллисто (спутникиЮпитера) и Титан (спутник  Сатурна) имеютбо`льшиеразмеры и массу. 5-ое местосреди 91-го известногоестественногоспутника в Солнечнойсистеме. Земля - пятаясреди планет по массе и размерам.  Луна единственное небесное тело, на которое высадился человек. Первым искусственным объектом, который преодолел гравитацию Земли и пролетел рядом с Луной, была советская станция Луна 1. Первым спутником, достигшим поверхности Луны, была станция Луна 2. Первым спутником, сделавшим фотографии обратной стороны Луны, была станция Луна 3. Все эти три лунные программы были успешно завершены в 1959 году. Первая успешная мягкая посадка на Луну была произведена советской станцией Луна 9. Американская лунная программа «Аполлон» началась в начале 60х годов прошлого века с заявления президента Кеннеди, что США запустят человека на Луну до конца 60х годов. В результате этой программы США удалось осуществить 6 успешных полетов на Луну в промежутке между 1969 и 1972 годами. После завершения программы «Аполлон» исследования нашего естественного спутника фактически прекратились на период более 30 лет.

Выводы 1 раздела:

Землю и Луну иногданазываютдвойнойпланетой, так какразмеры и массыэтихтелблизки (см. чуть  выше). По этомупоказателюлишьХарон и Плутонопережают Луну и Землю. ДиаметрХаронасоставляет 0,51 диаметра Плутона, а масса - меньшевсего в семь с небольшим раз. На третьемместе в этомсоревновании в соотношенияхмасс с большимотставанием от ЛуныидетТитан: он в 4 207 раз легче и в 23 с лишнимразаменьше Сатурна.

Луна - единственныйестественныйспутникСолнечнойсистемы, которыйпритягиваетсяСолнцемсильнее (в 2 раза!), чем "своей" планетой. Скорее, Земля искажает путь ЛунывокругСолнца, чемнаоборот.

Раздел 2. Анализ иследований Луны

2.1.Основные сведения о видимости Луны с Земли

Нередко люди считают, что Луна поднимается в небо только по ночам; на самом же деле, если небо чистое, то слабо светящуюся Луну часто можновидеть и днем. ВремявосходаЛуны день ото дня становится все болеепоздним. Сразупосленоволуния Луна восходитвслед за Солнцем. Через неделю, когдапроходитпервая четверть цикла, Луна поднимается в полдень, а полная Луна встает на закатеСолнца.

Приливы и отливызнакомыкаждому, ктоживетилибывал на океанскихилиморскихпобережьях. Дважды в день уровеньокеанских вод поднимается и снижается, причемкое-где на весьмазначительную величину. Каждый день прилив наступает на 50 минутпозднее, чем в предыдущий. Чтозаставляетокеанскиеводыподниматься на берег и уходить обратно? Вовсемвиновата Луна.

Луна удерживается на своейорбитевокругЗемли по той причине, чтомеждудвумяэтиминебеснымителамисуществуютсилытяготения, притягивающиеих друг к другу. Земля все времястремитсяпритянуть к себе Луну, а Луна притягивает к себе Землю.

Посколькуокеаныпредставляютсобойбольшиемассыжидкости и могуттечь, они легко деформируютсяподвлиянием сил притяженияЛуны, принимая форму лимона. Шар изтвердыхгорныхпород, которымявляется Земля, остается в середине. В результате на той сторонеЗемли, чтообращена к Луне, возникаетводянаявыпуклость и другаятакая же выпуклость - с противоположнойстороны. Посколькутвердая Земля вращаетсявокругсвоей оси, на берегах океанавозникаютприливы и отливы, этопроисходитдважды в течениекаждых 24 часов 50 минут, когда берега океановпроходят через водяныебугры. На этот раз длинапериодабольше 24 часовиз-за того, что и сама Луна тожедвижется по своейорбите. В заливах и устьяхрекприливы и отливыбываютзначительнее, чем в других местах, так как в узких проходах морская вода собирается, как в воронках.

Итальянский астроном ДжованниРиччолли в XVII векеприсвоилвозвышенностям и впадинам на Луненазвания: Альпы, Апеннины и Кавказ, Океан Бурь, моря Дождей, Холода и Спокойствия, кратеры Тихо, Пифагор, Птолемей и т.д. По предложениюсоветскихастрономовМеждународныйастрономический союз поместил на первую карту обратнойстороныЛуны 18 названий вновьоткрытыхобразований. Так появились на Луне Море Москвы, кратеры Герц, Курчатов, Ломоносов, Максвелл, Менделеев, Склодовская-Кюри, Циолковский.

Конечно, никакихморей на Луненет. Лунные моря совершенносухие и представляютсобойобширные, залитыенекогдабазальтовойлавойнизины. Луна – безжизненноетело, лишенноеатмосферы, морей и океанов. На протяжениилунных суток температура поверхностиможетизменяться на 300 градусов (от –170° C до +130° C). При таких условиях вода в жидкомсостоянии находиться не может.

2.2. Карта поверхностиЛуны

В 1999 годкосмическийаппарат «LunarProspector» по команде с Землисошел с окололуннойорбиты и врезался в кратер в районеюжного полюса. До этогоспутниккружил по орбите почти 18 месяцев и выявилнекоторыесвидетельстваприсутствия над кратером водорода – однойизсоставляющейводы. Быливысказаныпредположения, что на Лунеможетоказаться до 300 миллионов тонн льда. Считалось, что от ударачастьводыиспарится и вместе с пыльюбудетвыброшена вверх. Ученыенадеялись, чтозатемводяныепарыудастсяобнаружить с помощьюназемных и космическихтелескопов. Но, к сожалению, никакихследовводыобнаружено не было.

Благодаряисследованием АМС «Луна» и посадкам на поверхностьамериканскихастронавтов, поверхностныйгрунтЛуныисследованхорошо. Астронавты привезли на Землю около 385 кг лунныхкамней. ПостояннаябомбардировкаЛуныкрошечными метеоритами являетсяпричиной того, что вся ееповерхность, на 9–12 метроввглубь, покрытаслоеммелкогораздробленногоспекшегосявещества, образовавшегокакбыслежавшуюсягубчатуюмассу. Этот тонкий слойлуннойповерхностиназываютреголитом. Реголитявляется хорошим термоизоляционнымматериалом, поэтому уже на глубиненесколькосантиметровсохраняетсяпостоянная температура.
Ни один камень, доставленный на Землю, никогда не подвергалсявоздействиюводыилиатмосферы и не содержалорганическихостанков. Луна – абсолютно мертвый мир.

Обратная сторона Луныявляетсяидеальнымместом для астрономическихнаблюдений: оназащищаетприборы от излучения с Земли, а ночь на Лунедлится 14 земных суток. Отсутствиеатмосферыделаетвозможнымнаблюдения в любомдиапазоне. Когда-нибудь на Лунебудутпостроеныкосмическиестанции и астрономическиеобсерватории. Богатыезапасыжелеза, алюминия и кремния явились бынеплохимисточникомстроительныхматериалов, а содержащиеся в горных породах водород и кислород – сырьем для получениявоздуха и воды.

Выводы по 2 разделу:

Невооруженным глазом на лунном диске видны темные образования, это так называемые моря. В них нет ни капли воды, и они состоят из базальтов. 3-4.5 милд. лет назад на поверхность Луны излилась лава и, застыв, образовала темные моря. Они покрывают 16% площади лунной поверхности и расположены на видимой стороне Луны. Самые крупные лунные моря - Море Дождей, Океан Бурь, Море Ясности, Море Спокойствия, Море Плодородия и Море Кризисов. Море Кризисов легок видно невооруженным глазом, как отдельное темное овальное пятнышко справа от основного морского бассейна.

Структуру лунных морей и лучевые системы кратеров можно изучать в сильный бинокль или телескоп с небольшим увеличением в полнолунье, т.к. в это время моря особенно контрастны.

Раздел 3. Фотосъемка Луны

3.1. Подготовка

Первое с чего нужно начать подготовку к фотосъемке, это лунные фазы , которые также имеют  значение при съемке, поэтому наиболее выразительными ракурсами можно назвать первые пять дней после полнолуния.
При таком освещении,  боковой свет увеличивает длину теней, делая фактуру ландшафта более выразительной.

Рис. 3.1. Фотографируем луну

Для того, чтобы определить, на какой выдержке звезды все еще будут смотреться как точки, нужно поделить 600 на фокусное расстояние вашего объектива.

Например, фокусное расстояние 18 (пейзажный объектив), значит 600/18=33,33 секунды. То есть на 30 секундах звезды еще смотрятся как точки. На больших выдержках- размазываются.

Пример. Объектив 300мм (телевик с хорошим приближением). Звезды начинают “плыть” уже при выдержке >2  секунд.  

3.2. Оборудование

Для фотосъемки луны нам потребуется следующее оборудование :

1) Зеркальная, либо компактная фотокамера,  с фокусным расстоянием объектива не менее  - 300 мм.

2) Штатив с максимальной жесткостью опоры.

3) С целью снижения возможной шевеленки, рекомендую использовать пульт, либо спусковой таймер фотокамеры.

После установки фотокамеры на штатив, необходимо сделать следующие настройки :

1)  Переключаем фотокамеру в ручной режим установки экспозиционных параметров (выдержки и диафрагмы), о том как это сделать я рассказываю в статье — Режимы фотосъемки .

2)  Переведем фокусировку в ручной режим.

После того, как мы сфокусировались на лунной поверхности, устанавливаем  значение экспозиционных параметров в следующих пределах:

3)  Значение диафрагмы устанавливаем в пределах f8 — f16, в зависимости от того, с какой диафрагмой ваш объектив снимает резче всего.

4)  Минимальное значение выдержки определяется фокусным расстоянием объектива, т.е. применяя объектив с ФР — 300 мм, значение выдержки должно быть не менее 1/300 сек, однако применение более длительных выдержек возможно, но при этом увеличивается риск шевеленки камеры. 

5)  Светочувствительность матрицы устанавливаем на минимальный предел ISO 100 -200 и по мере необходимости увеличиваем.

6) Спуск затвора фотокамеры производим с помощью пульта, либо применяя таймер задержки спуска, который есть в любой фотокамере.

Значение диафрагмы остается неизменным а выдержка и ISO определяют количество света проходящего к матрице.

ISO — 1600

Выдержка 1/160 сек

Диафрагма f16

Фокусное расстояние — 300 мм

Где высокоезначениесветочувствительности и стольпродолжительнаявыдержка, продиктованымалымотверстиемдиафрагмы — f16, т.к. для объективаSigma 70-300конкретноймодели, оптимальныезначениярезкостинаблюдаются на диафрагме -f16. 

При кадрировании объекта съемки соблюдаем правило золотого сечения, улучшающего зрительное восприятие композиции.Что бы получить на композиции звезды, потребуется снимать не менее трех кадров с брекетингом экспозиции.

Выводы.

Для фотографирования Луны вполне сгодится телескоп или зрительная труба с диаметром объектива более 50 мм. Подойдут также телеобъективы типа "Таир", "Рубинар", "МТО" и им подобные. Простейшим способом фотографирования Луны является ее съемка с длиннофокусным телеобъективом или в прямом фокусе телескопа (при этом штатный объектив из камеры выворачивается). Зная фокусное расстояние системы, очень легко оценить ожидаемый размер Луны на негативе: ее диаметр в сантиметрах будет примерно равен фокусному расстоянию объектива (или эквивалентному фокусному расстоянию) в метрах. Так, в прямом фокусе телеобъектива "МТО-1000" или телескопа с фокусным расстоянием 1000 мм изображение Луны на негативе составит 10 мм, тогда как телеобъектив "ЗМ-6А" (F=500 мм) позволит получить Луну диаметром около 5 мм. Из этого следует, что если фокусное расстояние телескопа менее полуметра, то мелких подробностей на диске Луны при фотографировании в прямом фокусе различить не удастся, так как на отпечатке с негатива, на котором диаметр Луны меньше 5 мм, будут видны лишь самые крупные образования. Выход из положения заключается в увеличении эквивалентного фокусного расстояния используемой вами системы.

При съемках с телеобъективами можно использовать телеконвертеры. При съемках с телескопом имеется больше возможностей изменить эффективное фокусное расстояние его объектива. Во-первых, можно воспользоваться линзой Барлоу, действующей аналогично телеконвертеру. Помещенная между объективом телескопа и фотокамерой (без штатного объектива), она увеличивает масштаб изображения на снимке.

Более радикальным методом увеличения размеров Луны на негативе является так называемая съемка с окулярной камерой. В этом способе вместо линзы Барлоу устанавливается окуляр или короткофокусный кино- или фотообъектив. Подбирая фокусное расстояние окуляра и меняя расстояние между окуляром и камерой (опять же без штатного объектива), можно добиваться нужного масштаба изображения. Эквивалентное фокусное расстояние (Fэкв) при съемках с окулярной камерой рассчитывается по формуле Fэкв=F(l-f)/f, где F - фокусное расстояние объектива, f - фокусное расстояние окуляра, l - расстояние фотопленки от фокальной плоскости окуляра. Например, у вас есть телескоп с фокусным расстоянием объектива 1000 мм, вы взяли окуляр с фокусным расстоянием 25 мм и установили фотокамеру на расстоянии 100 мм от фокальной плоскости окуляра. Тогда эквивалентное фокусное расстояние будет равно 3000 мм.

Последний вариант преобразования фокусного расстояния системы - все оставить "на своих местах": окуляр находится в окулярном узле, а штатный объектив - в фотоаппарате. В этом способе камера с объективом помещается сразу за окуляром телескопа. Эквивалентное фокусное расстояние такой системы выражается произведением увеличения телескопа на фокусное расстояние фотообъектива. Например, вы используете окуляр, дающий 33-х кратное увеличение, и фотоаппарат с объективом, имеющим фокусное расстояние 58 мм. Тогда эквивалентное фокусное расстояние системы будет равно 1914 мм. Изменяя масштаб изображения, помните, что вы ничего не получаете "задаром": поскольку диаметр объектива остается неизменным, то увеличение фокусного расстояния системы приводит к уменьшению относительного отверстия. Это, в свою очередь, означает, что изображение Луны становится более тусклым и для его проработки приходится увеличивать время выдержки. При этом уже не обойтись без помощи часового механизма, ошибки хода которого могут привести к потере качества фотографии. Кроме того, неспокойствие атмосферы, замывающее мелкие детали изображения, при длительных выдержках оказывает более сильное влияние, чем при коротких. Если вы хотите получить на снимке вид Луны "от края до края", вам нужно проследить за тем, чтобы она полностью влезла в кадр. При использовании стандартной фотопленки с форматом кадра 24x36 мм.хорошие результаты получатся, если диаметр Луны на негативе будет около 20 мм. Это достигается при эквивалентном фокусном расстоянии объектива 2000-2500 мм.

Список использованных источников

1.     http://full-moon.ru/

2.     http://www.walkinspace.ru/publ/23-1-0-758

3.     http://www.profotovideo.ru/uroki-fotografii/kak-fotografirovat-lunu

4.     http://www.shvedun.ru/fotomoon.htm

5.     http://photoboke.ru/kak-sfotografirovat-lunu/

6.     http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?page=65

7.     http://astro-azbuka.info/astro/sovet/moon_photo

Приложения