Проектная работа по астрономии "Исследование околополярной части неба с помощью виртуального телескопа

МОУ «Сернурская средняя (полная) общеобразовательная

 школа №2 имени Н.А. Заболоцкого»

Исследование околополярной части неба с помощью виртуального телескопа

Проектная работа по астрономии

Выполнила:Егошина Елена 10а класс

учитель: Онучина Вера Ивановна

2010 год

Сернур

Содержание

1.Введение                                                                                               3

Актуальность проекта

Объект и предмет проекта

Цель проекта, задачи, гипотеза, методы

Литература

2. Основная часть – теоретическая                                                        6

2.1Для чего нужны телескопы.                                                      6

2.2.Способности телескопов с безупречной оптикой.                 6

2.2.1.Телескоп диаметром 50 мм.                                          6

2.2.2.80-миллиметpовый телескоп                                         7

2.2.3.150-миллиметpовый телескоп                                        7

2.2.4.250-300-миллиметpовые телескопы                                       7

3.Практическая часть                                                                                 9

3.1.Исследование околополярной части неба.                                9

3.2.Выбор для программы виртуального телескопа объектов из околополярной части неба                                                                       12

3.3.Программа виртуального телескопа                                         12

3.4.Описание работы в программе виртуального телескопа         12

4.Заключение                                                                                   13

5.Список литературы                                                                        13

6.Приложение                                                                         14

1.Введение

Увлекаясь астрономией, я часто задумываюсь над значимостью наблюдений в телескоп. Столетия прошли с тех пор, как первый примитивный инструмент показал Галилею спутников Юпитера, — столетия, принесшие с собой большой прогресс.  Человеческий глаз, сам по себе слабый, становится с помощью телескопа могущественным. Я убеждена, что телескоп — одно из важнейших изобретений всех времён.

Благодаря их применению удается провести  работы по наблюдению Солнца, Луны, планет, туманностей, двойных звезд, галактик. Телескоп позволяет дальше заглянуть в глубины Вселенной, увидеть многое из того, что недоступно невооруженному глазу.

В данной работе большое внимание мне хотелось бы уделить вопросам для чего нужны телескопы и какие способности телескопов с безупречной оптикой, а также создать виртуальный телескоп. Если существуют реальные телескопы, то можно создать и виртуальный.

Поэтому объектом моей  работы является околополярная часть неба, предметом работы – разработка виртуального телескопа.

Наблюдения в виртуальный телескоп могут смоделировать процесс подготовки к реальным наблюдениям. Подготовка к наблюдениям на виртуальном телескопе помогает выработать автоматизм и сократить потери времени при работе с реальными телескопами. Работа на виртуальном телескопе помогает оптимизировать список объектов по времени наведения телескопа и конкретизировать его, выбирать время экспозиции, выбирать фильтры.

Работа на виртуальном телескопе помогает оценить качество реальных фотографий, получаемых на небольших телескопах с качеством фотографий, получаемых на крупнейших телескопах или телескопе им.Хаббла.

Такой телескоп поможет всем желающим вести наблюдения не в

Реализацию цели исследования я осуществляла через решение следующих задач:

1.Теоретически  изучала  различные источники информации по вопросам для чего нужны телескопы и какие способности телескопов с безупречной оптикой.

2.Провела  исследования  околополярной части неба.

3.Обработала  результаты исследования, сделала выводы.

4.Описала программу разработки виртуального телескопа.

5.Создала  в программе Power Point виртуальный  телескоп для наблюдения интересных объектов в околополярной части неба.

При работе над проектом я использовала методы исследования:

Теоретические:

1.Сравнение и сопоставление теоретических данных  по способностям телескопов.

2.Обобщение и анализ  различных информационных источников и результатов исследования по  интересным объектам в околополярной области неба.

4.Систематизация - приведение в систему полученных теоретических и практических знаний.

Эмпирические:

1.Наблюдение за  звездным небом.

2.Исследование фотографий интересных объектов исследуемой части неба, сделанных в обсерваториях.

3.Работа в программе Power Point по созданию виртуального  телескопа.

В ходе работы над проектом мною  была изучена литература. Много материала взято из книги «Телескопы для любителей астрономии» автор: Сикорук Леонид Леонидович. В ней популярно рассказывается о конструировании и постройке любительских телескопов. Даются основы теории.

В ходе работы часто обращались к большому атласу созвездий. Автор Серж Брюнье. "Большой атлас созвездий" содержит интересную информацию о небосводе, о тех вещах, которые видны невооруженным глазом, и тех, которые можно разглядеть только с помощью оптических приборов. В нем можно найти красивые иллюстрации не только разработанных карт ночного неба, но также красивые фотографии звезд и даже целых галактик.

2.Основная часть – теоретическая

К объектам глубокого космоса относятся объекты вне солнечной системы, это галактики, туманности, звездные скопления и двойные звезды.

Перед началом любых наблюдений нужно основательно подготовиться, особенно это касается наблюдений объектов глубокого космоса. Обязательно нужно точно запланировать время наблюдений, от этого условия зависит расстановка объектов во времени наблюдения. Составлять план наблюдений нужно с объектов находящихся справа от центрального меридиана, если смотреть на юг. Иначе может получиться, что рассмотрев туманности и галактики в юго-восточной части неба, мы не успеем найти и понаблюдать объекты на юго-западе, т.к. они уже будут низко над горизонтом или, если у них небольшое склонение, то они уйдут под горизонт.

Перед наблюдениями нужно запастись поисковыми картами. Для очень слабых объектов можно готовить по две карты окрестностей объекта. Первая карта обзорная, на одном листе изображен объект и  ближайшая яркая звезда или другой объект, это известная вам туманности или галактика, которую вы без труда сможете найти. Нужно искать объекты от звезды к звезде, выстраивая дорожки к объекту наблюдения, находя запоминающиеся узоры из звезд. Вторая карта, более детальная, на ней отображаются звезды до 11 зв. величины и уже непосредственно окрестности объекта. Карты нужно подготовить так, чтобы на общей карте, была изображена опорная звезда по направлению к объекту, которая в свою очередь есть и на детальной карте. Так мы сможем быстро перейти от общей карты к детальной. Если электронный атлас позволяет распечатать карту с кругом поля зрения искателя или телескопа, то желательно это сделать. Так будет более наглядно, сколько по площади карты мы можем увидеть в окуляр телескопа или искателя. Так основным поисковым объектом может быть М31,  далее по цепочкам звезд можно  добраться до окрестностей шарового скопления и уже по более детальной карте найти это скопление. Но иногда достаточно и одной поисковой карты.

В западных изданиях есть рекомендация сделать из проволоки колечки диаметром в поле зрения телескопа и искателя. Прикладывая эти колечки к карте, вы сможете точно определить, какие звезды будут видны в поле зрения телескопа и искателя. Если монтировка телескопа оснащена координатными кругами, то по ним также можно навести телескоп на объект. Не забудьте подготовить красный фонарик, иначе без него наблюдения будут сорваны. Вы просто не сможете  рассмотреть поисковые карты, а подсветка сотовым телефоном или фонариком с не красным цветом, испортит ночное зрение и повредит наблюдениям. Также очень желательно, чтобы у фонарика была настройка яркости.

Телескоп для наблюдений объектов глубокого космоса нужно выбирать максимально большой апертуры, но при этом не забыть о его транспортабельности. Обратите внимание на чернение внутренней стороны телескопа, оно должно быть матового цвета и не блестеть. Если вы покупаете телескоп Ньютона с разборным тубусом из трубок, то нужно из черной материи сшить рукав, который вы будете одевать на телескоп, и который будет защищать окулярный узел и части телескопа от бокового света.

При покупке нужно обратить внимание на светосилу телескопа. Это отношение диаметра телескопа к фокусному расстоянию. Слишком длиннофокусный телескоп не позволит вам получить т.н. равнозрачковое увеличение. Равнозрачковое увеличение - это когда выходной зрачок телескопа равен примерно 6мм. 6мм это диаметр зрачка человека в темноте. Если выходной зрачок телескопа больше диаметра зрачка наблюдателя, то часть света не попадет на сетчатку и мы получим как бы задиафрагмированный телескоп.

Чтобы посчитать поле зрения телескопа, нужно поле зрения окуляра поделить на увеличение телескопа с данным окуляром. Например, 200мм телескоп со светосилой 1:5 с окуляром 25мм и полем зрения окуляра 55°, даст поле зрения телескопа 1,37 градусов. Считаем - 200х5=1000 (это фокусное расстояние объектива),  1000/25=40 (увеличение телескопа), 55/40=1,37 мы получили поле зрения телескопа в градусах. В это поле зрения поместятся Плеяды.

При небольшом увеличении телескопа мы имеем большое поле зрения, что позволит наблюдать целиком довольно крупные объекты, например, звездное скопление Плеяды или скопление хи и аш Персея.

Осталось заметить, что на выбор минимального увеличения может влиять засветка неба и общая засветка места наблюдения. При наблюдении на засвеченном небе в окуляр с небольшим увеличением небо будет светлым и, например, рассеянные скопления будут выглядеть не привлекательно, а некоторые туманности просто утонут в фоне неба. Также при общей засветке места наблюдения диаметр зрачка будет меньше 6мм и часть света, который соберет телескоп, будет попадать мимо зрачка, и мы получим как бы задиафрагмированный телескоп. Но лучше в таких засвеченных местах не наблюдать. Старайтесь выехать за город, или, если нет возможности, найти затененное от фонарей место для наблюдений.

Все особенности наблюдений в реальный телескоп нужно учесть при создании виртуального телескопа, чтобы наблюдения в виртуальный телескоп смогли смоделировать процесс подготовки к реальным наблюдениям.

3.Практическая часть

3.1.Исследование околополярной части неба.

Работа над созданием виртуального телескопа началась с исследования околополярной части неба.

Кроме Большой и Малой Медведиц, к околополярным созвездиям относятся созвездия Кассиопеи, Цефея, Дракона, Жирафа в Рыси. Как отыскать их на звездном небе?

Начать следует с Большой Медведицы. Осенними и зимними вечерами ее ковш из семи звезд четко виден в северной стороне неба. Весной и летом по вечерам этот ковш расположен гораздо выше, и тогда его приходится отыскивать в окрестностях зенита.

В каждом созвездии важно отыскать сначала самую главную, характерную его часть, а уже потом, при более детальном знакомстве, все остальное. В Большой Медведице таким “костяком” созвездия служит всем известный ковш.

Известен способ, позволяющий по ковшу Большой Медведицы отыскать Полярную звезду. Для этого через две крайние звезды в ковше мысленно проводим (в сторону выпуклости ручки ковша) слегка изогнутую кривую.

На расстоянии, почти впятеро большом расстояния между звездами α и β Большой Медведицы, она пройдет через звезду второй величины (2^m), которая и есть знаменитая Полярная звезда. От нее в сторону Большой Медведицы тянется меньший ковш с сильно изогнутой ручкой — главная часть созвездия Малой Медведицы. Созвездие Гончие Псы расположено к югу и западу от Большой Медведицы, а если быть точным, то прямо под ручкой Ковша Большой Медведицы.

Теперь уже нетрудно разыскать и созвездие Кассиопеи, расположенное на небе по отношению к Полярной звезде в стороне, противоположной Большой Медведице. Главная его часть образует фигуру, напоминающую растянутую за ножки букву “М”. Заметим, что при некоторых положениях эта небесная буква выглядит опрокинутой, и тогда она напоминает букву латинского алфавита “W”.

Между Кассиопеей и Малой Медведицей находится созвездие Цефея. Оно менее заметно, чем перечисленные созвездия, и его главные звезды не образуют какой-нибудь характерной, бросающейся в глаза фигуры. Поэтому при поисках этого созвездия (как, впрочем, и подобных ему) надо отыскивать последовательно одну за другой интересующие вас звезды, “отталкиваясь” от уже известных звезд других созвездий. При этом, конечно, следует в процессе поисков постоянно сравнивать небо со звездной картой. Так, например, чтобы отыскать α Цефея, надо учесть, что она находится на продолжении прямой, соединяющей α и β Кассиопеи, на расстоянии, вчетверо большем расстояния между этими звездами. Найдя α Цефея, легко отыскиваем сначала ближайшие, а потом и более дальние звезды того же созвездия.

Между Большой и Малой Медведицами извивается созвездие Дракона. Характерная для него цепочка звезд соединена на карте ломаной линией.

Завершающий эту ломаную неправильный четырехугольник из звезд образует голову фантастического чудовища.

Созвездие Малый Лев расположено около лап Большой Медведицы. Созвездия Жирафа и Рыси — одни из самых непримечательных на звездном небе. В них входят только слабые звезды, отыскивать которые в отдельности следует между созвездиями Большой Медведицы и Кассиопеи. Никаких характерных фигур здесь нет и в помине. На всем небе — это самая “темная”, самая бедная яркими звездами область.

В результате  анализа и обобщения информационных источников я отобрала для виртуального телескопа  созвездия: Малая Медведица; Жираф; Большая Медведица; Гончие псы; Рысь; Малый Лев.

В этих созвездиях много интересных объектов. В созвездии Большая Медведица расположена самая знаменитая двойная система. Средняя звезда в ковше Большой Медведицы носит название Мицар, ее видимая звездная величина 2^m. Около Мицара, на угловом расстоянии 12′, расположена одна из самых известных двойных звезд – Алькор. Видимая звездная величина Алькора 4^m. Мицар в переводе с арабского означает «конь», а Алькор – «всадник». Мицар и Алькор – самая известная двойная система звезд.

В направлении созвездия можно увидеть две спиральные галактики М81 и М101, которые хорошо видны в школьный телескоп. Галактика М101 имеет видимую звездную величину 7,9^m, а галактика М81 имеет 7^m. Галактику М101 можно найти в виде маленького светящегося пятнышка около Мицара. Это спиральная галактика, которую мы наблюдаем перпендикулярно плоскости ее диска, поэтому в мощные телескопы прекрасно видны спиральные ветви этой галактики.

Cпиральная галактика М81 и неправильная галактика М82

расположены там, где на старинных звездных картах изображалась морда медведицы. Расстояния до этих галактик около 3 Мпк. Считается, что наша Галактика очень похожа на галактику М81. Рядом с М81 расположена небольшая галактика М82. При более детальном ее изучении определили, что несколько миллионов лет назад (по астрономическим меркам совсем недавно), в этой галактике произошел сильнейший взрыв.

В созвездии Большая Медведица много красивых галактик. Одна из них– М109, имеющая перемычку. Но самое главное, по последним данным именно эта галактика похожа на нашу Галактику.

В Большой Медведице расположена М97 – планетарная туманность «Сова», имеющая 11^m. В достаточно мощные телескопы эта туманность имеет вид нахохлившейся совы с клювом. Но на более детальных фотографиях, полученных космическим телескопом им. Хаббла, это сходство пропадает. Однако собственное название «Сова» за этим облаком светящегося межзвездного газа сохранилось.

В  созвездии Малого Льва нет ярких звезд, но есть переменные, доступные для наблюдений в бинокль. Долгопериодическая мирида R Малого Льва изменяет свой блеск от 6,3^m до 13,2^m с периодом 372,2 дня. Долгопериодическая мирида S Малого Льва изменяет свой блеск от 7,5^m до 14,3^m с периодом 233,8 дня. В созвездии находится радиант слабого метеорного потока, максимум которого приходится на 24 октября.

Если соединить две крайние звезды в «хвосте» Большой Медведицы, то можно получить направление на яркую звезду Арктур (α Волопаса).

Сердце Карла, α Гончих Псов, является одной из самых красивых двойных звезд. Главная звезда двойной системы является горячим голубым гигантом спектрального класса В9, его блеск 2,84^m. Второй компонент системы – желтоватый спутник 5,6^m, находящийся на расстоянии 20′. Кроме того, оба компонента этой двойной системы являются в свою очередь спектрально-двойными звездами. В этом созвездии можно также наблюдать крупное шаровое скопление М3. Полный блеск скопления 6,5^m; в нем насчитываются миллионы звезд, а столь слабый блеск объясняется значительной удаленностью от Солнечной системы – 920 пк. Угловые размеры шарового скопления 12′, оно приближается к плоскости Галактики, в которой расположена Солнечная система, со скоростью 153 км/с. М51 (NGC 5194/5195) – спиральная галактика «Водоворот». Эта галактика является одной из ближайших, расстояние до нее около 7000 кпк. Но в небольшой телескоп она видна как туманное пятнышко; ее звездная величина 8,9^m.

В направлении созвездия Гончие Псы можно увидеть маленькую неправильную галактику NGC 4449, в которой в настоящее время идёт процесс интенсивного звёздообразования, в неё много голубых звёздных скоплений. В направлении на созвездие Гончие Псы можно наблюдать много близких галактик: М63, NGC 4631, NGC 4656, NGC 4214, NGC 4244, NGC 5033, NGC 5005, М94, М63, М106. В созвездии нет звезд ярче 4^m.

Переменная звезда Z Жирафа характерна периодическими колебаниями блеска с амплитудой 2^m и продолжительным периодом постоянства блеска. Из-за активности ядра галактику М106 (NGC 4258) относят к сейфертовским галактикам. В видимом диапазоне у галактики видны два спиральных рукава, в других диапазонах видны еще два рукава, состоящие из газа, который нагревается за счёт выбросов частиц из центра галактики. Изучая движение нагретого газа а также пыли вокруг центра галактики, учёные пришли к выводу о том, что в центре находится массивная чёрная дыра с массой 4∙10⁹M Рысь – это цепочка из тусклых звезд. В созвездии расположено шаровое скопление NGC 2419. Оно расположено дальше Магеллановых Облаков, и на него практически не воздействуют гравитационные силы нашей Галактики. Поэтому Харлоу Шепли назвал его Межгалактическим скитальцем. Повернутая к нам ребром NGC 2683 – спиральная галактика 10-й звездной величины. Расстояние до галактики – 16 млн световых лет.

3.2. Для программы виртуального телескопа я взяла только  небольшое количество объектов  из околополярной части неба:

M81 (Галактика Боде, Messier 81, Мессье 81, Галактика Боде, другие обозначения — NGC 3031, IRAS09514+6918, UGC 5318, KCPG 218A, MCG 12-10-10, ZWG 333.7, PGC 28630) — спиральная галактика в созвездии Большая Медведица. M81 — замечательный пример строения спиральной галактики, с почти идеальными рукавами, доходящими почти до самого центра. Благодаря своей близости к Земле, своему большому размеру и активному галактическому ядру (который может быть супермассивной чёрной дырой), Messier 81 достаточно часто появляется в профессиональных астрономических исследованиях. Большой абсолютный и видимый размеры делают её популярной для астрономов-любителей

M82 (Messier 82, Мессье 82, NGC 3034, Галактика Сигара) — галактика с мощным звездообразованием в созвездии Большая Медведица.

Является спутником галактики M81.

M97 (Messier 97, Мессье 97, другие обозначения — NGC 3587, PK 148+57.1) — планетарная туманность в созвездии Большая Медведица. У объекта есть собственное название: Туманность Сова. Галактика была обнаружена Шарлем Мессье 13 октября 1773 года.

M101 (Messier 101, Мессье 101, NGC 5457, Галактика Цевочное колесо[1]) — спиральная галактика в созвездии Большая Медведица. Можно встретить под названием Галактика Цевочное Колесо. Объект входит в атлас пекулярных галактик под названием Arp 26. Открытие было сделано Пьером Мешеном 27 марта 1781 года.

M108 (Messier 108, Мессье 108, другие обозначения — NGC 3556, IRAS11085+5556, UGC 6225, ZWG 267.48, MCG 9-18-98, ZWG 268.1, KARA 469, PGC 34030) — спиральная галактика (Sc) в созвездии Большая Медведица.

M109 (Messier 109, Мессье 109, другие обозначения — NGC 3992, UGC 6937, MCG 9-20-44, ZWG 269.23, IRAS11549+5339, PGC 37617) — галактика в созвездии Большая Медведица.

M51 (Messier 51, Мессье 51, NGC 5194/5194, Галактика Водоворот) — галактика в созвездии Гончие Псы, которая находится на расстоянии 37 миллионов световых лет от Земли. Диаметр галактики составляет около 100 тысяч световых лет. Галактика М51 (также известная как Аrp 85 и VV 1) состоит из большой спиральной галактики NGC 5194, на конце одного из рукавов которой находится галактика-компаньон NGC 5195.

M63 (Messier 63, Мессье 63, NGC 5055, Галактика Подсолнух) — галактика в созвездии Гончие Псы.

M94 (Messier 94, Мессье 94, другие обозначения — NGC 4736, IRAS12485+4123, UGC 7996, ZWG 216.34, MCG 7-26-58, ZWG 217.1, PGC 43495) — спиральная галактика в созвездии Гончих Псов.

Галактика примечательна тем, что обладает двумя мощными кольцеобразными структурами.

M106 (Messier 106, Мессье 106, другие обозначения — NGC 4258, ZWG 243.67, UGC 7353, VV 448, MCG 8-22-104, ZWG 244.3, PGC 39600) — галактика в созвездии Гончие Псы. Этот объект входит в число перечисленных в оригинальной редакции нового общего каталога.

В 60-х годах ХХ века у галактики разглядели два дополнительных спиральных рукава, видимых в радио- и рентгеновском диапазонах, в которых нет звезд. Некоторые ученые считали эти рукава джета-выбросами, сформированными сверхмассивной чёрной дырой находящейся в центре галактики. Группа ученых из Университета штата Мэриленд утверждает что рукава сформированы не из-за джетов (хотя они и были обнаружены). Ученые проводили наблюдения с помощью 6 телескопов: Digitized Sky Survey, Хаббл, Very Large Array (радиодиапазон), в рентгеновском диапазоне наблюдение вели обсерватории Чандра, XMM-Newton и Спитцер в инфракрасном. Анализ данных показал, что рукава состоят из газа, нагретого ударными волнами. В радиодиапазоне обнаружены мощные выбросы из ядра галактики которые могут порождать ударные волны. На снимке сделанном телескопом Chandra видны результаты взаимодействия рукавов с джетами, выброшенными из черной дыры. M106 - яркая Sbp галактика. Эта классификация - из-за возможного существования малой преграды в центральной области. Наклон M106 очень похож на таковой у M31, который объясняет, почему маршруты пыли так видны. Спиральные рукава, кажется, заканчиваются в ярких синих областях. Эти области - вероятно области молодого звездообразования, которые являются во власти молодых, очень горячие, ярких и массивных звезд. Исследования в длинах радио волн показали интересные подробности относительно центра этой галактики. Ядро вероятно содержит 36 миллионов солнечных масс в пределах 40,000 AU

NGC 2403 — галактика в созвездии Жираф.

3.3. Программа виртуального телескопа создавалась в программе Power Point  и включает следующие слайды, связанные между собой  гиперссылками:

1.Технические характеристики телескопа.

2.Заказ наблюдений.

3.Данные о погоде.

4.Управление телескопом.

5. Фотография  наблюдаемого объекта.

3.4 Работа с виртуальным телескопом проходит в следующем порядке:

Сначала необходимо провести заказ наблюдений, проанализировав данные о погоде. Заказ наблюдений проводится в специальном окне. В особом окне набирают дату, совпадающую с датой заказа наблюдений.

После этого  появляется вход на управление виртуальным телескопом. Появляется окно планетария для заказа объектов наблюдений.

Далее проводится выбор объекта наблюдений..

 Далее проводится выбор времени экспозиции.

В результате проведения наблюдений появляется фотография объекта, которая автоматически записывается в окно «Лучшие фотографии».

В ходе  работы над проектом теоретически  изучены  различные источники информации по вопросам для чего нужны телескопы и какие способности телескопов с безупречной оптикой. Проведено исследование  околополярной части неба. Обработаны  результаты исследования, сделаны выводы. Описана программа разработки виртуального телескопа. Создан  в программе Power Point виртуальный  телескоп для наблюдения интересных объектов в околополярной части неба.

Список источников и литературы:

1.Телескопы для любителей астрономии Автор: Сикорук Л.Л.

2.Большой атлас созвездий. Автор Серж Брюнье.

3. http://www.moscowaleks.narod.ru/ Сайт «Галактика»

4. http://www.molas.ru/about.htm Сайт Московского Общества Любителей Астрономии

Приложение:

Распечатка слайдов виртуального телескопа.