Исследовательская работа «Наблюдение Луны»

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Свердловской области

«Первоуральский политехникум»

VI Областная научно-практическая конференция студентов

«Путь к успеху-2019: Образование. Наука. Профессия»

Тематическое направление

«Я - исследователь»

НАБЛЮДЕНИЕ ЛУНЫ

2019 год

Содержание.

стр.

Введение…………………………………………………………………………..3

Фотографические наблюдения Луны…………………………………………...4

Подготовка к наблюдениям Луны………………………………………...4

Наблюдаемые объекты на поверхности Луны……….…………………..7

Результаты наблюдения лунной поверхности..…………………………17

Заключение……………………………………………………………………….19

Литература……………………………………………………………………….20

Приложение 1 Таблица времени восхода и захода Луны в г. Екатеринбург в феврале 2019 г.

Приложение 2 Карта видимого полушария Луны

Введение.

В этом учебном году мы начинаем изучать новую дисциплину –астрономию. Я считаю, что астрономия - очень интересная наука. Меня давно интересовали небесные объекты, хотелось больше узнать об окружающей нас Вселенной.

Недостаточно изучать астрономию только посещая занятия в аудитории. Основной метод астрономии – это наблюдение. Ближайшим к Земле крупным космическим телом является Луна – наш естественный спутник. Я решила изучить объекты на видимой стороне Луны.

Целью моей работы является освоение фотографического метода наблюдения Луны.

Задачи:

изучить условия видимости Луны для её дальнейшего фотографирования;

сфотографировать поверхность Луны, наблюдаемую в различных фазах, для её детального изучения;

проанализировать возможность наблюдения различных объектов на поверхности Луны.

Объектом моего исследования является видимая сторона поверхности Луны.

Предметом исследования – наблюдаемые детали лунной поверхности.

Фотографические наблюдения Луны

1. Подготовка к наблюдениям Луны

Перед началом наблюдений нужно установить условия видимости Луны в ближайший месяц. Луна делает один вокруг Земли примерно за 27,3 суток (сидерический месяц). Но, так как, за это время Земля перемещается по своей орбите вокруг Солнца, то условия видимости освещённой поверхности Луны (фазы Луны) будут повторяться примерно через 29,5 суток (синодический месяц) [1].

Лунный месяц представляет собой последовательность восьми периодов - четырех четвертей, двух критических точек (новолуния и полнолуния) и двух фаз перехода. Вот в какой последовательности происходит смена восьми состояний видимости Луны:

новолуние;

первая фаза - серповидная Луна (молодая, растущая);

первая четверть;

вторая фаза - выпуклая Луна - луна почти полностью освещена, за исключением тонкой серповидной полосы;

полнолуние;

третья фаза - рассеивающая Луна - та же выпуклая луна, но уже убывающая;

третья четверть;

четвёртая фаза - бальзамическая Луна (стареющая) - Луна в виде тонкого серпа, как после новолуния, но обращенного в другую сторону.

Условия наблюдения Луны в феврале 2019 года [3] представлены в Приложении 1.

Также для наблюдения необходима карта Луны. С Земли можно наблюдать лишь одно полушарие нашего спутника потому, что период вращения Луны вокруг оси равен периоду обращения вокруг Земли. На карте видимого полушария Луны показаны наиболее крупные объекты спутника [4] (см. Приложение 2).

Для более подробного изучения поверхности я также использовала глобус Луны (см. рис. 1).

Рис. 1 Глобус Луны

Чтобы начать наблюдения за космическим объектом мало только желания – требуется еще и определенная аппаратура. Для наблюдения за луной мне было достаточно и просто хорошего фотоаппарата т. к. Луну с поверхности Земли видно достаточно хорошо.

Фотографические наблюдения обладают радом преимуществ по сравнению с визуальными. Это, в первую очередь, документальность – способность фиксировать происходящие объекты и долгое время сохранять полученную информацию. Во-вторых, панорамность – способность запечатлевать одновременно несколько объектов. А также интегральность – способность накапливать свет от слабых источников, что позволяет рассмотреть слабоосвещённые объекты.

К сожалению, при наблюдениях я довольно быстро столкнулась с такой проблемой, как погодные условия. Из-за сильной облачности в некоторые дни приходилось ухищряться и фотографировать Луну в разные временные промежутки (например вечером, когда еще не стемнело и не было облачно), нередко из моих наблюдений выпадала пара-тройка дней. И всё же мне удалось наблюдать за Луной целый месяц.

2. Наблюдаемые объекты на поверхности Луны

Я начала свои наблюдения после новолуния, когда на вечернем небе пред заходом Солнца можно увидеть тонкий серп (рис. 2).

Рис. 2 Молодой месяц

Подробностей можно рассмотреть немного. На восточной стороне спутника замено Море Кризисов. Море имеет диаметр 418 км, площадь 137000 км². У него очень плоское дно, окружённое кольцом гряд. 21 июля 1969 г. Около центра моря разбилась советская автоматическая межпланетная станция «Луна-15». 6 ноября 1974 г. На юго-востоке моря совершила неудачную посадку с опрокидыванием советская автоматическая межпланетная станция «Луна-23». 18 августа 1976 г. Рядом с «Луной-23» совершила мягкую посадку советская автоматическая межпланетная станция «Луна-24», успешно доставившая на Землю образец грунта [5].

В последующие дни лунного месяца площадь освещённой поверхности заметно увеличивается. Становятся различимы Море Ясности, Море Спокойствия, Море Изобилия и Море Нектара (см. рис. 3).

Рис. 3 Растущая Луна

Такие произвольные романтические наименования, не имеющие ничего общего с физической природой этих объектов, были даны в 1651 году итальянским астрономом-иезуитом Джованни Риччоли (1598 – 1671). Д. Риччоли положил начало номенклатуре отдельных лунных образований. В наименовании лунных кратеров увековечены имена известных учёных и философов [2].

Вблизи терминатора – линии, разделяющей освещённое полушарие от тёмного, тени наиболее длинные, и просматриваются подробности рельефа лунных образований. В северной части хорошо видны кратеры Аристотель и Евдокс. Кратер Аристотель — крупный ударный кратер назван в честь древнегреческого философа Аристотеля (384 до н. э. — 322 до н. э.) [6]. Кратер Евдокс – сравнительно молодой ударный кратер назван в честь древнегреческого математика и астронома Евдо́кса Кни́дского (ок. 408 год до н. э. — ок. 355 год до н. э.) [7]. В южной части виден кратер Мавролик – большой древний ударный кратер, название присвоено в честь итальянского математика, физика и астронома Франческо Мавролико (1494—1575) [8].

На седьмой лунный день (12.02.2019) освещено уже 47% видимого полушария (рис. 5).

Рис. 5 Первая четверть

В экваториальной области видны крупные кратеры Гиппарх и Птолемей. Кратер Гиппарх — большой древний ударный кратер, название присвоено в честь древнегреческого астронома, механика, географа Гиппарха (ок. 190 до н. э. — ок. 120 до н. э.) [9]. Кратер Птолемей— древний крупный ударный кратер назван в честь древнегреческого астронома, астролога, математика, оптика, теоретика музыки и географа Клавдия Птолемея (87—165) [10]. Названия утверждены Международным астрономическим союзом в 1935 году.

Также теперь можно увидеть Море Паров, а ещё Кавказ и Апеннины. Кавказ — горный хребет в северо-восточной части видимой с Земли стороны Луны. Протяжённость хребта от 445 до 550 километров. Наивысшая точка находится на высоте около 6000 метров. Кавказ и хребет Апеннины, замыкают кольцо вокруг Моря Дождей с востока, отделяя его от Моря Ясности и от Моря Паров в юго-восточном направлении. На севере от гор находится кратер Аристотель, кратер Евдокс расположен в самих горах.

Своё название хребет получил в середине XVII века, после предложения польского астронома Яна Гевелия называть горы на Луне такими же именами, как и на Земле. Немецкий астроном Иоганн Медлер, предложил назвать хребет в честь Кавказских гор. Вопрос о происхождении лунных гор, в том числе и хребта Кавказ, вызывает споры. Существуют метеоритная и вулканическая гипотезы, по-разному объясняющие появление гор на Луне [11].

При увеличении освещённой лунной поверхности становятся видны Море Дождей, Море Облаков, кратер Коперник (рис. 6).

Рис. 6 Увеличение освещённости

Кратер Коперник — ударный лунный кратер среднего размера, названный в честь польского астронома Николая Коперника (1473—1543). Расположен в восточной части Океана Бурь. Возраст кратера — около 800 миллионов лет. Благодаря небольшому возрасту, имеет хорошую сохранность и четкость структур. Глубина кратера — 3800 м. Название кратеру присвоено итальянским иезуитом Джованни Риччоли и утверждено Международным астрономическим союзом в 1935 г. [12].

Необычное по виду образование в северо-западной части – кольцевой вал Залива Радуги в Море Дождей. Так как терминатор располагается чуть восточнее вдоль вала, вершина гор оказывается освещённой и ярко выделяется на фоне неосвещённых склонов.

Залив Радуги — большой ударный кратер в северо-западной части лунного моря Дождей, заполненный застывшей базальтовой лавой. Этот Залив и окружающие его горы — одни из самых заметных и выразительных деталей лунного рельефа, доступных для любительских наблюдений. Его название ввёл итальянский астроном Джованни Риччоли. На юго-востоке Залив Радуги сливается с Морем Дождей, а с севера и запада окаймлен полукольцом Юрских гор (остатки вала кратера) [13].

Горы Юра — горы на видимой стороне Луны, окружающие Залив Радуги в северо-западной части Моря Дождей. Диаметр горной структуры составляет около 420 км, максимальная высота гор над окружающей местностью — около 4700 м (в северо-западной части). Некогда горы Юра представляли собой внешний вал кратера диаметром около 260 км. Юго-восточная часть вала кратера была разрушена и вместе с самим кратером заполнена базальтовой лавой из Моря Дождей. Так образовался Залив Радуги. В соответствии с традицией именования лунных гор по названию земных, использовано название гор Юра — горного массива в Швейцарии и Франции [14].

На почти полном лунном диске наблюдается море Холода на севере, а также крупный кратер Тихо (рис. 7). Тихо — 85-километровый ударный кратер на Луне, в южной части видимой стороны. Назван в честь датского астронома и алхимика XVI века Тихо Браге. Это один из наиболее интересных лунных кратеров: он окружён самой заметной на Луне системой светлых лучей, простирающихся на тысячи километров. Особенно хорошо они видны в полнолуние.

Окрестности Тихо усеяны множеством других кратеров разных размеров. Некоторые из них являются вторичными (образованы телами, выброшенными при ударе, создавшем Тихо).

Рис. 7 Перед полнолунием

Тихо — самый молодой из крупных кратеров Луны: он появился около 110 млн лет назад. Поэтому он хорошо сохранился: его не разрушили последующие удары. Не успели ещё исчезнуть и окружающие его лучи, состоящие из выброшенных при его появлении пород. Со временем они темнеют под действием космического выветривания, и поэтому у древних кратеров не наблюдаются. Самый длинный луч, который принадлежит кратеру Тихо, делит пополам Море Ясности и тянется на расстояние 4000 км от кратера. В 1972 году за 2250 километров от Тихо (на краю Моря Ясности) астронавты «Аполлона-17» взяли образцы пород из луча этого кратера, что позволило определить его возраст [15].

Прекрасен вид полной Луны (рис. 8). В западной части виден Океан Бурь, на юге от которого находятся Море Облаков и Море Влажности.

Рис. 8 Полная Луна

Почти в центре Океана Бурь виден крупный ударный кратер Кеплер. Название присвоено в честь немецкого математика, астронома, механика, оптика, первооткрывателя законов движения планет Солнечной системы Иоганна Кеплера (1571—1630); утверждено Международным астрономическим союзом в 1935 г. В кратере Кеплер наблюдались кратковременные лунные явления в виде свечения во время затмений, увеличения яркости, помутнения. [16].

В южной части убывающей Луны виден кратер Клавий, а на западе почти у края лунного диска - кратер Гримальди (рис. 9).

Кратер Клавий — огромный древний ударный кратер, расположенный, к югу от кратера Тихо. Кратер Клавий является одним из древнейших образований на Луне, его возраст составляет 3,85—3,92 миллиарда лет. Назван в честь Христофора Клавия (1537—1612) — германского математика и астронома, члена ордена иезуитов. Название присвоено итальянским астрономом-иезуитом Джованни Риччоли, который выбрал для собрата по ордену один из самых крупных кратеров. Название утверждено Международным Астрономическим Союзом (МАС) в 1935 г. Диаметр кратера составляет 230 км, глубина 4,9 км, кратер является третьим по величине на видимой стороне Луны [17].

Рис. 9 Последняя четверть

Кратер Гримальди — большой древний ударный кратер расположенный в юго-западной части Океана Бурь на видимой стороне Луны. Название присвоено в честь итальянского физика и астронома Франческо Мария Гримальди (1618—1663) и утверждено Международным астрономическим союзом в 1935 г. [18].

К северо-западной части кратера примыкает большой кратер Риччоли. Таким образом Международный астрономический союз в 1935 году увековечил память этого учёного, внёсшего большой вклад в изучении Луны.

При уменьшении степени освещённости можно отчетливо увидеть в Море Облаков – кратер Буллиальд, а так же кратер Лонгомонтан(рис. 10). В поле видимости попадает Море Влажности и Океан Бурь, но кратеры на западной оконечности лунного диска (за исключением Гримальди) почти неразличимы.

Рис. 10 Убывающая Луна

Кратер Буллиальд — крупный сравнительно молодой ударный кратер, находящийся в западной части Моря Облаков. Крупнейший из не залитых лавой кратеров в этом море. Название присвоено в честь французского астронома, основателя фотометрии Исмаэля Буйо (1605—1694) подписывавшего свои работы латинизированной фамилией Буллиальд и утверждено Международным астрономическим союзом в 1935 г. [21].

Кратер Лонгомонтан — древний ударный кратер в южной части видимой стороны Луны. Название присвоено в 1651 г. Джованни Риччоли в честь датского астронома Кристиана Северина Лонгомонтана (1562—1647) и утверждено Международным астрономическим союзом в 1935 г. [22].

На фотографии убывающего месяца видно мало подробностей: западные оконечности Океана Бурь и Моря Влажности, а ещё кратер Гримальди (рис. 11).

Скоро новолуние…

Рис. 11 Скоро новолуние

3. Результаты наблюдения лунной поверхности

В конце месяца наблюдений можно подвести итоги моего исследования.

Наблюдения с помощью цифровой фотокамеры позволяют отчётливо разглядеть лунные моря - тёмные пятна на поверхности лунного диска. Лунные моря являются самыми крупными деталями рельефа Луны. Моря представляют собой низменности (например, Море Дождей расположено на 3 км ниже окружающей местности) с ровным дном, залитые затвердевшей лавой. Застывшая лава характеризуется более тёмной окраской, чем остальная поверхность Луны, и именно этим объясняется серовато-коричневатый оттенок, характерный для лунных морей. Моря покрыты вулканическими породами — базальтами, возраст которых оценивают в 3 — 4,5 млрд лет. Очертания границ лунных морей в преобладающем количестве случаев округлые. Размер колеблется от 200 до 1100 километров в поперечнике. Самая большая низменность названа Океаном Бурь. Его протяжённость 2000 км. Вокруг морей расположены кольцеобразные горные хребты [19].

Также хорошо видны крупные кратеры - чашеобразные углубления в поверхности луны. В соответствии с современными представлениями абсолютное большинство лунных кратеров являются кратерами ударного типа. Название введено Галилео Галилеем и позаимствовано из древнегреческого языка, где слово кратер обозначало сосуд, используемый для смешивания воды и вина. В 1609 г. Галилей построил первый телескоп с приблизительно трёхкратным увеличением и провел первые астрономические наблюдения Луны, которые показали, что она не является правильной сферой, а имеет детали рельефа — горы и чашеобразные углубления, которые Галилей и назвал кратерами [20].

Можно разглядеть и лунные горы особенно при косом падении солнечных лучей вблизи терминатора.

Таким образом, условия наблюдения лунных объектов меняются при смене фаз. Наблюдая Луну при различной освещённости, можно увидеть разнообразные детали на лунной поверхности.

Заключение

Таким образом, я освоила фотографический метод наблюдения объектов на видимой стороне Луны с помощью цифровой фотокамеры.

Анализ полученных снимков позволяет детализировать довольно много образований на поверхности естественного спутника.

Данные моих наблюдений можно использовать на уроках астрономии.

В дальнейшем я планирую продолжить свои наблюдения Луны и других небесных объектов.

Я считаю, что навыки, приобретённые при выполнении исследовательской работы, помогут мне в учёбе и освоении будущей профессии.

Литература.

Воронцов-Вельяминов, Б.А. Астрономия. Базовый уровень. 11 класс: учебник/ Б.А. Воронцов-Вельяминов, Е.К. Страут. – 5-е изд. пересмотр. – М.: Дрофа, 2015. – 238 с.

Зигель Ф. Ю. Сокровища звёздного неба: путеводитель по созвездиям и Луне.- 5-е изд.-М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. – 296 с.

http://timewek.ru/citysunm.php

http://www.astronet.ru/db/msg/1197886

https://ru.wikipedia.org/wiki/Море_Кризисов

https://ru.wikipedia.org/wiki/Аристотель_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Евдокс_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Мавролик_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Гиппарх_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Птолемей_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Кавказ_(лунный_хребет)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Коперник_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Залив_Радуги

https://ru.wikipedia.org/wiki/Юра_(Луна)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Тихо_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Кеплер_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Клавий_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Гримальди_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Лунное_море

https://ru.wikipedia.org/wiki/Лунный_кратер

https://ru.wikipedia.org/wiki/Буллиальд_(лунный_кратер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Лонгомонтан_(лунный_кратер)

Приложение 1

Таблица времени восхода и захода Луны в г. Екатеринбург в феврале 2019 г.

Приложение 2

Карта видимого полушария Луны