Методическая разработка «Программное обеспечение для компьютера в курсе астрономии»

Министерство образования и науки РСО – Алания

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Владикавказский колледж электроники»

Методическая разработка

( для преподавателей и студентов)

Программное обеспечение для компьютера в курсе астрономии

ДИСЦИПЛИНЫ – «Астрономия»

Составлена преподавателем Вакулиной Е.А.

г. Владикавказ

Программное обеспечение для компьютера в курсе астрономии

В начале 21 века астрономия стала одним из лидеров современного естествознания. 2009 год объявлен ЮНЕСКО Международным годом астрономии. Формирование у учащихся астрономической картины мира, изучение основ астрофизики является важной задачей современной школы. При изучении курса астрономии особый интерес представляет использование программного обеспечения для компьютерного сопровождения данного курса. Мною был изучен ряд программ для использования их согласно тематическому планированию курса астрономии.

Для изучения звезд и созвездий с успехом можно применять электронный планетарий Stellarium. Программа Stellarium является бесплатной и может быть загружена с сайта www.stellarium.org. Программа была создана усилиями международной группы энтузиастов, таких как, координатор проекта Фабиан Шеро, разработчик Роб Спирман,. По словам самих разработчиков: Stellarium - это, находящийся в свободном доступе планетарий для вашего компьютера. Он показывает в трехмерном виде реалистичное небо, почти как если бы вы наблюдали его невооруженным глазом, в бинокль или телескоп. Планетарий может быть использован в проекторах, просто вводите нужные координаты и работайте".В настоящее время последней версией программы является версия 0.21.2.

Рис. 1. Звездное небо в программе Stellarium.

Версия 0.21.2 имеет следующие особенности:

Программа очень проста в освоении, но её возможности поразительны:

доступны наблюдению более 600 тысяч звезд.

красочные, привлекательные изображения созвездий на небе.

фото изображения туманностей и звездных скоплений.

планета Земля имеет реалистичную атмосферу, закаты и рассветы, которые можно включить и отключать в настройках.

планеты и все их спутники.

возможность масштабирования.

установка времени как в прошлое так и будущее.

возможность настройки объектива и управление видом через телескоп или бинокль.

симуляция затмений и многое другое…

Рис. 2. Художественные изображения созвездий.

Интерфейс.

Мощное увеличение.

Контроль времени.

Многоязыковой интерфейс.

Проекция "рыбьего" глаза для наблюдения небесного купола.

Сферическая зеркальная проекция для вашего собственного малобюджетного планетария.

Полностью новый графический интерфейс и улучшенные контроль с клавиатуры.

Контроль за телескопом.

Визуализация.

Экваториальные и азимутальные сети.

Мерцание звезд

Падающие звезды.

Симуляция затмения

Различные пейзажи мест наблюдения со сферической панорамной проекцией.

Рис. 3. Рабочее окно программы Stellarium

Электронный планетарий Stellarium прдставлен в трех версиях:

Версия для ОС Lnux

Версия для Mac OS X

Версия для ОС Windows.

Программа работает только в учетной записи с латинским названием, например Family вместо Семья. Разработчики программы создали возможность пользователю вносить в программу свои объекты, туманности, планеты, изображения.

Рассмотрим некоторые возможные наблюдения в программе Stellarium.

Изучение созвездий

Практическая работа №1 в программе Stellarium

Изучение околополюсных созвездий

Убедитесь, что ваше местоположение – Владикавказ.

Н айдите Большую Медведицу и зарисуйте Большой ковш, отметьте на нём звёзды Дубхе и Мерак. Покажите стрелкой, в каком направлении от них находится Полярная звезда.

Начертите Малый Ковш в таком расположении, как в Стеллариуме.

Какое околополярное созвездие находится рядом с ними (даже между ними)? Как называется самая яркая звезда этого созвездия?

_Созвездие-Дракон, звезда-Тубан_

Рассмотрите все 7 звёзд Большого Ковша Медведицы и запишите их названия и расстояния до них в порядке удаления от Земли.

Какая из этих звёзд является двойной?

М ицар-двойная звезда

Включив экваториальную сетку, найдите южный полюс мира. Как называется ближайшее созвездие к южному полюсу?____Октант____

Зарисуйте его и отметьте ближайшую к полюсу звезду σ. Зарисуйте созвездие Южный крест, подпишите названия трёх его ярчайших звёзд.

α – Акрукс, β – Мимоза, γ - Гакрукс

Проведите через звёзды α и γ стрелку в сторону южного полюса мира.

Найдите созвездие, в которое входит Сириус. Как оно называется? Относится ли это созвездие к околополюсным созвездиям?

Большой Пёс – не относится к полярным созвездиям

Сделайте выводы:

Северный полюс мира – звезда ___Полярная______________

Южный полюс мира – ближайшая звезда ___ σ __ из созвездия _____Октант______________

Созвездия около Северного полюса мира - __Большая и Малая Медведицы, Дракон________

Созвездия около Южного полюса мира - ___Октант, Хамелеон, Райская птица, Южный крест_

На следующем занятии после проверки выполненных работ, необходимо повторить основные выводы из наблюдений и остановиться на распространённых ошибках учащихся.

Изучение Луны и Солнца

Практическая работа №2 в программе Stellarium

Солнце-Луна-Земля

Убедитесь, что ваше местоположение – Владикавказ. Отключите атмосферу, включите линии и названия созвездий.

Найдите Солнце. В каком созвездии оно находится? Поместите Солнце в центр экрана, увеличьте его во весь экран. Что вы видите на поверхности Солнца? Какой учёный первым обнаружил их на Солнце?

Солнце – в созвездии___________________________________________

На поверхности Солнца___________________________________________________

Найдите Луну. В каком созвездии она находится? Как называется самая яркая звезда этого созвездия? Начертите это созвездие, указав его название и название звезды.

Выпишите из списка информации в левом углу экрана, чему равно расстояние от Земли до Луны, чему равен звёздный период обращения Луны и чему равны сутки на Луне:

Расстояние от Луны до Земли -

Звёздный период обращения Луны -

Сутки на Луне -

В боковом меню измените местоположение на Луну. В окне настройки неба и наблюдений измените ландшафт на лунный. В окне настройки даты поставьте 02.06.2016. Найдите Землю в северной части неба и увеличьте её. В какой фазе находится Земля? В каком созвездии она находится? Как называется его самая яркая звезда?

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

Сделайте выводы:

1)Солнце, Земля и Луна находятся в _____________________созвездиях, но все они являются______________________________________созвездиями.

2)Луна находится ближе к Земле, чем к Солнцу в ______________________ раз

3)Сутки на Луне и период обращения Луны вокруг Земли _________________________________________.

Работу в компьютерном планетарии можно применить и для осуществления проектно-исследовательской деятельности учащихся.

Мини – исследование «Наблюдение солнечного затмения»

Найдите в интернете дату и место наблюдения ближайшего (прошедшего) полного солнечного затмения.

Наблюдайте данное затмение, предварительно установив в Стеллариуме местоположение, из которого возможно его увидеть, и перемотав время в горизонтальном меню до нужного момента начала наблюдения.

Сделайте снимок экрана в момент, близкий к полному затмению, откройте его в программе Paint, подпишите название наблюдаемого явления, его дату и местоположение наблюдателя. Сохраните полученный рисунок в своей папке на компьютере.

Куда сместится диск Луны, если бы мы сменили местоположение наблюдателя к северу (югу, западу, востоку)?
________________________________________________________________________

Проверьте свой ответ с помощью программы Стеллариум, сделайте новый снимок экрана и обработайте его аналогично п. 3, его тоже загрузите в свою папку.

В программе использованы материалы Jeff Gillis из института "Lunar and planetary institute", который разрешил Кристиану Леграну использовать изображения из атласа "Lunar Orbiter Photographic Atlas of the Moon" (LOPAM). Этот замечательный атлас расположен на сайте:

http://www.lpi.usra.edu/research/lunar_orbiter/

В моделировании поверхности Луны, отображения лунных фаз в реальном времени, изучении геологии Луны возможно применение программы Virtual Moon Atlas - Виртуальный Атлас. Программа является бесплатной и доступна для скачивания на сайте www.ap-i.net. Ее разработали французы Кристиан Легран и Патрик Шевалье. Виртуальный Атлас Луны был загружен более 500 000 раз по всему миру. Программа была использована в нескольких книгах, журналах, наблюдениях, университетах и веб-сайтах. Использована в подготовке к индийской лунной программе Chandrayan 1. Рекомендована Европейским космическим агенством (ЕКА) и Министерством образования Франции. В настоящее время последней версией Атласа является версия 4.0, вышедшая в мае 2008.

Данная программа, созданная Патриком Шевалье и Кристианом Леграном может отображать видимость Луны на любой день и час, управлять компьютеризированными телескопами при наблюдении Луны. Также она позволяет изучать лунные образования с помощью уникальной базы данных (более 8000 наименований) и библиотеки изображений (более 6000 наименований), составленных Кристианом Леграном.Программа приспособлена как для работы "на месте", так и для изучения Луны и лунного рельефа в домашних условиях. Интерфейс был создан на основе бесплатной астрономической программы Патрика Шевалье Virtual Moon Atlas.

Также были использованы материалы David Seals из Лаборатории "Jet Propulsion Laboratory" за предоставление высококачественных Лунных текстур с сайта:

http://maps.jpl.nasa.gov/

"United States Geological Survey" (USGS) имеет сайт "Astrogeology / Webgis", предоставляющим геологические карты Луны, впервые используемые в версии 1.5.

http://astrogeology.usgs.gov/Projects/webgis/

Интеграция изображений, сделанных миссиями Apollo, стала возможна благодаря разрешению NASA на публичный показ, описанном на сайте:

http://www.nasa.gov.

Рис. 4. Облетая Луну в программе Virtual Moon Atlas.

Вкратце можно сказать, что авторы создали программу бесплатной для начинающих астрономов, наблюдателей луны и студентов, хотящих попрактиковаться в селенографии. Авторы хотят продвинуть наблюдения Луны и знания о ней в массы, т.к. это станет одним из следующих шагов человека в изучении космоса.

Говоря о различных астрономических программах, мы упомянули и программы, специализированные (то есть звезды, Луна), так мы можем говорить и от трехмерных симуляторах Вселенной. К числу наиболее удачных можно отнести Celestia.

Рис. 5. Space Shuttle над Флоридой.

Celestia как и все перечисленные программы является свободной и может быть загружена с сайта www.shatters.net. Программа работает в ОС Linux, ОС Windows, Mac OS X. Программа, основываясь на каталоге Hipparkos, позволяет пользователю рассматривать объекты размеры от искусственных спутников до полных галактик в трех измерениях, используя технологию OpenGL. В отличии от большинства других симуляторов пользователь способен свободно путешествовать по Вселенной. НАСА и ЕКА использую Celestia. В настоящее время последней версией программы является версия 1.5.1, вышедшая в мае 2008г. Программа отличается удобством работы и поддерживает режим "ввел объект - идешь к нему".

Рис.6. Вид на Землю из космоса в программе Celestia.

В Celestia созданы большие возможности для возможных расширений, так можно добавлять свои космические тела, дополнительные каталоги спутников, космические корабли и прочее.

 

Рис. 7. Вояджер-2 при облете Нептуна в 1989. Моделирование в Celestia.

И наконец также существует еще одни вид астрономических программ - программы симуляторы космического полета. Я предлагаю воспользоваться программой Orbiter, находящейся в свободном доступе. Программа может быть загружена на сайте orbit.medphys.ucl.ac.uk и позволяет пользователю создать картину управления космическим кораблем. По сравнению с ранее перечисленными программами практическая ценность Orbiter меньше, но программа отличается красивой визуализацией и графикой и создает иллюзия реального космического полета.

Рис. 8. Space Shuttle над мысом Канаверал в программе Orbiter.

В программе Orbiter также созданные условия для добавления своих дополнений, новых космических кораблей, станций и прочего. Они размещены на самом сайте программы, так и на нескольких других, как например, сайте orbithangar.com, где собрана большая коллекция дополнений, делающих симулятор более интересным и разнообразным.

Рис. 10. Управление Space Shuttle в программе Orbiter.

В заключение хочется сказать, что представленный список программ является лишь малой частью научно-популярного программного обеспечения, посвященному космосу, но данная подборка включила в себя по мнению автора наиболее яркие и полезные в обучении программы, находящиеся в свободном доступе, что рекомендует данный перечень программ к использованию в образовательном процессе в рамках курса астрономии и смежных с ней наук (географии, физики).

Источники информации:

http://www.stellarium.org/ru

http://all-freeload.net/obrazovanie/1689-stellarium

http://www.astroscope.su/obzor_programm-planetariev/9127.htm