ZOSTAŃ OBSERWATOREM NIEBA
–rozwijanie zainteresowań astronomią wśród uczniów gimnazjum
Astronomia to jedna z nielicznych dyscyplin naukowych, w których amatorzy mogą niekiedy dokonać więcej niż zawodowcy. Miłośnik astronomii wpatruje się w gwiazdy (gołym okiem lub przez teleskop) i - nieoczekiwanie - dostrzega coś, czego wcześniej nikt nigdy nie widział.
Miłośników jest znacznie więcej niż astronomów profesjonalnych. Obserwacje amatorskie są prowadzone prostymi metodami, co pozwala porównywać ich wyniki z archiwalnymi zapiskami z czasów, gdy właśnie takie metody były w powszechnym użyciu. Pomimo postępu techniki nadal istnieją zjawiska, które najlepiej obserwować gołym okiem (np. meteory). W takich przypadkach różnice między obserwacjami amatorskimi i profesjonalnymi zacierają się całkowicie. Biorąc pod uwagę to, że są oni bardziej rozproszeni po świecie, więc mogą szybciej przenosić się z miejsca na miejsce, mogą wykonać więcej obserwacji i zgromadzić więcej danych niż zawodowcy.
Obecnie znamy ponad 40 tys. gwiazd. Ich stałe monitorowanie przez profesjonalistów jest praktycznie niemożliwe, zadania tego podejmują się z powodzeniem miłośnicy astronomii. Polowanie na nieznane komety, planetoidy oraz gwiazdy nowe i supernowe jest jednym z niewdzięcznych zadań astronomii obserwacyjnej, które pochłaniają bardzo dużo czasu i nie gwarantują sukcesów. Zadania tego chętnie podejmują się astronomowie-amatorzy. Mało kto wie, że ponad połowa komet jest odkrywana przez amatorów. Liczba obserwatorów systematycznie przeszukujących niebo ciągle rośnie.
Aby wysiłek amatorów był użyteczny, muszą jednak wiedzieć, co i jak obserwować oraz co zrobić z uzyskanymi wynikami. Podstawy te mogą wynieść ze szkoły, poprzez aktywne uczestnictwo w obserwacjach.
Podstawa programowa kształcenia ogólnego z fizyki i astronomii w gimnazjum za cel edukacyjny wymienia „Poznanie podstawowych praw opisujących przebieg zjawisk fizycznych i astronomicznych w przyrodzie”, a jednym z zadań jest „Zapoznanie z metodami obserwowania, badania i opisywania zjawisk fizycznych i astronomicznych”. Jedną z najważniejszych metod realizacji tego zadania jest działanie praktyczne, a bardziej szczegółowo: doświadczenie, pokaz, obserwacja. Wynika stąd, że jedną z głównych metod nauczania astronomii jest obserwacja astronomiczna. Okazja ku temu nadarza się podczas realizacji treści – Układ Słoneczny, Elementy kosmologii, oraz niezależnie od realizowanego materiału w czasie występowania rzadkich zjawisk astronomicznych. Realizując te zagadnienia należy przygotować obserwacje pod kierunkiem nauczyciela, a także zlecać samodzielne obserwowanie nieba, co z reguły jest atrakcyjne dla uczniów. Jest to doskonały moment aby wśród uczniów gimnazjum rozbudzić zainteresowania astronomią.
Realizując treści z zakresu astronomii niezbędne jest zapoznanie uczniów z podstawowym sprzętem jakim są lornetka i teleskop. Nie należy również zapominać o tym, że również „nieuzbrojone” oko jest dobrym narzędziem obserwacyjnym.
W obserwacjach astronomicznych najczęściej stosowane są: lornetki, lunety i teleskopy. Można używać lornetek dowolnego typu. Małe powiększenie oznacza większe pole widzenia, większe powiększenie pozwala dostrzec słabsze obiekty i więcej szczegółów. Obserwacje lornetką są kłopotliwe, ponieważ trudno zapobiec ruchowi ręki, warto więc zaopatrzyć się w zamocowanie, które przy większych powiększeniach jest konieczne.
Najczęściej stosowanym teleskopem jest teleskop zwierciadlany Newtona. Światło wchodzi do otwartego z jednej strony tubusu, odbija się od wklęsłego lustra na jego dnie, zogniskowane promienie odbijają się od płaskiego zwierciadełka pod kątem 45 stopni i wychodzi przez boczny otwór, w którym zamontowany jest okular powiększający obraz. Często zaopatrzony jest w małą lunetkę służącą jako tzw. szukacz. Podstawa teleskopu powinna być solidna, aby nie wchodziła a drgania podczas obserwacji.
Przystępując do organizowania obserwacji należy pamiętać, że musi byś ona starannie przygotowana.
Obserwacje astronomiczne składają się z dwóch nierozdzielnie związanych ze sobą faz: obserwacji właściwej oraz zapisu jej wyników. Obserwacje, których rezultat pozostaje jedynie w pamięci obserwatora, są niewiele warte. Od samego początku kariery astronoma-obserwatora- a takimi są nasi uczniowie- należy wyrobić w nich nawyk zapisywania tego, co się widzi. Należy więc zlecić założenie zeszytu obserwacji, w którym konieczne jest zapisanie:
- daty i godziny obserwacji,
- obiektu obserwacji,
- rodzaju użytego instrumentu,
- ogniskowej okularu,
- nazwiska obserwatora,
- miejsca obserwacji,
- uwag dotyczących pogody
- uwag dotyczących obserwowanego obiektu
- załączników w postaci rysunku obserwowanego obiektu, lub wypełnionego arkusza obserwacji przygotowanego przez nauczyciela
Obserwacje uczniowie notują dla siebie i dla innych. Dla siebie - by mogli w każdej chwili przypomnieć sobie, co obserwowali. Dla innych - by dzielić się swymi wynikami w raportach obserwacyjnych przygotowywanych dla stowarzyszeń amatorskich czy nawet dla zawodowych astronomów (jak w przypadku tranzytu Wenus w 2004r). Jeśli notatki mają służyć nie tylko samemu obserwatorowi, należy prowadzić je tak, by również inna osoba potrafiła je odczytać. Zapiski muszą być więc czytelne i kompletne.
Podczas obserwacji nocnych niezbędne jest wyposażenie w latarkę z czerwonym filtrem, obrotową mapę nieba lub atlas astronomiczny, ołówek (długopis jest zawodny), a także lornetkę lub teleskop, jeśli będą obserwowane obiekty niewidoczne gołym okiem. Obserwacje będą przebiegać bez zakłóceń jeśli wybierzemy miejsce z dala od świateł ulicznych i okien domów. W zasadzie powinny być prowadzone w dni bezksiężycowe (z wyjątkiem obserwacji Księżyca i Słońca), o porze umożliwiającej bezpieczny powrót (18-21).
Do obserwacji astronomicznych w gimnazjum proponuję: obserwacje plam na Słońcu, Księżyca, planet, gwiazd i wybranych obiektów nieba gwiaździstego.
Obserwacje plam na Słońcu
Ważną zaletą obserwacji jest to, że można ją prowadzić w czasie zajęć szkolnych. Najlepszym i najbezpieczniejszym sposobem obserwacji jest ekspozycja na ekranie.
Lunetę lub teleskop należy umieścić na statywie. Ekran mocuje się na oddzielnym statywie tak aby płaszczyzna ekranu była prostopadła do osi optycznej instrumentu. W trakcie obserwacji, co pewien czas należy instrument całkowicie zasłonić, aby nie dopuścić do nadmiernego nagrzania się części optycznych. Pierwszą czynnością jest skierowanie instrumentu na Słońce. Następnie ustawiamy za pomocą okularu ostrość. Należy pamiętać aby w żadnym wypadku nie patrzeć wprost na Słońce.
W warunkach szkolnych, obserwacje Słońca sprowadzają się do obserwacji plam słonecznych i okazjonalnie zaćmień lub przejścia planet wewnętrznych przed tarczą Słońca (zgodnie z kalendarzem astronomicznym). Plamy widoczne są wyraźnie na obrazie rzutowanym na ekranie. Ich liczba ulega ciągłym zmianom. Obserwacje plam słonecznych polegają na sporządzeniu rysunku tarczy słonecznej z możliwie wiernym zaznaczeniem wszystkich widocznych szczegółów. Do ekranu przytwierdzamy pinezkami kartkę czystego, białego papieru z narysowanym okręgiem o średnicy dokładnie 10cm. Położenie plamy nanosi się dobrze zaostrzonym ołówkiem. Całą obserwację należy nanosić dosyć szybko gdyż obraz „ucieka” i wymaga ciągłych poprawek. Warto obserwacje Słońca prowadzić w ciągu kilkunastu dni, co umożliwi śledzenie „życia” poszczególnych plam. Podczas obserwacji można obliczyć w przybliżeniu powierzchnię jaką zajmują plamy na Słońcu. W tym celu należy sporządzić na pasku białego papieru wzorcową skalę, rysując możliwie precyzyjnie kółeczka o średnicy od 0,5mm do 5.0mm. Przy opracowywaniu wyników znajdujemy kółeczka najbardziej zbliżone pod względem powierzchni do obserwowanej plamy. Z zestawienia odczytujemy średnicę plamy
Średnica kółeczka(mm) - Średnica plamy (km)
0,5 - 6950
1,0 - 13900
1,5 - 20850
2,0 - 27800
2,5 - 34750
3,0 - 41700
3,5 - 48650
4,0 - 55600
4,5 - 62550
5,0 - 69500
Obserwacje Księżyca
Księżyc jest jednym z najprostszych obiektów do obserwacji. Pierwsze obserwacje możemy już prowadzić 3 dni po nowiu. Najlepszym okresem są momenty kiedy to Księżyc osiąga pierwszą lub ostatnią kwadrę. Obserwujemy wtedy na powierzchni wiele bardzo wyraźnych kraterów i gór, które pod wpływem ustawienia w tym okresie rzucają duże i wyraźne cienie na granicy części oświetlonej i nieoświetlonej. Granica ta nosi nazwę terminatora. Podczas pierwszej kwadry patrzymy na terminator wprost z góry i cienie są najdłuższe. W zależności od użytego teleskopu bądź lornetki, która również nadaje się do obserwacji Księżyca, ujrzymy na powierzchni wiele szczegółów. Lornetką można zidentyfikować obiekty na powierzchni o średnicy maksymalnie 5 km, teleskopami w zależności od powiększenia, od 1 do 2 km. Przy obserwacjach powierzchni Księżyca możemy stosować zarówno małe jak i duże powiększenia
Podczas obserwacji uczniowie powinni posługiwać się mapkami identyfikując widoczne na otrzymanym z teleskopu obrazie Księżyca wyraźnie widoczne obiekty oraz cechy ukształtowania jego powierzchni.
Księżyc obserwować można również okiem „nieuzbrojonym”, dokumentując przebieg oświetlania tarczy w poszczególnych fazach. W zeszycie obserwacyjnym należy narysować okrąg o średnicy 5 cm a następnie starannie wrysowywać kształt Księżyca. Obserwacja prowadzona przez kolejne dni da pełny obraz oświetlania tarczy przez Słońce.
Obserwacje planet
W warunkach szkolnych najlepiej można obserwować cztery najjaśniejsze planety: Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna. Uczniom nie znającym nieba gwiaździstego sprawia trudność odnalezienie i zidentyfikowanie planety. Najlepiej wtedy posłużyć się kalendarzem astronomicznym ze współrzędnymi położenia planet.
Na powierzchni Wenus niestety nie można nic zobaczyć ponieważ zasłania ją zawsze bardzo gruba warstwa chmur, lecz obserwowana przez lornetkę przedstawia interesujący widok zmiany kształtu tarczy podobnie jak faz Księżyca. Na porannym niebie obserwujemy Wenus zbliżającą się do nowiu, na niebie wieczornym do pełni. W czasie pełni Wenus jest za Słońcem i nie można jej obserwować, podobnie jak podczas nowiu kiedy planeta znajduje się najbliżej Ziemi. Wyjątek stanowi ewentualne przejście Wenus przed tarczą Słońca. Ostatnie tego typu zjawisko miało miejsce 8 czerwca 2004 roku, kolejne już 6 czerwca 2012 roku, następne dopiero w 2117. Do wykonania obserwacji Wenus niezbędne jest użycie lornetki lub teleskopu.
Mars wśród planet wyróżnia się czerwonawym blaskiem. Najkorzystniej można obserwować Marsa podczas opozycji, które wypadają średnio raz na 780 dni. Można wtedy prowadzić obserwacje czap polarnych lub pokusić się o odszukanie 2 księżyców Marsa (Phobosa i Deimosa). Najbliższe opozycje będą miały miejsce 7 listopada 2005 (70,31 mln km) i 24 grudnia 2007 (88,8 mln km).
W warunkach szkolnych interesująca może być seria obserwacji domowych gdzie na mapę nieba uczniowie nanoszą kolejne położenia planety względem gwiazd. Seria rysunków unaoczni zmianę położenia planety na tle gwiazd i pozwoli na prześledzenie charakterystycznej pętli w sposób obserwacyjny.
Jowisza nie jest trudno odróżnić na niebie, gdyż jest jednym z najjaśniejszych obiektów i jedną z najczęściej obserwowanych planet. Za pomocą teleskopu może obserwować pasy chmur wraz z szybko przymieszającą się „czerwoną plamą”. Staranny przegląd tarczy Jowisza powinien trwać co najmniej 10-15 minut. Nawet przez lornetkę można obserwować obok tarczy cztery najjaśniejsze satelity tzw. galileuszowe. Księżyce Jowisza umożliwią nam obserwacje bardzo ciekawych zjawisk, jakimi są: wzajemne zakrycia lub przejścia cienia tarczy księżyca, na tle tarczy Jowisza. Księżyce również systematycznie wchodzą w cień planety, znikając na kilka godzin. Obserwując Jowisza w czasie kolejnych wieczorów, należy narysować w zeszycie obserwacyjnym tarczę planety oraz położenie jej księżyców. Pozwoli to przybliżonewyznaczenie synodycznych okresów obiegu satelitów wokół macierzystej planety.
Saturn przedstawia szczególnie interesujący widok ze względu na pierścienie. Do obserwacji pierścieni niestety nie wystarczy lornetka. W warunkach szkolnych obserwacje Saturna powinny raczej mieć charakter pokazu, uzupełnionego rysunkiem w zeszycie obserwacji.
Obserwacje nieba gwiaździstego
Obserwacje najlepiej rozpocząć tuż przed zachodem Słońca, pozwoli to na obserwację pojawiającej się coraz większej liczby gwiazd wraz z upływem czasu od zachodu Słońca. W zeszycie należy zanotować w odstępach 15 minutowych liczbę gwiazd, które pojawiają się na niebie. Pozwala to na stwierdzenie, że jasności gwiazd są bardzo różne i unaoczni skalę jasności gwiazd. Przyglądając się jaśniejszym gwiazdom beż trudu można stwierdzić, że różnią się nie tylko jasnością, ale i barwą. Uczestnicy obserwacji gwiazd spostrzeżenia mogą umieścić w tabelce sporządzonej przez siebie, w której poszczególne kolumny zawierać będą następujące informacje: barwę gwiazdy, nazwa gwiazdy, gwiazdozbir.
Uczniowie powinni poznać nazwy kilku najjaśniejszych widocznych gwiazd na niebie północnym. Obserwując gwiazdy warto zapoznać uczniów z wybranymi gwiazdozbiorami utworzonymi przez najjaśniejsze gwiazdy oraz z pochodzeniem ich nazw a także z legendami z nimi związanymi, jak legenda o Orionie, Andromedzie, Kasjopei i Perseuszu. Bezwzględnie uczniowie powinni rozpocząć wędrówkę po gwiazdach i konstelacjach od zlokalizowania Gwiazdy Polarnej w Małej Niedźwiedzicy.
Obserwacje innych obiektów na niebie mogą się ograniczyć do pokazu. Prowadzący „nastawia” instrument na dany obiekt, podając krótkie informacje. Dobrze jest zachęcać uczniów do samodzielnego odnalezienia obiektów na podstawie atlasu lub mapy nieba. Obiekty polecane do obserwacji to m.in.: galaktyka M31 w Andromedzie, gromada M44 Praesepe w Raku, Plejady, Hiady, Mgławica M42 w Orionie.
Jedną z ciekawszych jest obserwacja naszej galaktyki, którą najlepiej rozpocząć najpierw nieuzbrojonym okiem, następnie przez lornetkę lub teleskop. Użycie przyrządu astronomicznego pozwala wyróżnić w Drodze Mlecznej pojedyncze gwiazdy, które w czasie obserwacji gołym okiem zlewają się w jeden rozmyty obiekt.
Obserwacje astronomiczne są niedocenianym źródłem wrażeń poznawczych i wychowawczych, wielu nauczycieli rezygnuje z nich tracąc możliwość odbycia jedynej w swoim rodzaju podróży w czasie i przestrzeni. Żaden program komputerowy (choć jest ich wiele) nie jest w stanie odtworzyć przygody jaką są spotkania pod rozgwieżdżonym niebem. Nie należy martwić się, gdy nie zdołamy przekazać wszystkich informacji, gdy zabraknie czasu, lub gdy niespodziewana zmiana pogody uniemożliwi dalsze obserwacje, ponieważ głód wiedzy jest lepszy od nadmiaru.
Zaszczepienie wśród uczniów umiłowania poznawania wszechświata może zaowocować w przyszłości udziałem miłośników astronomii w powszechnych międzynarodowych projektach badawczych, jakim był tranzyt Wenus przed tarczą Słońca. Można tego dokonać podczas obserwacji astronomicznych, organizowanych w ramach realizacji programu nauczania lub w kołach fizyczno-astronomicznych, gdzie staranne przeprowadzenie i sporządzanie zapisu obserwacji mobilizuje zainteresowanych uczniów do planowania samodzielnych obserwacji. Każdy z nich może stać się miłośnikiem astronomii, a stąd już krok do zawodowstwa. Lecz kto jest tylko miłośnikiem, a kto już zawodowcem? Czy Mikołaj Kopernik, który ukończył medycynę, a doktorat otrzymał z prawa kanonicznego, czy Jan Heweliusz, który był piwowarem i rajcą miejskim? Albo William Herschel muzyk i kompozytor, który odkrył Urana i jego siostra Karolina - śpiewaczka, odkryła wiele mgławic i komet? Na te pytania trudno jest odpowiedzieć jednoznacznie. Warto jednak ponieść trud organizacji i przygotowań dla zaszczepienia tak interesującego i pasjonującego hobby jakim jest astronomia.
Opracowanie:
Beata Sulej
nauczycielka
Gimnazjum Nr 3
W Okrzei
Literatura
1. Moore P.: „Niebo przez lornetkę”, Prószyński i S-ka, Warszawa 1999.
2. Podstawa programowa kształcenia ogólnego- gimnazjum, MENIS.
3. Dobrzycki J., Włodarczyk J.: „Historia naturalna gwiazdozbiorów”, Prószyński i S-ka, Warszawa 2002.
4. Kreiner J. M.: Szkolne obserwacje astronomiczne, Fizyka w Szkole, 1984/1985
5. Levy D.: „Vademecum obserwatora nieba”, Wiedza i Życie, 1996.
6. Ogłaza W.: „Miłośnik też coś znaczy”, Wiedza i Życie, 2000.
7. Włodarczyk J.: „Zauroczeni niebem”, Wiedza i Życie,1997.
8. Rozenbajgier M., Rozenbajgier R., Kreiner J. M.: „Fizyka w gimnazjum” część 1, podręcznik
|
