Путеводная звезда

Астрономия не такая оторванная от жизни людей наука, какой ее часто представляют люди, полагающие, что астрономы только «звезды считают». И хотя достижения современной науки вторгаются в нашу обыденную жизнь, меняя приоритеты, мы еще долго будем пользоваться многовековым опытом, накопленным исследователями звездного неба. В условиях похода удобно проводить наблюдения за небесными светилами, обучая ребят ориентированию на местности.

Первое знакомство

У классного руководителя есть большие возможности для того, чтобы помочь подрастающему поколению осознать свое место во Вселенной. Кроме того, важно, чтобы школьник понимал практическую значимость астрономии, которая бывает весьма полезна в обыденной жизни. Приведем простой пример, связанный с ориентированием, то есть с нахождением своего места в пространстве. Полярная звезда, положение Солнца относительно горизонта в полдень, фазы Луны позволяют определить стороны света, а значит, и направление, которого следует придерживаться, чтобы не заблудиться. Если вы шли на северо-восток, то возвращаться надо на юго-запад.

В повести Василия Белова «Привычное дело» есть такие строки:

Иван Африканович отдохнул и опять почувствовал в ногах силы для ходьбы. Но он не знал, куда идти. Правда, ему казалось, что дом остался там, за стволом приютившей его ели, но он знал по опыту, что это только так думается, и стоит лишь убедить себя идти в противоположную сторону, и снова будет думаться, что деревня в той, в другой стороне. Ступай в любую сторону – все будет казаться, что идешь правильно.

Вот если бы солнце... По солнышку можно бы выбрать, куда брести. Но солнца не было, небо давило на ели сплошными серыми облаками.

А каким образом можно ориентироваться по Солнцу, по Луне, звездам?

Чтобы использовать астрономию на практике, надо иметь определенные знания, иначе правила ориентирования нелегко понять, значит, их придется зазубривать. Но память человека в ответственный момент может подвести, и результаты неосмысленного запоминания могут быть плачевными.

Содержание объема астрономических знаний будет зависеть от возраста учеников. Поскольку нельзя объять необъятное, начнем с классных руководителей, работающих, скажем, в 5–6-х классах. Впоследствии можно будет расширить и число занятий, и контингент учеников.

Наблюдения за Солнцем

Для первого знакомства с небом выберем объект, который мы видим на небе каждый день (если оно не закрыто облаками), – Солнце. А для наблюдения за ним подойдет любое мероприятие, связанное с выходом на природу, ведь именно исследование фактов должно стать основой для получения опыта. Стоит тщательно разработать методику наблюдения за Солнцем, поскольку нужно сделать его запоминающимся для учеников – за первым удавшимся опытом ребята сами попросят провести следующий.

Вся работа проводится в три этапа: подготовка, наблюдение и обсуждение результатов. В подготовку занятия входит написание краткого текста сценария, подбор необходимого оборудования, разработка системы вопросов, а также заданий, которые учащиеся выполняют накануне дома; системы заданий, которые будут выполняться на природе; вопросов, которые будут обсуждаться на заключительном этапе.

Основные задачи наблюдения: определение вида Солнца и ответы на вопросы:

– «Какое оно, Солнышко, – кружок или шарик»?

– «Как движется Солнце?», или измерение углового пути, который Солнце проходит на небе за определенное время.

– «Гигант планетной системы», или каких размеров Солнце?

– «Солнце возмущается», или что видно на Солнце?

– «Из чего состоит Солнце»?

– «Солнечный телеграф», или в чем практическая польза от солнечного зайчика?

– «Солнце – компас», или как ориентироваться по Солнцу?

Для определения формы солнечного диска нужны темные очки для каждого ученика. Смотреть на Солнце незащищенными глазами не стоит, поскольку оно очень яркое. Наблюдать Солнце стоит через солнцезащитные стекла.

Если в школе есть бинокли или телескопы, то стоит воспользоваться ими с условием, что наводить их на Солнце будут только взрослые. Лучше не смотреть на Солнце в телескоп (хотя на его объектив надевается бленда, ограничивающая диаметр входного отверстия, а в окуляр вставляется темный фильтр), а демонстрировать дневное светило на экране.

За неимением оптических инструментов можно использовать камеру-обскуру или тень от кроны дерева, небольшие отверстия в которой, служащие путем для прохождения лучей Солнца, создают, по сути, также простейшие камеры. На листе картона крупной иглой протыкается отверстие, затем он помещается между Солнцем и вторым экраном, на котором будет виден светлый кружок – изображение «святого ока дня».

Стоит ученикам посмотреть на изображение Солнца, как вывод о его форме будет тут же готов – его очертания образуют круг. От круга к шару можно перейти путем обсуждения вопроса о том, какую форму должно иметь тело, которое выглядит как круг, с какой бы стороны на него ни посмотреть? Конечно, это шар. Маленькое открытие, которое сделали ученики, можно подкрепить наглядным примером, демонстрируя им шар, встав в центре группы.

Было бы отлично, если во время наблюдений поверхности Солнца в его фотосфере (воображаемая сфера, от которой мы воспринимаем свет, – сфера света) было видно несколько темных пятен (их называют солнечными пятнами). Тогда вопрос о шаровой форме Солнца может быть решен путем сравнения двух пятен, одно из которых находится вблизи центра, а другое – вблизи края солнечного диска. Первое имеет форму небольшого круга, а второе – эллипса. Если спросить ребят, почему форма второго пятна отличается от круговой, они ответят, что это происходит из-за того, что пятна находятся на поверхности Солнца-шара и на второе пятно мы смотрим под углом. Здесь же можно мелом нарисовать на футбольном мяче небольшую окружность и смотреть на нее, вращая мяч.

Для выяснения закономерностей движения Солнца в течение дня стоит выполнить наблюдения за движением солнечной тени, для чего используют гномон – вертикально стоящий стержень с заостренным концом. Проще всего использовать тень от какого-то столба (здания или дерева), которые стоят вертикально. Очень быстро проводим мелом одну из границ тени и повторяем операцию через 15 минут, занявшись в это время обсуждением вопроса о том, как происходит суточное движение Солнца. Об этом может высказаться каждый из учеников: например, сказать, что утром Солнце показывается из-за горизонта, то есть восходит, затем его высота постепенно увеличивается и через половину суток становится максимальной – наступает полдень. После достижения максимальной высоты над горизонтом Солнце склоняется к горизонту, уменьшая до нуля высоту над горизонтом, скрываясь за него при заходе.

После обсуждения снова обращаем внимание на тень от столба и замечаем, что она сместилась. С помощью большого школьного транспортира измеряем угол, а затем решаем задачу: «За какое время Солнце повернется один раз вокруг Земли, если за четверть часа оно сдвинулось на небе на 4 с лишним градуса?» С удивлением ученики отмечают, что в ответе получилось почти 24 часа. А почему не точно 24 часа? После ответа на вопрос стоит обсудить, действительно ли Солнце вращается вокруг Земли или это явление кажущееся.

Ученики могут прийти еще к одному открытию, измерив время, в течение которого Солнце перемещается на свой диаметр. Для этого надо «закрыть» Солнце каким-нибудь естественным предметом, например, использовать тот же столб таким образом, чтобы дневное светило как бы касалось его своим правым краем. Во время касания следует пустить секундомер и остановить стрелку, когда Солнце скроется за столбом. Напоминаем еще раз, что смотреть на Солнце следует только в солнцезащитных очках или использовать темные стекла, которые применяют сварщики во время работы. Измерения показывают, что Солнце смещается на свой диаметр за 2 минуты. Это в 720 раз (24 часа умножаем на 60 минут и делим на 2 минуты) меньше 360 градусов, что составляет всего половину градуса, – это и есть угловой диаметр Солнца.

Определение размеров

Чтобы решить следующую проблему, связанную с размерами Солнца, стоит спросить учеников: «На небе Солнце и Луна имеют одинаковые угловые размеры. Означает ли это, что равны и их линейные размеры?»

Решение проблемы связано с определением истинных размеров Солнца и Луны, сравнение которых и даст ответ. Ученикам известно, что чем дальше корабль отходит от порта, тем меньше он кажется. Чтобы сравнить два корабля, надо поместить их на одинаковое от нас расстояние. Перемещать Солнце и Луну мы не можем. Значит, для их сравнения нужно определить истинные размеры, скажем, в километрах. Поскольку наверняка кто-то из присутствующих назовет расстояние Солнца от Земли (около 150 млн. км), то задача определения истинных размеров центрального тела Солнечной системы решается просто.

Пусть СЗ – расстояние Земли от Солнца, а угол АЗС – угловой радиус Солнца. Школьники знают простую теорему из геометрии, которая гласит: длина дуги АС пропорциональна центральному углу АЗС. Возьмем второй угол в 360°, которому соответствует длина дуги, равная длине окружности радиусом ЗС или 2пЗС. Из отношения углов находим радиус Солнца – 1 млн 400 тыс. км.

Определение размеров Солнца возможно,
если известно расстояние до него и его угловой радиус

Учитель с учениками вспоминают размеры Земли (ее радиус 6378 км) и приходят к выводу, что Солнце в 108 раз по размерам больше Земли. Луна почти в четыре раза меньше Земли, соответственно она почти в 400 раз меньше Солнца. Тут же можно найти и расстояние до Луны, которое в 400 раз меньше полученной для Земли величины, то есть 384 000 км.

Обсуждение вопроса о том, из чего состоит Солнце, следует начать с обсуждения опыта, который ученики, особенно мальчики, иногда проводят, выжигая солнечным лучом слова или какие-то картинки на куске дерева. Фокусируя изображение Солнца, получаемое какой-нибудь линзой, на кусок бумаги, учащиеся замечают, что через некоторое время она начинает дымиться, а затем загорается. «Какова температура, при которой начинают гореть бумага, дерево?» Получение ответа провоцирует учителя на вопрос: «Если от луча света загорается бумага, дерево, плавится железо, то в каком состоянии находится солнечное вещество? Может ли оно быть жидким или твердым?» Окончательный ответ следует автоматически – Солнце состоит из газа при высоко температуре.

Последнее задание, связанное с солнечным зайчиком, носит и развлекательный, и познавательный характер, поскольку раньше в Древней Греции, например, его использовали для передачи сигналов опасности.

В заключение педагог спрашивает учеников, можно ли ориентироваться по Солнцу, и получает зачастую невразумительные ответы. Обсуждение этого вопроса можно провести на итоговом занятии, организованном, например, вместо классного часа.

Ориентирование по Солнцу

Обычно говорят, что Солнце восходит на востоке и заходит на западе, однако это бывает в такие дни года, когда день равен ночи, т.е. в дни весеннего (21 марта) и осеннего (23 сентября) равноденствия. Поэтому весной и осенью по восходящему Солнцу направление на север определяют так: если оно будет с левой стороны, то юг тогда будет сзади; восток – там, где Солнце, а запад будет за спиной. Ориентирование по заходящему Солнцу аналогично описанному: направление на север (юг) будет с правой (левой) стороны.

Место восхода и захода Солнца до 22 июня после равноденствия перемещается в сторону севера. 22 июня (день летнего солнцестояния) продолжительность дня у нас максимальная. Отсюда и правило ориентирования: летом в средних широтах Солнце восходит на северо-востоке и заходит на северо-западе.

До осеннего равноденствия, когда продолжительность дня и ночи снова становятся равными, точка восхода Солнца приближается к точке востока, а точка захода – к западу. После 21 сентября точки восхода и захода Солнца оказываются между точками востока и юга, причем это продолжается до 22 декабря (день зимнего солнцестояния), когда у нас бывает самый короткий день и самая длинная ночь.

Отсюда еще одно правило ориентирования по Солнцу: в осеннее время Солнце восходит на юго-востоке и заходит на юго-западе.

В середине дня Солнце занимает самое высокое положение на небе, и тогда оно располагается в это время над точкой юга. Еще одно правило ориентирования по кульминации Солнца: если в полдень встать лицом к Солнцу, то наш прямой взгляд определит направление на юг.