Звездные карты и виртуальный планетарий. Обзор компьютерных планетариев

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 0.10.0.

Рис. 1. Звездное небо в программе Stellarium.

Версия 0.10.0 имеет следующие особенности:

Встроенный каталог на более чем 600 000 звезд.
Расширенный каталог на более чем 210 млн. звезд.
Созвездия и их художественный изображения.
Изображения созвездий в 11 разных культурах.
Изображения туманностей (полный каталог Мессье).
Реалистичный Млечный Путь.
Крайне реалистичная атмосфера, восход и закат.
Планеты и их спутники.

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.

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 "Атлас неба / Sky charts" .

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:

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

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

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

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).

Летняя пора отпусков – время путешествий, отдыха от трудовых будней и занятий любимыми хобби. Астрономия – одно из немногих увлечений, предаваться которым сегодня можно, не только глядя в телескоп или сидя в планетарии. Современные технологии позволяют удовлетворить свою страсть к изучению звёздного неба практически из любого места планеты и абсолютно в любое время. Всё, что для этого понадобится, – смартфон или планшет под управлением iOS или Android.

Вот пять бесплатных мобильных приложений, при помощи которых можно узнать много нового о звёздах, планетах и других объектах нашей Вселенной. Кроме того, вы сможете быть в курсе новейших научных открытий в области астрономии, о которых, к сожалению, современные СМИ сообщают очень редко. В трёх из них предусмотрено весьма значительное расширение возможностей за счёт встроенных покупок, но даже с базовой функциональностью они вполне заинтересуют всех любителей.

1. «Планеты»

Основная функция Star & Planet Finder – поиск местонахождения на небе заданной планеты, звезды, созвездия или спутника: их можно выбрать из списка, после чего, изменяя положение смартфона или планшета в пространстве, вы сможете определить, где они расположены относительно вас.

В бесплатной версии Star & Planet Finder демонстрирует только расположение планет Солнечной системы и Луны, а за демонстрацию звёзд, созвездий и спутников придётся заплатить по 33 рубля за каждую группу объектов.

4. Star Chart

Одно из самых популярных бесплатных астрономических приложений (более 12 миллионов загрузок) – Star Chart, то есть «Атлас звёздного неба», и это единственная программа в нашем обзоре, доступная одновременно в версиях для iOS и Android .

Star Chart также применяет технологию дополненной реальности и демонстрирует вам трёхмерную симуляцию звёздного неба в привязке к тому месту, откуда вы ведёте наблюдение и куда направляете объектив смартфона или планшета. То есть, в отличие от большинства других подобных приложений, дневной свет и окружающие предметы не мешают вам увидеть созвездия, скрытые от невооружённого глаза.

В каталоге программы подробные трёхмерные изображения планет нашей солнечной системы, данные о всех 88 созвездиях с роскошными иллюстрациями из атласа польского астронома XVI века Яна Гевелия «Уранография». В приложение включён полный каталог 110 экзотических астрономических объектов французского астронома XVII века Шарля Месье, включающих в себя различные галактики, туманности и звёздные скопления. Наконец, в базе Star Chart все видимые звёзды Северного и Южного полушарий, насчитывающие более 120 тысяч единиц.

Среди необычных функций Star Chart заслуживает упоминания возможность вернуться во времени на 10 000 лет назад и увидеть, как звёздное небо выглядело в ту далёкую эпоху. Чтобы получить доступ к функции сдвига во времени, нужно нажать на текущее время, год или дату в правом верхнем углу приложения: на экране появится ползунок, перемещая который можно быстро вернуться к нужной дате. Вернуться к настоящему времени можно, нажав на слово “Now” в левом углу экрана. Аналогичным способом можно путешествовать и в будущее. Если же вы хотите найти какое-то конкретное событие, лучше воспользоваться календарём затмений, фаз Луны и других важных дат.

В активе программы действительно великолепная графика и множество подробнейших сведений о разных астрономических объектах. За отдельную плату (от 66 до 329 рублей) можно получить доступ к расширенным пакетам данных о звёздах, кометах, спутниках, туманностях и метеоритных дождях.

5. Astronomy Picture of the Day

Приложение Astronomy Picture of the Day (то есть «Астрономическая картинка дня») для iPhone и iPad было разработано совместно с американским космическим агентством NASA и использует множество великолепных фотографий высокого разрешения, полученных в ходе исследований космоса.

Astronomy Picture of the Day – это фактически просто клиент для гигантского фотоальбома NASA, доступного в интернете. Все фотографии снабжены краткими аннотациями, возможен поиск снимков по дате или переход к случайному изображению. И хотя это не прикладное приложение, мы решили включить его в наш обзор, поскольку настоящий любитель астрономии никогда не откажется полюбоваться столь уникальными видами окружающего нас мира.

Слово «лето» у многих ассоциируется с отпусками, каникулами и спокойствием. Люди обычно стараются наполнить этот короткий промежуток времени яркими впечатлениями, чтобы оставить в душе приятные воспоминания, которые будут согревать их холодной зимой.

дним из множества способов приятного времяпрепровождения в летние ночи является наблюдение за звездами. Особое чувство, рождающееся в процессе наблюдения за крошечной частью необъятных просторов вселенной, наверняка знакомо многим астрономам-любителям.

С появлением астрономических программ для настольных и карманных компьютеров наблюдать за звездным небом стало намного проще и интереснее. С помощью этих программных средств можно заранее получать информацию о появлении метеоров, следить за траекториями комет, определять точное местоположение созвездий и даже узнавать названия составляющих их звезд, которые, возможно, привлекали внимание наблюдателей и раньше, но казались им безымянными и затерянными в безграничном пространстве космоса.

В этой статье мы рассмотрим ряд программных средств, созданных как для карманных компьютеров на платформе Palm, так и для настольных ПК и адресованных астрономам-любителям.

Программы для КПК Palm

Planetarium

Многие еще со школы помнят карту звездного неба, прилагавшуюся к учебнику по астрономии. Беспорядочно разбросанные цифры и времена года на ней вызывали оторопь даже у любознательных учеников, что могло навсегда охладить их стремление к изучению астрономии. Поэтому не только любители, но и профессиональные астрономы вздохнули с облегчением после того, как появилась первая компьютерная карта звездного неба (Planisphere), позволяющая отображать расположение небесных светил в режиме реального времени. Наиболее простая в использовании «планисфера» для Palm SkyChart. Однако программа Planetarium все-таки заслуживает большего внимания. В основе Planetarium лежит та же подвижная звездная карта, однако в ней предусмотрен и ряд дополнительных функций, среди которых можно выделить следующие:

Поиск небесных объектов;

Координаты небесных объектов;

Базы данных метеорных потоков, комет и астероидов;

Компас (а также нахождение небесных объектов посредством этого компаса);

Наблюдение за лунными и солнечными затмениями.

Planetarium работает в двух основных режимах: режиме компаса и режиме звездного неба. Режим компаса позволяет наблюдателю определить направление его обзора (рис. 1), для чего КПК необходимо положить на плоскую горизонтальную поверхность так, чтобы прямая с небольшой пиктограммой, обозначающей Солнце, была направлена на это небесное светило. Когда данное условие будет выполнено, взгляд наблюдателя окажется обращенным на север.

Помимо Солнца, на циферблате также расположены пиктограммы планет, а если задать соответствующие настройки, то появятся пиктограммы и других небесных объектов (звезд, комет и т.д.). При нажатии на любую из этих пиктограмм в центре циферблата будут отображены координаты отмеченного объекта (r.a./dec.), а также созвездие (constellation), в пределах которого он находится (на рисунке это Близнецы Gemini).

Объект имеет две координаты: прямое восхождение (right ascention, r.a.) и склонение (declination, dec.). Для указания местоположения объектов, лежащих на земной поверхности, используются координаты широты (северной или южной) и долготы (западной или восточной). Чтобы создать определенную аналогию между Землей и небом, астрономы договорились представлять небо в виде глобуса, внутри которого находится Земля. Координаты, аналогичные широте, называются прямым восхождением, а долготе склонением. Прямое восхождение является проекцией долготы, а склонение проекцией широты на небосвод (рис. 2).

Эти координаты являются постоянными и не меняются с течением времени. Однако их неудобство заключается в том, что, имея такие координаты объекта, без телескопа со специальной монтировкой (экваториальной) невозможно определить его местонахождение на небе.

Поэтому в правом и левом верхних углах экрана представлены другие координаты: азимут (azimuth, Az) и высота (altitude, Alt). Если представить себе образуемую линией горизонта окружность, в центре которой находится наблюдатель, и разделить ее на 360 частей (градусов), то мы получим циферблат, по которому отмеряется азимут. Азимут может исчисляться как в градусах (90°, 180° и т.п.), так и в более понятных обычным людям показаниях, соответствующих стрелочным часам (например, 3 ч 20 мин). Именно такой циферблат отображен в правой части экрана: по местоположению пиктограмм на нем можно определить азимутальную координату соответствующих небесных объектов.

На левом полукруге отображается высота объекта, измеряемая в градусах. Данный параметр представляет собой градусную меру угла между прямой, соединяющей наблюдателя с данным объектом, и ее проекцией на горизонтальную плоскость (рис. 3).

Азимутальные координаты объекта являются самыми простыми в плане восприятия, однако они постоянно изменяются. Прежде это представляло довольно серьезную проблему, но при наличии карманного компьютера, автоматически обновляющего текущие значения, использование азимутальных координат стало наиболее предпочтительным.

Например, чтобы найти на небе планету Марс, нужно выполнить следующие действия:

1. Определить направление обзора.

2. Определить по правому циферблату азимутальную координату Марса.

3. Поставить корпус КПК вертикально и вращать его в этой плоскости до тех пор, пока высота Марса не совпадет с его азимутом.

Звездная карта отображается таким образом, как если бы наблюдатель лежал, держа над собой Palm, и смотрел на небо. Если ориентация по сторонам света была выполнена правильно, то левая рука воображаемого наблюдателя должна указывать на запад, правая на восток, ноги на север, а голова на юг (рис. 4). В режиме звездной карты круг, очерчивающий область, является линией горизонта, то есть чертой, которой ограничивается обзор. В правом верхнем углу экрана имеется всплывающее меню, позволяющее настроить масштаб отображения карты звездного неба.

Круг и полукруг, расположенные в правом нижнем углу экрана, позволяют изменять ориентацию карты. Находящийся справа круг дает возможность вращать карту в горизонтальной плоскости (как если бы наблюдатель, имея на руках карту, вращал бы ее на столе). Расположенный слева полукруг изменяет положение карты в вертикальной плоскости. Если выбрать значение –90°, то на карте будут отображены объекты южной полусферы небесного глобуса, большинство из которых недоступны для наблюдения с территории России.

При нажатии на любой из объектов в верхней части экрана (под надписью Planetarium) помимо прочих кнопок (возврат к текущему времени, полноэкранный режим, опции, прорисовка созвездий и т.д.) появляются и дополнительные кнопки, среди которых имеется (информация об объекте). Вызываемое этой кнопкой окно включает несколько вкладок, в которых содержится подробная информация о выделенном объекте. Рассмотрим некоторые из них:

Distance/light time расстояние от Земли до объекта в астрономических единицах (astraunomical units, AU) и световой скорости. Астрономические единицы используются для измерения расстояний между объектами Солнечной системы. Одна астрономическая единица (1 AU) равняется расстоянию от Земли до Солнца (примерно 150 млн. км). Применяется и другая единица измерения, эквивалентная промежутку времени, требующемуся световой волне для того, чтобы преодолеть расстояние от Земли до небесного объекта (например, световой год). Скорость распространения световых волн составляет примерно 300 тыс. км/с;
Magnitude (звездная величина) обозначается буквой m и характеризует яркость объекта. Еще в античные времена астрономы разделили видимые невооруженным глазом звезды на шесть групп. Звезды первой величины самые яркие, а шестой величины самые тусклые, едва заметные невооруженным глазом. С появлением специального оборудования появилась возможность измерять яркость звезд более точно: до десятых и даже сотых долей звездной величины. Поэтому у ряда объектов звездная величина указана в виде десятичной дроби (например, Денеб 1,25). Некоторые планеты Солнечной системы (в частности, Венера и Меркурий) являются столь яркими, что их звездная величина выражается отрицательными значениями;
Angular size (угловой размер). Размеры небесных объектов указываются не в абсолютных единицах (метрах и километрах), а в долях градуса минутах (") и секундах ("") 1 . Например, угловой размер Луны составляет 0,5°, или 30 угловых минут (0°30ў).

С помощью Planetarium можно наблюдать метеорные потоки. Мельчайшие частицы пыли, оставляющие при входе в атмосферу Земли длинный яркий след («падающие звезды»), называются метеорами. Земля, вращаясь по своей орбите вокруг Солнца регулярно пересекает орбиты некоторых комет, которые, теряя свое вещество, постоянно наполняют межзвездное пространство частичками пыли, попадающими в атмосферу Земли. В результате всего этого мы ежегодно можем наблюдать такое явление, как звездный дождь. Самый известный метеорный поток Персеиды получил свое название по созвездию, со стороны которого он виден (рис. 5).

Чтобы отобразить на экране текущие метеорные потоки и узнать о пике их активности, нужно войти в меню View|Meteor Showers и отметить флажок Show in Sky View.

Обычно такие небесные объекты, как кометы и астероиды, весьма сложно заметить невооруженным глазом. Но иногда случаются и исключения: например в первой половине нынешнего года можно было наблюдать комету C/2001 Q4 (NEAT), звездная величина которой достигала 1m! Правда, такие яркие кометы появляются весьма редко.

Информация о кометах и астероидах содержится в специальной базе данных, доступ к которой открывается через меню Options|Comets and asteroids. Если возле названия объекта поставить галочку, то он будет отображаться на звездной карте.

1 Градус делится на 60 мин, а минута, в свою очередь, на 60 с.

Orrery

Программа Orrery позволяет видеть схематическое изображение Солнечной системы в режиме реального времени (рис. 6). На первый взгляд может показаться, что она выполняет исключительно декоративную функцию, позволяя лишь ощутить реальные масштабы того пространства, в котором мы живем. Однако Orrery можно использовать и для практических задач, например с целью определения наиболее благоприятных условий для наблюдения за планетами.

В левом нижнем углу окна Orrery отображается космическое время (universal time) общее время для всех жителей Земли (–4 часа от московского времени). Справа местное время, устанавливаемое пользователем по умолчанию. Если наблюдатель изменит дату расположения планет, то, для того, чтобы вернуть все настройки на текущее время, ему понадобится нажать на кнопку lt (local time местное время). Для получения подробной информации о планете можно нажать на кнопку i или выполнить длительное нажатие на интересующем объекте.

Вполне может быть, что при использовании программы Planetarium наблюдатель увидит на экране жирную пиктограмму Марса, а в реальности сможет наблюдать лишь слабо выделяющуюся из общей массы звезду. Orrery лишена подобного недостатка: изучая модель Солнечной системы, легко убедиться, что расстояние между Землей и другими планетами периодически изменяется, что приводит к изменению яркости последних на земном небосклоне.

Например, идеальные условия для наблюдения за Марсом возникают каждые два года, в период противостояния с Землей в это время планеты располагаются на минимальном расстоянии друг от друга. Самыми редкими являются великие противостояния (1924 и 2003 гг.). В период прошлогоднего великого противостояния звездная величина Марса составляла –2,8 m. Однако к нынешнему лету она уже уменьшилась до 1,8 m. И если не удается найти на небе нужную планету, то при помощи Orrery можно проверить, насколько близко или далеко от Земли находится в данное время тот или иной объект.

Стоит сказать о том, что изображение, создаваемое Orrery, является схематическим в частности, изображения планет представлены в гораздо более крупном масштабе, нежели расстояния между ними. Так, во время великого противостояния 2003 года расстояние между Землей (диаметр 12,8 тыс. км) и Марсом (диаметр 6,8 тыс. км) составляло примерно 500 млн. км. Таким образом, если представить Землю размером с рублевую монетку, а Марс размером с копейку, то для соблюдения масштаба их следовало бы расположить на расстоянии, разделяющем ворота противоборствующих команд на футбольном поле.

Jovian

Кроме Солнца и Луны, доступными невооруженному глазу являются Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Одним из наиболее привлекательных из перечисленных объектов с точки зрения наблюдений является Юпитер, помимо прочих достоинств обладающий четырьмя относительно яркими спутниками (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто). Для того чтобы помочь астрономам, наблюдающим за Юпитером, было создано приложение-эмулятор Jovian (рис. 7).

Программа позволяет узнать о текущем расположении спутников относительно этой планеты, а также получить краткую информацию о крупнейшем объекте на поверхности самого Юпитера Большом красном пятне. Это мощный ураган, бушующий несколько столетий и примерно в три раза превосходящий по размерам Землю.

Программы для настольного компьютера

ак видите, КПК на платформе Palm может стать очень полезным помощником для любителей астрономических наблюдений тем более что небольшие размеры позволяют легко носить его с собой и использовать в полевых условиях. Впрочем, если КПК нет, то можно воспользоваться и настольным компьютером, а при наличии ноутбука или планшетного ПК взять с собой и его.

StarCalc

У отечественных астрономов-любителей StarCalc является одной из наиболее известных и популярных программ. В StarCalc нет ничего лишнего: она работает очень быстро и не требует больших системных ресурсов (рис. 8). Кроме того, программа создана российскими разработчиками, и поэтому интерфейс и экранные сообщения выполнены на русском языке.

В StarCalc имеется весьма интересная функция, изменяющая цвет неба. Как только программа определяет, что наступил рассвет, фон небесной карты начинает постепенно светлеть. Наряду с этим с карты исчезают и небесные объекты, которые при такой яркости неба уже не видны. С наступлением вечерних сумерек начинается обратный процесс.

SkyCharts

Флагманской в кругу астрономов-любителей считается программа SkyCharts Атлас неба (рис. 9). Изначально она была разработана во Франции, однако в настоящее время доступно множество локализованных версий, в том числе и на русском языке.

Создателям SkyCharts нельзя отказать в хорошем вкусе: программа очень красиво оформлена, поэтому хочется лишний раз ее запустить, чтобы просто полюбоваться красиво светящимися звездочками. Правда, подобная красота требует определенных жертв: SkyCharts работает значительно медленнее отечественной StarCalc, требует гораздо больших системных ресурсов и с позиции начинающего астронома имеет большое количество редко используемых функций.

Virtual Moon

Луна первый небесный объект, который с раннего детства привлекает внимание человека. Достаточно взять в руки небольшой бинокль, и взору наблюдателя откроются многочисленные равнины и кратеры естественного спутника Земли. На многие вопросы пытливых наблюдателей даст ответы незатейливая программа Virtual Moon: когда, где и какие космические аппараты были запущены к Луне, как называются кратеры и горы и пр. Также можно дополнительно скачать с сайта разработчика потрясающие снимки лунной поверхности.

На прилагающемся к журналу компакт-диске вы сможете найти некоторые из описанных в статье программ, а также ссылки на соответствующие веб-ресурсы.

В данной статье описывается возможность выполнения учащимися наблюдений и других работ в компьютерном планетарии Стеллариум в рамках внеурочной деятельности по астрономии. Приводятся примеры конкретных заданий для учеников с использованием инструментария этой бесплатной программы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Использование компьютерной программы Стеллариум во внеурочной деятельности по астрономии

Stellarium (Стеллариум) - это приложение, которое представляет собой настольный планетарий, он способен в online режиме демонстрировать 3D проекцию реального неба со всеми звездами. Суть программы в том, чтобы создать изображения и картины, которые нам доступны лишь при использовании телескопа, бинокля или же других приборов, расширяющих возможности человеческого глаза. Все картины, которые создаются приложением Стеллариум отличаются высочайшем качеством реализма и радуют каждого, кто их просматривает. Другими словами, данное приложение - это учебное пособие, которое можно использовать в качестве учебника для расширения сознания ребенка любого возраста.

Stellarium - абсолютно кроссплатформенная программа, подходит для пользователей Windows, Linux, OS X.

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…

Небо Санкт-Петербурга практически не бывает ясным даже в безоблачную погоду. Городская засветка делает невозможным любоваться звёздным небом. Изучать астрономию на занятиях в классе не всегда увлекательно, временами требуется незаурядная способность к 3D – мышлению, порой приходится решать достаточно трудные с точки зрения математики задачи. На помощь приходит возможность демонстрации мультфильмов или научно-популярных фильмов об астрономии, разгружая сознание ребёнка на некоторое время.

Как известно, никакое знание так прочно не усваивается, как добытое самостоятельно. Однако, фильмы не заменят ни телескопа, ни бинокля. Виртуальный планетарий Стеллариум как нельзя просто позволит самостоятельно исследовать один космический объект за другим, не выходя из дома или школы, где в процессе обучения присутствуешь только ты и твой любимый друг - компьютер. Это ли не мечта, если не потребность, каждого современного школьника? Ну, а функция учителя в таком обучении – направить мысль ученика в нужное русло.

Во время занятий спецкурса Астрономия (согласно Программе дополнительного образования по астрономии) более половины из них должны иметь практическую направленность. Для осуществления этого требования программы я провожу практические работы в компьютерной программе Стеллариум по заранее составленному описанию.

Привожу фрагмент календарно-тематического планирования занятий спецкурса «Астрономия» для 5 класса с указанием практических работ в Стеллариуме:

Тема занятия	Дата	ЦОР	Оборудование	Деятельность уч-ся
4. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА (10ч)
1. Строение Солнечной системы	21.11	Компьютерная презентация	ММП, рабочая тетрадь	Записи в тетради
2. Планеты земной группы	28.11	Компьютерная презентация	1. ММП, рабочая тетрадь 2. Компьютерный класс	1. Записи в тетради 2. Практическая работа «Наблюдение планет земной группы»
3. Планеты-гиганты	05.12	Компьютерная презентация	1. ММП, рабочая тетрадь 2. Компьютерный класс	1. Записи в тетради 2. Практическая работа «Наблюдение планет -гигантов»
4. Малые тела Солнечной системы	12.12	Компьютерная презентация	1. ММП, рабочая тетрадь 2. Компьютерный класс	1. Записи в тетради 2. Практическая работа «Наблюдение малых тел Солнечной системы»
5. Путешествие по Солнечной системе	19.12	Видеофильм	ММП	Участие в игре
6. ЛУНА – СПУТНИК ЗЕМЛИ (4ч)
1. Общие сведения о Луне	30.01	Компьютерная презентация	ММП, рабочая тетрадь	Записи в тетради
2. Движение Луны по небу. Фазы Луны	06.02	Компьютерная презентация	1. ММП, рабочая тетрадь 2. Компьютерный класс	1. Записи в тетради 2. Практическая работа «Наблюдение Луны»
7. СОЛНЦЕ – НАША ЗВЕЗДА (6ч)
1. Общие сведения о Солнце	13.02	Компьютерная презентация	ММП, рабочая тетрадь	Записи в тетради
2. Движение Солнца по небу	20.02	Компьютерная презентация	1. ММП, рабочая тетрадь 2. Компьютерный класс	1. Записи в тетради 2. Практическая работа «Наблюдение Солнца»
3. Праздник Солнца	27.02	Компьютерная презентация	ММП	Участие в празднике
8. МИР ЗВЕЗД (8ч)
1. Звезды – далекие Солнца	06.03	Компьютерная презентация	ММП, рабочая тетрадь	Записи в тетради
2. Галактика – звездный город	13.03	Компьютерная презентация	ММП, рабочая тетрадь	Записи в тетради
3. Что такое созвездия	20.03	Компьютерная презентация	1. ММП, рабочая тетрадь 2. Компьютерный класс	1. Записи в тетради 2. Практическая работа «Наблюдение созвездий»
4. Самые известные созвездия	27.03	Экскурсия в Звёздный зал Планетария		Отзыв об экскурсии

Перед началом практических работ, необходимо познакомить учащихся с интерфейсом программы, с её возможностями. Всему классу демонстрируются вход и выход из программы, горизонтальное и вертикальное меню, возможность прокрутить время вперёд или назад и некоторые другие функции. На первом занятии в компьютерном классе проводится практическая работа «Знакомство с программой Стеллариум», где учащиеся теперь уже самостоятельно по описанию в руководстве к работе действуют аналогично показанному учителем предварительно. Затем можно переходить непосредственно к выполнению работ в соответствии с программными требованиями.

Рассмотрим некоторые возможные наблюдения в программе Стеллариум.

Изучение созвездий

Практическая работа №1 в программе Stellarium

Изучение околополюсных созвездий

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.

	Название звезды	Расстояние от Солнца (св. лет)
	Мицар
	Мерак
	Мегрец
	Алиот
	Фекда
	Алькаид
	Дубхе

Какая из этих звёзд является двойной?

Мицар-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 – Санкт-Петербург. 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___________________________________________________

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.

Мини-исследование «Измерение периода обращения Луны относительно звёзд и относительно земного наблюдателя»

Гипотеза: периоды обращения Луны в обоих случаях одинаковы.

Луна, сделав 1 оборот вокруг Земли, окажется в том же положении относительно звёзд. Поэтому, применив азимутальную сетку, легко выбрать для ориентира некоторую звезду, находящуюся на том же меридиане, что и центр Луны.
Заметим время ______________ и ускорим его ход, следя за перемещением звёздного неба до тех пор, пока выбранная нами звезда не займёт то же самое место на одном меридиане с центром Луны. Вернув нормальный ход времени, снова сделаем его отсчёт ________________
Найдём звёздный период обращения Луны, вычтя из 2-го времени первое ______________________________________________________________
Сравним его с известным нам периодом 27, 3 суток. _____________________________________________
Для земного наблюдателя Луна сделает 1 оборот, когда снова окажется в той же фазе, что и до наблюдения. Рассмотрим Луну в фазе новолуния (полнолуния, первой четверти, последней четверти), для этого, ускорив время, найдём, когда Луна окажется в выбранной нами фазе.
Заметим время ______________ и ускорим его ход, следя за изменением фазы Луны до тех пор, пока она снова окажется в той же фазе. Вернув нормальный ход времени, снова сделаем его отсчёт ________________
Найдём период обращения Луны относительно земного наблюдателя, вычтя из 2-го времени первое ________________________________________________________________________
Сравним этот период со звёздным периодом ___________________________________________________
Вывод: Звёздный (сидерический) период обращения Луны _____________________

периода обращения Луны вокруг Земли относительно земного наблюдателя (синодического периода).

Наша гипотеза ________________________________________.

10. Объясните, почему не равны сидерический и синодический периоды Луны?_________________________________________________________________________________

Исследовательский проект «Ориентирование в пространстве по звёздному небу»

Учащиеся спецкурса 5-6 классов при подготовке этого проекта проводили многочисленные мини-исследования в рамках компьютерного эксперимента в программе Стеллариум.

Так, по теме «Ориентирование по Солнцу» учащиеся рассматривали направление видимого движения Солнца для наблюдателей в северном и южном полушарии, на полюсах и на экваторе. В результате был сделан вывод о возможном определении местонахождения наблюдателя на земной поверхности.

При выполнении части проекта по теме «Ориентирование по Луне» учащиеся в Стеллариуме наблюдали фазы Луны для различного времени суток, зависимость фазы Луны от наблюдения в различных сторонах горизонта, а также вида молодого или старого месяца для наблюдателя на различных широтах. Такие мини-исследования позволили сделать вывод об ориентировании человека по лунным фазам.

Выполняя свою часть проекта по теме «Ориентирование по звёздам», другая группа учащихся проводила наблюдения в компьютерном планетарии, изучая вращение звёздного неба для наблюдателя на полюсах, на экваторе и в средних широтах. Часть учеников исследовала заходящие и незаходящие яркие звёзды в разных точках Земли, созвездия около северного и южного полюсов, звёздные астеризмы для различных времён года.

Таким образом была выполнена практическая часть исследовательской работы.

В завершение хотелось бы ещё раз подчеркнуть, что организовать индивидуальную работу учащегося в программе Стеллариум достаточно просто, а результат работы в этой программе превосходен: ученик занят, заинтересован, получает навыки исследовательской деятельности и располагает достаточным объёмом информации.

Источники информации: