Obserwujemy niebo wieczorne
Jak odróżnić gwiazdę od planety? Dlaczego Księżyc porusza się ze wschodu na zachód i czy tak jest naprawdę? W jaki sposób oznaczamy gwiazdy? Jeśli chcesz znać odpowiedź na te i inne pytania związane z obserwacją wieczornego nieba, czytaj dalej.
odróżniać strony świata, wskazywać linię horyzontu.
odróżniać na niebie planety od gwiazd;
zauważać ruch gwiazd (ze wschodu na zachód) i ruch Księżyca (z zachodu na wschód);
za pomocą mapy nieba znajdować gwiazdozbiory takie jak: Wielki i Mały Wóz, Orion oraz Kasjopea;
interpretować nazwy gwiazd związane z gwiazdozbiorami (np. Ori czy UMa) oraz skalę wielkości gwiazdowych jako skalę obserwowanych jasności gwiazd.
1. Jakie obiekty i zjawiska widzimy na niebie?
Od niepamiętnych czasów ludzie wpatrywali się nocą w niebo. Kiedy pogoda jest dobra, a niebo – czyste, na nocnym niebie widać tysiące gwiazd. Możemy zauważyć także planety i Księżyc.
Nie zawsze jednak łatwo jest odróżnić planetę od gwiazdy. Planety świecą światłem ciągłym – nie widzimy ich migotania. Czasami też uda nam się również zobaczyć sztucznego satelitę Ziemi lub załogową stację kosmiczną. Kiedy patrzymy na Księżyc, widzimy jego kształt – może być to okrągła tarcza, połowa tarczy albo zupełnie inny kształt. Pamiętajmy jednak, że obserwacja w ciągu krótkiego czasu (pół godziny czy nawet godziny) nie pokaże nam żadnych zmian w wyglądzie kształtu Księżyca. Potrzeba na to kilku dni.
Gdy na obserwację nieba i poświęcimy kilka godzin, to zauważymy, że widoczne na nim obiekty (poza sztucznymi satelitami) przesuną się ze wschodu na zachód. To efekt ruchu wirowego Ziemi, który odbywa się z zachodu na wschód. Gwiazdy, planety (także Słońce, ale gwiazdy obserwujemy nocą) i oczywiście nasz Księżyc pozornie poruszają się w przeciwną stronę, czyli ze wschodu na zachód.
Jeżeli Księżyc znajdzie się blisko jakiejś jasnej gwiazdy lub planety, to bez trudu można zauważyć, że w stosunku do tej gwiazdy przesuwa się on z zachodu na wschód.
Obserwacjami ruchu Księżyca zajmiemy się w następnym rozdziale, ale warto chyba w tym miejscu przypomnieć fragment powieści „Faraon” Bolesława Prusa.
Jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że kiedy obserwujemy Słońce poruszające się ze wschodu na zachód, widzimy (ustawiając się twarzą do niego), że ruch ten zachodzi od lewej do prawej. Gdy dawni żeglarze przekraczali równik i wypływali na półkulę południową, ze zdziwieniem stwierdzali, że Słońce porusza się tam odwrotnie (znów ustawiając się twarzą do niego): od prawej do lewej. Wyjaśnij to zjawisko.
Gdy niebo jest czyste (najlepiej je obserwować poza terenem zabudowanym) i nie ma na nim Księżyca, możemy zobaczyć Drogę Mleczną – naszą Galaktykę. To ogromne zbiorowisko gwiazd, których liczba oceniana jest na 200 miliardów.
A gdybyśmy obserwowali niebo dłużej – przez tydzień, miesiąc, rok? Stwierdzilibyśmy wówczas, że gwiazdy są ułożone w stałe konfiguracje. Nazywamy je gwiazdozbioramigwiazdozbiorami. Z pewnością znasz nazwy niektórych z nich, np. gwiazdozbiory z tzw. pasa zodiakalnego – gwiazdozbiory Barana, Lwa, Bliźniąt czy Raka. Znasz na pewno również gwiazdozbiory takie jak Mały i Wielki Wóz (ten pierwszy nazywany jest również Małą Niedźwiedzicą, drugi jest fragmentem większego gwiazdozbioru – Wielkiej Niedźwiedzicy).
Astronomowie wprowadzili nawet system oznaczeń gwiazd związany z łacińskimi nazwami gwiazdozbiorów. Przykładowo: Gwiazda Polarna, świecąca w pobliżu północnego bieguna niebieskiego, nosi nazwę α Ursae Minor, czyli Małej Niedźwiedzicy. Litera α oznacza, że jest to gwiazda najjaśniejsza w danym gwiazdozbiorze. Litera symbolizuje gwiazdę drugą co do jasności w danym gwiazdozbiorze, a – trzecią.
Kiedy latem spoglądasz w niebo nad płonącym ogniskiem i widzisz jasny punkt niedaleko zenitu, to patrzysz na gwiazdę o nazwie α Lyrae, czyli najjaśniejszą gwiazdę w gwiazdozbiorze Lutni (albo Liry). Gwiazda ta nosi arabską nazwę Wega. Po upadku cywilizacji greckiej i egipskiej to właśnie Arabowie przechowali i rozwinęli sztukę astronomii. Na zimowym niebie można zobaczyć gwiazdozbiór Oriona. Znano go już w starożytnej Mezopotamii – nazywano go Uru‑anna, czyli „Światło Nieba”.
Gwiazdy tworzące gwiazdozbiór nie są na ogół ze sobą związane i zwykle znajdują się od nas w różnych odległościach. Odnosimy jednak wrażenie, jakby wszystkie widoczne gwiazdy znadowały się na jednej powierzchni. Tę powierzchnię, będącą złudzeniem optycznym, nazywamy sferą niebieskąsferą niebieską.
Jeżeli popatrzysz na niebo, to zauważysz, że niektóre gwiazdozbiory zawierają bardzo jasne gwiazdy, a inne są ledwie widoczne. Dlatego już na początku naszej ery wprowadzono system oznaczeń gwiazd związany z ich jasnością. Najjaśniejsze gwiazdy to gwiazdy pierwszej wielkości, nieco słabiej świecące – gwiazdy drugiej wielkości. Najsłabiej świecące gwiazdy widoczne „gołym” okiem (w bardzo sprzyjających warunkach – czyste powietrze, brak mgieł, świateł miejskich, Księżyca na niebie) to gwiazdy szóstej wielkości. Oczywiście, przez teleskopy lub dzięki fotografiom możemy obserwować (i badać) gwiazdy nawet dwudziestej wielkości.
Pamiętaj, że wyraz „wielkość” nie ma nic wspólnego z rzeczywistymi rozmiarem gwiazd. Należy przez nią rozumieć „jasność”, i to pozorną, gdyż blask na niebie zależy od rozmiarów ciała, wysyłanej energii (a tym samym temperatury) i odległości. Słońce jest jedną ze słabszych gwiazd, ale znajduje się bardzo blisko Ziemi i dlatego jest bardzo jasne – jaśniejsze od gwiazd pierwszej wielkości. Dokładne rachunki pokazują, że w ciągu sekundy ze Słońca dociera do nas około razy więcej energii niż od z gwiazd szóstej wielkości.
Systematyczne obserwacje gwiazd wykazały, że wiele z nich zmienia swój blask. Takie gwiazdy nazywamy zmiennymi. Aby stwierdzić, że blask się zmienił, trzeba obserwować daną gwiazdę i porównywać jej blask z sąsiednimi gwiazdami. Taką gwiazdą zmienną jest m.in. druga co do jasności gwiazda w konstelacji Perseusza. Nosi ona arabską nazwę Algol (czyli „Diabeł” albo „Demon”). Okres zmienności tego ciała niebieskiego wynosi niecałe trzy dni, a jej przyczyną jest zasłanianie jednego składnika gwiazdy podwójnej przez drugi składnik. Układów podwójnych lub nawet wielokrotnych jest więcej. Gwiazdozbiór Bliźniąt (Gemini) ma dwie jasne gwiazdy. Ich nazwy to Kastor i Polluks. Jeżeli popatrzymy na Kastora przez niewielką lunetę, to zobaczymy dwie gwiazdy, ale przy dużym powiększeniu widać, że jest tam sześć gwiazd tworzących układ wielokrotny.
Istnieją również inne typy gwiazd zmiennych, np. takie, które rozszerzają się i kurczą. Są to na ogół ciała niebieskie kilkanaście razy większe od naszego Słońca, a promień tych gwiazd zmienia się mniej więcej o tyle, ile wynosi średnica Słońca. Dużą rolę w rozwoju astronomii odegrały cefeidy – gwiazdy zmienne nazwane tak od gwiazdy Cephei (gwiazdozbiór Cefeusza). Przeczytasz o nich na dalszych stronach tego podręcznika.
Gwiazdozbiory wydają nam się tworami niezmiennymi, ponieważ nawet setki lat obserwacji nie wystarczą, aby zobaczyć zmiany, które jednak zachodzą.
Jeśli będziemy obserwować niebo przez kilka tygodni, możemy zobaczyć zmianę położenia planet. W stosunku do gwiazd stałych przesuwają się one na niebie ruchem niejednostajnym. Przyspieszają i zwalniają, zakreślają złożone pętle. Tym ruchem zajmiemy się w osobnym rozdziale.
Czasem zauważymy na niebie meteor. Są takie okresy w roku, że w ciągu godziny obserwujemy kilkadziesiąt takich przelotów. Dzieje się tak, gdy Ziemia przejdzie przez tzw. rój meteorów. Niekiedy – co kilka lat – zdarza nam się obserwować kometę – obiekt wzbudzający niegdyś strach i trwogę. Teraz wiemy właściwie wszystko o tych obiektach, możemy nawet oglądać zdjęcia (np. w internecie) jądra komety Halley. Warto jednak zastanowić się, jaką drogę przeszła ludzkość od średniowiecza do czasów współczesnych, zwłaszcza że obecnie możemy obserwować w telewizji lądowanie próbnika sondy kosmicznej na powierzchni jądra komety.
Kometa Halley aktualnie oddala się od Słońca – znajduje się w okolicach orbity Neptuna. Największą odległość od Słońca osiągnie w 2024 roku, a w pobliżu Słońca i Ziemi będzie ponownie w roku 2061.
Obserwacja nieba odbywa się nie tylko w nocy. W dzień widzimy największe ciało Układu Słonecznego – Słońce. W wyniku ruchu wirowego Ziemi wschodzi ono i zachodzi. Jeżeli jednak będziemy obserwować drogę Słońca nad horyzontem w ciągu kilku miesięcy, to zauważymy, że miejsca wschodu i zachodu oraz wysokość Słońca w momencie górowania się zmieniają. Uczyliście się o tym na lekcjach przyrody w szkole podstawowej i na lekcjach geografii w gimnazjum.
Wszyscy wiedzą, że Ziemia krąży dookoła Słońca, czyli je obiega. Ale czy można to zobaczyć na własne oczy?
Powyższy rysunek przedstawia Słońce umieszczone w środku sfery niebieskiej i Ziemię krążącą wokół niego. Obserwator znajdujący się na Ziemi widzi Słońce na sferze niebieskiej. Przejściu Ziemi na orbicie okołosłonecznej z punktu A do B odpowiada przejście Słońca na sferze niebieskiej z położenia 1 do 2. Pełnemu obiegowi Ziemi wokół Słońca odpowiada przejście Słońca na sferze niebieskiej – porusza się ono po okręgu zwanym ekliptyką.
Jeśli będziemy obserwować niebo latem i zimą, zauważymy, że o tej samej godzinie, np. wieczorem, widoczne są inne gwiazdozbiory. Przepiękny gwiazdozbiór Oriona widoczny jest na niebie zimą. Latem na nocnym niebie widzimy zaś gwiazdozbiory Lutni, Łabędzia i Orła. Na podstawie rysunku 2., wyjaśnij, dlaczego na nocnym niebie widzimy w różnych porach roku (ale o tej samej godzinie) różne gwiazdozbiory.
To krótkie zestawienie zjawisk i obiektów widocznych na niebie nie wyczerpuje oczywiście wszystkich przypadków. Wiele ciał niebieskich można zobaczyć tylko przez duże teleskopy. Aby zaś zobaczyć niektóre zjawiska, np. wybuchy supernowych, trzeba czasem czekać kilkaset lat.
2. Jak znaleźć to, co chcemy obserwować?
Jeśli chcemy znaleźć jakąś miejscowość czy inny obiekt geograficzny, posługujemy się mapą. Do opisu położenia różnych obiektów astronomicznych służą zaś mapy nieba. Poniżej znajduje się fragment takiej mapy.
Na mapach tego typu zaznaczane są położenia gwiazd i gwiazdozbiorów. Podane są nazwy gwiazdozbiorów (czasem w języku polskim, częściej tradycyjnie – po łacinie). Na poniższym fragmencie mapy zieloną linią zaznaczono pozorną drogę (jest to ekliptyka – uczysz się o niej na lekcjach geografii), jaką przebywa Słońce w ciągu roku. Są tam też zaznaczone linie równoleżników niebieskich (na dole rysunku jest równik) oraz południków niebieskich. Układ tych linii jest analogiczny do linii równoleżników i południków na globusie ziemskim. Pozwala to łatwo odnaleźć dany obiekt.
Na powyższym rysunku mamy zaznaczone dokładne położenia Księżyca, Słońca i planet – mapa przedstawia sytuację konkretnego dnia i konkretnej godziny, a za godzinę będzie nieaktualna.
W obserwacji ciał niebieskich niezwykle pomocna jest obrotowa mapa nieba, produkowana przez kilka firm. W internecie można natomiast znaleźć interaktywne mapy nieba oraz bezpłatny program Stellarium będący symulatorem planetarium (pokazuje Słońce i planety, a nawet niektóre planetoidy – o dowolnej godzinie w dowolnym miejscu na kuli ziemskiej). W wyszukiwarce wystarczy wpisać hasła: „mapa nieba”, „obrotowa mapa nieba” lub „Stellarium”. Można także zdobyć mapę nieba na obracającym się globusie, często podświetlonym od środka, i bez trudu we własnym pokoju stworzyć atmosferę planetarium. Dzięki oglądaniu obiektów zaznaczonych na obrotowej mapie nieba można sobie zaplanować obserwacje wielu ciekawych zjawisk.
Podsumowanie
Krótkie spojrzenie na niebo pozwala zauważyć gwiazdy, planety, Księżyc i poruszające się sztuczne satelity.
Kilkugodzinna obserwacja pozwala zobaczyć ruch sfery niebieskiej ze wschodu na zachód i ruch Księżyca z zachodu na wschód (w stosunku do gwiazd).
Aby zobaczyć cykl faz Księżyca, przesuwanie się planet na tle gwiazd itp., potrzebne są obserwacje trwające kilka tygodni lub miesięcy.
Jeżeli mówimy, że jakaś gwiazda jest np. drugiej wielkości gwiazdowej, a inna – czwartej wielkości, nie oznacza to, że rzeczywiście ta pierwsza jest większa – oznacza to, że świeci na niebie jaśniej niż ta druga.
Do planowania i przeprowadzania obserwacji przydatne są obrotowe mapy nieba lub program Stellarium.
W odróżnieniu od innych prac domowych to zadanie zaplanowane jest do wykonywania przez cały rok szkolny. Wynika to po pierwsze z faktu, że powtarzalność większości zjawisk to kilka tygodni lub miesięcy. Po drugie, ważna jest pogoda. Najlepiej wykorzystać każdy pogodny dzień, bo po nim może wystąpić zachmurzenie trwające kilka lub kilkanaście dni.
Jeżeli zobaczysz Księżyc, to zapisz godzinę obserwacji i naszkicuj rysunek, na którym przedstawisz położenie tego ciała w stosunku do stron świata i obiektów znajdujących się w pobliżu jego tarczy (wysokie budynki, drzewa i jasne gwiazdy w pobliżu tarczy Księżyca).
a) Powtórz obserwację np. 4 godziny później. Sporządź następny rysunek.
b) Powtórz obserwację następnego dnia, o tej samej godzinie. Zaznacz położenie Księżyca na wykonanym wcześniej rysunku.
Jeżeli przeprowadzisz takie obserwacje kilka dni z rzędu, to na własne oczy zaobserwujesz ruch Księżyca wokół Ziemi.
Aby zaobserwować ruch Księżyca, możesz też w kolejnych dniach obserwować położenie Księżyca w stosunku do miejscowego południka niebieskiego (zobacz w internecie, co to takiego). Najlepiej wykonywać takie obserwacje o tej samej godzinie. Dlaczego?
Możesz także notować momenty wschodu lub zachodu Księżyca – analiza godzin wschodu lub zachodu pokaże wyraźnie, jak Księżyc porusza się wokół Ziemi.
Podczas obserwacji Księżyca i szkicowania wyglądu jego tarczy zastanów się i zapisz, gdzie może znajdować się Słońce. Wykonaj następnie rysunek przedstawiający orbitę Księżyca wokół Ziemi. Zaznacz położenie Księżyca i Słońca.
Podczas tzw. nowiu Księżyc jest niewidoczny. Bardzo interesujący jest jego wygląd 2–3 dni po nowiu. Przeprowadź taką obserwację i wykonaj rysunek przedstawiający wygląd Księżyca (najlepiej tuż po zachodzie Słońca). Sprawdź w internecie znaczenie słowa „irradiacja” i zapisz, dlaczego część oświetlona i nieoświetlona Księżyca wyglądają inaczej. Dlaczego część nieoświetlona bezpośrednio przez Słońce jest wtedy widoczna?
Orion jest znanym gwiazdozbiorem nieba zimowego. Od listopada do lutego (w przybliżeniu o tej samej godzinie) przeprowadź cykl obserwacji i naszkicuj położenie tego gwiazdozbioru w stosunku do stron świata. Na pewno zauważysz zmianę położenia. W którą stronę przesuwa się ten gwiazdozbiór? Co jest tego przyczyną? Jeżeli wykonasz to zadanie prawidłowo, zobaczysz skutki ruchu obiegowego Ziemi wokół Słońca.
Na mapie nieba lub w programie Stellarium wyszukaj gwiazdozbiory przedstawione podczas pokazu przezroczy oraz obiekty, takie jak: Galaktyka Andromedy, Mgławica w Orionie (blisko miecza Oriona), otwarta gromada Plejady (w gwiazdozbiorze Byka). Obserwuj je na niebie. Jeśli spojrzysz na Mgławicę w Orionie, zobaczysz miejsce, gdzie powstają nowe gwiazdy.
Niektórzy z was uczą się języka łacińskiego. Przygotujcie dla kolegów z klasy prezentację, w której przedstawicie łacińskie nazwy gwiazdozbiorów. Wyjaśnijcie także sposób pisania tych nazw w II przypadku. Przykładowo: gwiazdozbiór Byka nosi łacińską nazwę Taurus, a najjaśniejsza gwiazda tego gwiazdozbioru α Tauri.
Słowniczek
– kiedyś układ gwiazd, któremu przypisywano jakiś kształt (smoka, psa myśliwego); obecnie do gwiazdozbioru należą wszystkie gwiazdy leżące w pewnym obszarze sfery niebieskiej (również te niewidoczne gołym okiem).
– pozorna powierzchnia kulista; w rzeczywistości obiekty widoczne na niebie w rzeczywistości znajdują się bardzo daleko (w bardzo różnych odległościach), ale nie jesteśmy w stanie zobaczyć różnicy odległości między nimi – w ten sposób powstaje wrażenie, że wszystkie obiekty leżą w tej samej odległości, a zatem znajdują się na powierzchni kuli czy sfery. Środek tej sfery znajduje się w oku obserwatora.
– liczba wskazująca na jasność gwiazdy; im gwiazda jest jaśniejsza, tym liczba określająca jej wielkość gwiazdową jest mniejsza. W teorii geocentrycznej (opisanej przez Ptolemeusza) najjaśniejsze gwiazdy były gwiazdami pierwszej wielkości, słabsze – drugiej itd. Najbledsze gwiazdy widoczne gołym okiem przy idealnych warunkach to gwiazdy szóstej wielkości. Po wprowadzeniu pomiarów na kliszach określono dokładne zależności między tymi wielkościami. Ustalono, że np. od gwiazdy szóstej wielkości otrzymujemy 100 razy mniej światła niż od gwiazdy pierwszej wielkości. Niektóre gwiazdy mają ujemną wielkość gwiazdową (np. Syriusz –1,45) lub zawartą między 0 a 1. To samo dotyczy planet, Księżyca lub Słońca. Wartość wielkości gwiazdowej zapisujemy jako np. , gdzie literka „m” jest skrótem od łacińskiej nazwy magnitudo.