Наблюдение Звездного неба с помощью домашнего планетаря

Муниципальное нетиповое автономное общеобразовательное учреждение культуры «Гимназия «Арт-Этюд»

Исследовательский проект

по астрономии:

«Изучение звездного неба с помощью домашнего планетария»

Автор: Бондаренко Андрей,

Обучающийся в 8 «А» класса

Руководитель: Максимова Л.И.,

учитель физики и астрономии

Екатеринбург, 2024

Содержание

Введение…………………………………………………………………………3

Глава 1. Теоретическая часть.

1.1. История возникновения планетария……………………………………....4

1.2. Виды планетариев………………………………………………………....11

Глава 2. Практическая часть.

2.1. Создание планетария……………………………………………………...14

2.2. Изучение звездного неба с помощью планетария………………………14

Заключение…………………………………………………………………......16

Список литературы…………………………………………………………….17

Приложения…………………………………………………………………….18

Введение

           Не всегда можно любоваться звездным небом. Когда погода облачная, дождливая, не видно ни звезд, ни солнца, ни Луны. В планетарии же всегда ясное небо и всегда хорошая погода. Владимир Маяковский очень любил ходить планетарий и написал о нем: «В планетарии одном можно видеть звезды днем». И еще: «Должен каждый пролетарий посмотреть на планетарий». В любое время дня в «звездном зале» наступит ночь и можно будет увидеть прекрасную картину звездного неба, которую даже при хорошей погоде в большом городе наблюдать нельзя из-за светового загрязнения и запыленности воздуха.

Современные люди задают много вопросов о космосе, звездах, космонавтах, так как данная тема, как все неведомое, непонятное, недоступное глазу, будоражит фантазию.

Актуальность данного проекта заключается в том, что с раннего возраста людям интересны загадки Вселенной. Вспомните, как интересно смотреть в ночное небо. А я живу на окраине города и часто смотрю на звездное небо. И очень интересно разобраться в этой россыпи звезд. А научиться этому может планетарий, поэтому я выбрал эту тему.

Цель проекта - сформировать устойчивый интерес к познанию космического пространства с помощью создания и работы с планетарием.

Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:

1. Изучить литературу по данной теме.
2. Систематизировать полученные знания.
3. Сделать модель планетария.
4. Изучить изменение звездного неба с помощью планетария.

Глава 1. Теоретическая часть

1. История возникновения планетария.

        Над идеей создания реалистичного изображения звездного неба люди задумывались еще с древних времен. Идея построить прибор, имитирующий звёздное небо и планеты, возникла очень давно.

        Первый планетарий был создан Архимедом во II веке до нашей эры (Приложение 1). Планетарий Архимеда — это механический небесный глобус. Назывался планетарий Архимеда «небесная сфера», при движении которой можно было наблюдать движение пяти планет, восход Солнца и Луны, исчезновение светил за линией горизонта, фазы Луны. На поверхности глобуса нанесены звёзды и 12 зодиакальных созвездий, через которые движется Солнце, проходя одно созвездие в месяц. Архимед описал в сочинении «Об изготовлении небесной сферы». Увы, ни прибор, ни сочинение не сохранились, но остались рассказы о них.

         Это был первый на Земле планетарий, много столетий бывший непревзойдённым творением практической механики.

         После гибели Архимеда планетарий был вывезен Марцеллом в Рим, где на протяжении нескольких веков вызывал восхищение.

         В средние века изобрели телескоп и появилась гелиоцентрическая модель мира, поэтому стало необходимым строительство механических моделей движения планет. Так как все планеты движутся в одну сторону и почти в одной плоскости, с помощью набора валов и зубчатых передач изготавливали устройства, где шарики-планеты двигались вокруг центрального шара-Солнца с соблюдением тех же относительных скоростей и расстояний, как на небе. Эти модели называли коперниковскими планетариями.

             Были и иные подходы к моделированию. Вольтером в книге «Царевна Вавилонская» было описано следующее устройство: «Среди садов, между двумя каскадами, высился овальной формы чертог в триста футов диаметром. Его лазоревый свод, усеянный золотыми звездами, воспроизводил точное расположение созвездий и планет. Он вращался, подобно заоблачной тверди, управляемый такими же невидимыми механизмами, как те, которые управляют движением небес». Это так называемый птолемеевский планетарий. Обычно он представлял собой сферу диаметром три метра и более, внутри которой сидели зрители, наблюдавшие нарисованные на внутренней стороне звёзды и планеты. Сфера вращалась вокруг оси, параллельной земной, со скоростью вращения реального неба. Иногда добавлялась модель Солнца в виде позолоченного шарика, двигавшаяся вдоль нарисованной эклиптики (Большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое с Земли годичное движение Солнца относительно звёзд.) в соответствии с реальным годовым движением светила. Наружную же поверхность шара обычно разрисовывали как глобус. Большой Готторпский глобус, подаренный Петру I и находящийся ныне в Санкт-Петербурге, в Кунсткамере, является именно таким глобусом-планетарием.

         На долгое время о планетариях забыли. Но в начале 20 века они стали появляться в разных странах.

         Планетарий всегда был несколько театральным, ведь он представляет собой комнату без стен. Стоит свету погаснуть, как исчезает мебель и появляется «комната бесконечности». Первые планетарии 20 века были не просто музеями ночного звездного неба, а имели более глубокий замысел.

       Первый современный планетарий был открыт в Германии 18 июля 1926 года. В числе неизменно лучших следует назвать планетарий Гамбурга. Жители Германии прекрасно знают, что смотреть на звезды — это намного лучше, чем изучать их в атласе. Поэтому они так любят посещать планетарии.

Планетарии нашего времени.

           Развитие цифровых технологий позволяет в данный момент разрешить задачу при помощи всего одной комнаты. Наземные ракурсы без резких переходов сменяются космическими. Планетарий — театр разума, где создается мысль о людях и Вселенной. Мы словно рассказываем истории и размышляем над вопросами бытия: это могут быть люди, Вселенная, мифология или современная наука.

           В планетариях стали применять стереоскопическое изображение с разрешением 8K и 3D-звучанием. Установлены мощные компьютеры повышенной производительности с графическим устройством вывода. Планетариям открыт доступ к крупнейшему цифровому 3D-атласу и базам данных о Вселенной в режиме реального времени. Возможности цифровой технологии, которая позволяет охватить изображением пространство всего купола, настолько велики, что атмосфера Вселенной, в которую погружаются посетители, максимально приближена к реальной.

          Прибор-планетарий - странный агрегат с многочисленными отверстиями и деталями, вращающийся по множеству осей. Самое интересное, когда в Музеях-планетариях используются «гибриды», объединяющие классические механические звездные проекторы и цифровую на полном куполе.

          В музее Урании (Московский планетарий) выставлены фрагменты проекционных аппаратов предыдущих поколений. Первый из них имел заводской номер 13 (1929 год). Второй — 313 (1977-й). Новый аппарат — Universarium 9 — получил номер 613. Все три произвела компания Carl Zeiss.

В старых оптико-механических аппаратах свет проекционной лампы использовался неэффективно. Изображение звезд формировалось при прохождении света через маску — кусочек фольги с мелкими отверстиями.

В Universarium 9 маска имеет вид непрозрачного покрытия на тыльной стороне проекционной линзы. В покрытии лазером сделаны отверстия, соответствующие звездам, и к каждому отверстию припаяна нить оптоволокна.

          Волокна собираются в пучок и подсвечиваются проекционной лампой, свет которой используется полностью. В результате на куполе появляются яркие и четкие изображения 9 тыс. звезд — такое небо видно лишь из высокогорья.

          Благодаря такому объединению получаются реалистичные образы ночного неба с мощной имитацией космоса. В течение следующих лет из-за активных самосветящихся LED-куполов нынешние проекторы попросту устареют. Машины и проекторы могут быть довольно популярными и культовыми, но, в конце концов, когда в комнате становится темно, значение имеют уже не технологии, а реалистичность и качество иллюзии аудиовизуального погружения, поскольку именно это вовлекает публику в рассказываемую историю.

          Погружение в тщательно подобранный звук и музыку зачастую важнее даже самого качественного видеоряда, поскольку открывает разум.

         У зрителей есть больший выбор — не просто статичный вид характерных узоров ночного неба, но и разнообразных ракурсов. Это и наука, и искусство, как и многое, связывающее людей со Вселенной.

          Маркетинг и донесение художественной программы в новом формате до потенциальных посетителей — главнейший вызов. Есть много людей, которые думают, что планетарий — просто обсерватория, где вы смотрите на звёзды в телескоп.

          Это разноплановое влияние, многослойное. Прежде всего это дает возможность представить себе окружающий мир таким, каким мог его видеть наш далекий предок в ту пору, когда еще не было изобретено электричество и антропогенное воздействие на природу отсутствовало. Тогда человек жил в природе в абсолютной гармонии, она давала ему что-то, и он ей не мешал. Но прогресс остановить невозможно. Это привело к тому, что видеть небо и понимать, как устроен мир, получить представление можно, пожалуй, только в одном месте — в планетарии, где эту картину можно увидеть и где ее правильно объяснят. Расскажут о том, как все устроено, что Солнце — это звезда, которая нас согревает, дает нам возможность существовать, но и несет серьезную опасность, потому что мы зависим от него. Это ближайшее к нам очень мощное энергетическое магнитное небесное тело, которое оказывает безусловное воздействие на всю нашу Землю, на биосферу и, конечно же, на человека.

          Учёные дают объективную достоверную оценку этого взаимодействия, рассказываем о том, какое место занимает Земля в нашей Солнечной системе, во Вселенной, какое место человек занимает, как все это взаимосвязано. Человек ведь не сам по себе, он — часть природы, и нужно рассказывать людям об этом.

          Основная тема планетария — это астрономия, астрофизика, а основная задача — формирование картины мира, формирование естественно-научного мировоззрения. Для детей рассказывают на одном уровне об этом, а для более взрослых — на более высоком уровне: в планетариях есть трибуна ученого, куда приходят выдающиеся специалисты, которые рассказывают о самых острых проблемах современной науки. И таким образом, планетарий работает с человеком на протяжении всей его жизни. И если он несколько раз придет в планетарий, ученым удается объяснить ему устройство мира так, что ему все становятся понятным. И уже не заходит разговор о плоской земле, потому что человек понимает и знает многое. Я иногда называю посещение планетария прививкой, которая дает человеку иммунитет против подобного рода всевозможных сентенций.

         Поэтому планетарий и культурологически играет огромную роль. Ученые рассказывают. о мифологии, о древнейших представлениях о мире, о том, как они развились, а значит, как развивался человек. Развитие его представлений — это и есть его цивилизационный путь, это путь эволюции, которую он прошел. И не знать этого? Сегодня и всегда, имея столько данных и правильного понимания, знать это должен каждый человек, и планетарий в этом помогает. Астрономия — это та наука, которая находится на стыке многих естественных наук: здесь и физика, и химия, и астрофизика, и геология, геофизика, география, биология и многое другое. Она, как никакая другая, обладает мощным мировоззренческим потенциалом.

          Планетарий — прибор, позволяющий проецировать на куполообразный экран изображения различных небесных тел, а также моделировать их движение. Например, с помощью планетария можно изобразить полное солнечное затмение. Он состоит из множества проекционных фонарей, движущихся при помощи электромоторов и дающих изображение неба на полотняном потолке. Аппарат позволяет ускорить, или наоборот, замедлить и даже остановить любое небесное явление, связанное с движением Земли. Предназначен для научно-познавательных целей и обучения. Обычно название прибора распространяется и на все здание, в котором прибор размещается. Пример —Московский планетарий.

Планетарии в 1960-е годы

           Хорошим примером «типичного» планетария 1960-х является Универсальный планетарий тип 23/6, произведённый народным предприятием Carl Zeiss Jena в ГДР. Он представлял собой четырёхметровый гантелеобразный объект с шарами диаметром 740 мм на обоих концах, предназначенными для проецирования северной и южной небесной полусфер. На раме, соединяющей сферы, было установлено около 150 независимых проекторов, предназначенных для планет, Солнца и некоторых звёзд.

          Каждая сфера отвечала за примерно 4500 звёзд соответствующей небесной полусферы. Изображение звёзд создавалось крошечными отверстиями диаметром от 0,023 до 0,452 мм, сделанными в медной фольге. Чем больше отверстие, тем больше света через него проходит, и тем ярче будет изображение звезды. Эта фольга вкладывалась между двумя стёклами и образовывала «звёздную пластинку». Каждая сфера освещалась 1500-ваттной лампой. Система асферических собирающих линз, располагавшаяся внутри каждой сферы, фокусировала свет на пластинках. 23 наиболее значимых звезды имели свои собственные проекторы, которые создавали изображение не точки, а небольшого светящегося диска, который к тому же мог быть окрашен: Бетельгейзе и Антарес были красноватыми, а Ригель и Спика имели голубоватый оттенок. Изображение Млечного Пути создавалось проектором барабанного типа, усеянным несфокусированными мельчайшими отверстиями, сделанными в соответствии с фотографиями Галактики. Специальные проекторы могли имитировать колебания светимости таких переменных звёзд, как Алголь и Мира (звезда), другие же могли создавать изображения созвездий, исторически важных комет, сторон света и разных астрономических феноменов. Когда звезда или планета заходила за горизонт, наполненная ртутью заслонка под действием силы тяжести загораживала свет.

 Современность

            В недавнее время планетарии расширили свой функционал. Они не ограничиваются демонстрацией звёздного неба, а способны также демонстрировать полнокупольное видео или лазерные шоу, которые комбинируют музыку и рисуемые лазером узоры. Последнее поколение планетариев, такие как Digistar 3 от Evans & Sutherland, Fidelity от Global Immersion или DigitalSky от Sky-Skan создают полностью цифровое изображение неба: один проектор и линза «рыбий глаз» или несколько цифровых или лазерных видеопроекторов, установленных по кругу под куполом, могут вывести любое изображение, которое будет предоставлено компьютером. Это даёт оператору огромную гибкость и позволяет ему показывать не только современное ночное небо, видимое с Земли, но и любое изображение (включая ночное небо, видимое в любое время и в любом месте, даже на других планетах).

2. Виды планетария

Домашние планетарии

Сегодня воссоздать небесную картину можно и дома, и в учебном заведении, и в общем-то, где угодно, купив для этого комплект необходимого оборудования (Приложение 6). При выборе планетария важно четко ставить перед собой определенные цели: будет ли планетарий дома, в квартире или офисе служить не более чем игрушкой, воссоздающей необходимую атмосферу для отдыха и развлечения, или с его помощью планируется лучше узнать о том, каким образом расположены на небе звезды и созвездия, как их положение меняется со временем.

Планетарий для детей

Детские планетарии отличаются доступной ценой, простотой конструкции и при этом способны проецировать на стены и потолок комнаты до нескольких сотен звезд. Некоторые детские планетарии оснащаются регуляторами, позволяющими выставлять звездную картину для определенной даты и даже времени суток. В качестве аксессуаров планетарии начального уровня комплектуются световыми указками, устройствами для имитации движения комет по искусственно созданному небосклону. Детские планетарии совершенно безопасны, они работают от низковольтного сетевого адаптера или аккумуляторов.

Профессиональные планетарии для дома

Профессиональные планетарии для дома, в отличие от детских моделей, отличаются большим размером, улучшенной детализацией, трехмерностью и реалистичностью проецируемого ночного неба, что достигается за счет сложной многоступенчатой оптической системы. Численность видимых звезд в таких моделях может составлять более ста тысяч. Кроме того, такие планетарии могут проецировать не только звезды и карты известных созвездий, но и отдельные космические пейзажи: виды из космоса на Землю, Луну, планеты солнечной системы, млечный путь и т.д. Особую реалистичность домашнему звездному небу придает точная реализация многих космических явлений: имитация суточного движения звезд, годового движения, имитация метеоров, комет, вращения планет и т.д.

Стационарные научные планетарии

В некоторых городах сегодня построены большие стационарные планетарии для научных и образовательных целей. Для передачи изображения звездного неба или карты планеты с высокой точностью и достоверностью используется большое помещение в форме полусферы. Сложная современная аппаратура на основе цифровых и лазерных технологий создает удивительно реалистичное и детальное изображение различных космических объектов.

Главные планетарии мира и России

        Планетарий в Нагое Япония Планетарий, расположенный в музее науки – самый большой в мире. Диаметр его купола – 35 метров, снаружи он выглядит как огромный шар, за что местные жители прозвали его «Братом Земли» (Приложение 7). В 2011 году он открылся после масштабной реконструкции, и теперь «история» звездного неба, которую транслируют на купол, меняется каждый месяц с учетом времени года и расположения планет на небе.

         Московский планетарий – это одна из лучших старо-новых достопримечательностей столицы. Старых, так как планетарий существует в Москве с 1929 года, а новых – потому что открылся он несколько месяцев назад после 17-летней реставрации. К слову, реконструкция была проведена не зря: современный планетарий похож на научный центр, где все кипит, движется, вращается и свистит.

          Планетарий в Глазго Глазго, Великобритания

Планетарий в Глазго считается лучшим во всей Великобритании. Сюда приезжают специально, чтобы увидеть звезды такими, какими их видят космонавты из иллюминаторов МКС. Купол Звездного театра позволяет разглядеть 9000 звезд. Его проектор – один из лучших в мире - Carl Zeiss Starmaster ZMP-TD. Именно он создает проекцию звезд так, то их можно увидеть в том виде, в котором мы бы видели звезды, не будь над нашей планетой атмосферы. Самые впечатляющие объекты – туманность Андромеды, Магеллановы облака, созвездие Ориона и Сириус.

          Планетарий Цейса Бохум, Германия

Планетарий имени Карла Цейса открылся в 1964 году и с тех пор является одной из самых популярных достопримечательностей Бохума (Приложение 8). Недавно он был реконструирован: в центральном зале теперь установлена оптическая аппаратура фирмы Zeiss, дающая полнокупольную проекцию звездного неба. Это первый туристический планетарий в мире с подобной проекцией: зритель наблюдает за звездами так, будто стоит под открытым небом!

        Планетарий в Гамбурге

Один из старейших планетариев мира находится в самом центре Городского парка Гамбурга. Несмотря на возраст, его техническое оснащение не «покрылось пылью веков»: несколько лет назад планетарий полностью обновили. Теперь экскурсия в звездный мир проходит в огромном зале 21-метровой высоты, где для посетителей устраивают фееричное лазерное и звуковое шоу.

Глава 2. Практическая часть.

2.1. Создание планетария.

         Создать планетарий было решено на основе глобуса звездного неба. Созвездия на нем нанесены в зеркальной проекции неба, поэтому они не соответствуют действительному их виду на небе.  

         Для правильного изображения было сделаны отверстия на поверхности (Приложения 9, 10). Внутрь помещен источник света. Экватор планетария закреплен съемными зажимами. Ось планетария наклонена в соответствии с наклоном земной оси, что будет давать возможность наблюдения заходяще-восходящих звезд.

2.2. Изучение звездного неба с помощью планетария.

2.2.1. Изучение созвездий.

         С помощью планетария можно четко рассмотреть очертания созвездий, их взаимное расположение, запомнить, чтобы потом находить созвездия на ночном ясном небе. Самые яркие звезды появляются первыми.

         Хорошо видны звезды незаходящих созвездий. Звезды Летнего и Зимнего треугольника.

2.2.2. Наблюдение изменения звездного неба.

         Звезды вращаются вокруг полюса, и вид звездного неба все время меняется, поэтому нельзя обойтись одной единственной звездной картой.

         Если смотреть на небо примерно каждый час на протяжении ночи, то можно заметить перемену. Звезды, которые прошлый раз виднелись на западе, погрузились под горизонт. Звезды, которые стояли высоко, опустились ниже и сместились к западу. Звезды, которые были видны у восточного горизонта, поднялись повыше, а на востоке взошли новые. И так все время, без конца.

         Можно увидеть, вращая планетарий, что расположение созвездий меняется в течении суток. Земля делает один полный борот за 24 часа и небо тоже должно сделать полный оборот, чтобы на следующий день вечером мы смогли увидеть снова те же созвездия на том же месте.

         Хорошо видно, что созвездия, расположенные ближе к северному полюсу мира – Полярной звезде – движутся медленнее, а заходяще-восходящие созвездия – движутся быстрее. Полярная звезда не перемещается совсем.

         Можно с помощью планетария понять, как выглядит звездное небо для наблюдателя на экваторе или на полюсе.

         Можно показать, как по вечерам, например в 22 часа, будет в разные времена года выглядеть на небе созвездия, например – Большой Медведицы.

Заключение.

           Планетарии выполняют просветительскую миссию. Они являются местом вдохновения для людей разного возраста. Они побуждают молодое поколение стать космонавтами, дают пространственное представление о Земле и объясняют мировозрение в историческом контексте. Хотя планетарии часто не являются частью обязательной учебной программы во всем мире, их вклад в научное и социальное образование огромен.

          Планетарий называют музеем ночного звездного неба.

          Работая над темой моего проекта я научился узнавать созвездия, понял, почему звезды на небе меняют свое расположение.

Этот проект сформировал устойчивый интерес к познанию космического пространства. Было интересно, узнал много нового.  

Список литературы

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Планетарий
2. https://www.planetariya.net/kakie_bivayut_planetarii.php
3. https://alexkolos.livejournal.com/1385310.html
4. https://hightech.fm/authors/kristina-rydich
5. https://naukatv.ru/tags/vnezemnoe
6. https://dzen.ru/speterburg