Проект «Создаем школьную обсерваторию»

Разделы: Математика, Физика, Внеклассная работа, Общепедагогические технологии, Экономика


Введение

Астрономия, древнейшая наука, история которой  тесно связана с развитием человечества от зарождения цивилизации до наших дней, является одной из самых популярных. Шаг за шагом на протяжении многих веков складывалось научное представление о Вселенной, совершались значительные открытия, возникали новые теории и гипотезы, создавались более совершенные астрономические приборы.

Современный этап в развитии астрономии характеризуется бурным её расцветом.
Открыты новые замечательные объекты и явления: квазары, реликтовое тепловое излучение, рентгеновские источники, нейтронные звёзды и пульсары, космические мазеры, активность ядерных галактик.
С расширением границ познаваемого мира, с появлением новых технических средств возрастало число учёных, посвятивших себя астрономии и её новым направлениям.
Звёздное небо – Великая книга ПРИРОДЫ.  Кто сумеет её прочесть, перед тем раскроются несметные сокровища окружающего нас КОСМОСА.  Непосвященному в секреты астрономии даже трудно себе представить, какое богатство материальных форм, какое неистощимое творчество Природы скрыто за теми замысловатыми узорами из звёзд, которые древние назвали созвездиями.

На протяжении веков люди любовались и изучали звёздное небо – одно из величайших зрелищ Природы. Сейчас, говоря словами Циолковского, наступила « эра пристального изучения неба». Космические полёты приблизили к нам звёзды, и теперь даже те, кто далёк от астрономии, хотят не только любоваться звёздным небом, но и понять истинный смысл этой картины.

Основная часть

Особенностью школьного комплекса является то, что он является еще и учебной аудиторией. Поэтому наблюдать астрономические явления должны сразу несколько человек. И это необходимо делать в режиме реального времени с комментариями учителя или специалиста. Для этого мы включили в состав оборудования мультимедийные средства и средства отображения информации в реальном времени, такие как фото и видео-цифровые камеры. Наличие в составе комплекса аппаратуры автоматизированного купола,  позволяет использовать оборудование во много раз эффективней, значительно повышает качество наблюдений и дает возможность полноценно вести учебный процесс и заниматься  исследовательской работой в течение всего года.
При школе может быть создана астрономическая башня.
Любительская астрономическая обсерватория может представлять собой самостоятельный комплекс, состоящий из помещения для установки приборов для наблюдений за звёздным небом.

Цели и задачи обсерватории:

  • получить представление о современной картине мира; показать, как наука помогает нам познавать этот мир;
  • научиться использовать достижения научно-технического прогресса – современную технику;
  • получить навыки исследовательской работы;
  • получить глубокие и всесторонние знания, самим прикоснуться к  тайнам мироздания.

Что же такое обсерватория? Предлагаю найти толкование этого слова разными составителями словарей.
Обсерватория (от латинского observare – наблюдать) – научное учреждение, производящее систематические наблюдения, например, астрономическая обсерватория. (Словарь иностранных слов)
Обсерватория – здание оборудованное, оборудованное для астрономических, метеорологических и т.п. наблюдений, а также учреждение, в котором ведутся такие наблюдения. (Словарь Сергея Ивановича  Ожегова)
Обсерватория – площадка или сооружение  для наблюдения за астрономическими и геофизическими (магнитными, гидрометеорологическими, сейсмическими и др.) явлениями. (Большая иллюстрированная энциклопедия т.19 стр.467)
Обсерватория – Астрономическая обсерватория — учреждение, предназначенное для проведения систематических наблюдений небесных тел. (WiKi – Википедия)
Обсерватория – здание, специально оборудованное для астрономических, метеорологических наблюдений. (Словарь  Т.Ф.Ефремовой)
Обсерватория (от лат. observator – наблюдатель) –  специализированное научное учреждение, оборудованное для проведения астрономических, физических, метеорологических и т. п. исследований. ( Современный толковый словарь).
А какие обсерватории нам известны?

Самая высокая обсерватория – Сфинкс, Юнгфрауйох, Швейцария

Самая крупная обсерватория – Atacama Large Millimeter Array Observatory (ALMA), пустыня Атакама, Чили

Самая старая действующая университетская обсерватория – Лейденская, Лейден, Нидерланды

Самая оборудованная обсерватория – Мауна-Кеа, Гавайи, США

Пулковская обсерватория  – главная астрономическая обсерватория Российской академии наук

Кунсткамера в Санкт-Петербурге

Восточный павильон первой
астрономической обсерватории

Западный павильон
обсерватории с наиболее
астрономическими инструментами

Где в нашей школе могла бы находиться обсерватория?

Самая высокая точка на крыше школьного здания над кабинетом информатики, размер  27,3 × 6,5

Здесь представлены различные формы купола обсерватории, которые состоят из различных геометрических фигур:
– полусфера (шаровой сегмент),
– полуцилиндр,
– 6-угольная пирамида,
– 4-угольная пирамида

Предложим форму купола для нашей школьной обсерватории и докажем (с нашей точки зрения) её преимущество перед другими.

CREATOR: gd-jpeg v1.0 (using IJG JPEG v80), quality = 100

Купол построили, что ещё важно для работы обсерватории? Телескоп.

Телескопы – астрономические оптические приборы, предназначенные для наблюдения небесных тел. Телескопы используются с применением различных приёмников излучения для визуальных, фотографических, спектральных, фотоэлектрических наблюдений небесных светил. Я нашел разные телескопы, особенно меня заинтересовал телескоп с автонаведением и цена подходящая.

Разновидности телескопов.

Телескоп
Celestron PowerSeeker 80 EQ
6 990 руб

Телескоп с автонаведением Levenhuk SkyMatic
105 GT MAK 12 900 руб

Телескоп Celestron PowerSeeker 127 EQ
8 190 руб.
Телескоп Celestron PowerSeeker 127 EQ
8 190 руб.

Таким образом, мы собрали достаточно информации, чтобы доказать: школьная обсерватория может быть создана.

Далее мы продолжили работу в отделе проектирования.

Заключение

Таким образом, мы выбрали самый оптимальный вариант из всех предложенных и вот что у нас получилось.
Астрономический комплекс состоит из трех частей: площадки для наблюдений, лекционной аудитории и обсерватории. Площадка для наблюдений находится на крыше школьного здания, выход на нее расположен рядом с лекционной аудиторией, что позволяет после прослушивания теоретического материала сразу переходить к наблюдению звездного неба. Астрономическая площадка, в основном, используется для знакомства со звездным небом учащихся младших классов в рамках курса «Окружающий мир» и учащихся старших классов в рамках предмета астрономии, а также для обучения школьников пользованию телескопом и наблюдения с его помощью небесных объектов. Лекционная аудитория представляет собой учебную аудиторию, оборудованную мультимедийным проектором и компьютером, позволяющими как проводить занятия в режиме компьютерных презентаций, так и наблюдать небесные объекты на экране в режиме реального времени. Информация на экран может поступать непосредственно с телескопа по локальной школьной компьютерной сети. Управление телескопом при этом может осуществляться как из обсерватории, так и с компьютера лекционной аудитории или с любого школьного компьютера, включенного в локальную школьную сеть.
Сферический потолок лекционной аудитории представляет картину звездного неба над Зеленоградском на самом берегу Балтийского моря, а пол – поверхность обратной стороны Луны. Звезды изготовлены из флуоресцирующей пленки с учетом звездной величины. Сначала ученики знакомятся с созвездиями в аудитории, а потом поднимаются на наблюдательную площадку.
В аудитории используется компьютерный планетарий. Современные компьютерные планетарии, такие как Redshift или Sky, позволяют проводить знакомство со звездным небом для учащихся, как старших, так и младших классов. Знакомство со звездным небом с помощью компьютерного планетария, которое можно тут же дополнить реальными наблюдениями, открывает огромные возможности для изучения астрономии и понимания процессов, происходящих во Вселенной. Звездные карты, фото и видео галереи, многочисленные анимации, входящие в состав таких программ, превращают этот сложный для изучения предмет в увлекательное и захватывающее занятие. Компьютерные планетарии позволяют совершать виртуальные путешествия к различным объектам нашей солнечной системы, посещать другие планеты, их спутники, и многое другое.
Обсерватория расположена на крыше здания рядом с площадкой для наблюдений и представляет собой помещение, предназначенное как для проведения учебных наблюдений, так и для исследовательских работ учащихся. Обсерватория перекрыта автоматизированным куполом,  оснащенным пошаговыми двигателями, которые позволяют открывать заслонку и поворачивать купол синхронно с движениями трубы телескопа. Управление телескопом и куполом выполняется с компьютера, установленного в непосредственной близости от них внутри обсерватории.
В составе обсерватории имеются два телескопа – «большой» и «малый».  «Большой» телескоп фирмы Meade, модель LX-90. Телескоп создан по схеме Шмидта-Кассегрена, имеет апертуру 8 дюймов, и может дать 500 кратное увеличение. Телескоп оборудован двумя пошаговыми двигателями, имеет свой внутренний компьютер с базой данных на 30000 объектов, алгоритмами расчета эфемерид планет, Солнца, Луны, астероидов и спутников. Телескоп оборудован электрофокусером, позволяющим через компьютер производить фокусировку изображения.
«Малый» телескоп – солнечный фирмы «Coronado» модель PST. Благодаря узкополосному фильтру 0.5 ангстрема мы можем наблюдать солнечную атмосферу и все явления в ней происходящие. Для регистрации изображений в обсерватории имеется одна цифровая  фотокамера и одна аналоговая видеокамера, непосредственно соединенные с компьютером обсерватории, и посылающие через него изображение в школьную локальную сеть. Управление аппаратурой осуществляется следующим образом: после включения и настройки телескопа,  происходит передача управления телескопом компьютеру, а именно программе SKY – компьютерный планетарий. Аппаратно телескоп соединен с компьютером через порт USB. Наведение на объект наблюдения выполняется с помощью мыши на экране монитора, либо численным заданием координат объекта.
Изображения объекта на экране монитора или на экране проектора получается от цифровых устройств: фото или видео камеры. Изображение от цифровой фотокамеры обрабатывается пакетом программ Autostar. После того как объект появился на экране монитора, происходит автоматическая настройка параметров камеры, таких как экспозиция, яркость, контрастность и т.д. Программа SKY при этом позволяет произвести фокусировку объекта и корректировку координат для настройки фотокамеры на нужную точку неба. Пакет Autostar позволяет осуществлять автогидирование объекта наблюдения. Получение цифровых фотографий выполняется по различным алгоритмам, которые выбираются в зависимости от наблюдаемого объекта, атмосферных условий и т.д.
Важным свойством всего комплекса является то, что он может управляться от внешнего компьютера. Один такой управляющий компьютер расположен рядом с телескопом и используется в основном для проведения исследовательских работ. Кроме того, управление телескопом и куполом может осуществляться в режиме удаленного доступа с любого компьютера, включенного в локальную школьную сеть. В частности, и с компьютера, установленного в кабинете физики. При этом на экране проектора кабинета физики могут наблюдаться небесные объекты в режиме реального времени. В качестве такого примера дана фотография Солнца. На ней вы видите  протуберанец на нашем светиле. Это явление наблюдали в актовом зале на большом экране 200 человек, которые приехали в нашу школу на конференцию. Изображение передавалось в режиме реального времени по школьной беспроводной локальной сети непосредственно с цифровой камеры расположенной на окуляре солнечного телескопа, а управление всем астрономическим комплексом ве-лось  с компьютера, установленного в актовом зале.
Конечно, мы в своей учебной работе не отказываемся от визуальных наблюдений в телескоп. Ни одна картинка не сможет заменить реального изображения небесного объекта в окуляре телескопа. Но при этом понимаем, что только цифровые средства регистрации изображения позволяют зафиксировать слабые объекты глубокого космоса, такие как галактики или туманности, недоступные наблюдению глазом. И даже такой скромный инструмент, как восьмидюймовый телескоп, при соответствующих средствах регистрации способен открыть многие тайны Вселенной. Пока результаты наших наблюдений более чем скромные. Основная беда – это нехватка времени, но  планов у нас громадье.

Программа работы обсерватории.

Программа работы обсерватории представляет собой пять самостоятельных разделов:

1. Учебная работа с учениками, как в рамках учебного плана для 5 и 11 классов, так  и в рамках факультативов с наблюдениями постоянных объектов и текущих интересных астрономических явлений.
2. Учебная работа с учащимися других школ города по заранее согласованной программе.
3. Научно-исследовательская работа учащихся школы по проектам SETI (поиски внеземного разума) и Эйнштейн-home (обнаружение гравитационных волн) с использованием астрономических компьютеров. Изучение динамики солнечных пятен. Измерение характеристик переменных звезд с передачей данных в официальные научные каталоги и др.
4. Участие в астрономических форумах, конференциях, коллективных наблюдениях редких явлений и т.д.
5. Работа «астрономического клуба» под эгидой школьной обсерватории. Субботний астролекторий для всех желающих, проведение регулярных наблюдений.

Список используемой литературы.

  1. Толковый словарь русского языка под ред. Д. Н. Ушакова. Издательство: Русские словари, АСТ, Астрель,  2003 г.
  2. Толковый словарь русского языка 100000 слов. С.И.  Ожегов.  Издательство: Оникс-Лит, 2003г.
  3. Большая советская энциклопедия. Третье издание. Издательство: «Советская энциклопедия», 1978 г.
  4. WiKi - Википедия
  5. Современный толковый словарь русского языка. Т.Е. Ефремова. Издательство: АСТ, Астрель. 2005 г.
  6. Гражданский кодекс Российской Федерации, статья 743 ГК РФ
  7. dik.academik.ru 
  8. www.rubricon.ru 
  9. www.gramota.ru

Приложение 1

Приложение 2

26.03.2016