Віртуальна лабораторна робота № 11. Дослідження руху небесних тіл у Stellarium

Тема: Дослідження видимого руху небесних тіл за допомогою програми Stellarium.

Мета: навчитися використовувати цифровий планетарій Stellarium для визначення горизонтальних координат світила (висоти $h$ та азимута $A$ ), дослідити зміну положення Сонця над горизонтом протягом доби та порівняти полудневу висоту Сонця і тривалість дня в різні пори року.

Обладнання: комп’ютер або планшет із програмою чи онлайн-версією Stellarium.

Робота виконується з використанням вільного програмного забезпечення Stellarium:
🔗 Відкрити Stellarium Web онлайн або завантажити на stellarium.org

Короткі відомості

Stellarium є цифровим планетарієм, що дає змогу моделювати вигляд зоряного неба для будь-якої точки Землі у вибраний момент часу. Положення небесних тіл описується за допомогою горизонтальної (висота і азимут) та екваторіальної (пряме піднесення і схилення) систем координат.

Хід роботи

Частина 1. Початкове налаштування

Запусти програму Stellarium.
Установи місце спостереження — Київ, Україна ( $50^\circ 27'\text{ пн. ш.}, 30^\circ 31'\text{ сх. д.}$ ).
Задай дату 21 березня (день весняного рівнодення).
Увімкни відображення Сонця та азимутальної сітки.

Частина 2. Спостереження видимого руху Сонця

Спостерігай зміну положення Сонця над горизонтом протягом доби, визначаючи його висоту та азимут у різні моменти часу.

Таблиця 1. Зміна координат Сонця протягом дня (21 березня, Київ)

Час	Висота, $h^\circ$	Азимут, $A^\circ$
06:00	0°	90° (схід)
08:00	17°	116°
10:00	32°	146°
12:00	39,5°	180° (південь)
14:00	32°	214°
16:00	17°	244°
18:00	0°	270° (захід)

Зроби висновок: як змінюється висота Сонця протягом доби? У який момент вона є максимальною?
Висновок: Висота Сонця над горизонтом протягом доби змінюється плавно від сходу ( $0^\circ$ ) до заходу ( $0^\circ$ ). Найбільшого значення ( $h_{\text{max}} \approx 39{,}5^\circ$ ) висота Сонця досягає опівдні о 12:00 за місцевим сонячним часом у момент верхньої кульмінації (азимут строго $180^\circ$ , південь).

Частина 3. Порівняння різних пір року

Повтори спостереження для дат 21 червня та 21 грудня. Порівняй максимальні значення висоти Сонця та тривалість світлового дня.

Таблиця 2. Максимальна висота Сонця в різні пори року (Київ)

Дата	Максимальна висота Сонця, °	Тривалість дня
21 березня (весняне рівнодення)	39,5° ( $90^\circ - \varphi$ )	12 год 00 хв
21 червня (літнє сонцестояння)	63,0° ( $90^\circ - \varphi + 23{,}5^\circ$ )	≈ 16 год 30 хв
21 грудня (зимове сонцестояння)	16,0° ( $90^\circ - \varphi - 23{,}5^\circ$ )	≈ 8 год 00 хв

Висновки

Висота Сонця над горизонтом опівдні є максимальною в день літнього сонцестояння (21 червня, $\approx 63^\circ$ ) та мінімальною в день зимового сонцестояння (21 грудня, $\approx 16^\circ$ ).
Тривалість світлового дня також суттєво залежить від пори року (від $\approx 8$ годин узимку до $\approx 16{,}5$ годин улітку). У дні рівнодень (21 березня) день дорівнює ночі (12 годин).
Зміна полудневої висоти Сонця і тривалості світлового дня зумовлена нахилом земної осі до площини екліптики під кутом $66{,}5^\circ$ під час орбітального руху Землі навколо Сонця, що є першопричиною зміни пір року.