Занятия астрономией с ребенком

[rockclimber]

В общем, просто так смотреть в телескоп ребенку (8 лет) стало скучно. Я решил разнообразить "меню" и предложил смотреть не просто так, а "как настоящие ученые". То есть у нас теперь есть тетрадочка, в которую мы каждый день записываем дату/время наблюдения и зарисовываем положения пятен на Солнце ("научно" смотрим пока только на Солнце). Наблюдения пока 3 дня продолжаются, повезло, что Солнце выдало какое-то неожиданное количество пятен (вчерашний снимок на 10 мегапикселей от настоящих ученых, без кавычек). В планах - копить картинки, пока хорошая погода. Как испортится, начнем обрабатывать - накладывать и сравнивать изображения, делать выводы. А пока приветствуются советы на тему:
1) что еще добавить в "научную программу"
2) как точнее перерисовывать пятна
3) что придумать со звездами и планетами? Я думал еще фиксировать спутники Юпитера, но фотографировать их пока нечем, а перерисовать хоть со сколько-нибудь осмысленной точностью - не уверен, что получится
4) ну и еще что-нибудь

[Pphantom]

rockclimber в сообщении #1006988 писал(а):

В общем, просто так смотреть в телескоп ребенку (8 лет) стало скучно.

Ну, в общем-то, этого следовало ожидать.

rockclimber в сообщении #1006988 писал(а):

1) что еще добавить в "научную программу"

Первая же банальность: считать числа Вольфа, т.е.

$$ W = k (f + 10\cdot g) $$

где $g$ - количество групп пятен (в т.ч. "групп" из одного пятна), $f$ - количество пятен (включая входящие в группы), $k$ - нормировочный коэффициент, привязывающий данную обсерваторию/инструмент к некоторому стандарту. Можно, кстати, поискать значения $W$ и постараться определить собственный $k$ (как вариант, поставить задачу сделать его как можно меньше).

Вторая задача, уже посложнее: проследить за движением разных пятен по диску и постараться определить угловую скорость вращения Солнца. В идеале - на разных широтах (вращение дифференциальное, так что скорости будут немного различаться). Тут можно собирать много наблюдений и уточнять результаты.

rockclimber в сообщении #1006988 писал(а):

2) как точнее перерисовывать пятна

Проецировать изображение Солнца на экран из листа бумаги и рисовать прямо на нем. Для второй задачи можно заранее заготовить сетку параллелей и меридианов, напечатав ее на листе в нужном масштабе, тогда будет проще снимать данные.

rockclimber в сообщении #1006988 писал(а):

3) что придумать со звездами и планетами? Я думал еще фиксировать спутники Юпитера, но фотографировать их пока нечем, а перерисовать хоть со сколько-нибудь осмысленной точностью - не уверен, что получится

С планетами, пожалуй, из регулярных наблюдений ничего не выжать (в 8-летнем возрасте), а вот с галилеевыми спутниками можно заняться тем же определением периодов. Для этого можно определять расстояние между спутником и центром диска Юпитера, используя винт точной наводки и хотя бы примерно считая обороты. Точность, конечно, будет еще той, но при большом объеме данных результат получить можно. Если хватит аккуратности, удастся заметить даже эффект Ремера - допплеровское изменение наблюдаемого периода спутников со временем.

Со звездами - найти какую-либо хорошую затменно-двойную (например, банальный Алголь - $\beta$ Per), подобрать звезды сравнения с известными звездными величинами рядом и на глаз оценивать блеск переменной, получая кривую блеска (зависимость звездной величины от времени). Достаточно опытный наблюдатель может на глаз определять блеск с точностью до $0^m.1$, так что это вполне реальная задача (собственно, когда-то успешно реализованная). Дальше то же определение периода, построение кривой блеска и т.д.

[rockclimber]

Pphantom в сообщении #1007004 писал(а):

Первая же банальность: считать числа Вольфа

Ничего себе банальность - я про них не слышал даже.
Пойду читать и обдумывать, спасибо за советы.

[Sphinx Pinastri]

rockclimber в сообщении #1006988 писал(а):

просто так смотреть в телескоп ребенку (8 лет) стало скучно

Подождите немного. В 14 лет телескоп станет любимой игрушкой. Надо только докупить оборачивающую призму.

[rockclimber]

Pphantom в сообщении #1007004 писал(а):

Первая же банальность: считать числа Вольфа, т.е.

$$ W = k (f + 10\cdot g) $$

где $g$ - количество групп пятен (в т.ч. "групп" из одного пятна), $f$ - количество пятен (включая входящие в группы), $k$ - нормировочный коэффициент, привязывающий данную обсерваторию/инструмент к некоторому стандарту. Можно, кстати, поискать значения $W$ и постараться определить собственный $k$ (как вариант, поставить задачу сделать его как можно меньше).

Почитал немного про это число (что нагуглить удалось) - как-то негусто информации. Почему формула именно такая? И откуда брать $k$? А то получается 2 неизвестных - само число Вольфа и коэффициент. Собственный $k$, как я понял, надо считать по цифрам, взятым из внешних источников? А для начала можно взять просто 1? И еще - на том фото, на которое я ссылку давал, есть два пятна на самом краю диска (справа). Одно, которое дальше от края, мы видели, а второе - нет. Как я понимаю, то, что очень близко к краю, не видно просто в силу технических характеристик телескопа. Это сильно исказит результаты при подсчете числа Вольфа? Или коэффициент $k$ именно это и учитывает?

Pphantom в сообщении #1007004 писал(а):

Проецировать изображение Солнца на экран из листа бумаги и рисовать прямо на нем.

Это ведь надо делать со снятым фильтром? А то не увидишь ничего. У меня в инструкции к телескопу написано, что так лучше не делать. Держатели маленького заркала (не помню, как оно называется) пластиковые вроде, они не расплавятся? В точке, где зеркало расположено, лучи еще не сфокусированы, но уже довольно плотно собраны. В общем, страшновато пока.

[Pphantom]

rockclimber в сообщении #1007076 писал(а):

Почитал немного про это число (что нагуглить удалось) - как-то негусто информации. Почему формула именно такая?

В общем-то так получилось. Вольф подбирал выражение таким образом, чтобы, с одной стороны, его было легко считать, с другой - оно с достаточно хорошей точностью было пропорционально доле площади фотосферы, занятой пятнами.

rockclimber в сообщении #1007076 писал(а):

И откуда брать $k$?

Как раз выяснять самостоятельно.

rockclimber в сообщении #1007076 писал(а):

А для начала можно взять просто 1?

Да.

rockclimber в сообщении #1007076 писал(а):

И еще - на том фото, на которое я ссылку давал, есть два пятна на самом краю диска (справа). Одно, которое дальше от края, мы видели, а второе - нет. Как я понимаю, то, что очень близко к краю, не видно просто в силу технических характеристик телескопа. Это сильно исказит результаты при подсчете числа Вольфа? Или коэффициент $k$ именно это и учитывает?

Да, он как раз для этого и нужен. У разных наблюдателей разные возможности, поэтому каждый будет получать для одного и того же набора пятен на диске разные результаты. Для того, чтобы их можно было объединять, используется коэффициент $k$, который можно получить, сравнив собственные данные с откуда-то известными для того же интервала времени значениями $W$.

rockclimber в сообщении #1007076 писал(а):

Это ведь надо делать со снятым фильтром?

Да. Но можно задиафрагмировать (т.е. просто закрыть) часть входного отверстия.

rockclimber в сообщении #1007076 писал(а):

Держатели маленького заркала (не помню, как оно называется) пластиковые вроде, они не расплавятся? В точке, где зеркало расположено, лучи еще не сфокусированы, но уже довольно плотно собраны.

Нет, это не страшно. Если телескоп не разъюстирован, то на держатели пучок не попадет. И, кстати, они, скорее всего, все же металлические.

[rockclimber]

Pphantom в сообщении #1007099 писал(а):

rockclimber в сообщении #1007076 писал(а):

Это ведь надо делать со снятым фильтром?

Да. Но можно задиафрагмировать (т.е. просто закрыть) часть входного отверстия.

rockclimber в сообщении #1007076 писал(а):

Держатели маленького заркала (не помню, как оно называется) пластиковые вроде, они не расплавятся? В точке, где зеркало расположено, лучи еще не сфокусированы, но уже довольно плотно собраны.

Нет, это не страшно. Если телескоп не разъюстирован, то на держатели пучок не попадет. И, кстати, они, скорее всего, все же металлические.

Попробовал - не получилось. На каком расстоянии от телескопа я увижу четкое изображение? Пробовал от 10 см до 2 метров. Вижу просто круглое белое пятно. Четких краев у изображения солнца нет, пятен нет. Или я что-то делаю не так? Направил телескоп на Солнце, потом снял окуляр и фильтр, то есть свет отражается от главного зеркала, потом от второго и свободно выходит наружу. Или это неправильно?

P. S. Заодно продемонстрировал ребенку, почему нельзя смотреть на Солнце без фильтра.

[Dmitriy40]

rockclimber в сообщении #1007151 писал(а):

Направил телескоп на Солнце, потом снял окуляр и фильтр, то есть свет отражается от главного зеркала, потом от второго и свободно выходит наружу. Или это неправильно?

Это правильно, но неудобно: изображение будет резким лишь в главном фокусе, который слишком близко от места крепления окуляра и размер изображения будет весьма небольшим (порядка сантиметра, точнее угловой диаметр Солнца умножить на фокусное расстояние объектива).
Лучше использовать окуляр и им спроецировать изображение на лист бумаги, который тогда можно разместить довольно далеко от телескопа (окуляра), соответственно и размер изображения будет десятки сантиметров, да и поверхностная яркость изображения упадёт до комфортной для наблюдений. Окуляр лучше брать не самый короткофокусный, а с наибольшим диаметром линз - меньше будут греться.
Можно было бы воспользоваться и линзой Барлоу, но окуляром лучше - он обычно есть большего диаметра линз, да и будет возможность регулировать размер изображения и расстояние до резкого изображения.

[Pphantom]

rockclimber в сообщении #1007151 писал(а):

Или я что-то делаю не так? Направил телескоп на Солнце, потом снял окуляр и фильтр, то есть свет отражается от главного зеркала, потом от второго и свободно выходит наружу. Или это неправильно?

В общем-то неправильно (хотя изображение можно получить и так, но это достаточно неудобно). Оставьте окуляр на месте.

[Munin]

Pphantom в сообщении #1007099 писал(а):

В общем-то так получилось. :D Вольф подбирал выражение таким образом, чтобы, с одной стороны, его было легко считать, с другой - оно с достаточно хорошей точностью было пропорционально доле площади фотосферы, занятой пятнами.

А не проще ли в наш век посчитать на фотографии количество чёрных пикселей? (С поправкой к краю диска.) Я понимаю, традиции, но всё-таки.

[Pphantom]

Munin в сообщении #1007221 писал(а):

А не проще ли в наш век посчитать на фотографии количество чёрных пикселей? (С поправкой к краю диска.) Я понимаю, традиции, но всё-таки.

Проще, конечно, но есть два "но".

В данном конкретном случае требуется увлечь ребенка, а не решить задачу наиболее оптимальным способом. Впрочем, регистрирующей аппаратуры по условию все равно нет...

В аналогичной профессиональной задаче подсчет именно чисел Вольфа тоже имеет некоторый смысл. Эти данные именно в таком виде существуют с 1849 года (вообще говоря, есть и более ранние, но они восстанавливались косвенным путем). Если сейчас резко сменить характеристику пятенной активности на что-то другое, то новые и старые данные придется как-то "сшивать", что само по себе - сложная, трудоемкая и совсем не всегда пристойно решаемая задача.

В принципе, это некоторое общее правило: при получении длительных временных рядов однородность методов зачастую оказывается ценнее, чем учет достижений технического прогресса. Конечно, сейчас числа Вольфа - далеко не единственный измеряемый показатель солнечной активности, но для изучения долгопериодической переменности и связанных с ней эффектов они до сих пор удобнее.

[rockclimber]

Pphantom в сообщении #1007191 писал(а):

rockclimber в сообщении #1007151 писал(а):

Или я что-то делаю не так? Направил телескоп на Солнце, потом снял окуляр и фильтр, то есть свет отражается от главного зеркала, потом от второго и свободно выходит наружу. Или это неправильно?

В общем-то неправильно (хотя изображение можно получить и так, но это достаточно неудобно). Оставьте окуляр на месте.

Ну, это первое, о чем я подумал. Попробовал вернуть окуляр на место, потом подставил лист бумаги, потом вспомнил про предупреждение в инструкции и вытащил окуляр. Пяти секунд оказалось достаточно, чтобы слегка оплавить пластиковую оправу линзы Есть еще резервный вариант - у телескопа крышка имеет в середине маленькое отверстие с дополнительной крышечкой. Попробую снять только ее, это уменьшит световой поток раз в 5 - 6.

Munin в сообщении #1007221 писал(а):

А не проще ли в наш век посчитать на фотографии количество чёрных пикселей? (С поправкой к краю диска.)

Наш век, к сожалению, делает слишком качественные фотографии для этого Вот тут - какие пиксели черные, а какие - нет?

[Pphantom]

rockclimber в сообщении #1007249 писал(а):

Пяти секунд оказалось достаточно, чтобы слегка оплавить пластиковую оправу линзы

А, да, бывает. Но, в общем-то, ничего страшного при этом не случится.

rockclimber в сообщении #1007249 писал(а):

Есть еще резервный вариант - у телескопа крышка имеет в середине маленькое отверстие с дополнительной крышечкой. Попробую снять только ее, это уменьшит световой поток раз в 5 - 6.

Правильно. Более того, эта штука как раз для наблюдений Солнца и предназначена.

[Munin]

Pphantom в сообщении #1007241 писал(а):

В данном конкретном случае требуется увлечь ребенка, а не решить задачу наиболее оптимальным способом. Впрочем, регистрирующей аппаратуры по условию все равно нет...

Как я понимаю, они как раз вполне щёлкают Солнце на фотоаппарат, то есть изображение в bitmap-е есть. Ну а написать программу по подсчёту пикселей - это задача пусть и не для 8-летнего, но вполне детская :-)

rockclimber в сообщении #1007249 писал(а):

Наш век, к сожалению, делает слишком качественные фотографии для этого :wink: Вот тут - какие пиксели черные, а какие - нет?

Сначала контрастите фотографию до чёрно-белого состояния, потом считаете :-)

Pphantom в сообщении #1007241 писал(а):

В аналогичной профессиональной задаче подсчет именно чисел Вольфа тоже имеет некоторый смысл. Эти данные именно в таком виде существуют с 1849 года (вообще говоря, есть и более ранние, но они восстанавливались косвенным путем). Если сейчас резко сменить характеристику пятенной активности на что-то другое, то новые и старые данные придется как-то "сшивать", что само по себе - сложная, трудоемкая и совсем не всегда пристойно решаемая задача.

Ну почему сразу "сменить"? Взять две характеристики, и копить статистику в них. А лет через 30-50, глядя на временные ряды обеих величин, их уже и сшить прилично можно будет.

(Причём, достойно для профессиональной науки будет как раз вычислять не одну характеристику, а более сложный и информативный набор. Глядя на кадр от rockclimber-а - можно отдельно учитывать площадь "полутени" и "полной тени" пятен, например.)

Pphantom в сообщении #1007241 писал(а):

Конечно, сейчас числа Вольфа - далеко не единственный измеряемый показатель солнечной активности

А вот это уже интереснее. Какие ещё?

(Я тут почитал немного про радиоСолнце... впечатляет. Как жаль, что нам эволюция дала такие узкополосные зрительные органы!)

[Anton_Peplov]

Munin в сообщении #1007284 писал(а):

Какие ещё?

Вспышки (оптические и рентгеновские). Радиовсплески. Выбросы корональной массы (миссии SOHO, STEREO и более ранние). Зависимость частоты всех этих событий от времени в целом подчинена тому же 11-летнему циклу активности, что и числа Вольфа. Да и глобальная структура солнечного ветра зависит от этого цикла. В максимуме цикла со всех гелиоширот дует медленный и плотный ветер, а в минимуме, с высоких широт, из полярных корональных дыр - разреженный и быстрый.