W JAKI SPOSÓB ZANIECZYSZCZENIE ŚWIETLNE WPŁYWA NA GWIAZDY: CZYTNIKI WIDOCZNOŚCI

Dowiedz się w jaki sposób zanieczyszczenie świetlne wpływa na widoczność gwiazd wykonując w tym celu pomiary oraz wyliczenia.

• Skorzystaj z prostych sprzętów i narzędzi w celu zebrania danych i zwiększenia swojej wiedzy.

• Wykorzystaj dane w celu przygotowania rozsądnego wytłumaczenia zjawiska zanieczyszczenia świa-tła.

• Opisz w jaki sposób zanieczyszczenie światła ma wpływ na widoczność gwiazd.

• Zastosuj naukowe metody badawcze jak również umiejętności i podejścia jakie stosowane są w na-uce.

• Oceń wpływ zanieczyszczenia światła w danym miejscu.

Umieść na mapie wielkość ograniczającą oraz liczbę zagubionych gwiazd na mapie miejsca w którym mieszkasz, w miejscu w którym uczniowie dokonali pomiarów. Przedyskutuj z nimi otrzymane wyniki oraz pytania jakie przedstawione zostały poniżej:

• Jak sądzisz jakie wyniki otrzymamy (np. ile gwiazd zostanie zagubionych) gdybyśmy dokonali pomia-rów w bliższej odległości od miasta?

• A ile gdyby było to w większej odległości od miasta?

• Czy światła na zewnątrz są jasne czy przyciemnione?

• Czy świecą tak samo jasno jak księżyc w pełni?

• Ile ich jest?

• Jak daleko się znajdują?

• Jakie wyniki w odniesieniu do każdej z gwiazd otrzymali uczniowie i czy różniły się one od siebie w zależności od ich aktywności świetlnej (np. w różnych miejscach)?

• W miejscach gdzie światło było jaśniejsze, czy te samy gwiazdy były jaśniejsze czy też zaciemnione?

• Jak dokładne są te dane?

• Jaki wpływ ma zanieczyszczenie świetlne? Jak możemy ograniczyć jego wpływ?

• przezrocza atramentowe (1 przejrzystość dla 3 czytników widoczności)

• Nożyczki (1 dla każdego ucznia, mogą się oni też nimi dzielić)

• Index cards (1 dla ucznia)

• taśma samoprzylepna

• moneta (opcjonalnie) (1 dla każdego z uczniów)

• Arkusze przezroczy (1 wydruk arkusza to 3 jednakowe wzory)

Zanieczyszczenie światła:

Zanieczyszczenie światła to strumienie światła rozproszonego jakie emitowane jest ze źle zaprojekto-wanych i ukierunkowanych źródeł światła. Ma ono miejsce najczęściej w obszarach zabudowanych gdzie światła miejskie zmniejszają widoczność gwiazd i planet. Widok ziemi z satelity w nocy pokazuje zanieczyszczenie światła w postaci jasnych obszarów wokół obszarów miejskich.

Widoczność:

Widoczność to logarytmiczny pomiar jasności danego obiektu, która w astronomii mierzona jest jako określone długości fal bądź pasma przepustowego, zazwyczaj w postaci optycznych bądź długości fal bliskiej podczerwieni. Widoczność słońca to -27, księżyca w pełni -13 a najjaśniejsza z planet czyli We-nus osiąga wartość widoczności na poziomie -5. Najjaśniejsze z wykonanych przez człowieka źródeł światła w kosmosie, tj. odbicia satelit które także noszą nazwę flar iridium mają wartość-9 podczas gdy w przypadku Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wynosi ona -6.

Przygotowania:

Przed wykonaniem czytnika w klasie, pokaż przezroczystość wydruku przygotowanego według wzoru (boxes.jpg). Zwróć uwagę na to, że na wydruku powtórzony jest wzór prostokątów oznaczony trzy-krotnie liczbami 1-5. Potnij wydrukowany wzór na trzy części, zachowując jednocześnie wzór składa-jący się z prostokątów. Przygotuj odpowiednią liczbę wzorów tak aby każdy z uczniów otrzymał jeden z nich.

Wybierz konstelację, którą oglądać będziesz w ramach realizowanego ćwiczenia i znajdź jego zdjęcie (tak jak w przypadku tego zadania ma to miejsce w odniesieniu do Oriona). Wydrukuj jedno zdjęcie konstelacji dla każdego z uczniów. (W zimie na półkuli północnej oraz w lecie na półkuli południowej Orion jest konstelacją, którą łatwo zobaczyć we wczesnych godzinach wieczornych).

Zanim uczniowie zaczną dokonywać szacunkowych pomiarów widoczności gwiazd możesz zorganizo-wać zabawę podczas której pokażesz uczniom w jaki sposób należy znajdować konstelacje i w jaki sposób należy korzystać z przygotowanych czytników w celu dokonania pomiaru szacunkowej wielko-ści gwiazd w wybranej konstelacji.

Przygotowanie czytnika:

Krok 1

Poproś uczniów o wycięcie 5 prostokątów zaznaczonych jako 1-5 (załącznik „boxes.jpg") gdzie na każ-dym z nich umieszona zostanie przezroczysta warstwa.

Krok2

Przy pomocy monety obrysuj a następnie wytnij 5 okręgów lub zamiast tego zegnij kartę na pół wzdłuż jej długości i wytnij 5 liter „V”, aby utworzyć 5 wycinanek w kształcie diamentu. Upewnij się, że wycięte otwory znajdują się w rzędzie przechodzącym przez najszerszą część karty.

Krok3

Oznacz pięć wykonanych otworów cyframi od #1 do 5 od lewej do prawej jak to pokazane zostało po-niżej. Doklej przezroczystą taśmę od otworu #1 do #1 upewniając się, że zakrywa ona cały otwór. We wszystkich krokach polegających na doklejeniu taśmy do karty upewnij się, że nie zakrywa ona otwo-rów. Nie ma znaczenia czy taśma znajduje się po zewnętrznej czy wewnętrznej stronie.

Krok4

Przymocuj przy pomocy taśmy przezroczysty fragment #2 wzdłuż otworów #1-2 upewniając się, że element przezroczysty zakrywa wykonane otwory.

Krok5

Przymocuj przy pomocy taśmy przezroczysty fragment #3 wzdłuż otworów #1-3 upewniając się, że element przezroczysty zakrywa wykonane otwory.

Krok6

Przymocuj przy pomocy taśmy przezroczysty fragment #4 wzdłuż otworów #1-4 upewniając się, że element przezroczysty zakrywa wykonane otwory.

Krok7

Przymocuj przy pomocy taśmy przezroczysty fragment #5 wzdłuż długości karty.

Krok8

Pierwszy z otworów powinien mieć 5 przezroczystych warstw a 5 otwór powinien mieć tylko jedną warstwę.

Oszacowanie wielkości gwiazd:

Podczas miesięcy zimowych na półkuli północnej oraz miesięcy letnich na półkuli południowej kon-stelacja Oriona widoczna jest podczas wczesnych godzin wieczornych. Możesz skorzystać z rysunku konstelacji Oriona (załącznik 1) lub innej konstelacji, która widoczna jest wieczorem o innej porze roku. Poproś uczniów aby podczas bezksiężycowej i bezchmurnej nocy wyszli z domów na kilka minut mając przy sobie rysunek konstelacji i ołówek i znaleźli konstelację na niebie. Światła na zewnątrz po-winny być wyłączone. Uczniowie powinni spędzić co najmniej 5 minut na zewnątrz, aby ich oczy przy-zwyczaiły się do ciemności.

Uczniowie oglądają każdą z gwiazd w danej konstelacji poprzez przygotowany wcześniej czytnik. Dla każdej z gwiazd jaka znajduje się na rysunku konstelacji uczniowie zapisują najmniejszą cyfrę otworu przez który mogą zaobserwować gwiazdę. Jest to szacowana wielkość lub jasność danej gwiazdy. Na przykład jeżeli gwiazda ma wielkość 3 to widziana będzie przez otwory #3, 4 i 5. Uczniowie zapiszą wówczas cyfrę #3.

Zwróć uwagę, że uczniowie nie będą w stanie zobaczyć niektórych z gwiazd znajdujących się na ry-sunku z uwagi na zanieczyszczenie świetlne. Gdy udało im się zanotować wielkość wszystkich gwiazd znajdujących się na rysunku konstelacji Oriona, to największa z zapisanych wartości (największa z za-pisanych cyfr) stanowi wielkość ograniczającą (gwiazda, która jest najmniej widoczna), która widziana jest w odniesieniu do konstelacji Oriona. Uczniowie powinni także zapisać informacje dotyczące oświetlenia miejsca w którym dokonali swoich pomiarów. Poproś uczniów, aby przynieśli wyniki swo-ich obserwacji na lekcje. Wspólnie z całą klasą możliwe będzie porównanie uzyskanych wyników. Pa-miętaj, że im mniejsza wielkość, tym jaśniejsze są gwiazdy; im większa wielkość, tym gwiazdy są mniej widoczne. Następnie uczniowie mogą oszacować ilu gwiazd nie udało im się zobaczyć na niebie z uwagi na zanieczyszczenie świetlne miejsca w którym się znajdowali.

Rozszerzenie: Szacowanie liczby niewidocznych gwiazd

(Opierając się na „Szacowaniu Utraconych Gwiazd” autorstwa Freda Schaafa w Oglądając Niebo, John Wiley & Sons, 1990) w celu pełnej realizacji zadania konieczne będzie określenie lokalnej wielkości ograniczającej korzystając w tym celu z zadania „Szacowanie Wielkości Gwiazd”, które opisane zostało powyżej.

Już teraz powinieneś wiedzieć, że liczba widocznych gwiazd uzależniona jest od nieba nocą. Księżyc, warunki atmosferyczne oraz zanieczyszczenie świetlne mogą utrudnić lub wręcz uniemożliwić zoba-czenie mniej widocznych gwiazd. Odkryłeś prawdopobnie również i to, że astronomowie korzystają ze skali wielkości w celu zmierzenia jasności gwiazd. Pamiętaj, że wielkość 1 oznacza że dana gwiazda jest jaśniejsza niż ta mająca wielkość 2, która z kolei jest jaśniejsza od tej posiadającej wartość 3, itd.

Poprzez zadanie polegające na „Oszacowaniu Wielkości Gwiazd” uczniowie dowiedzieli się w jaki spo-sób należy dokonywać pomiarów wielkości ograniczającej niebo w nocy, tj. które spośród najciem-niejszych gwiazd można zobaczyć. Biorąc pod uwagę idealne warunki—brak księżyca, błękitne niebo oraz brak jakiegokolwiek światła — oko człowieka może zobaczyć gwiazdy o wielkości 6 lub 7. Zgod-nie z informacjami podanymi w tabeli poniżej widoczność ograniczająca 7 obejmuje około 14,000 gwiazd! Czy jesteś gotowy do tego, aby policzyć ilu gwiazd nie jesteś w stanie zobaczyć w miejscu w którym jesteś? To co musisz zrobić to odjąć od 14,000 szacunkową liczbę gwiazd jakie widoczne są w miejscu w którym się znajdujesz. Na przykład jeżeli określiłeś wielkość ograniczającą na poziomie 3, to możesz bez jakichkolwiek przyrządów zobaczyć 150 gwiazd a liczba gwiazd, których nie jesteś w stanie zobaczyć to około 13,850 (14,000-150 = 13,850)!

Zadanie dodatkowe: nauka obywatelska

Uczniowie mogą także przyczynić się do realizacji prawdziwych badań naukowych poświęconych za-nieczyszczeniu światła!

Sprawdź obywatelskie projekty naukowe:

• http://www.space-awareness.org/en/games/globe-night/

• http://www.space-awareness.org/en/games/dark-skies-iss/

• http://www.space-awareness.org/en/games/lost-night/

• http://www.space-awareness.org/en/games/loss-night/

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Our wonderful Universe, the science of Astronomy

National Curricula UK

GCSE, physics: AQA Science A/Edexcel/OCR A/OCR B/WJEC GCSE, astrophysics: Edexcel A level, physics: Edexcel, OCR A, OCR B, WJEC A level, science: Earth and space

• Czym jest Zanieczyszczenie Światła: http://www.globeatnight.org/learn_light.html - Interaktywna gra dotycząca zanieczyszczenia światła: http://www.globeatnight.org/learn_orion-sky.html - System Wielkości Gwiazd: http://www.skyandtelescope.com/howto/basics/Stellar_Magnitude_Sys-tem.html - Skala wielkości astronomicznej: http://www.icq.eps.harvard.edu/MagScale.html