Astronomická laboratorní úloha: Obíhání Jupiterových měsíců

O co jde

Laboratorní úloha "Obíhání Jupiterových měsíců" je jednou z 9 úloh, které připravila pro studenty středních a vysokých škol Univerzita v Gettysburgu, Pennsylvania, USA. Jejich úkolem je na počítačových programech přiblížit studentům skutečnou práci astronoma. Studenti tak s pomocí těchto programů ovládají měřicí přístroje (spektroskopy, dalekohledy,...), a snaží se proměřit Hubblův červený posuv, rotaci Merkura, spektra hvězd,...

V této úloze student pozoruje obíhání měsíců Io, Europa, Ganymed a Kallisto kolem Jupitera a z měření jejich pohybu odvodí hmotnost Jupitera. Procvičí si tak třetí Keplerův zákon, a také pochopí, jak souvisí heliocentrický model sluneční soustavy se soustavou Jupiterových měsíců.

Řešení a výsledky

Jak se daná laboratorní úloha má vyřešit? Ukázkové řešení úlohy je k dispozici v souboru řešení.doc, který si můžete stáhnout z této stránky. Úloha je tam proměřena na jednom z měsíců.

Přesto by bylo pro učitele vhodné, aby věděl oběžné doby a hlavní poloosy oběhu všech čtyř měsíců Jupitera, které se v úloze proměřují. Tady jsou:

	doba oběhu ve dnech	hlavní poloosa v Jup. průměrech
Io	1,769	2,95
Europa	3,551	4,69
Ganymed	7,154	7,49
Kallisto	16,689	13,17

Software + texty

K laboratorní práci potřebujete mít k dispozici počítačový program a protokol o měření, který studenti vyplňují. Kliknutím na příslušný odkaz si stáhnete potřebný software i texty:

JupLab.zip (291 kB) Po stáhnutí rozbalte. Ve vytvořeném adresáři JupLab je spouštěcí soubor Clea_jup.exe. Dále už postupujte podle pokynů ovládání programu.

protokol.zip (151 kB) Protok Protokol o měření, který vyplňují studenti, i s pokyny, jak pracovat s programem. Protokol je ve formátu Word97.

test.zip (111 kB) Test, který je určen na dobu po proměření laboratorní práce. Test je ve formátu Word97.

řešení.zip (119 kB) Text s řešením celé úlohy ve formátu Word97.

Zkušenosti z GChD

Laboratorní úlohu jsem proměřil se svými studenty na Gymnáziu Christiana Dopplera v Praze v lednu 2002. To jsem ještě dopracovával konečnou verzi protokolu, a tak si studenti všimli několika mých chyb. Přesto se dalo vypozorovat, jaké problémy při vypracovávání studenti mají:

Nepřipravenost studentů na vlastní měření: Bohužel se ukázalo, že ač studenti budou pracovat s novým programem, většina si nepřečte, jakým způsobem se s ním zachází. Myslí si totiž, že ovládání bude intuitivní, a oni ho rychle pochopí. Částečně mají pravdu, ale neustálým kupením chyb nastavení na počátku programu se připravují o čas, který jim potom chybí k proměření potřebných dat. Někteří studenti navíc úplně zapomněli (a nepřečetli si varování ani v pracovních pokynech), že měří pouze asi 18 poloh jednoho měsíce, a to tak, aby zachytili jednu periodu oběhu. Začali tak měřit se špatně propočítaným časovým intervalem, a po 18 měřeních zjistili, že měsíc neoběhl ani polovinu své dráhy kolem Jupitera.
Zakreslení dat do grafu a jejich proložení sinusovkou: Tato část laboratorní úlohy nebyla problémem, i když jsem se bál. Vynesení bodů není problém (studenti vyšších ročníků by se museli stydět, kdyby tuto věc neovládali), ale hrozil jsem se prokládání bodů sinusovkou - někteří studenti mají problémy i s lineární interpolací. Studenti však tuto část zvládli bez větších problémů. Někteří použili tabulkové editory, které za ně práci udělaly, jiní podle mé rady pouze od oka zakreslili, jak by asi mohl vypadat daný průběh.
Problémy s jednotkami a jejich převádění: Kamenem úrazu jsou přepočty z hmotností Slunce na hmotnosti Země atd. Snad to byla pouze má zkušenost. Většinu konstant jsem v přípravě na laboratorní práci neuvedl, a tak si je studenti museli sami vyhledat (většinou tvrdili, že nic nenašli, ale nakonec se ukázalo, že nic nehledali).
Doplňující otázky a úkoly, následní test: Nebyl problém, úkoly vyřešila velká většina samostatně.

Internetové odkazy

Na internetu jsou k dispozici i jiné laboratorní úlohy z astronomie, případně jiné informační stránky, které se astronomie týkají. Vybral jsem odkazy, které se této úlohy bezprostředně týkají:

CLEA - Další úlohy, které připravila Univerzita v Gettysburgu. Pouze v anglickém jazyce.

Puďova stránka - Stránky s diplomovou prací na téma "Praktické úlohy z astronomie".

Budete-li mít jakékoli dotazy nebo připomínky, pište mi na adresu puda@seznam.cz

Vytvořil Petr Pudivítr (Puďa), Astronomický ústav UK, 7.2.2002
úloha je k dispozici i na Fyzwebu