9.5 Таинственный клад
Юный астроном Саша любит играть с дедушкой в квесты. Однажды Саша получил от дедушки первую подсказку с таким содержанием:
Теоретический тур
«В тот момент, когда я закапывал клад, звезды № 1 и № 2 располагались так, что где бы ты ни был в этот момент, сумма высот этих звезд у тебя меньше либо равна моей. Склонения этих звезд X и Y. Остальная информация будет во второй подсказке.»
Вопрос № 1. По данным из первой подсказки помогите Саше определить широты, на которых может находиться клад. Ответ выразите через X и Y. В данном вопросе считайте, что звезды находятся недалеко друг от друга, а разница их прямых восхождений меньше, чем разница их склонений.
На следующий день Саша получил вторую подсказку:
«Эта информация приведет тебя точно к кладу. Я закопал клад 3 июля в по московскому времени. В момент закапывания клада высоты звезд № 1 и № 2 были равны. Это звезды Ахернар и Фомальгаут».
В справочнике Саша нашел экваториальные координаты звезд: Фомальгаут: прямое восхождение , склонение ; Ахернар: прямое восхождение , склонение .
Вопрос № 2. Определите координаты (широту и долготу) места, где закопан клад.
Вопрос № 3. На каком материке закопан клад?
Считайте, что экваториальные координаты звезд с течением времени не меняются.
Решение
Показать решение
Решение. Для начала введем понятие подзвездная точка — эта такая точка, в которой данная звезда находится в данный момент в зените. Тогда заметим несколько ее свойств:
-
1. Множество точек на Земле, из которых данная звезда видна на одной высоте это окружность с центром в подзвездной точке данной звезды.
-
- Широта подзвездной точки всегда равна склонению данной звезды.
-
- Центр Земли, подзвездная точка и сама звезда лежат на одной прямой.
-
- Чем дальше мы удаляемся от подзвездной точки, тем меньше будет высота этой звезды.
Используем эти свойства для решения задачи.
Пусть наши звезды — это A и B. Рассмотрим подзвездные точки обеих этих звезд, которые обозначим и .
Пусть мы находимся в какой-то точке B, которая не лежит на дуге . Тогда заметим, что сумма длин дуг и больше, чем длина дуги . Значит клад зарыт где-то на дуге , а возможная широта места, где закопан клад, лежит в промежутке от X до Y, т. к. X и Y — это широты подзвездных точек и . Ответ на первый вопрос получен.
Рассмотрим второй вопрос. Сначала определим широту. Поскольку высоты звезд были одинаковыми, то значит мы отдалились на земле от точки и от точки на равные расстояния.
Поэтому можно утверждать, что клад находится на середине дуги , т. е. широта места, где находится клад, равна (X+Y)/2, т. е. в нашем случае широта равна .
Осталось найти долготу. Для этого нам нужно найти звездное время в этой точке и на гринвичском меридиане в момент закапывания клада. Сначала найдем солнечное время в Гринвиче:
Теперь найдем звездное время на гринвичском меридиане. Посчитаем количество дней, прошедших с дня летнего солнцестояния (22 июня) до даты закапывания клада. Получим 11 дней. За это время Солнце переместилось по эклиптике на .
Часовой угол Солнца в Гринвиче
Тогда звездное время на Гринвиче:
Так как клад находится на середине дуги , то звездное время в данном месте есть среднее между звездными временами точек и . Для наблюдателя в т. в зените находится Ахернар, значит часовой угол этой звезды равен 0. Тогда звездное время в т. :
Аналогично для точки Б1:
Расстояние между звездами меньше 180°, значит, нас интересует середина меньшей дуги большого круга, на котором лежат наши подзвездные точки. Тогда звездное время в нашей точке:
Определим долготу:
Мы получили, что клад закопан на континенте к югу от экватора в западном полушарии. Под такое описание из материков подходит только Южная Америка.
Критерии
Показать критерии
| Критерии оценивания. | 15 | |
|---|---|---|
| К1. | Вопрос № 1 | 3 |
| Обоснование 2 | ||
| Верный ответ 1 | ||
| К2. | Вопрос № 211 | |
| Нахождение широты: обоснование2 | ||
| Нахождение широты: верный ответ 1 | ||
| Солнечное время в Гринвиче 1 | ||
| Прямое восхождения Солнца в день закапывания клада2 | ||
| Часовой угол Солнца 1 | ||
| Звездное время в Гринвиче 1 | ||
| Звездное время в точке клада 2 | ||
| Верное значение долготы 1 | ||
| К3. | Вопрос № 3 | 1 |
| Верный ответ засчитывается только в случае соответствия координат, полученных в во | ||
| просе 2, и указанного географического места. |