Pomiar odległości Księżyca

Poprawna odpowiedź

1.Tak., 2. Nie., 3. Nie.

Wymaganie ogólne

3 Wskazywanie w otaczającej rzeczywistości przykładów zjawisk opisywanych za pomocą poznanych praw i zależności fizycznych.

Wymaganie szczegółowe

1.9 Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń opisuje zasadę pomiaru odległości z Ziemi do Księżyca i planet opartą na paralaksie i zasadę pomiaru odległości od najbliższych gwiazd opartą na paralaksie rocznej, posługuje się pojęciem jednostki astronomicznej i roku świetlnego

Komentarz

Prezentowane zadanie było rozwiązywane przez uczniów drugich klasach liceum ogólnokształcącego. Sprawdza ono umiejętność planowania prostych obserwacji na przykładzie pomiaru odległości pomiędzy Ziemią a Księżycem, opartego na metodzie paralaksy geocentrycznej. Idea tego pomiaru jest bardzo prosta: dwie osoby znajdujące się w różnych miejscach na Ziemi powinny w tej samej chwili zanotować położenie Księżyca na tle gwiazd.

 Obaj obserwatorzy, patrzący z różnych punktów na powierzchni Ziemi, zaobserwują Księżyc w nieco innym położeniu względem najbliższych gwiazdozbiorów. Kąt pomiędzy linią łączącą obserwatora 1 z Księżycem, a linią łączącą obserwatora 2 z Księżycem będzie tym większy, im dalej od siebie znajdą się obserwatorzy. Idealną sytuacją byłoby, gdyby obserwatorzy mogli ustawić się po przeciwnych stronach Ziemi tak, aby jej średnica utworzyła podstawę trójkąta równobocznego, a linie łączące ich z Księżycem – jego boki. Odległość pomiędzy Ziemią a Księżycem można wyznaczyć wówczas z bardzo prostych rozważań geometrycznych, jeśli tylko znamy promień Ziemi i zmierzyliśmy dokładnie kąt paralaksy.

 Z metod proponowanych w zadaniu tylko metoda pierwsza jest zgodna z ideą tego pomiaru, co zauważyło 42% uczniów, zaznaczając odpowiedź „Tak”. Dwie kolejne metody w żaden sposób nie mogą posłużyć do wyznaczenia odległości pomiędzy Ziemią a Księżycem, ponieważ w obu przypadkach obserwujemy Księżyc z tego samego miejsca na Ziemi. Zmiana jego położenia na tle gwiazd wynika wówczas jedynie z faktu, że okres obiegu Ziemi wokół Słońca nie jest wielokrotnością okresu obiegu Księżyca wokół Ziemi. Wobec tego postępując zgodnie z drugą lub trzecią metodą, obie obserwacje wykonalibyśmy przy innej konfiguracji Słońca, Ziemi i Księżyca. Kąt pomiędzy pierwszym a drugim położeniem Księżyca odzwierciedlałby jedynie jego aktualną pozycję w Układzie Słonecznym i nie miałby żadnego związku z odległością Ziemia-Księżyc. Prawidłowej odpowiedzi w przypadku drugiego i trzeciego punktu udzieliło odpowiednio 59% i 49% uczniów.

 Całość zadania została prawidłowo rozwiązana przez 19% uczniów. Wydaje się zatem, że uczniowie niezbyt dobrze radzą sobie z koniecznością samodzielnego zaprojektowania pomiaru i przemyślenia go pod kątem oczekiwanych rezultatów. Być może część uczniów pomyliła zjawisko paralaksy geocentrycznej z paralaksą heliocentryczną, służącą do wyznaczania odległości gwiazd od Ziemi, co tłumaczyłoby wysoki odsetek odpowiedzi nieprawidłowych.

Słowa kluczowe