Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Astronomia geodezyjna z geodynamiką

Koordynator przedmiotu:

dr hab. inż. Tomasz Liwosz

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia I stopnia

Program:

Geodezja i Kartografia

Grupa przedmiotów:

Obowiązkowe

Kod przedmiotu:

GK.SIK312

Semestr nominalny:

3 / rok ak. 2023/2024

Liczba punktów ECTS:

3

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

1) Liczba godzin kontaktowych - 48, w tym: a) obecność na wykładzie - 30 godzin, b) udział w ćwiczeniach - 15 godzin, c) konsultacje - 3 godziny. 2) Praca własna studenta 30 godzin, w tym: a) rozwiązywanie zadań domowych - 10 godzin, b) praca z literaturą, materiałami z wykładu, przygotowanie do zaliczenia - 20 godzin. razem: 88 godzin - 3 punkty ECTS.

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

1,9 punktu ECTS - liczba godzin kontaktowych - 48, w tym: a) obecność na wykładzie - 30 godzin, b) obecność na ćwiczeniach - 15 godzin, c) konsultacje - 3 godziny.

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

1, 4 punktu ECTS - 35 godzin, w tym: a) obecność na ćwiczeniach - 15 godzin, b) rozwiązywanie zadań domowych - 10 godzin, c) praca z materiałami z wykładu - 10 godzin.

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład30h
• Ćwiczenia15h
• Laboratorium0h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

analiza matematyczna, postawy fizyki, geometria i trygonometria na poziomie liceum

Limit liczby studentów:

-

Cel przedmiotu:

Zarysowanie miejsca Ziemi we Wszechświecie, historii i obecnego znaczenia astronomii w geodezji i kartografii (a zwłaszcza geodezji satelitarnej). Zapoznanie z zasadami konstrukcji astronomicznych układów współrzędnych i transformacji między nimi (analogie z geodezją), znaczenie trójkąta paralaktycznego w geodezji i nawigacji. Wprowadzenie podstawowych pojęć orientacji układów niebieskich: bieguny sfery niebieskiej, równik niebieski, ekliptyka, punkt Barana. Zaznajomienie się ze zjawiskami ruchu dobowego, zdobycie podstawowej orientacji na niebie (wygląd nieba w różnych porach roku). Zapoznanie ze zjawiskami wpływającymi na współrzędne niebieskie jak: precesja, nutacja, ruch własny, paralaksa, aberracja, refrakcja, ruch bieguna; ich znaczenie w pozycjonowaniu (także metodami geodezji satelitarnej). Zarysowanie metod obliczania współrzędnych pozornych i obserwowanych. Zapoznanie z elementami metrologii czasu (skale czasu obecnie używane, wzorce czasu, podstawy kalendarza). Podkreślenie znaczenia parametrów ruchu obrotowego Ziemi i teorii pływów w geodezji satelitarnej i geodynamice. Pokazanie fundamentalnego znaczenia konstrukcji układu ziemskiego (nieinercjalnego) i niebieskiego (inercjalnego), transformacji między nimi (gdzie znaleźć i jak są definiowane parametry transformacji) i technik obserwacyjnych. Pokazanie związków mechaniki nieba w ujęciu astronomicznym (prawa Keplera) z zasadami opisu orbit w geodezji satelitarnej.

Treści kształcenia:

Wykłady: 1) Wprowadzenie: astronomia jako dyscyplina, geodezja a astronomia geodezyjna. Astronomia najstarszą nauką przyrodniczą - rys historyczny rozwoju astronomii i geodezji (badań kształtu i rozmiarów Ziemi). Astronomia sferyczna. 2) Ziemia i jej miejsce we wszechświecie. Budowa Wszechświata, Galaktyki, Układu Słonecznego. 3) Podstawowe układy współrzędnych stosowane w geodezji i astronomii geodezyjnej. Układ ortokartezjański, sferyczny i elipsoidalny. Definicje sferycznych układów współrzędnych: geograficznego, równikowego, godzinnego i horyzontalnego. Współrzędne geograficzne astronomiczne i elipsoidalne: odchylenie pionu. 4) Ruch obrotowy i orbitalny Ziemi a pozorny dobowy ruch sfery niebieskiej i pozorny roczny ruch Słońca. Zjawiska ruchu dobowego sfery niebieskiej. 5) Zjawiska wynikające z ruchu obrotowego i orbitalnego Ziemi i ich wpływ na obserwowane pozycje ciał niebieskich (gwiazdy, planety, sztuczne satelity Ziemi) - aberracja i paralaksa. Refrakcja dla fal w widmie optycznym i radiowym. 6) Czas gwiazdowy średni i czas gwiazdowy prawdziwy, czas słoneczny prawdziwy i czas słoneczny średni - definicje, zależności. Zależność czasu od długości geograficznej, czas uniwersalny i czasy strefowe. Czas atomowy, czas GPS, czas uniwersalny i uniwersalny koordynowany (TU0, TU1, TU2, TUC), zależność pomiędzy czasem uniwersalnym i parametrami ruchu obrotowego Ziemi (kąt obrotu Ziemi ERA). 7) Średnie, pozorne i prawdziwe współrzędne ciał niebieskich. Katalogi i roczniki astronomiczne. 8) Geodynamiczne podstawy układów odniesienia. Dlaczego w geodezji używamy dwóch układów odniesienia. Międzynarodowy Niebieski Układ Odniesienia (ICRF), Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia (ITRF). Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi i Układów Odniesienia (IERS) i jej zadania. Transformacja współrzędnych z układu ICRF do ITRF. Techniki obserwacyjne: VLBI, SLR, LLR, GNSS. Modele ruchu płyt tektonicznych. Transformacja współrzędnych Ziemskich z epoki na epokę. 9) Elementy mechaniki nieba: ruch ciał niebieskich, ograniczone zadanie dwóch ciał, prawa Keplera. 10) Zjawiska pływowe w geodezji i astronomii. Ćwiczenia: 1) Podstawy trygonometrii sferycznej. 2) Astronomiczne układy współrzędnych. Transformacja między układami. 3) Ruch dobowy sfery niebieskiej – analiza zjawisk: wschód i zachód, kulminacje, przejście przez pierwszy wertykał i elongacja, zmierzch. 4) Ruch dobowy Słońca. Obliczanie parametrów wschodu i zachodu Słońca. 5) Rocznik Astronomiczny, katalogi gwiazd, oprogramowanie astronomiczne. 6) Czasy stosowane w astronomii i geodezji. Przeliczanie czasów. 7) Wzory różniczkowe trygonometrii sferycznej. Efemerydy. 8) Miejsca pozorne ciał niebieskich. Analiza zjawisk wpływających na zmiany współrzędnych pozornych. Analiza astronomicznych metod wyznaczania pozycji i azymutu. Algorytmy redukcji obserwacji w różnych przypadkach.

Metody oceny:

Zaliczenie wykładów: 2 kolokwia około 6 i 13 tygodnia semestru, kolokwium poprawkowe – ostatni wykład, ostatnia godzina wykładu w semestrze. Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych : zaliczone na podstawie zestawu obowiązkowych ćwiczeń obliczeniowych, aktywność na zajęciach (rozwiązanie zadań przy tablicy), ewentualne zaliczenia ustne ostatnie zajęcia w semestrze. Obowiązek uczestnictwa w zajęciach; dopuszczalne są 2 nieobecności usprawiedliwione. Obowiązek usprawiedliwienia nieobecności w terminie 2 tygodni po nieobecności na zajęciach. Zasady ustalania oceny łącznej z przedmiotu: Każdy składnik (to jest: wykłady i ćwiczenia) wpływa na ocenę łączną przedmiotu i musi być zaliczony. Ocena łączna jest średnią ważoną obliczoną wg. zasad 5,0 – pięć (4,75 – 5,0); 4,5 – cztery i pół (4,26-4,74),4,0 –cztery (3,76-4,25), 3,5-trzy i pół (3,26-3,75), 3,0-trzy (3,0-3,25).

Egzamin:

nie

Literatura:

1. Barbara Kołaczek: „Astronomia sferyczna z ćwiczeniami”. WPW 1976. 2. Jan Mietelski. „Astronomia w geografii”. PWN 2006. 3. Wiesław Opalski, Ludosław Cichowicz: „Astronomia geodezyjna”. PPWK 1977. 4. Ireneusz Pawłowicz: „Trygonometria sferyczna w ujęciu wektorowym”. WPW 1980. 5. „Rocznik Astronomiczny na rok 2014”. Instytut Geodezji i Kartografii 6. Eugeniusz Rybka: „Astronomia ogólna” PWN 1983 7. Tadeusz Jarzębowski: "Elementy astronomii." PPWK 1972 8. S. Wierzbiński: „Wstęp do astronomii matematycznej” 1950 9. J. Witkowski: „Astronomia sferyczna.” PWN 1953 10. F. Kępiński: „Astronomia sferyczna” WPW 1959 11. L. Cichowicz: „Astronomia sferyczna” WPW 1965 12. M. Karpowicz, K. Rudzki: „Zadania z astronomii ogólnej” PWN 1960 13. E. M. Rogers: „Fizyka dla dociekliwych Część II: Astronomia” PWN 1986 14. J. M. Kreiner: „ Astronomia z astrofizyką” PWN 1988 15. K. Włodarczyk: „Przewodnik po gwiezdnym niebie” Wydawnictwo ‘Sport i turystyka’ 1989 16. P. Kulikowski: „Poradnik miłośnika astronomii”. Wyd. II. PWN, Warszawa 1976 17. T.Wilgat: „ Geografia astronomiczna ” 18. Jean Kovalevsky, P. Kenneth Seidelmann: “Fundamentals of Astrometry” Cambridge University Press, 2004 19. Jean Meeus : „Astronomical Algorithms” Willmann-Bell, 1991 20. Ian Morison: “Introduction to Astronomy and Cosmology” Wiley 2008 21. Günter D. Roth (Editor): ” Handbook of Practical Astronomy” Springer Berlin Heidelberg 2009 22. Paul J. Heafnet: “Fundamental Ephemeris Computations” 23. Guy Ottewell: ” The Astronomical Companion” 24. V. Shebehely: “Adventures in Celestial Mechanics” 25. O. Montenbruck, E. Gill: „Satellite Orbits“

Witryna www przedmiotu:

-

Uwagi:

Brak

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt GK.SIK312_W01

Osoba ma podstawową wiedzę z zakresu astronomii i trygonometrii sferycznej oraz zna systemy i skale czasu. Opanowane podstawy trygonometrii sferycznej, astronomii sferycznej i astronomicznych układów współrzędnych. Wszechstronna orientacja w zakresie skal czasu i metrologii czasu. Głębsze rozeznanie w zakresie astronomicznych układów współrzędnych. Rozróżnia układy lokalne i nielokalne. Posługuje się kątami Eulera w transformacji między układami. Osoba zna dostępne katalogi gwiazd, roczniki astronomiczne, atlasy i mapy nieba – także na poziomie specyfiki tworzenia i stosowania.
Weryfikacja: sprawdzian wiadomości z wykładu ćwiczenia domowe
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01

Efekt GK.SIK312_W02

Osoba ma wiedzę z zakresu geodezyjnych systemów i układów odniesienia: zna sposób tworzenia i funkcję niebieskiego (ICRF) i ziemskiego (ITRF) układu odniesienia, oraz zasadę transformacji między nimi i jej fundamentalny związek z geodynamiką. Głębsze poznanie metod realizacji i zastosowania inercjalnego niebieskiego układu odniesienia. Osoba zna etapy transformacji między układem ziemskim a niebieskim (macierz-precesja nutacja, kąt obrotu Ziemi, układ pośredni). Zrozumienie relacji między współrzędnymi ziemskimi a niebieskimi.
Weryfikacja: sprawdzian wiadomości z wykładu, ćwiczenia domowe
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02, K_W08, K_W09
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W03, T1A_W03

Efekt GK.SIK312_W03

Osoba ma podstawową wiedzę z zakresu ruchu obrotowego Ziemi: zrozumienie funkcji i zastosowań parametrów ruchu obrotowego ziemi (współrzędne bieguna i czas UT1 obrotu Ziemi ERA) w astronomii i geodezji satelitarnej. Osoba poznała podstawy teorii ruchu obrotowego Ziemi.
Weryfikacja: sprawdzian wiadomości na wykładzie, ćwiczenia domowe
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02, K_W08
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W03

Efekt GK.SIK312_W04

Umiejętność analizy ruchu dobowego, orientacja na niebie (kierunki świata, punkty kardynalne). Obliczanie parametrów ruchu dobowego Słońca (długość dnia, azymut wschodu/zachodu).
Weryfikacja: sprawdzian wiadomości na wykładzie, ćwiczenia domowe
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01

Efekt GK.SIK312_W05

Zna metody wyznaczania miejsc pozornych, efemeryd. Rozumie zjawiska precesji, nutacji, paralaksy, aberracji, refrakcji i ich konsekwencje praktyczne (dla pomiarów pozycyjnych). Osoba zna zasady astronomicznych wyznaczeń pozycji, relacje pomiędzy współrzędnymi geograficznymi astronomicznymi a geodezyjnymi oraz pojęcie odchylenia pionu.
Weryfikacja: sprawdzian wiadomości na wykładzie, ćwiczenia domowe
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01

Efekt GK.SIK312_W06

Osoba zna praktyczne zastosowania praw Keplera i współczesne zastosowania mechaniki nieba w astronomii, geodezji satelitarnej i badaniach kosmicznych.
Weryfikacja: sprawdzian wiadomości na wykładzie
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt GK.SIK312_U01

Umiejętność podstawowych obliczeń w zakresie trygonometrii sferycznej, transformacji astronomicznych (szerzej: sferycznych) układów współrzędnych. Analiza obliczeniowa i jakościowa ruchu dobowego.
Weryfikacja: ćwiczenia domowe
Powiązane efekty kierunkowe: K_U03, K_U07
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U03, T1A_U09, T1A_U10

Efekt GK.SIK312_U02

Używa trójkąta paralaktycznego i macierzy obrotu w transformacjach współrzędnych. Przelicza między skalami czasu. Posługuje się parametrami obrotu Ziemi. Rozróżnia różne systemy chronologii i kalendarza.
Weryfikacja: ćwiczenia domowe
Powiązane efekty kierunkowe: K_U03
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U03