Общая астрономия. Очень краткий курс астрономии. Законы движения небесных тел

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ СФЕРИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ

Глава 1. Введение

Общая астрономия, ее возникновение и современные особенности, основные разделы. Предмет космонавтики, основные разделы, становление современной космонавтики. Астрономические обсерватории на Земле и в космосе. Экскурсия в Пулковскую обсерваторию

Предмет астрономии, её основные разделы

Астрономия – наука о физическом строении, движении, происхождении и эволюции небесных тел, их систем и изучение Вселенной в целом (современное определение с XVIII в.)

Астрономия – 2 греческих слова (астро – звезда, номос – закон), т.е. звездозаконие – наука о законах жизни звезд (времена древних греков – V – VI вв. до н.э., т.е. ~ 2,5 тыс. лет назад)

Объекты астрономии:

· Солнечная система и её составляющие (Солнце, большие и малые планеты, спутники планет, астероиды, кометы, пыль).

· Звезды и их скопления и системы, туманности, наша Галактика в целом и другие галактики и их скопления.

· Различные объекты в разных участках спектра электро-магнитных волн (квазары, пульсары, космические лучи, гравитационные волны, реликтовое излучение (фон)

· Вселенная в целом (крупно-масштабная структура, темная материя и пр.).

Ориентировочно можно выделить следующие основные разделы астрономии:

1. Астрометрия – это классическая часть астрономии (от древних греков - 5-1 век до н.э.) изучает координаты (положения) небесных тел и их изменения на небесной сфере; конкретнее: создает инерциальную систему координат (неподвижную) СК; в общем: наука об измерении пространства и времени.

Астрометрия включает 3 подраздела:

а) сферическая астрономия – это теоретическая часть астрометрии, математический аппарат для выражения координат небесных тел и их изменения;

б) практическая астрономия - разрабатывает методы наблюдений и их обработки, теорию астрономических приборов и хранителей шкалы точного времени (служба времени); служит для решения задач определения координат географических пунктов на суше (полевая астрономия), на море (мореходная астр-я), в воздухе (авиационная астрономия), находит применение в спутниковой навигации и геодезии;

в) фундаментальная астрометрия – решает вопросы определения координат и собственных движений небесных объектов на сфере, а также астрономических постоянных (прецессии, аберрации и нутации), в том числе фотографическая и ПЗС астрометрия – определение a,d и m a , d небесных тел методами фотографических и ПЗС наблюдений.

2. Небесная механика (теоретическая астрономия) – изучает пространственные движения небесных тел и их систем под действием сил взаимного тяготения и иной физической природы; изучает фигуры небесных тел и их устойчивость для понимания процессов происхождения и эволюции небесных тел и их систем; определяет элементы орбит небесных тел по данным наблюдений, предвычисляет видимые положения (координаты) небесных тел.

Астрометрия и небесная механика изучают лишь геометрию и механику окружающего космоса.

3. Астрофизика возникла в 1860 г. на основе открытия спектрального анализа. Это основная часть современной астрономии. Изучает физическое состояние и процессы, происходящие на поверхности и в недрах небесных тел, химический состав (температура, яркость, блеск, наличие электро-магнитных волн), свойства среды между небесными телами и пр.

Включает разделы:

а) практическая астрофизика – разрабатывает способы астрофизических наблюдений и их обработки, занимается теоретическим и практическим применением астрофизических инструментов

б) теоретическая астрофизика – занимается объяснением происходящих на небесных телах физических процессов и наблюдаемых явлений на основе теоретической физики.

Новые разделы по диапазону, используемых электромагнитных волн:

в) радиоастрономия исследует небесные тела посредством радиолокации, изучает их излучение в радиодиапазоне (от мм до км длин волн), а также излучение межзвездной и межгалактической среды. Возникла в 1930 г. после открытия К. Янским (USA), Рёбером радиоизлучения Млечного Пути, Солнца;

г) также разделы астрофизики или астрономии (наземные, заатмосферные и космические):

инфракрасная астрономия (астрофизика)

рентгеновская

нейтринная

Могут быть подразделы астрофизики по объектам исследования:

околоземная астрономия:

физика Солнца

физика звёзд

физика планет, Луны и др.

4. Звёздная астрономия – занимается исследованием движения и распределения в пространстве звезд (в первую очередь в нашей Галактике), газо-пылевых туманностей и звёздных систем (шаровых и рассеянных звездных скоплений) их структурой и эволюцией, проблемами их устойчивости.

Включает следующие подразделы:

Внегалактическая астрономия - исследование свойств и распределений звёздных систем (галактик), находящихся за пределами нашей Галактики (их сотни миллионов - см. Глубокий Обзор космического телескопа Хаббла);

Динамика звёздных систем и др.

5. Космогония – разрабатывает проблемы происхождения и эволюции небесных тел и их систем, в том числе и тел Солнечной системы (включая Землю), а также проблемы звездообразования.

6. Космология – изучает Вселенную как единое целое: её геометрическую структуру, эволюцию и происхождение всех составляющих объектов, общие параметры, типа возраст, материя, энергия и др.

Отдельное место занимает космическая астрономия , где особо можно выделить космонавтику – как комплекс ряда отраслей науки (включая астрономию) и технику, цель которой – изучение и освоение космоса.

Предмет космонавтики и её разделы

Космонавтика – это комплекс ряда отраслей науки и техники, имеющий целью осуществить проникновение в космическое пространство с целью его изучения и освоения. Уже - полёты в космическое пространство. Космонавтика занимает особое положение в астрономии.

Космонавтика – с греческого “космос” – Вселенная, “наутикс” – плавание, т.е. плавание (путешествие) во Вселенной или (заруб.) астронавтика – звездоплавание

Можно выделить основные разделы космонавтики:

1. Теоретическая космонавтика (в основе лежит небесная механика) – изучает движение космических аппаратов (КА) в поле тяготения Земли, Луны и тел солнечной системы: вывод КА на орбиту, маневрирование, спуск КА на Землю и тела солнечной системы.

2. Практическая космонавтика – изучает:

Устройство и работу ракетно-космических систем, методы осуществления космических полётов

Бортовое оборудование.

Астрономические исследования средствами космонавтики

Космическая астрометрия

Космическая астрофизика (тела Солнечной системы, Солнце)

4. Изучение Земли с КА (космическая геодезия, связь, ТV, навигация, дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), технологии, земледелие, геология и др.)

Достижения астрономии 20-го века

ЛУНА-АО

HST

Терминология

Обычно даётся вид небесной сферы извне, в то время как наблюдатель находится в её центре. Все построения представляют на поверхности небесной сферы (изнутри, лишь в планетарии)

В т. О находится наблюдатель – половина видимой небесной сферы.)

Земля – принята за шар!

Рис.2.2 Элементы небесной сферы (а); вся небесная сфера, где в центре т. О - наблюдатель (б).

Напр-е отвесной линии - линия, проходящая через любую точку на поверхности Земли (наблюдатель, пункт направления над головой набл.) и центр масс Земли ZOZ¢. Отвесная линия пересекает небесную сферу в 2-х точках – Z (зенит – точно над головой наблюдателя) и Z¢ (надир – противоположная точка на сфере).

Плоскость, перпендикулярная к отвесной линии и проходящая через т. О называется истинным или математическим горизонтом (большой круг небесной сферы NESW, то есть, мнимая, воображаемая окружность на сфере). Есть реальный, видимый горизонт, Он лежит на поверхности Земли и зависит от рельефа местности. В моменты восхода и захода светила считают находящимися на истинном горизонте.

Суточное вращение небесной сферы. Из наблюдений звёздного неба видно, что небесная сфера медленно вращается в направлении от востока к западу (суточное - поскольку её период равен одним суткам), но это кажущееся (если стоять лицом к Югу, то вращение небесной сферы по направлению часовой стрелки). Реально же Земля вращается вокруг оси в направлении с запада на восток (подтверждается опытами с маятником Фуко, отклонением падающих тел к востоку). В астрономии сохранена терминология кажущихся явлений: восход и заход небесных светил, суточные движения Земли и Луны, вращение звёздного неба.

Суточное вращение Земли происходит вокруг земной оси рр¢, а видимое вращение небесной сферы происходит вокруг её диаметра РР¢, параллельного земной оси и называемого осью мира.

Ось мира пересекается с небесной сферой в 2-х точках – северный полюс мира (P) в северном полушарии находится на расстоянии ~ 1° от звезды a в созвездии Малой Медведицы и южный полюс (P¢) в южном полушарии находится в созвездии Октанта (нет ярких звёзд, но можно определиться по созвездию Южный крест). Оба полюса неподвижны на небесной сфере.

Большой круг (QQ¢) небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира называется небесным экватором, также проходит через центр небесной сферы. Небесный экватор пересекается с плоскостью горизонта в 2-х диаметрально противоположных точках: точка восток (Е) и точка запад (W). Небесный экватор вращается вместе с небесной сферой!

Большой круг небесной сферы, проходящий через полюса мира (Р, Р¢), зенит (Z) и надир (Z¢) называется небесным меридианом (неподвижным) . Он пересекается с истинным горизонтом в точках юга (S) и севера (N), отстоящих от точек Е и W на 90 0 .

Отвесная линия и ось мира лежит в плоскости небесного меридиана, которые пересекаются с плоскостью истинного горизонта по диаметру (NOS) небесной сферы, проходящего через точку N и точку S. Это полуденная линия , поскольку Солнце в полдень находится вблизи небесного меридиана.

Вращается видимая небесная сфера , аточки Зенита, Надира и все точки истинного горизонта неподвижны относительно наблюдателя, т.е. не вращаются вместе с небесной сферой. Небесный меридиан проходит через неподвижные точки и точки полюса и также не вращается, т.е. связан с Землей. Он образует плоскость земного (географического) меридиана, на котором находится наблюдатель и поэтому не участвует в суточном вращении небесной сферы. Для всех наблюдателей, расположенных на общем географическом меридиане, небесный меридиан общий.

В суточном вращении небесной сферы вокруг оси мира небесные светила движутся по малым кругам, суточным или небесным параллелям, плоскости которых параллельны плоскости небесного экватора.

Каждое светило дважды в сутки пересекает (проходит) небесный меридиан. Один раз - его южную половину (верхняя кульминация - высота светила над горизонтом наибольшая) и второй раз - его северную половину, через 12 часов - (нижняя кульминация - высота светила над горизонтом наименьшая ).

Глава 4. Время

Движение Земли как природный процесс для счета времени. Истинное солнечное время. Единицы измерения времени: сутки, час, минута, секунда. Проблема среднего солнечного времени, среднее Солнце. Уравнение времени и его компоненты. Звездное время. Переход от среднего времени к звездному и обратно.

Местное, поясное, летнее время. Переход от одного вида времени к другому. Всемирное и региональное время. Линия смены дат.

Всемирное (UT) и координированное (UTC)время. Неравномерность вращения Земли, эфемеридное и динамическое (TDT) время.

Истинное солнечное время

Среднее солнечное время – равномерное время, определяемое движением среднего солнца. Использовалось как эталон равномерного времени с масштабом в одну среднюю солнечную секунду (1/86400 доля средних солнечных суток) до 1956 года.

Уравнение времени

Связь между двумя системами солнечного времени устанавливает уравнение времени – разность между средним солнечным временем (Т ср). истинным солнечным временем (Т ист): h = Т ср - Т ист . Уравнение времени – величина переменная. Онадостигает +16 минут в начале ноября и –14 минут в средине февраля. Уравнение времени публикуется в Астрономических ежегодниках (АЕ). Выбирая из АЕ величину h и измеряя непосредственно часовой угол истинного солнца t ист можно найти среднее время: Т ср = t ист +12 h + h.

т.е. среднее солнечное время в любой момент равно истинному солнечному времени плюс уравнение времени.

Таким образом, измерив непосредственно часовой угол Солнца t ¤ , определяют истинное солнечное время и, зная уравнение времени h в этот момент, находят среднее солнечное время: T m = t ¤ + 12 h + h. Так как среднее экваториальное солнце проходит через меридиан то раньше, то позже истинного Солнца, разность их часовых углов (уравнение времени) может быть как положительной, так и отрицательной величиной.

Уравнение времени и его изменение в течение года представлено на рисунке сплошной кривой (1). Эта кривая является суммой двух синусоид - с годичным и полугодичным периодами.

Синусоида с годичным периодом (штриховая кривая) дает разность между истинным и средним временем, обусловленную неравномерным движением Солнца по эклиптике. Эта часть уравнения времени называется уравнением центра или уравнением от эксцентриситета (2). Синусоида с полугодичным периодом (штрих-пунктирная кривая) представляет разность времен, вызванную наклоном эклиптики к небесному экватору, и называется уравнением от наклона эклиптики (3).

Уравнение времени обращается в нуль около 15 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря и четыре раза в году принимает экстремальные значения; из них наиболее значительные около 11 февраля (h = +14 m ) и 2 ноября (h = -16 m ).

Уравнение времени можно вычислить для любого момента. Оно обычно публикуется в астрономических календарях и ежегодниках для каждой средней полуночи на меридиане Гринвича. Но следует иметь в виду, что в некоторых из них уравнение времени дается в смысле «истинное время минус среднее» (h = T ¤ - Т т ) и поэтому имеет противоположный знак. Смысл уравнения времени всегда разъясняется в объяснении к календарям (ежегодникам).

4.3 Звездное время. Переход от среднего времени к звездному и обратно

Звёздные сутки - промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульмина­циями точки весеннего равноденствияна одном и том же меридиане. Это более постоянный период времени, т.е. период вращения Земли относительно далеких звезд. За начало звёздных суток принят момент её нижней кульминации, то есть полночь тогда, когда

S = t ¡ = 0. Точность звездной шкалы времени до 10 -3 секунд в течение нескольких месяцев.

Таким образом, процесс вращения Земли вокруг своей оси определяет три вида времени суток для измерения коротких интервалов: истинное солнечное время , среднее солнечное время и звездное время .

Местное, поясное, летнее время. Переход от среднего времени к звездному и обратно

Средние сутки длиннее (продолжительнее) звездных, поскольку за один оборот небесной сферы в направлении с востока на запад само солнце смещается с запада на восток на 1 градус (т.е.3 m 56 s).

Таким образом, в тропическом году средних суток на один день меньше, чем в звездном.

Для измерения длительных промежутков времени используется движение земли вокруг Солнца. Тропический год - это промежуток времени между двумя последовательными прохождениями среднего солнца через среднюю точку весеннего равноденствия и равен 365,24219879 среднесолнечных суток или 366,24219879 звёздных суток.

Перевод интервалов среднего времени в звездное и обратно выполняется по таблицам, чаще на ЭВМ, с помощью АЕ, АК, а в общем виде по формулам: DТ = К¢ ´ DS и DS = К ´ DT,

где K=366.24/365.24 = 1.002728 и К¢ =365.24/366.24 = 0.997270.

Средние звёздные сутки равны 23 часам 56 минутам 04.0905 секундам среднесолнечных суток. Звездный год содержит 365,2564 среднесолнечных суток , т.е. больше чем тропический год на 20 m 24 s из-за движения точки g навстречу Солнцу.

В различных пунктах на одном географическом меридиане время (солнечное, звездное) одинаково.

Местное время – это время Т м измеренное на каком-либо конкретном географическом меридиане. Для каждой точке на Земле существует свое местное время. Например, при расстоянии между двумя наблюдателя 1¢ = 1852 метра (для экватора) разница во времени достигает 4-х минут! Неудобно в жизни.

Поясное время – это время Т п местное солнечное время центрального меридиана какого-либо часового пояса. По Т п производится счет времени на территории данного часового пояса. Т п было введено с 1884 года по решению международной конференции (в России с 1919 года) при условиях:

1) Земной шар был поделен по долготе на 24 пояса по 15 градусов;

3) Разница во времени двух соседних поясов равна одному часу. Географическая долгота центрального меридиана пояса (в часах) равна номеру этого пояса. Нулевой меридиан проходит через центр Гринвичской обсерватории (Англия);

4) Границы часовых поясов на океанах проходят по географическим меридианам, на суше в основном, по административным границам

Шкалы времени

Астрономическое время

До 1925 года в астрономической практике за начало средних солнечных суток принимали момент верхней кульминации (полдень) среднего солнца . Такое время называлось средним астрономическим или просто астрономическим. В качестве единицы измерения использовалась средняя солнечная секунда.

Всемирное (или мировое) время UT

Всемирное время используется с 1 января 1925 года вместо астрономического времени. Отсчитывается от нижней кульминации среднего солнца на меридиане Гринвича. Иными словами местное среднее время меридиана с нулевой долготой (Гринвичского) называют всемирным (мировым) временем (Universal Time - UT). Эталоном секунды для шкалы UT служит определенная часть периода вращения Земли вокруг своей оси 1\365.2522 х 24 х 60 х 60. Однако, из-за нестабильности осевого вращения Земли шкала UT не равномерна: непрерывное замедление около 50 сек. за 100 лет; нерегулярные изменения до 0.004 сек. в сутки; сезонные колебания около 0.001 сек за год.

Региональное время вводится для отдельных регионов, например среднеевропейское время, средне-тихоокеанское время, лондонское время и т.п.

Летнее время. В целях экономии материальных ресурсов за счет более рационального использования светлого времени года в ряде стран вводится летнее время – т.т. «перевод стрелок» часов на 1 час вперед по сравнению с поясным. Но график всех видов деятельности людей не менялся! Летнее время вводится обычно в конце марта в полночь с субботы на воскресенье, а отменяется в конце октября, также в полночь с субботы на воскресенье.

Эфемеридное время

Эфемеридное время (ЕТ - Ephemeris time) или земное динамическое время (Terrestrial Dynamical Time - TDT) или Ньютоновское время:

независимая переменная (аргумент) в небесной механике (ньютоновская теория движения небесных тел). Введено с 1 января 1960 года в астрономических ежегодниках как более равномерное, чем Всемирное время, отягощенное долгопериодическими неравномерностями во вращении Земли. В настоящее время это самая стабильная временная шкала для нужд астрономии и космонавтики. Определяется из наблюдения тел солнечной системы (в основном Луны). В качестве единицы измерения принята эфемеридная секунда как 1/31556925,9747 доля тропического года для момента 1900 январь 0, 12 часов ЕТ или, иначе, как 1/86400 доля продолжительности средних солнечных суток для этого же момента.

Эфемеридное время -связано со всемирным временем соотношением:

Поправка DT на 2000 год принимается равной +64.7 секунды.

Глава 5. Календарь

Виды календарей: солнечный, лунный и лунно-солнечный календари. Юлианский и Григорианский календарь. Календарные эры. Юлианский период и юлианские дни.

Определение

Календарь - это система счета длительных промежутков времени при целочисленных значениях количества суток в более продолжительных единицах времени. Календарный месяц и календарный год содержат целое число суток, чтобы начало каждого месяца и года совпадало с началом суток.

Поэтому – календарные и природные месяц и год не должны быть равны.

Задачи календаря: 1) установление порядка счета дней, 2) определение числа суток в длительных периодах времени (год), 3) установление начала счета периодов.

В основу календаря положены: 1) период сезонных изменений на Земле – год (солнечный календарь ), 2) период смены фаз Луны – месяц (лунный календарь). Существуют лунный и лунно-солнечный календари.

Виды солнечных календарей

В основу солнечного календаря положен тропический год = 365,2422 средних солнечных суток.

Древнеегипетский календарь – один из первых (3000 до н.э.). Год – длительностью 360 дней; число месяцев 12, продолжительностью 30 дней. Эклиптика была разделена на 360 равных частей – градусов. Позднее жрецы уточняли продолжительность года: от 365 дней, до 365.25!

Римский календарь . 8-й век до н.э. Но он был менее точным, чем египетский.

Год – длительностью 304 дней; число месяцев 10.

Юлианский календарь. Введен с 1 января 45 года до н.э. Юлием Цезарем на основе египетского календаря. Год – длительностью 365.25 дней; число месяцев 12. Каждый 4-й год високосный - делится на 4 без остатка, т.е. 366.25 дней (365,365,365,366!)

Использовался в Европе более 1600 лет!

Григорианский календарь. Год в юлианском календаре был длиннее истинного на 0.0078 суток и таким образом за 128 лет накапливались лишние сутки, которые надо было прибавлять. В 14-м веке это отставание было известно и в 1582 году решением Папы Григория 13-го в календаре были переведены даты сразу на 10 дней вперед. Т.е. после 4 октября сразу начиналось 14 октября 1582 года! Кроме того, было принято каждые 400 лет исключать 3 високосных года (в столетиях, которые не делились на 4).

Новый календарь стал называться Григорианским – «новый стиль». Год в Григорианском календаре (365.2425) отличается от истинного (365.242198) на 0.0003 суток и таким образом накапливаются лишние сутки лишь за 3300 лет!

Новый стиль в настоящее время используется повсеместно. Его минус – неодинаковое число дней в месяцах (29,30,31) и кварталах. Это усложняет планирование.

Предложено несколько проектов реформы григорианского календаря, предусматривающих устранение или уменьшение этих недостатков.

Один из них, по-видимому самый простой, заключается в следующем. все кварталы года имеют одинаковую продолжительность по 13 недель, т.е. по 91 дню. Первый месяц каждого квартала содержит 31 день, остальные два - по 30 дней. Таким образом, каждый квартал (и год) будет начинаться всегда в один и тот же день недели. Но так как 4 квартала по 91 дню содержит 364 дня, а год должен содержать 365 или 366 дней (високосный), то между 30 декабря и 1 января вставляется день вне счета месяцев и недель - международный нерабочий день Нового года. А в високосном году такой же нерабочий день, вне счета месяцев и недель, вставляется после 30 июня.

Однако вопрос о введении нового календаря может быть решен только в международном масштабе.

Лунный календарь

Базируется на смене фаз Луны, т.е. периоде между двумя последовательными моментами первого появления лунного серпа после новолуния. Точная продолжительность лунного месяца установлена по наблюдениям солнечных затмений – 29.530588 средних солнечных суток. В лунном году – 12 лунных месяцев = 354.36708 ср. солнечных суток. Лунный календарь появился почти одновременно с солнечным, еще в середине 3-го века до н.э. Тогда же была введена и семидневная неделя (по числу известных тогда светил (Солнце, луна + 5 планет от Меркурия до Сатурна)

В настоящее время лунный календарь применяется как мусульманский календарь в странах Азии и др.

5.4 Математические основы построения календаря (самостоятельно)

5.5 Календарные эры

Счет лет обязательно предполагает некоторый начальный момент системы летоисчисления – календарную эру. Эра - означает также и систему летоисчисления. В истории человечества существовало до 200 различных эр. Например, Византийская эра «от сотворения мира», в которой за «сотворение мира» был принят 5508 год до н.э. Китайская «циклическая» эра – от 2637 года до н.э. От сотворения Рима – 753 год до н.э. и т.п.

Наша эра – христианская эра – вошла в употребление лишь с 1 января 533 года от дня рождения библейской личности (не исторической) И.Христа.

Более реальная причина произвольного выбора начала нашей эры (н.э.) связана с периодичностью числа 532 года = 4х7х19. Пасха приходится на воскресение одной и той же даты каждые 532 года! Это удобно для предвычислений дат празднования христианского праздника пасхи. В основе лежат периоды, связанные с движением Луны и Солнца (4 - период высокосных лет, 7 – число дней в неделе, 19 - число лет, через которые лунные фазы приходятся на одни и те же календарные числа (метонов цикл был известен еще в 432 году до н.э.). Метон – древнегреческий астроном.

Общие понятия

Влияние рефракции является важной проблемой для наземной астрономии, где выполняются измерения больших углов на небесной сфере, при определении экваториальных координат светил, вычислении моментов их восхода и захода.

астрономической (или атмосферной) рефракцией . Из-за этого наблюдаемое (видимое) зенитное расстояние z¢ светила меньше его истинного (т.е. при отсутствии атмосферы) зенитного расстояния z, а видимая высота h¢ несколько больше истинной высоты h. Рефракция как бы приподнимает светило над горизонтом.

Разность r = z - z¢ = h¢ - h , называется рефракцией.

Рис. Явление рефракции в земной атмосфере

Рефракция изменяет лишь зенитные расстояния z, но не изменяет часовые углы. Если светило находится в кульминации, то рефракция изменяет только его склонение и на ту же величину, что и зенитное расстояние, так как в этом случае плоскости его часового и вертикального кругов совпадают. В остальных случаях, когда эти плоскости пересекаются под некоторым углом, рефракция изменяет и склонение, и прямое восхождение светила.

Следует отметить, что рефракция в зените принимает значение r = 0, а на горизонте она достигает 0.5 - 2 градуса. Из-за рефракции диски Солнца и Луны вблизи горизонта выглядят овальными, так как у нижнего края диска рефракция на 6¢ больше, чем у верхнего и поэтому вертикальный диаметр диска кажется укороченным в сравнении с горизонтальным диаметром, который рефракцией не искажается.

Эмпирически, т.е. опытным путем из наблюдений выведено приближенное выражение для определения общей (средней) рефракции:

r = 60².25 ´В\760´273\(273 0 +t 0) ´ tgz¢,

где: В - атмосферное давление, t 0 - температура воздуха.

Тогда, при температуре, равной 0 0 и при давлении 760 мм ртутного столба рефракция для видимых лучей (l =550 миллимикрон) равна:

r =60².25 ´ tgz¢ = К´ tgz¢. Здесь К – постоянная рефракции при указанных выше условиях.

По приведенным формулам рефракция вычисляется для зенитного расстояния не более 70 угловых градусов с точностью до 0.¢¢01 . Пулковские таблицы (5-е издание) позволяют учитывать влияние рефракции до зенитного расстояния z = 80 угловых градусов.

Для более точных расчетов учитывается зависимость рефракции не только от высоты объекта над горизонтом, но и от состояния атмосферы, главным образом от ее плотности, которая сама является функцией, в основном температуры и давления. Поправки на рефракцию рассчитываются при давлении В [мм.рт.ст.] и температуре t° С по формуле:

Для учета влияния рефракции с высокой точностью (0.¢¢01 и выше) теория рефракции достаточно сложна и рассматривается в специальных курсах (Яценко, Нефедьева А.И.и др). Функционально величина рефракции зависит от многих параметров: высоты (H), широты места (j), также температуры воздуха (t), атмосферного давления (p), атмосферного давления (В) на пути светового луча от небесного светила до наблюдателя и различна для разных длин волн электромагнитного спектра (l) и каждого зенитного расстояния (z). Современные расчеты рефракции выполняются на ЭВМ.

Следует также отметить, что рефракцию по степени ее влияния и учета разделяют на нормальную (табличную) и аномальную . Точность учета нормальной рефракции определяется качеством модели стандартной атмосферы и до зенитных расстояний не более 70 градусов достигает 0.¢¢01 и выше. Большое значение здесь имеет выбор места наблюдений - высокогорье, с хорошим астроклиматом и регулярным рельефом местности, обеспечивающим отсутствие наклонных слоев воздуха. При дифференциальных измерениях с достаточным числом опорных звезд на ПЗС кадрах можно учитывать влияние вариаций рефракции, таких как дневная и годичная.

Аномальная рефракция , такая как инструментальная и павильонная учитывается обычно достаточно хорошо с помощью систем сбора метеоданных. В приземном слое атмосферы (до 50 метров) используются такие методы как размещение метеодатчиков на мачтах и зондирование. Во всех указанных случаях можно достичь точности учета аномалий рефракции не хуже 0.²01. Труднее устранить влияние флуктуаций рефракции, обусловленных атмосферной турбуленцией высокой частоты, которые имеют доминирующее влияние. Спектр мощности дрожаний показывает, что их амплитуда значительна в диапазоне от 15гц до 0.02гц. Отсюда следует, что оптимальное время регистрации небесных обьектов должно быть не менее 50 секунд. Эмпирические формулы, выведенные Э.Хегом (e =± 0.²33(T+0.65) - 0.25 ,

где Т - время регистрации) и И.Г.Колчинским (e =1\Ön(± 0.²33(secz) 0.5 , где n - число моментов регистрации) показывают, что при таком времени регистрации для зенитного расстояния (z) равного нулю, точность положения (e) звезды, около 0.²06-0.²10.

По другим оценкам такой тип рефракции может быть учтен посредством измерений в течение одной-двух минут с точностью до 0."03 (А.Яценко), до 0."03-0."06 для звезд в диапазоне 9-16 величины (I.Reqiume) или до 0."05 (E.Hog). Расчеты, проведенные в обсерватории США USNO Стоуном и Даном показали, что при ПЗС регистрации на автоматическом меридианном телескопе (поле зрения 30" x 30" и время экспозиции 100 секунд) можно определить положения звезд дифференциально с точностью до 0.²04. Перспективная оценка, выполненная американскими астрономами Colavita, Zacharias и др. (см. табл.7.1) для широкоугольных наблюдений в видимом диапазоне длин волн показывает, что с помощью двухцветной методики можно достигнуть атмосферного предела точности, около 0.²01.

Для перспективных телескопов с полем зрения ПЗС, порядка, 60"x60", с использованием многоцветовой методики наблюдений, отражательной оптики, наконец с использованием дифференциальными методами опорных каталогов высокой плотности и точности на уровне космических каталогов типа HC и TC

вполне реально достижение точности, порядка нескольких миллисекунд (0.²005).

Рефракция

Видимое положение светила над горизонтом, строго говоря, отличается от вычисленного по формуле (1.37). Дело в том, что лучи света от небесного тела, прежде чем попасть в глаз наблюдателя, проходят сквозь атмосферу Земли и преломляются в ней, а так как плотность атмосферы увеличивается к поверхности Земли, то луч света (рис. 19) все более и более отклоняется в одну и ту же сторону по кривой линии, так что направление ОМ 1 , по которому наблюдатель О видит светило, оказывается отклоненным в сторону зенита и не совпадающим с направлением ОМ 2 (параллельным ВМ ), по которому он видел бы светило при отсутствии атмосферы.

Явление преломления световых лучей при прохождении ими земной атмосферы называется астрономической рефракцией.

Угол M 1 OM 2 называется углом рефракции или рефракцией r . Угол ZOM 1 называется видимым зенитным расстоянием светила z", а угол ZOM 2 - истинным зенитным расстоянием z.

Непосредственно из рис. 19 следует

z - z" = r или z = z" + r ,

т.е. истинное зенитное расстояние светила больше видимого на величину рефракции r . Рефракция как бы приподнимает светило над горизонтом.

По законам преломления света луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости. Следовательно, траектория луча МВО и направления ОМ 2 и OM 1 лежат в одной вертикальной плоскости. Поэтому рефракция не изменяет азимута светила, и, кроме того, равна нулю, если светило находится в зените.

Если светило находится в кульминации, то рефракция изменяет только его склонение и на ту же величину, что и зенитное расстояние, так как в этом случае плоскости его часового и вертикального кругов совпадают. В остальных случаях, когда эти плоскости пересекаются под некоторым углом, рефракция и

Небесный свод, горящий славой,
Таинственно глядит из глубины,
И мы плывем, пылающею бездной
Со всех сторон окружены.
Ф. Тютчев

Урок1/1

Тема : Предмет астрономии.

Цель : Дать представление об астрономии - как наука, связи с другими науками; познакомится с историей, развитием астрономии; инструментами для наблюдений, особенности наблюдений. Дать представление о строении и масштабах Вселенной. Рассмотреть решение задач на нахождение разрешающей способности, увеличения и светосила телескопа. Профессия астронома, значение для народного хозяйства. Обсерватории. Задачи :
1. Обучающая : ввести понятия астрономии, как науке и основных разделах астрономии, объектах познания астрономии: космических объектах, процессах и явлениях; методах астрономических исследований и их особенностях; обсерватории, телескопа и его различных видов. Истории астрономии и связи с другими науками. Роли и особенности наблюдений. Практическом применении астрономических знаний и средств космонавтики.
2. Воспитывающая : историческая роль астрономии в формировании представления человека об окружающем мире и развитии других наук, формирование научного мировоззрения учащихся в ходе знакомства с некоторыми философскими и общенаучными идеями и понятиями (материальности, единства и познаваемости мира, пространственно-временными масштабами и свойствами Вселенной, универсальностью действия физических законов во Вселенной). Патриотическое воспитание при ознакомлении с ролью российской науки и техники в развитии астрономии и космонавтики. Политехническое образование и трудовое воспитание при изложении сведений о практическом применении астрономии и космонавтики.
3. Развивающая : развития познавательных интересов к предмету. Показать, что мысль человеческая всегда стремится к познанию неизвестного. Формирование умений анализировать информацию, составлять классификационные схемы. Знать: 1-й уровень (стандарт) - понятие астрономии, основных ее разделах и этапах развития, месте астрономии среди других наук и практическом применении астрономических знаний; иметь первоначальное понятие о методах и инструментах астрономических исследований; масштабах Вселенной, космических объектах, явлениях и процессах, свойства телескопа и его виды, значение астрономии для народного хозяйства и практических нужд человечества. 2-й уровень - понятие астрономии, системы, роль и особенности наблюдений, свойства телескопа и его виды, связь с другими предметами, преимущества фотографических наблюдений, значение астрономии для народного хозяйства и практических нужд человечества. Уметь: 1-й уровень (стандарт) - пользоваться учебником и справочным материалом, строить схемы простейших телескопов разных видов, наводить телескоп на заданный объект, искать в Интернет информацию по выбранной астрономической теме. 2-й уровень - пользоваться учебником и справочным материалом, строить схемы простейших телескопов разных видов, вычислять разрешающую способность, светосилу и увеличение телескопов, проводить наблюдения с помощью телескопа заданного объекта, искать в Интернет информацию по выбранной астрономической теме.

Оборудование : Ф. Ю. Зигель “Астрономия в ее развитии”, Теодолит, Телескоп, плакаты “телескопы”, “Радиоастрономия”, д/ф. “Что изучает астрономия”, «Крупнейшие астрономические Обсерватории», к/ф «Астрономия и мировоззрение», "астрофизические методы наблюдений". Глобус Земли, диапозитивы: фотографии Солнца, Луны и планет, галактик. CD- "Red Shift 5.1" или фотографии и иллюстрации астрономических объектов из мультимедийного диска «Мультимедиа библиотека по астрономии». Показать Календарь Наблюдателя на сентябрь (взять с сайта Астронет), пример астрономического журнала (электронного, например Небосвод). можно показать отрывок из фильма Астрономия (ч.1, фр. 2 Самая древняя наука).

Межпредметная связь : Прямолинейное распространение, отражение, преломление света. Построение изображений, даваемых тонкой линзой. Фотоаппарат (физика, VII кл). Электромагнитные волны и скорость их распространения. Радиоволны. Химическое действие света (физика, X кл).

Ход урока :

Вводная беседа (2 мин)

1. Учебник Е. П. Левитан; общая тетрадь - 48 листов; экзамены по желанию.
2. Астрономия - новая дисциплина в курсе школы, хотя вкратце с некоторыми вопросами вы знакомы.
3. Как работать с учебником.

• проработать (а не прочитать) параграф
• вникнуть в сущность, разобраться с каждым явлениями и процессами
• проработать все вопросы и задания после параграфа, кратко в тетрадях
• контролировать свои знания по перечню вопросов в конце темы
• дополнительно материал посмотреть в Интернете

Лекция (новый материал) (30 мин) Начало - демонстрация видео клипа с CD (или моей презентации).

Астрономия [греч. Астрон (astron) - звезда, номос (nomos) -закон] - наука о Вселенной, завершающая естественно-математический цикл школьных дисциплин. Астрономия изучает движение небесных тел (раздел “небесная механика”), их природу (раздел “астрофизика”), происхождение и развитие (раздел “космогония”) [Астрономия - наука о строении, происхождении и развитии небесных тел и их систем =, то есть наука о природе]. Астрономия - единственная наука, которая получила свою музу-покровительницу - Уранию.
Системы (космические): - все тела во Вселенной образуют системы различной сложности.

- Солнце и движущиеся вокруг (планеты, кометы, спутники планет, астероиды), Солнце - самосветящиеся тело, остальные тела, как и Земля светят отраженным светом. Возраст СС ~ 5 млрд. лет. /Таких звездных систем с планетами и другими телами во Вселенной огромное количество/ Видимые на небе звезды , в том числе Млечный путь - это ничтожная доля звезд, входящих в состав Галактики (или называют нашу галактику Млечный Путь)- системы звезд, их скоплений и межзвездной среды. /Таких галактик множество, свет от ближайших идет к нам миллионы лет. Возраст Галактик 10-15 млрд. лет/ Галактики объединяются в своего рода скопления (системы) Все тела находятся в непрерывном движении, изменении, развитии. Планеты, звезды, галактики имеют свою историю, нередко исчисляемую млрд. лет. На схеме отражена системность и расстояния: 1 астрономическая единица = 149, 6 млн.км (среднее расстояние от Земли до Солнца). 1пк (парсек) = 206265 а.е. = 3, 26 св. лет 1 световой год (св. год) - это расстояние, которое луч света со скоростью почти 300 000 км/с пролетает за 1 год. 1 световой год равен 9,46 миллионам миллионов километров!

История астрономии (можно фрагмент фильма Астрономия (ч.1, фр. 2 Самая древняя наука))
Астрономия - одна из самых увлекательных и древнейших наук о природе - исследуется не только настоящее, но и далекое прошлое окружающего нас макромира, а также вырисовать научную картину будущего Вселенной.
Потребность в астрономических знаниях диктовалась жизненной необходимостью:

Этапы развития астрономии
I-й Античный мир (до н. э). Философия →астрономия → элементы математики (геометрия).
Древний Египет, Древняя Ассирия, Древние Майя, Древний Китай, Шумеры, Вавилония, Древняя Греция. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии: ФАЛЕС Милетский (625-547, Др.Греция), ЕВДОКС Книдский (408- 355, Др. Греция), АРИСТОТЕЛЬ (384-322, Македония, Др. Греция), АРИСТАРХ Самосский (310-230, Александрия, Египет), ЭРАТОСФЕН (276-194, Египет), ГИППАРХ Родосский (190-125г, Др.Греция).
II-ой Дотелескопический период. (наша эра до 1610г). Упадок науки и астрономии. Развал Римской империи, набеги варваров, зарождение христианства. Бурное развитие арабской науки. Возрождение науки в Европе. Современная гелиоцентрическая система строения мира. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Клавдий ПТОЛЕМЕЙ (Клавдиус Птоломеус )(87-165, Др. Рим), БИРУНИ, Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед аль - Бируни (973-1048, совр. Узбекистан), Мирза Мухаммед ибн Шахрух ибн Тимур (Тарагай ) УЛУГБЕК (1394 -1449, совр. Узбекистан), Николай КОПЕРНИК (1473-1543,Польша), Тихо(Тиге) БРАГЕ (1546- 1601, Дания).
III-ий Телескопический до появления спектроскопии (1610-1814гг). Изобретение телескопа и наблюдения с его помощью. Законы движения планет. Открытие планеты Уран. Первые теории образования Солнечной системы. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Галилео ГАЛИЛЕЙ (1564-1642, Италия), Иоганн КЕПЛЕР (1571-1630, Германия), Ян ГАВЕЛИЙ (ГАВЕЛИУС ) (1611-1687, Польша), Ганс Христиан ГЮЙГЕНС (1629-1695, Нидерланды), Джованни Доминико (Жан Доменик) КАССИНИ> (1625-1712, Италия-Франция), Исаак НЬЮТОН (1643-1727, Англия), Эдмунд ГАЛЛЕЙ ( ХАЛЛИ , 1656-1742, Англия), Вильям (Уильям) Вильгельм Фридрих ГЕРШЕЛЬ (1738-1822, Англия), Пьер Симон ЛАПЛАС (1749-1827, Франция).
IV-ый Спектроскопия . До фотографии. (1814-1900гг). Спектроскопические наблюдения. Первые определения расстояния до звезд. Открытие планеты Нептун. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Йозеф фон ФРАУНГОФЕР (1787-1826, Германия), Василий Яковлевич (Фридрих Вильгельм Георг) СТРУВЕ (1793-1864, Германия-Россия), Джордж Бидделл ЭРИ (ЭЙРИ , 1801-1892, Англия), Фридрих Вильгельм БЕССЕЛЬ (1784-1846, Германия), Иоганн Готфрид ГАЛЛЕ (1812-1910, Германия), Уильям ХЕГГИНС (Хаггинс , 1824-1910, Англия), Анжело СЕККИ (1818-1878, Италия), Федор Александрович БРЕДИХИН (1831-1904, Россия), Эдуард Чарльз ПИКЕРИНГ (1846-1919, США).
V-ый Современный период (1900-наст.время). Развитие применения в астрономии фотографии и спектроскопических наблюдений. Решение вопроса об источнике энергии звезд. Открытие галактик. Появление и развитие радиоастрономии. Космические исследования. Подробнее смотрите .

Связь c другими предметами.
ПСС т 20 Ф. Энгельс - “Сперва астрономия, которая уже из-за времен года абсолютно необходима для пастушеских и земледельческих работ. Астрономия может развиваться только при помощи математики. Следовательно приходилось заниматься и математикой. Далее, на известной ступени развития земледелия в известных странах (поднятие воды для орошения в Египте), а в особенности вместе с возникновением городов, крупных построек и развитием ремесла развивалось и механика. Вскоре она становится необходимой для судоходства и военного дела. Она так же передается в помощь математике и таким образом способствует ее развитию”.
Астрономия сыграла столь ведущую роль в истории науки, что многие ученые считают - “астрономию наиболее существенным фактором развития от ее возникновения - вплоть до Лапласа, Лагранжа и Гаусса” - они черпали из нее задания и создавали методы решения этих задач. Астрономия, математика и физика никогда не теряли взаимосвязи, что нашло отражение в деятельности многих ученых.

		Взаимодействие астрономии и физики продолжает оказывать влияние на развитие других наук, технологии, энергетики и различных отраслей народного хозяйства. Пример - создание и развитие космонавтики. Разрабатываются способы удержания плазмы в ограниченном объеме, концепция "бесстолкновительной" плазмы, МГД-генераторы, квантовые усилители излучения (мазеры) и т. д.
	1 - гелиобиология 2 - ксенобиология 3 - космическая биология и медицина 4 - математическая география 5 - космохимия А - сферическая астрономия Б - астрометрия В - небесная механика Г - астрофизика Д - космология Е - космогония Ж - космофизика	Астрономию и химию связывают вопросы исследования происхождения и распространенности химических элементов и их изотопов в космосе, химическая эволюция Вселенной. Возникшая на стыке астрономии, физики и химии наука космохимия тесно связана с астрофизикой, космогонией и космологией, изучает химический состав и дифференцированное внутреннее строение космических тел, влияние космических явлений и процессов на протекание химических реакций, законы распространенности и распределения химических элементов во Вселенной, сочетание и миграцию атомов при образовании вещества в космосе, эволюцию изотопного состава элементов. Большой интерес для химиков представляют исследования химических процессов, которые из-за их масштабов или сложности трудно или совсем невоспроизводимых в земных лабораториях (вещество в недрах планет, синтез сложных химических соединений в темных туманностях и т. д.). Астрономию, географию и геофизику связывает изучение Земли как одной из планет Солнечной системы, ее основных физических характеристик (фигуры, вращения, размеров, массы и т. д.) и влияния космических факторов на географию Земли: строение и состав земных недр и поверхности, рельеф и климат, периодические, сезонные и долговременные, местные и глобальные изменения в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли - магнитные бури, приливы, смена времен года, дрейф магнитных полей, потепления и ледниковые периоды и т. д., возникающие в результате воздействия космических явлений и процессов (солнечной активности, вращения Луны вокруг Земли, вращения Земли вокруг Солнца и др.); а также не потерявшие своего значения астрономические методы ориентации в пространстве и определения координат местности. Одной из новых наук стало космическое землеведение - совокупность инструментальных исследований Земли из космоса в целях научной и практической деятельности. Связь астрономии и биологии определяется их эволюционным характером. Астрономия изучает эволюцию космических объектов и их систем на всех уровнях организации неживой материи аналогично тому, как биология изучает эволюцию живой материи. Астрономию и биологию связывают проблемы возникновения и существования жизни и разума на Земле и во Вселенной, проблемы земной и космической экологии и воздействия космических процессов и явлений на биосферу Земли. Связь астрономии с историей и обществоведением , изучающим развитие материального мира на качественно более высоким уровне организации материи, обусловлена влиянием астрономических знаний на мировоззрение людей и развитие науки, техники, сельского хозяйства, экономики и культуры; вопрос о влиянии космических процессов на социальное развитие человечества остается открытым. Красота звездного неба будила мысли о величии мироздания и вдохновлял писателей и поэтов . Астрономические наблюдения несут в себе мощный эмоциональный заряд, демонстрируют могущество человеческого разума и его способности познавать мир, воспитывают чувство прекрасного, способствуют развитию научного мышления. Связь астрономии с "наукой наук" - философией - определяется тем, что астрономия как наука имеет не только специальный, но и общечеловеческий, гуманитарный аспект, вносит наибольший вклад в выяснение места человека и человечества во Вселенной, в изучение отношения "человек - Вселенная". В каждом космическом явлении и процессе видны проявления основных, фундаментальных законов природы. На основе астрономических исследований формируются принципы познания материи и Вселенной, важнейшие философские обобщения. Астрономия оказала влияние на развитие всех философских учений. Невозможно сформировать физическую картину мира в обход современных представлений о Вселенной - она неминуемо утратит свое мировоззренческое значение.

Современная астрономия - фундаментальная физико-математическая наука, развитие которой непосредственно связано с НТП. Для исследования и объяснения процессов используется весь современный арсенал разнообразных, вновь возникших разделов математики и физики. Существует и .

Основные разделы астрономии:

Классическая астрономия	объединяет ряд разделов астрономии, основы которых были разработаны до начала ХХ века:
	Астрометрия:	Сферическая астрономия	изучает положение, видимое и собственное движение космических тел и решает задачи, связанные с определением положений светил на небесной сфере, составлением звездных каталогов и карт, теоретическим основам счета времени.
		Фундаментальная астрометрия	ведет работу по определению фундаментальных астрономических постоянных и теоретическому обоснованию составления фундаментальных астрономических каталогов.
		Практическая астрономия	занимается определением времени и географических координат, обеспечивает Службу Времени, вычисление и составление календарей, географических и топографических карт; астрономические методы ориентации широко применяются в мореплавании, авиации и космонавтике.
	Небесная механика	исследует движение космических тел под действием сил тяготения (в пространстве и времени). Опираясь на данные астрометрии, законы классической механики и математические методы исследования, небесная механика определяет траектории и характеристики движения космических тел и их систем, служит теоретической основой космонавтики.
Современная астрономия	Астрофизика	изучает основные физические характеристики и свойства космических объектов (движение, строение, состав и т.д.), космических процессов и космических явлений, подразделяясь на многочисленные разделы: теоретическая астрофизика; практическая астрофизика; физика планет и их спутников (планетология и планетографии); физика Солнца; физика звезд; внегалактическая астрофизика и т. д.
	Космогония	изучает происхождение и развитие космических объектов и их систем (в частности Солнечной системы).
	Космология	исследует происхождение, основные физические характеристики, свойства и эволюцию Вселенной. Теоретической основой ее являются современные физические теории и данные астрофизики и внегалактической астрономии.

Наблюдения в астрономии.
Наблюдения - основной источник информации о небесных телах, процессах, явлениях, происходящих во Вселенной, так как их потрогать и провести опыты с небесными телами невозможно (возможность проведения экспериментов вне Земли возникла только благодаря космонавтике). Они имеют и особенности в том, что для изучения какого либо явления необходимы:

• длительные промежутки времени и одновременное наблюдение родственных объектов (пример-эволюция звезд)
• необходимость указания положения небесных тел в пространстве (координаты), так как все светила кажутся далекими от нас (в древности возникло понятие небесной сферы, которая как единое целое вращается вокруг Земли)

Пример: Древний Египет, наблюдая за звездой Сотис (Сириус) определили начало разлива Нила, установили продолжительность года в 4240г до н.э. в 365 дней. Для точности наблюдений, нужны были приборы .
1). Известно, что Фалес Милетский (624-547, Др. Греция) в 595г до н.э. впервые использовал гномон (вертикальный стержень, приписывается, что создал его ученик Анаксимандр) - позволил не только быть солнечными часами, но и определять моменты равноденствия, солнцестояния, продолжительности года, широту наблюдения и т.д.
2). Уже Гиппарх (180-125г, Др. Греция) использовал астролябию, что позволило ему измерить параллакс Луны, в 129г до н.э., установить продолжительность года в 365,25сут, определить процессию и составить в 130г до н.э. звездный каталог на 1008 звезд и т.д.
Существовали астрономический посох, астролабон (первая разновидность теодолита), квадрант и т.д. Наблюдения проводятся в специализированных учреждениях - , возникших еще на первом этапе развития астрономии до НЭ. Но настоящее астрономическое исследование началось с изобретением телескопа в 1609г.

Телескоп - увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела (разрешающая способность ), и собирает во много раз больше света, чем глаз наблюдателя (проникающая сила ). Поэтому в телескоп можно рассмотреть невидимые невооруженным глазом поверхности ближайших к Земле небесных тел и увидеть множество слабых звезд. Все зависит от диаметра его объектива. Виды телескопов: и радио (Показ телескопа, плакат "Телескопы", схемы). Телескопы: из истории
= оптические

1. Оптические телескопы ()

	Рефрактор (refracto-преломляю)- используется преломление света в линзе (преломляющий). “Зрительная труба” сделана в Голландии [Х. Липперсгей]. По приблизительному описанию ее изготовил в 1609г Галилео Галилей и впервые направил в ноябре 1609г на небо, а в январе 1610г открыл 4 спутника Юпитера. Самый большой в мире рефрактор изготовлен Альваном Кларк (оптиком из США) 102см (40 дюймов) и установлен в 1897г в Йерской обсерватории (близь Чикаго). Им же был изготовлен 30 дюймовый и установлен в 1885г в Пулковской обсерватории (разрушен в годы ВОВ).
	Рефлектор (reflecto-отражаю)- используется вогнутое зеркало, фокусирующее лучи. В 1667г первый зеркальный телескоп изобрел И. Ньютон (1643-1727, Англия) диаметр зеркала 2,5см при 41 х увеличении. В те времена зеркала делались из сплавов металла, быстро тускнели. Самый Большой в мире телескоп им. У. Кека установлен в 1996 году диаметр зеркало 10м (первый из двух, но зеркало не монолитное, а состоит из 36 зеркал шестиугольной формы) в обсерватории Маун-Кеа (Калифорния, США). В 1995г введен первый из четырех телескопов (диаметр зеркала 8м) (обсерватория ESO, Чили). До этого самый крупный был в СССР, диаметр зеркала 6м, установлен в Ставропольском крае (гора Пастухова, h=2070м) в Специальной астрофизической обсерватории АН СССР (монолитное зеркало 42т, 600т телескоп, можно видеть звезды 24 м).
	Зеркально - линзовый. Б.В. ШМИДТ (1879-1935, Эстония) построил в 1930г (камера Шмидта) с диаметром объектива 44 см. Большой светосилы, свободный от комы и большим полем зрения, поставив перед сферическим зеркалом корректирующую стеклянную пластину. В 1941 году Д.Д. Максутов (СССР) сделал менисковый, выгоден короткой трубой. Применяется любителями - астрономами. В 1995г для оптического интерферометра введен в строй первый телескоп с 8м зеркалом (из 4 -х) с базой 100м (пустыне АТАКАМА, Чили; ESO). В 1996г первый телескоп диаметром 10м (из двух с базой 85м) им. У. Кека введен в обсерватории Маун - Кеа (Калифорния, Гавайские острова, США) любительские телескопы

• непосредственные наблюдения
• фотографировать (астрограф)
• фотоэлектрические - датчик, колебание энергии, излучений
• спектральные - дают сведения о температуре, химическом составе, магнитных полях, движений небесных тел.

Фотографические наблюдения (перед визуальными) имеет преимущества:

1. Документальность - способность фиксировать происходящее явление и процессы и долгое время сохранять полученную информацию.
2. Моментальность - способность регистрировать кратковременные события.
3. Панорамность - способность запечатлеть одновременно несколько объектов.
4. Интегральность - способность накапливать свет от слабых источников.
5. Детальность - способность рассматривать детали объекта на изображении.

В астрономии расстояние между небесными телами измеряют углом → угловое расстояние: градусы - 5 о,2, минуты - 13",4, секунды - 21",2 обычным глазом мы видим рядом 2 звезды (разрешающая способность ), если угловое расстояние 1-2". Угол, под которым мы видим диаметр Солнца и Луны ~ 0,5 о = 30".

• В телескоп мы предельно видим: (разрешающая способность ) α= 14 " /D или α= 206265·λ/D [где λ - длина световой волны, а D - диаметр объектива телескопа] .
• Количество света, собранного объективом - называется светосилой . Светосила Е =~S (или D 2) объектива. Е=(D/d хр ) 2 , где d хр - диаметр зрачка человека в обычных условиях 5мм (максимум в темноте 8мм).
• Увеличение телескопа =Фокусное расстояние объектива/Фокусное расстояние окуляра. W=F/f=β/α .

При сильном увеличении >500 х видно колебания воздуха, поэтому телескоп необходимо располагать как можно выше в горах и где небо часто безоблачно, а еще лучше за пределами атмосферы (в космосе).
Задача (самостоятельно-3 мин): Для 6м телескопа- рефлектора в Специальной астрофизической обсерватории (на северном Кавказе) определить разрешающую способность, светосилу и увеличение, если используется окуляр с фокусным расстоянием 5см (F=24м). [Оценка по скорости и правильности решения ] Решение: α= 14 " /600 ≈ 0,023" [при α= 1" спичечная коробка видна на расстоянии 10км]. Е=(D/d хр) 2 =(6000/5) 2 = 120 2 =14400 [во столько раз собирает больше света, чем глаз наблюдателя] W=F/f=2400/5=480 2. Радиотелескопы - преимущества: в любую погоду и время суток можно вести наблюдение объектов, недоступные для оптических. Представляют собой чашу (подобие локатора. плакат "Радиотелескопы"). Радиоастрономия получило развитие после войны. Наибольшие сейчас радиотелескопы это неподвижные РАТАН- 600, Россия (вступил в строй в 1967г в 40 км от оптического телескопа, состоит из 895 отдельных зеркал размером 2,1х7,4м и имеет замкнутое кольцо диаметром 588м), Аресибо (Пуэрто -Рико, 305м-забетонированная чаша потухшего вулкана, введен в 1963г). Из подвижных имеют два радиотелескопа 100м чашу.

Небесные тела дают излучение: свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, радиоволны, рентгеновское, гамма - излучения. Так как атмосферы мешает прониканию лучей к земле c λ< λ света (ультрафиолетовые, рентгеновские, γ - излучения), то последнее время на орбиту Земли выводятся телескопы и целые орбитальные обсерватории : (т.е развиваются внеатмосферные наблюдения).

l. Закрепление материала .
Вопросы:

1. Какие сведения астрономические вы изучали в курсах других предметов? (природоведение, физики, истории и т.д.)
2. В чем специфика астрономии по сравнению с другими науками о природе?
3. Какие типы небесных тел вам известны?
4. Планеты. Сколько, как называются, порядок расположения, самая большая и т.д.
5. Какое значение в народном хозяйстве имеет сегодня астрономия?

начения в народном хозяйстве:
- Ориентирование по звездам для определения сторон горизонта
- Навигация (мореходство, авиация, космонавтика) - искусство прокладывать путь по звездам
- Исследование Вселенной с целью понять прошлое и спрогнозировать будущее
- Космонавтика:
- Исследование Земли с целью сохранения ее уникальной природы
- Получение материалов, которые невозможно получение в земных условиях
- Прогноз погоды и предсказание стихийных бедствий
- Спасение терпящих бедствие судов
- Исследования других планет для прогнозирования развития Земли
Итог:

1. Что нового узнали. Что такое астрономия, назначение телескопа и его виды. Особенности астрономии и т.д.
2. Надо показать пользование CD- "Red Shift 5.1", Календарь Наблюдателя, пример астрономического журнала (электронного, например Небосвод). В Интернете показать , Астротоп , портал:Астрономия в Википедии , - используя которые можно получить информации по интересующему вопросу или найти её.
3. Оценки.

Домашнее задание: Введение, §1; вопросы и задания для самоконтроля (стр11), №6 и 7 составить схемы, желательно бы на уроке; стр29-30 (п.1-6) - главные мысли.
При подробном изучении материала об астрономических инструментах можно предложить ученикам вопросы и задачи:
1. Определите основные характеристики телескопа Г. Галилея.
2. В чем преимущества и недостатки оптической системы рефрактора Галилея по сравнению с оптической схемой рефрактора Кеплера?
3. Определите основные характеристики БТА. Во сколько раз БТА мощнее МШР?
4. В чем преимущества телескопов, установленных на борту космических аппаратов?
5. Какими условиями должно удовлетворять место для строительства астрономической обсерватории?

Урок оформили члены кружка “Интернет технологии” 2002г: Прытков Денис (10кл) и Дисенова Анна (9кл) . Изменен 01.09.2007г

«Планетарий» 410,05 мб		Ресурс позволяет установить на компьютер учителя или учащегося полную версию инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий". "Планетарий" - подборка тематических статей - предназначены для использования учителями и учащимися на уроках физики, астрономии или естествознания в 10-11 классах. При установке комплекса рекомендуется использовать только английские буквы в именах папок.
Демонстрационные материалы 13,08 мб		Ресурс представляет собой демонстрационные материалы инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий".
Планетарий 2,67 мб		Данный ресурс представляет собой интерактивную модель "Планетарий", которая позволяет изучать звездное небо посредством работы с данной моделью. Для полноценного использования ресурса необходимо установить Java Plug-in
Урок	Тема урока	Разработки уроков в коллекции ЦОР	Статистическая графика из ЦОР
Урок 1	Предмет астрономии	Тема 1. Предмет астрономии. Созвездия. Ориентирование по звездному небу 784,5 кб 127,8 кб 450,7 кб Шкала электромагнитных волн с приемниками излучения 149,2 кб

1. Потребность счета времени (календарь). (Древний Египет - замечена взаимосвязь с астрономическими явлениями)
2. Находить дорогу по звездам, особенно мореплавателям (первые парусные суда появились за 3 тыс. лет до н. э)
3. Любознательность - разобраться в происходящих явлениях и поставить их себе на службу.
4. Забота о своей судьбе, народившая астрологию.

Астрономия - одна из самых загадочных и интересных наук. Несмотря на то, что в школах сейчас на астрономию в лучшем случае уделяется несколько уроков, интерес у людей к ней есть. Поэтому начиная с этого сообщения, я начну цикл постов об основах этой науки и интересных вопросах, встречающихся при её изучении.

Краткая история астрономии

Поднимая голову и смотря наверх, в небо, древний человек, наверное, не раз задумывался о том, что за неподвижные "светлячки" располагаются на небе. Наблюдая за ними, люди связали некоторые природные явления (например, смену сезонов года) с явлениями небесными, и приписали последним волшебные свойства. Например, в Древнем Египте разлив Нила совпадал по времени с появлением на небе ярчайшей звезды Сириус (или Сотис, как его называли египтяне). В связи с этим они изобрели календарь - "сотический" год - это промежуток между двумя восхождениями (появлениями на небе) Сириуса . Год разделили для удобства на 12 месяцев, по 30 дней в каждом. Оставшиеся 5 дней (в году 365 дней, соответственно, 12 месяцев по 30 дней - это 360, остаётся 5 "лишних" дней) объявляли праздниками.

Существенного прогресса в астрономии (и астрологии) добились вавилоняне . Их математика пользовалась 60-ричной системой счисления (вместо нашей десятичной, как будто у древних вавилонян было 60 пальцев), откуда и пришло сущее наказание для астрономов - 60-ричное представление времени и угловых единиц. В 1 часе - 60 минут (а не 100!!!), в 1 градусе - 60 минут, вся сфера - 360 градусов (не 1000!). Помимо этого именно вавилоняне выделили на небесной сфере зодиак:

Небесная сфера - воображаемая вспомогательная сфера произвольного радиуса, на которую проецируются небесные светила: служит для решения различных астрометрических задач. За центр небесной сферы, как правило, принимают глаз наблюдателя. Для находящегося на поверхности Земли наблюдателя вращение небесной сферы воспроизводит суточное движение светил на небе.

Вавилоняне знали 7 "планет" - Солнце, Луну, Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Вероятно, именно они ввели семидневную неделю - каждый день такой недели был посвящён определённому небесному светилу. Также вавилоняне научились предсказывать затмения, чем замечательно пользовались жрецы, увеличивая веру простого люда в свои якобы сверхестественные способности.

Что есть на небе?

Прежде всего, давайте определим наш "Вселенский адрес" (действует для россиян):

• государство: Россия
• планета: Земля
• система: Солнечная
• галактика: Млечный путь
• группа: Местная группа
• скопление: сверхскопление Девы
• Метагалатика
• Наша Вселенная

Что означают все эти красивые слова?

Солнечная система

Мы с вами живём на одной из восьми больших планет, вращающихся вокруг Солнца. Солнце - это звезда, то есть, достаточно большое небесное тело, в котором идут термоядерные реакции (где получается оооочень много энергии).

Планета - это небесное тело сферической формы (достаточно массивное, чтобы под действием силы тяжести принимать такую форму), на котором этих самых реакций не происходит. Больших планет всего восемь:

1. Меркурий
2. Венера
3. Земля
4. Юпитер
5. Сатурн
6. Нептун

У некоторых планет (точнее, у всех, кроме Меркурия и Венеры) есть спутники - маленькие "планетки", двигающиеся вокруг большой планеты. У Земли таким спутником является Луна, чья красивая поверхность изображена на первом рисунке.

Ещё в Солнечной системе есть карликовые планеты - небольшое тело практически сферической формы, не являющееся спутником большой планеты и не умеющее "расчищать" свой путь в Солнечной Системе (из-за недостатка массы). На данный момент известно 5 карликовых планет, одна из которых, Плутон , более 70 лет считалась большой планетой:

1. Плутон
2. Церера
3. Хаумеа
4. Макемаке
5. Эрида

Также в Солнечной системе есть совсем небольшие небесные тела, по составу похожие на планеты, - астероиды . Главным образом они распределены в главном поясе астероидов, между Марсом и Юпитером.

И, конечно, есть кометы - "хвостатые звёзды", предвестники неудачи, как считали древние. Они состоят, в основном, изо льда и имеют большой и красивый хвост. Одна из таких комет, комета Хейла-Боппа (в честь Хейла и Боппа названная), которую многие жители Земли могли наблюдать в 1997 году на небе.

Млечный путь

Но наша Солнечная система - одна из многих других планетных систем в галактике Млечный Путь (или Milky Way). Галактика - это большое число звёзд и других тел, вращающихся вокруг общего центра масс под действием гравитации (компьютерная модель Галактики представлена на рисунке слева). Размер галактики по сравнению с нашей Солнечной Системой поистине огромен - порядка 100 000 световых лет. То есть, обычному свету, двигающемуся с самой большой скоростью во Вселенной, понадобится сто тысяч (!!!) лет, чтобы пролететь с одного края Галактики на другой. Это зачаровывает - смотря на небо, на звёзды, мы смотрим глубоко в прошлое - ведь доходящий сейчас до нас свет зародился задолго до появления человечества, а от ряда звёзд - и задолго до появления Земли.

Сам Млечный Путь напоминает спираль с "тарелкой" по центру. Роль "рукавов" спирали выполняют скопления звёзд. Всего в Галактике от 200 до 400 миллиардов (!) звёзд. Естественно, наша Галактика также не одинока во Вселенной. Она входит в состав так называемой Местной группы, но об этом - в следующий раз!

Полезные задачи по астрономии

1. Оцените, чего больше - звёзд в Галактике или комаров на Земле?
2. Оцените, сколько звёзд в Галактике приходится на одного человека?
3. Почему ночью темно?

Космос – безвоздушное пространство – не имеет ни начала, ни конца. В бескрайней космической пустоте то тут, то там поодиночке и группами расположены звёзды. Небольшие группы из десятков, сотен или тысяч звёзд называются звёздными скоплениями. Они входят в состав гигантских (из миллионов и миллиардов звёзд) сверхскоплений звёзд, называемых галактиками. В нашей Галактике около 200 миллиардов звёзд. Галактики – крохотные звёздные островки в бескрайнем океане космоса, называемого Вселенной.

Всё звёздное небо условно разделено астрономами на 88 участков – созвездий, имеющих определённые границы. Все космические тела, видимые внутри границ данного созвездия, входят в это созвездие. На самом деле звёзды в созвездиях ничем не связаны ни между собой, ни с Землёй, ни тем более с людьми на Земле. Просто мы их видим на данном участке неба. Есть созвездия, названные именами животных, предметов и людей. Нужно знать очертания и уметь находить на небе созвездия: Большую и Малую Медведицу, Кассиопею, Ориона, Лиру, Орла, Лебедя, Льва. Самая яркая звезда на звёздном небе – Сириус.

Все явления в природе происходят в пространстве. Видимое вокруг нас пространство на поверхности Земли называется горизонтом. Границу видимого пространства, где небо как бы соприкасается с поверхностью земли, называют линией горизонта. Если подняться на вышку или гору, горизонт расширится. Если двигаться вперёд, то линия горизонта будет удаляться от нас. Достичь линии горизонта невозможно. На ровном, открытом со всех сторон месте линия горизонта имеет форму окружности. Различают 4 основные стороны горизонта: север, юг, восток и запад. Между ними находятся промежуточные стороны горизонта: северо-восток, юго-восток, юго-запад и северо-запад. На схемах принято север обозначать вверху. Число, которое показывает, во сколько раз уменьшены (увеличены) настоящие расстояния на чертеже, называют масштабом. Масштаб используется при построении плана и карты. План местности составляют в крупном масштабе, а карты – в мелком.

Ориентироваться – это значит знать своё местоположение относительно известных предметов, уметь определять направление пути по известным сторонам горизонта. В полдень Солнце находится над точкой юга, а полуденная тень от предметов направлена на север. По Солнцу можно ориентироваться только в ясную погоду. Компас – прибор для определения сторон горизонта. По компасу можно определять стороны горизонта в любую погоду, и днём и ночью. Основная часть компаса – намагниченная стрелка. Когда её не поддерживает предохранитель, стрелка всегда располагается вдоль линии север-юг. Стороны горизонта можно определять и по местным признакам: по отдельно стоящим деревьям, по муравейникам, пням. Чтобы правильно сориентироваться, нужно обязательно использовать несколько местных признаков.

По созвездию Большой Медведицы легко найти Полярную звезду. Полярная – тусклая звезда. Она всегда находится над северной стороной горизонта и никогда не заходит за горизонт. По Полярной звезде ночью можно определить стороны горизонта: если встать лицом к Полярной звезде, то впереди будет север, позади юг, справа восток, а слева запад.

Звёзды – это огромные раскалённые газовые шары. В ясную безлунную ночь невооружённому глазу доступно для наблюдений 3 000 звёзд. Это самые близкие, самые горячие и самые большие звёзды. Они подобны Солнцу, но находятся от нас в миллионы и миллиарды раз дальше Солнца. Поэтому мы их видим как светящиеся точки. Можно сказать, что звёзды – это далёкие солнца. Запущенная с Земли современная ракета может долететь до ближайшей звезды только через сотни тысяч лет. Другие звёзды находятся от нас ещё дальше. В астрономические приборы – телескопы – можно наблюдать миллионы звёзд. Телескоп собирает свет космических тел и увеличивает их видимые размеры. В телескоп можно увидеть слабые, невидимые невооружённым глазом звёзды, но даже в самый мощный телескоп любые звёзды выглядят как светящиеся точки, только ярче.

Звёзды не одинаковы по размерам: одни в десятки раз больше Солнца, другие в сотни раз меньше него. И температура звёзд тоже различна. От температуры внешних слоёв звезды зависит её цвет. Самые холодные – красные звёзды, самые горячие – голубые. Чем горячее и больше звезда, тем ярче она светит.

Солнце – огромный раскалённый газовый шар. Солнце в 109 раз больше Земли по диаметру и в 333 000 раз больше Земли по массе. Внутри Солнца могло бы поместиться более 1 миллиона земных шаров. Солнце – самая близкая к нам звезда, она обладает средней величиной и средней температурой. Солнце – жёлтая звезда. Солнце светит потому, что внутри него происходят атомные реакции. Температура на поверхности Солнца 6 000 ° С. При такой температуре все вещества находятся в особом газообразном состоянии. С глубиной температура растёт и в центре Солнца, там, где происходят атомные реакции, достигает 15 000 000 °С. Астрономы и физики изучают Солнце и другие звёзды, чтобы люди на Земле смогли построить атомные реакторы, способные обеспечить энергией все энергетические потребности человечества.

Раскалённое вещество излучает свет и тепло. Свет распространяется со скоростью около 300 000 км/с. От Солнца до Земли свет летит 8 минут 19 секунд. Свет распространяется прямолинейно от любого светящегося предмета. Большинство окружающих тел не излучает собственного света. Мы их видим потому, что на них падает свет от светящихся тел. Поэтому говорят, что они светят отражённым светом.

Солнце имеет большое значение для жизни на Земле. Солнце освещает и согревает Землю и другие планеты так же, как костёр освещает и согревает сидящих вокруг него людей. Если бы Солнце погасло, то Земля погрузилась бы в темноту. От сильнейшего холода погибли бы растения и животные. Солнечные лучи нагревают земную поверхность неодинаково. Чем выше Солнце над горизонтом, тем сильнее нагревается поверхность, тем выше температура воздуха. Наиболее высокое положение Солнца наблюдается на экваторе. От экватора к полюсам высота Солнца уменьшается, уменьшается и поступление тепла. Вокруг полюсов Земли льды никогда не тают, там вечная мерзлота.

Земля, на которой мы живём, – огромный шар, но заметить это трудно. Поэтому долгое время считалось, что Земля плоская, а сверху покрыта, как колпаком, твёрдым и прозрачным небесным сводом. В дальнейшем люди получили много доказательств шарообразности Земли. Уменьшенную модель Земли называют глобусом. Глобус изображает форму Земли и её поверхность. Если перенести изображение поверхности Земли с глобуса на карту и условно разделить её на два полушария, то получится карта полушарий.

Земля во много раз меньше Солнца. Диаметр Земли около 12 750 км. Земля обращается вокруг Солнца на расстоянии около 150 000 000 км. Каждый оборот называется годом. В году 12 месяцев: январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь и декабрь. В каждом месяце по 30 или 31 суток (в феврале 28 или 29 суток). Всего в году 365 целых суток и ещё несколько часов.

Раньше считалось, что вокруг Земли движется маленькое Солнце. Польский астроном Николай Коперник утверждал, что Земля движется вокруг Солнца. Джордано Бруно – итальянский учёный, который поддерживал идею Коперника, за что был сожжён инквизиторами.

Земля вращается с запада на восток вокруг воображаемой линии – оси, а нам с поверхности кажется, что Солнце, Луна и звёзды движутся по небу с востока на запад. Звёздное небо вращается как единое целое, при этом звёзды сохраняют своё положение относительно друг друга. 1 оборот звёздное небо совершает за то же время, за какое Земля совершает 1 оборот вокруг оси.

На стороне, освещённой Солнцем, - день, а на стороне, которая находится в тени – ночь. Вращаясь, Земля подставляет солнечным лучам то одну сторону, то другую. Так происходит смена дня и ночи. 1 оборот вокруг своей оси Земля совершает за 1 сутки. Сутки продолжаются 24 часа. Час делится на 60 минут. Минута делится на 60 секунд. День – светлое время суток, ночь – тёмное время суток. День с ночью составляют сутки («день да ночь – сутки прочь»).

Точки, в которых ось выходит на поверхность Земли, называются полюсами. Их два – северный и южный. Экватор – это воображаемая линия, которая проходит на равном расстоянии от полюсов, и делит земной шар на северное и южное полушария. Длина экватора 40 000 км.

Ось вращения Земли наклонена к земной орбите. Из-за этого высота Солнца над горизонтом и продолжительность дня и ночи в одной и той же местности Земли меняется в течение года. Чем выше Солнце над горизонтом, тем дольше длится день. С 22 декабря до 22 июня высота Солнца в полдень высота увеличивается, продолжительность дня увеличивается, затем высота Солнца уменьшается, и день становится короче. Поэтому в году выделили 4 сезона (времени года): лето – жаркое, с короткими ночами и продолжительными днями, и Солнцем, высоко поднимающимся над горизонтом; зиму – холодную, с короткими днями и продолжительными ночами, с Солнцем, низко поднимающимся над горизонтом; весну – это переходный сезон от зимы к лету; осень – это переходный сезон от лета к зиме. В каждом сезоне по 3 месяца: лето – июнь, июль, август; осень – сентябрь, октябрь, ноябрь; зима – декабрь, январь, февраль; весна – март, апрель, май. Когда в северном полушарии Земли лето, в южном полушарии зима. И наоборот.

Вокруг Солнца по орбитам движутся 8 огромных шарообразных тел. Одни из них больше Земли, другие меньше. Но все они гораздо меньше Солнца и не излучают собственного света. Это планеты. Земля – одна из планет. Планеты светят отражённым солнечным светом, поэтому мы можем видеть их на небе. Планеты движутся на разных расстояниях от Солнца. Планеты расположены от Солнца в таком порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Самая большая планета – Юпитер – в 11 раз больше Земли по диаметру и в 318 раз по массе. Самая маленькая из больших планет – Меркурий – в 3 раза меньше Земли по диаметру.

Чем ближе планета к Солнцу, тем жарче на ней, а чем дальше от Солнца, тем на ней холоднее. В полдень поверхность Меркурия нагревается до +400 °С. Самая далёкая из больших планет - Нептун - охлаждён до -200 °С.

Чем ближе планета к Солнцу, тем короче её орбита, тем быстрее планета обходит Солнце. Земля совершает 1 оборот вокруг Солнца за 1 год или 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд. Для удобства календаря через каждые 3 «простых» года по 365 суток включён 1 «високосный» год в 366 суток. На Меркурии год длится всего 88 земных суток. На Нептуне 1 год длится 165 лет. Все планеты вращаются вокруг своих осей, одни быстрее, другие – медленнее.

Вокруг больших планет обращаются их спутники. Спутники похожи на планеты, но значительно меньше их по массе и размерам.

У Земли есть только 1 спутник – Луна. На небе размеры Луны и Солнца примерно одинаковы, хотя Солнце по диаметру в 400 раз больше Луны. Это происходит оттого, что Луна находится в 400 раз ближе к Земле, чем Солнце. Луна не излучает собственного света. Мы её видим потому, что она светит отражённым солнечным светом. Если бы Солнце погасло, погасла бы и Луна. Луна обращается вокруг Земли так же, как Земля обращается вокруг Солнца. Луна участвует в суточном движении звёздного неба, одновременно медленно перемещаясь из одного созвездия в другое. Луна меняет свой вид на небе (фазы) от одного новолуния к другому новолунию за 29,5 суток в зависимости от того, как её освещает Солнце. Луна вращается вокруг своей оси, поэтому на Луне тоже происходит смена дня и ночи. Однако сутки на Луне продолжаются не 24 часа, как на Земле, а 29,5 земных суток. Две недели на Луне длится день, и две недели длится ночь. Каменный лунный шар с солнечной стороны раскаляется до +170 °С.

От Земли до Луны 384 000 км. Луна – самое близкое к Земле космическое тело. Луна в 4 раза меньше Земли по диаметру и в 81 раз меньше по массе. Луна совершает 1 оборот вокруг Земли за 27 земных суток. Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной. Другую сторону мы с Земли никогда не видим. Но при помощи автоматических станций удалось сфотографировать и обратную сторону Луны. По Луне ездили луноходы. Первый человек, который ступил на лунную поверхность – американец Нил Армстронг (в 1969 г.).

Луна – естественный спутник Земли. «Естественный» - означает созданный природой. В 1957 г. в нашей стране был запущен первый искусственный спутник Земли. «Искусственный» - означает изготовленный людьми. Сегодня вокруг Земли летает несколько тысяч искусственных спутников. Они движутся по орбитам на разных расстояниях от Земли. Спутники нужны для предсказания погоды, составления точных географических карт, контроля передвижения льдов в океанах, для военной разведки, для передачи телевизионных программ, они осуществляют сотовую связь мобильных телефонов.

В телескоп на Луне видны горы, равнины – т.н. лунные моря и кратеры. Кратеры – это ямы, которые образуются от падения на Луну больших и маленьких метеоритов. На Луне нет ни воды, ни воздуха. Поэтому там нет и жизни.

У Марса два крохотных спутника. Больше всего спутников у Юпитера – 63. У Меркурия и Венеры нет спутников.

17. Между орбитами Марса и Юпитера вокруг Солнца движется несколько сотен тысяч астероидов, железо-каменных глыб. Диаметр самого крупного астероида около 1 000 км, а самого мелкого из известных – около 500 метров.

Издалека от самых границ Солнечной системы время от времени к Солнцу приближаются огромные кометы (хвостатые светила). Ядра комет – это ледяные глыбы затвердевших газов, в которые вмёрзли твёрдые частицы и камни. Чем ближе к Солнцу, тем теплее. Поэтому когда комета приближается к Солнцу, её ядро начинает испаряться. Хвост кометы – это поток газов и пылинок. Хвост кометы увеличивается, когда комета приближается к Солнцу, и уменьшается, когда комета удаляется от Солнца. Со временем кометы распадаются. В космосе носится множество обломков комет и астероидов. Иногда они падают на Землю. Обломки астероидов и комет, упавшие на Землю или другую планету, называют метеоритами.

Внутри Солнечной системы вокруг Солнца обращается множество мелких камешков и пылинок величиной с булавочную головку – метеорных тел. Врываясь в атмосферу Земли на высокой скорости, они раскаляются от трения о воздух и сгорают высоко в небе, а людям кажется, будто с неба упала звезда. Это явление называется метеором.

Солнце и все космические тела, обращающиеся вокруг него, - планеты со своими спутниками, астероиды, кометы, метеорные тела – образуют Солнечную систему. Другие звёзды не входят в Солнечную систему.

Солнце, Земля, Луна и звёзды – космические тела. Космические тела очень разнообразны: от маленькой песчинки до огромного Солнца. Астрономия – наука о космических телах. Для их изучения строят большие телескопы, организуют полёты космонавтов вокруг Земли и на Луну, посылают в космос автоматические аппараты.

Наука о космических полётах и об исследовании космоса с помощью космических аппаратов называется космонавтикой. Юрий Гагарин – первый космонавт планеты Земля. Он первым облетел земной шар (за 108 минут) на космическом корабле «Восток» (12 апреля 1961 г.). Алексей Леонов – первый человек, который вышел в скафандре из космического корабля в открытый космос (1965 г.). Валентина Терешкова – первая женщина в космосе (1963 г.). Но прежде чем в космос полетел человек, учёные запускали животных – обезьян и собак. Первое живое существо в космосе – собака Лайка (1961 г.).

Из моря информации, в котором мы тонем, кроме саморазрушенья есть еще один выход. Эксперты с достаточно широким кругозором могут создавать обновляемые конспекты или сводки, в которых кратко суммируются основные факты из той или иной области. Представляем попытку Сергея Попова сделать такой свод важнейшей информации по астрофизике.

С. Попов. Фото И. Яровой

Вопреки расхожему мнению, школьное преподавание астрономии не было на высоте и в СССР. Официально предмет стоял в программе, но в реальности астрономия преподавалась далеко не во всех школах. Часто, даже если уроки проводились, учителя использовали их для дополнительных занятий по своим профильным предметам (в основном физике). И уж совсем в единичных случаях преподавание было достаточно качественным, чтобы успеть сформировать у школьников адекватную картину мира. Кроме того, астрофизика является одной из самых бурно развивающихся наук на протяжении последних десятилетий, т.е. знания по астрофизике, которые взрослые получили в школе 30-40 лет назад, существенно устарели. Добавим, что теперь астрономии в школах почти совсем нет. В итоге в массе своей люди имеют довольно смутное представление о том, как устроен мир в масштабе, большем, чем орбиты планет Солнечной системы.

Спиральная галактика NGC 4414

Скопление галактик в созвездии волосы вероники

Планета у звезды Фомальгаут

В такой ситуации, мне кажется, было бы разумно сделать «Очень краткий курс астрономии». То есть выделить ключевые факты, формирующие основы современной астрономической картины мира. Разумеется, разные специалисты могут выбрать слегка различающиеся наборы основных понятий и явлений. Но это и хорошо, если будет существовать несколько хороших версий. Важно, чтобы всё можно было бы изложить за одну лекцию или уместить в одну небольшую статью. А дальше те, кому интересно, смогут расширить и углубить познания.

Я поставил перед собой задачу сделать набор важнейших понятий и фактов по астрофизике, который уместился бы на одну стандартную страницу А4 (примерно 3000 знаков с пробелами). При этом, разумеется, предполагается, что человек знает, что Земля крутится вокруг Солнца, понимает, почему происходят затмения и смена времен года. То есть совсем «детские» факты в список не входят.

Область звездообразования NGC 3603

Планетарная туманность NGC 6543

Остаток сверхновой Кассиопея А

Практика показала, что всё, что попало в список, можно изложить примерно за часовую лекцию (или за пару уроков в школе с учетом ответов на вопросы). Безусловно, за час-полтора нельзя сформировать устойчивую картину устройства мира. Однако первый шаг надо сделать, и здесь должен помочь такой «этюд крупными мазками», в котором схвачены все основные моменты, раскрывающие базовые свойства строения Вселенной.

Все изображения получены космическим телескопом «Хаббл» и взяты с сайтов http://heritage.stsci.edu и http://hubble.nasa.gov

1. Солнце - рядовая звезда (одна из примерно 200-400 миллиардов) на окраине нашей Галактики - системы из звезд и их остатков, межзвездного газа, пыли и темного вещества. Расстояния между звездами в Галактике обычно составляет несколько световых лет.

2. Солнечная система простирается за орбиту Плутона и заканчивается там, где гравитационное влияние Солнца сравнивается с влиянием близких звезд.

3. Звезды продолжают образовываться в наши дни из межзвездного газа и пыли. В течение своей жизни и по ее окончании звезды сбрасывают часть своего вещества, обогащенного синтезированными элементами, в межзвездное пространство. Так в наши дни изменяется химический состав вселенной.

4. Солнце эволюционирует. Его возраст менее 5 миллиардов лет. Примерно через 5 миллиардов лет закончится водород в его ядре. Солнце превратится в красного гиганта, а затем — в белый карлик. Массивные звезды в конце жизни взрываются, оставляя нейтронную звезду или черную дыру.

5. Наша Галактика - одна из многих подобных систем. В видимой части вселенной около 100 миллиардов крупных галактик. Они окружены небольшими спутниками. Размер галактики около 100 000 световых лет. До ближайшей крупной галактики около 2.5 миллионов световых лет.

6. Планеты существуют не только вокруг Солнца, но и вокруг других звезд, их называют экзопланеты. Планетные системы не похожи друг на друга. Сейчас мы знаем более 1000 экзопланет. По всей видимости, многие звезды имеет планеты, но лишь малая часть может быть пригодна для жизни.

7. Мир, как мы его знаем, имеет конечный возраст - чуть менее 14 миллиардов лет. Вначале материя была в очень плотном и горячем состоянии. Частиц обычного вещества (протоны, нейтроны, электроны) не существовало. Вселенная расширяется, эволюционирует. В ходе расширения из плотного горячего состояния вселенная остывала и становилась менее плотной, появились обычные частицы. Затем возникли звезды, галактики.

8. Из-за конечности скорости света и конечного возраста наблюдаемой вселенной нам доступна для наблюдений лишь конечная область пространства, но на этой границе физический мир не заканчивается. На больших расстояниях из-за конечности скорости света мы видим объекты такими, какими они были в далеком прошлом.

9. Большинство химических элементов, с которыми мы сталкиваемся в жизни (и из которых состоим), возникли в звездах в течение их жизни в результате термоядерных реакций, или на последних стадиях жизни массивных звезд - во взрывах сверхновых. До образования звезд обычное вещество в основном существовало в виде водорода (самый распространенный элемент) и гелия.

10. Обычное вещество вносит вклад в полную плотность вселенной лишь порядка несколько процентов. Около четверти плотности вселенной связано с темным веществом. Оно состоит из частиц, слабо взаимодействующих друг с другом и с обычным веществом. Мы пока наблюдаем лишь гравитационное действие темного вещества. Около 70 процентов плотности вселенной связано с темной энергией. Из-за нее расширение вселенной идет все быстрее. Природа темной энергии неясна.