Наблюдение - основа астрономии

Наблюдения - основа 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).

все небесные тела находятся от нас на одинаковом расстоянии?
Земля неподвижна и находится в центре Вселенной?
все светила вращаются вокруг Земли?
размеры Солнца и Луны одинаковы ?

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)

Древний Египет, наблюдая за звездой Сотис (Сириус) определили начало разлива Нила, установили продолжительность года в 4240г до н.э. в 365 дней.

Система горизонтальных координат

Чтобы отыскать на небе светило, надо указать в какой стороне горизонта и как высоко оно находится.
Для этого используется горизонтальная система координат: азимут и высота. Наблюдатель на Земле должен определить вертикальное и горизонтальное направления.
Вертикальное направление определяется с помощью отвеса (на чертеже - линия ZZ’)
Высота (h) светила отсчитывается по окружности, проходящей через зенит и светило, и выражается длиной дуги этой окружности.от горизонта.
Азимут (A) - положение светила относительно сторон горизонта, отсчитывается от точки юга в направлении движения часовой стрелки.

S
точка юга

N
точка севера

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, астролябия, 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.

Персидская астролябия XVIII века

Прибор для определения широты, один из старейших астрономи-ческих инструментов.

 Использовался для определения положения светил над горизонтом. Это две скрещенные линейки с углубленными на концах одной из них стержнями – визирами. 
Эта линейка перемещалась вдоль делений относительно глаза наблюдателя, и по ее положению можно было судить о высоте светила и угле между направлениями на две звезды. 
Астрономический посох использовал Гиппарх для измерения небесных координат.

Астрономический посох

Телескопы

Телескоп - прибор для наблюдения небесных тел, приема и анализа приходящего от них излучения.
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.

Телескопы

Делятся на оптические- и радиотелескопы.

Радиотелескоп РТФ-32Обсерватория «Зеленчукская», Северный Кавказ

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).

Оптические телескопы

Рефлектор (reflecto–отражаю)- используется вогнутое зеркало, фокусирующее лучи. В 1668г первый зеркальный телескоп изобрел И. Ньютон (1643-1727, Англия) диаметр зеркала 2,5см при 41х 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 24м).

Оптические телескопы

Зеркально – линзовый. Б.В. Шмидтаю (1879-11935, Эстония) построен в 1930 году, диаметр обектива 44 см. Большой светосилы, с большим полем зрения , перед сферическим зрением находится корректирующая пластина.
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).

Телескопы

В астрономии расстояние между небесными телами измеряют углом → угловое расстояние: градусы – 5о,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 ~ 0,5о= 30'.
· В телескоп мы предельно видим: (разрешающая способность) α= 14"/D [D – диаметр объектива телескопа в см.] 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 D2 ) объектива. Е=(D/dхр)2, где dхр- 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 >500х 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). 

Реши задачу.

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]

Проверь себя.

Решение:
  α= 14"/600 ≈ 0,023"[при α= 1" спичечная коробка видна на расстоянии 10км].
  Е=(D/dхр)2=(6000/5)2= 1202=14400[во столько раз собирает больше света, чем глаз наблюдателя]
 W=F/f=2400/5=480

Радиотелескопы

Радиотелескопы- преимущества: в любую погоду и время суток можно вести наблюдение объектов, недоступные для оптических. Представляют собой чашу (подобие локатора). 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.

Радиотелескопы

Первый радиоастроном Гроут Ребер ( США) весной 1939г на первом в мире изготовленном им возле своего дома в Чикаго радиолокаторе с 9,1-метровой параболической чашей с фокусным расстоянием 6м, поймал волны, идущие из глубин космического пространства на волне 1,85м, а в 1940г установил, что радиоизлучение идет от всей полосы Млечного Пути. Родилась радиоастрономия. В 1944г Г. Ребер опубликовал первую радиокарту неба на λ=62,5см. В 1944году открыто радиоизлучение Солнца. (Проникает к Земле излучение оптическое (видимый свет), радио и инфракрасные). Первый радиотелескоп для исследования космического пространства построен в 1945г, а с 1946г во многих обсерваториях мира началась установка радиотелескопов для приема радиоизлучения небесных объектов.

Радиотелескопы

В СССР первый радиотелескоп был изготовлен в 1945г. Основателями радиоастрономии в нашей стране были В.В. Виткевич и С.Э. Хайкин. Сейчас у нас один из крупнейших неподвижных радиотелескопов “РАТАН - 600”. В специальной Астрофизической обсерватории АН РФ, установлен в 1967г состоит из 895отдельных зеркал размером 2х7,4м и установленных замкнутым кольцом диаметром 588м. Одновременно может наблюдать 3 участка неба в диапазоне от 8мм до 30см.
Самый крупный из не подвижных радиотелескопов Аресибо, чаша диаметром 305м (кратер вулкана, остров Пуэрто-Рико) введен в строй в 1963г. С него и было 16 ноября 1974г передано первое радио послание землян другим цивилизациям.

Радиотелескопы

Из подвижных, самые крупные с диаметром чаши 100м: Грин-Бенк, Западная Верджиния, США; Боннский институт радиоастрономии, Эффельсберг, Германия.
В Крыму (Евпатория диаметром 70м) один из трех в мире с самым мощным передатчиком.
Если несколько радиотелескопов объединить, и заставить работать синхронно, то получается работа в режиме интерферометра.
Первый космический радиоинтерферометр с базой 13тыс. км – июль – август 1979г (10м радиотелескоп на орбитальной станции “Салют - 6” и 70м телескоп (под Евпаторией)).
В 1994г в США начал действовать ВЛБА состоящий из 10 антенн (радиотелескопов по 25м)размещенных от центральных регионов Тихого океана до Карибского бассейна с базой в 8000 км. Работают при строгой синхронизации в режиме интерферометра. Разрешающая способность в1000 раз выше лучших оптических. (Предшественник VLA-Большая Антенная Система был построен в 1980г, штат Нью-Мехико) и состоял из 27 подвижных 25 метровых чаш).

https://naked-science.ru/article/top/10-largest-telescopes