ДОНЕЦКАЯ НАРОДНАЯ РЕСПУБЛИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

Государственное профессиональное образовательное учреждение

         «Донецкий политехнический колледж»

 

Хафизова С.Н.

 

Астрономия

 

(семантические конспекты)

 

учебное  пособие                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Донецк

                                                                                           2019г.

Хафизова С.Н. Астрономия. Семантические конспекты: Учебное пособие. - Донецк: ГПОУ «Донецкий политехнический колледж», 2019. – 55 с. с ил.

 

Разработчик: Хафизова С.Н., преподаватель физики ГПОУ «Донецкий политехнический колледж», специалист высшей категории 

 

 

Предлагаемое учебно-методическое пособие полностью охватывает содержание курса астрономии 11 класса в соответствии с примерной основной образовательной программой по учебному предмету «Астрономия. 11 кл.», рекомендованной Министерством образования и науки Донецкой Народной Республики (приказ № 1133 от 15.08.2019г.) для общеобразовательных организаций.

В пособии конспективно рассмотрены основные проблемы астрономии, как науки в историческом плане. Приведены основные астрономические определения, рассмотрены различные подходы в определении времени. Представлены основные закономерности видимого движения Солнца и планет, сформулированы законы Кеплера. 

Анализируются методы астрономических наблюдений и исследований, в том числе с помощью космических аппаратов. Рассмотрены этапы формирования Солнечной системы, Солнца, планет и малых тел; проанализировано влияние солнечной активности на Землю. 

Дана классификация звезд и их планетных систем. Представлены современные взгляды астрофизики на эволюцию звезд и Галактик. Рассмотрены проблемы космологии, происхождения и развития Вселенной, вопросы существования других Вселенных и вероятность жизни на других планетах.

 

 

Рецензенты: 

Лепеха С.Н., преподаватель физики высшей квалификационной категории ГПОУ

«Донецкий электрометаллургический техникум»;

                    Орлова И.С., методист ГПОУ «Донецкий политехнический колледж»

 

 

Учебное пособие рассмотрено и одобрено на заседании РУМО преподавателей физики (протокол № 1 от 07.10.2019)

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Астрономия, как наука, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем, выступая в качестве учебного предмета в школе, вносит существенный вклад в систему знаний об окружающем мире. Она раскрывает роль науки в экономическом и культурном развитии общества, способствует формированию современного научного мировоззрения. Для решения задач формирования основ научного мировоззрения, развития интеллектуальных способностей и познавательных интересов школьников в процессе изучения астрономии основное внимание следует уделять не передаче суммы готовых знаний, а знакомству с методами научного познания окружающего мира, постановке проблем, требующих от учащихся самостоятельной деятельности по их разрешению. Гуманитарное значение астрономии, как составной части общего образования, состоит в том, что она вооружает обучающегося научным методом познания, позволяющим получать объективные знания об окружающем мире. 

Астрономия является одной из древнейших наук, она возникла на основе практических потребностей человека и развивалась вместе с ними. Элементарные астрономические сведения были известны уже тысячи лет назад в Вавилоне, Египте, Китае и применялись народами этих стран для измерения времени и ориентировки по сторонам горизонта.

И в наше время астрономия используется для определения точного времени и географических координат (в навигации, авиации, космонавтике, геодезии, картографии). Астрономия помогает исследованию и освоению космического пространства, развитию космонавтики и изучению нашей планеты из космоса. Но этим далеко не исчерпываются решаемые задачи.

Наша Земля является частью Вселенной. Луна и Солнце вызывают на ней приливы и отливы. Солнечное излучение и его изменения влияют на процессы в земной атмосфере и на жизнедеятельность организмов. Механизмы влияния различных космических тел на Землю также изучает астрономия.

Современная астрономия тесно связана с математикой, физикой, биологией, химией, географией, геологией и космонавтикой, поскольку знания, накопленные астрономией, используются для практических нужд человечества. Используя достижения других наук, она в свою очередь обогащает их, стимулирует их развитие, выдвигая перед ними все новые задачи. Изучая астрономию, необходимо обращать внимание на то, какие сведения являются достоверными фактами, а какие - научными предположениями, которые со временем могут измениться.

Астрономия изучает в космосе вещество в таких состояниях и масштабах, какие неосуществимы в лабораториях, и этим расширяет физическую картину мира, наши представления о материи. Все это важно для развития диалектико-материалистического представления о природе. Вычисляя наступление затмений Солнца и Луны, появление комет, показывая возможность естественнонаучного объяснения происхождения и эволюции Земли и других небесных тел, астрономия подтверждает, что предела человеческому познанию нет.

В прошлом веке один из философов-идеалистов, доказывая ограниченность человеческого познания, утверждал, что, хотя люди и сумели измерить расстояния до некоторых светил, они никогда не смогут определить химический состав звезд. Однако вскоре был открыт спектральный анализ, и астрономы не только установили химический состав атмосфер звезд, но и определили их температуру. Несостоятельным оказались и многие другие попытки указать границы человеческого познания. Так, ученые сначала теоретически оценили температуру лунной поверхности, затем измерили ее с Земли при помощи термоэлемента и радиометодов, потом эти данные были подтверждены приборами автоматических станций, созданных и посланных людьми на Луну.

Курс астрономии в программе среднего общего образования структурно состоит из разделов: введение, основы практической астрономии, Солнечная система, Солнце и звезды, строение и эволюция Вселенной. 

 

 

 

 

 

 

 

С о д е р ж а н и е 1. Астрономия как наука.  История развития астрономии, ее отрясли  

                   1.1. Астрономия - фундаментальная наука                                                                                     6

                   1.2. История развития астрономии                                                                                                 7

                   1.3. Связь астрономии с другими науками                                                                                       8

                   1.4. Астрономия и астрология                                                                                                          8

                   1.5. Значение астрономии для формирования мировоззрения человека                                       9

2.      Небесные светила и небесная сфера   

2.1.      Небесная сфера .                                                                                                                   9 

2.2.      Небесные светила                                                                                                                 11

2.3.      Созвездия                                                                                                                               11

2.4.      Звездные величины.                                                                                                              12

                   2.5.Определение расстояний до небесных світил                                                                           12

3.      Астрономия и определение времени.  Типы календарей  

3.1.      Небесные координаты                                                                                                         13

3.2.      Астрономия и определение времени                                                                                     14

3.3.      Типы календарей                                                                                                                   15

4.      Видимое движение Солнца. Видимые движения планет.  Законы 

4.1.      Солнце и его значение для Солнечной системы                                                                16

4.2.      Атмосфера и «поверхность» Солнца                                                                                  16

4.3.      Видимое движение Солнца                                                                                                    17

4.4.      Видимые движения планет                                                                                                   18 4.5. Законы Кеплера                                                                                                          19

5.      Методы астрономических  наблюдений.  Исследования планет с помощью космических аппаратов

5.1.      Излучения небесных светил                                                                                                   20

5.2.      Методы астрономических наблюдений                                                                            20

5.3.      Принцип действия и устройство оптического телескопа и радіотелескопа             20

5.4.      Исследования космических объектов с помощью автоматических межпланетных 

                   cтанций                                                                                                                                                 21

6.      Малые тела Солнечной системы - астероиды, кометы, метеориты 

6.1.      Астероиды                                                                                                                             23

6.2.      Кометы                                                                                                                                    24

6.3.      Болиды и метеориты                                                                                                             25

7.      Этапы формирования Солнечной системы 

7.1.      Солнечная система                                                                                                               26

7.2.      Приблизительные размеры планет относительно друг друга и Солнца                        27

7.3.      Этапы формирования планетной системы                                                                        28

7.4.      Образования астероидов и комет                                                                                        30

7.5.      Земля в начале истории                                                                                                       30

8.      Проявления солнечной активности и их влияние на Землю

8.1.      Солнечная активность                                                                                                        31 

8.2.      История изучения солнечной активности                                                                          31

8.3.      Солнечные пятна                                                                                                                  32

8.4.      Влияние солнечной активности на Землю                                                                           32

9.      Звезды. Планетные системы других звезд  

9.1.      Звезды и их классификация                                                                                                    34

9.2.      Двойные звезды                                                                                                                       36 

9.3.      Физические переменные звезды                                                                                          37

9.4.      Планетные системы других звезд                                                                                        38

10.  Эволюция звезд. Черные дыры

10.1.  Эволюция звезд                                                                                                                      39

10.2.  Нейтронные звезды                                                                                                                40

10.3.  Черные дыры                                                                                                                           41 

11.  Строение Галактики. Звездные скопления и ассоциации. Туманности 

11.1.  Млечный Путь                                                                                                                         42 

11.2.  Строение Галактики                                                                                                             43

11.3.  Звездные скопления и ассоциации                                                                                      45

11.4.  Туманности                                                                                                                           46

12.  Мир галактик. Квазары. Проблемы космологии 

12.1.  Мир галактик                                                                                                                          47 

12.2.  Квазары                                                                                                                                  48

12.3.  Масштабы Вселенной           48 12.4. Проблемы космологии           49

13.  Происхождение и развитие Вселенной 

13.1.  Вселенная                                                                                                                               50

13.2.  Звездные миры                                                                                                                       50

13.3.  Общие представления о строении Вселенной                                                                  51

14.  Вероятность жизни на других планетах. Вопрос существования других вселенных.

14.1.  О поиске жизни вне Земли                                                                                                  52

14.2.  О вероятности существования жизни на других планетах                                          54

14.3.  Человек во Вселенной                                                                                                             55

14.4.  Антропный принцип                                                                                                               56

14.5.  Уникальность нашей Вселенной                                                                                         57

14.6.  Проблема существование других вселенных                                                                     57

        Алфавитный указатель                                                                                                                            59

        Практическая часть                                                                                                                                 60

        Литература                                                                                                                                                  68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Астрономия - фундаментальная наука.

История развития астрономии, ее отрасли

 

1.1. Астрономия - фундаментальная наука

Астрономия (от греч. "астрон" - "звезда", "номос" - "закон") - наука о небесних светилах, о законах их движения, строения и развития, а также о строении и развитии Вселенной в целом.

Астрономия изучает всю совокупность небесных светил:

-  Солнце, планеты и их спутники, кометы и метеоритные тела;

-  звезды, звездные скопления, туманности, галактики;

-  вещество и поля, которые заполняют пространство между светилами.

Астрономия включает в себя более десяти отдельных направлений (астрометрию, небесную механику, астрофизику, звездную астрономию, физическую космологию), в каждом из которых используются присущие только ему методы исследований, типы инструментов, понятийный апарат. 

Астрометрия - раздел астрономии, связанный с определением точного положения и движения небесных тел, изучением методов измерения времени.  

Небесная механика - изучает движение небесных тел под воздействием силы притяжения и условия равновесия небесных тел под действием сил гравитации и вращения.

Астрофизика - изучает физическую природу, химический состав и внутреннее строение  Солнца, планет, комет , звёзд и туманностей, а также исследует вопрос об источниках энергии, излучаемой Солнцем и звездами.

Звездная астрономия - изучает строение и развитие нашей звездной системы - Галактики по имени "Млечный Путь".  

Физическая космология - исследует строение и эволюцию Вселенной в крупнейших масштабах, рассматривает вопрос о создании и развитии систем небесных тел, в частности, нашей Галактики и Солнечной системы.

В каждой из этих дисциплин используются только ей присущие методы исследований, типы инструментов, понятийный аппарат.

Основа астрономии - наблюдения. Этим астрономия существенно отличается от других естественных наук (физики, химии), в основе которых лежит эксперимент.

Например, изучая потоки электромагнитных волн от небесных светил, астрономы смогли определить расстояния до этих объектов, исследовать физические условия в их недрах, установить химический состав их атмосфер, выяснить внутреннее строение, начертить пути их эволюции на протяжении миллиардов лет. 

 1) Астрономические наблюдения в большинстве случаев пассивны по отноОсобенности

астрономических шению к изучаемым объектам. Мы не можем активно влиять на небесные тела, наблюдений ставить опыты (за исключением редких случаев), как это делают в физике, био логии, химии. Лишь использование космических аппаратов дало в этом отноше-

 

нии некоторые возможности. Кроме того, многие небесные явления протекают столь медленно, что наблюдения их требуют громадных сроков; так, например, изменение наклона земной оси к плоскости ее орбиты становится заметным лишь по истечении сотен лет. Поэтому для нас не потеряли своего значения некоторые наблюдения производившиеся в Вавилоне и в Китае тысячи лет назад, хотя они и были, по современным понятиям, очень неточными.

) Мы наблюдаем положение небесных тел и их движение с Земли, которая сама находится в движении. Поэтому вид неба для земного наблюдателя зависит не только от того, в каком месте Земли он находится, но и от того, в какое время суток и года он наблюдает. Например, когда у нас зимний день, в Южной Америке летняя ночь, и наобоuрот. Есть звезды, видимые лишь летом или зимой.всю совокупность законов, идей и методов теоретической физики, разработанных за последние триста лет;

) Все светила находятся от нас очень далеко, так далеко, что ни на глаз, ни в телескоп нельзя решить, какое из них ближе, какое дальше. Все они кажутся нам одинаково далекими. Поэтому при наблюдениях обычно выполняют угловые измерения и уже по ним часто делают выводы о линейных расстояниях и размерах тел. . 1) мощную светоприемную технику, то есть телескопы с самыми разнообраз-

Современная ас-ными дополнительными приборами и светорегистрирующими приспособлетрономия  

использует: ниями;

2)  всю совокупность законов, идей и методов теоретической физики, разрабо 

танных за последние триста лет;

3)  весь сложный и разнообразный математический аппарат в сочетании с возможностями современной вычислительной техники.

1.2. История развития астрономии.

Астрономия - одна из древнейших наук, истоки которой относятся к каменному веку (VI-III тысячелетия до н. э.). Основными занятиями многих народов в древности были скотоводство и земледелие. В Египте, Вавилонии, Индии и других государствах земледелие и скотоводство регулировались такими сезонными явлениями природы, как разливы больших рек, наступление периода дождей, смена теплой и холодной погоды и т. д. Люди знали, что смена дня и ночи обусловлена восходом и заходом Солнца. Давние наблюдения неба привели также и к открытию связи между сменой времен года и такими небесными явлениями, как изменение полуденной высоты Солнца в течение года, появление в одно и то же время года на небе с наступлением темноты одних и тех же ярких звезд.

Существуют, по крайней мере, три причины, которые способствовали зарождению и развитию

астрономи.

1.        Практические потребности людей

^-   наблюдение за сменой фаз Луны при чередование темных безлунных и светлых  лунных ночей для первобытных охотничьих племен;

^-   наблюдения за высотой Солнца над горизонтом в течение года для составления

_{зарождения} Причины календарей земледельцев Междуречья, Египта, Китая; и развития - наблюдение за направлением движения Солнца восток-запад и расположением астронмии: ярких звезд в ночи для ориентации на местности.

 

2.        Астрологические предсказания

-   желания людей иметь астрологические предсказания о своем буду- щем;

-   наблюдение за движением планет, комет и метеоритных тел, как "выразителями воли богов" для предсказания хода событий на земле.

3.        Потребности человека в объяснении происхождения и развития окружающего мира

-                осмыслить истинное положение Земли и человека во Вселенной;

-                познать законы, согласно которым движутся небесные тела и которые определяют их рождение, дальнейшее развитие строение.

Свой вклад в современную астрономию сделали сотни ученых многих стран, в частности:

-                Клавдий Птолемей (около 150 г. н. э.) разработал геоцентричну модель мира, которую использовали почти 1500 лет;

-                Николай Коперник (1473-1543) "сдвинул Землю, остановив Солнце", автор гелиоцентрической системы мира;

-                Иоганн Кеплер (1571-1630) на основании двадцатилетних наблюдений датского астронома Тихо

Браге (1546-1601) установил законы движения планет;

-                Галилео Галилей (1564-1642), построив первый телескоп и направив его в небо, открыл четыре спутника Юпитера, фазы Венеры и многое другое;

-                Исаак Ньютон (1643-1727), обобщив законы Кеплера о движении планет, открыл закон всемирного тяготения и заложил основы небесной механики;

-                Уильям Гершель (1738-1822) создал модель нашей Галактики - огромной, но конечных размеров системы звезд;

-                Йозеф Фраунгофер (1787-1826) впервые использовал спектральный анализ в астрономии;  - Эдвин Хаббл (1889-1953) доказал, что за пределами нашей Галактики есть бесчисленное множество других таких же звездных систем и что этот мир галактик расширяется;

-                Альберт Эйнштейн (1879-1955) создал теорию относительности, которая стала фундаментом космологии.

Современная астрономия, оставаясь фундаментальной наукой, имеет огромное прикладное зна-

чение и непосредственно связана с научно-техническим прогрессом. 

 

1.3. Связь астрономии с другими науками.

Современная астрономия тесно связана с математикой, физикой, биологией, химией, философией, географией и космонавтикой, историей и обществоведением. Используя достижения этих наук, она, в свою очередь, обогащает их, стимулирует развитие, выдвигая перед ними все новые задачи.

Взаимодействие астрономии и физики продолжает оказывать влияние на развитие других наук, технологии, энергетики и различных отраслей народного хозяйства. 

Астрономию и химию связывают вопросы исследования происхождения и распространенности химических элементов и их изотопов в космосе, химическая эволюция Вселенной.

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.

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. 

Связь астрономии с историей и обществоведением обусловлена влиянием астрономических знаний на мировоззрение людей и развитие науки, техники, сельского хозяйства, экономики и культуры.

Связь астрономии с 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". 

1.4. Астрономия и астрология.

В отличие от астрономии и астрофизики, астрология не занимается исследованиями реальных физических взаимодействий космических и земных процессов. 

Астрология (греч. αστρον - звезда, λογος - учение) система утверждений о непосредственной связи между расположением и движением небесных тел и явлениями общественной жизни или жизни индивида.

Сначала астрология в значительной мере способствовала развитию астрономии (для составления гороскопов необходимо было в определенное время точно знать положение светил и планет). Но вскоре после открытия Коперником гелиоцентрической системы астрология была вычеркнута из учебных программ университетов, безвозвратно отделена и сейчас развивается самостоятельно. Научные круги большинства европейских стран отказывают астрологии в статусе науки. 

 

1.5. Практическое и идеологическое значение астрономи.

Астрономия и ее методы имеют большое значение в жизни современного общества. Вопросы, связанные с измерением времени и обеспечением человечества знанием точного времени, решаются теперь специальными лабораториями - службами времени, организованными, как правило, при астрономических учреждениях. Астрономические методы ориентировки наряду с другими по-прежнему широко применяются в мореплавании и в авиации, а в последние годы - и в космонавтике. Вычисление и составление календаря, который широко применяется в народном хозяйстве, также основаны на астрономических знаниях.

Составление географических и топографических карт, вычисление наступлений морских приливов и отливов, определение силы тяжести в различных точках земной поверхности с целью обнаружения залежей полезных ископаемых - все это в своей основе имеет астрономические методы.

Исследования процессов, происходящих на различных небесных телах, позволяют астрономам изучать материю в таких ее состояниях, какие еще не достигнуты в земных лабораторных условиях. Поэтому астрономия, и в частности астрофизика, тесно связанная с физикой, химией, математикой, способствует развитию последних, а они, как известно, являются основой всей современной техники. Достаточно сказать, что вопрос о роли внутриатомной энергии впервые был поставлен астрофизиками, а величайшее достижение современной техники - создание искусственных небесных тел (спутников, космических станций, кораблей) вообще было бы немыслимо без астрономических знаний. 

Астрономия, изучая небесные явления, исследуя природу, строение и развитие небесных тел, доказывает материальность Вселенной, ее естественное, закономерное развитие во времени и пространстве без вмешательства каких бы то ни было сверхъестественных сил.

 

2.              Небесные светила и небесная сфера. Созвездия. Звездные величины.

Определение расстояний до небесных светил.

2.1. Небесная сфера 

Представление о небесной сфере возникло в глубокой древности. В основу его легло впечатление о существовании куполообразного небосклона, связаное с тем, что в результате огромной удаленности небесных светил человеческий глаз не в состоянии оценить отличия в расстояниях до них, и они представляются одинаково отдаленными. У древних народов это ассоциировалось с наличием реальной сферы, что ограничивает весь мир и несет на своей поверхности звезды, Луну и Солнце. Таким образом, в их представлении небесная сфера была важнейшим элементом Вселенной. 

Размышляя над строением Вселенной, философ Аристотель (384-322 гг. до н. э.) утверждал: "Вселенная - совершененна, а потому сферическая, ибо сфера - единственная совершенная фигура". Согласно его расчетам, радиус Вселенной, то есть расстояние до сферы звезд, должно быть в девять раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца, а Земля, по его представлениям, занимает центральное положение во Вселенной, ведь "все тяжелые тела следуют к центру Земли, а поскольку любое тело следует к центру Вселенной, то Земля должна находиться неподвижно в этом центре". Правда, другой греческий философ Демокрит (460-370 гг. до н. э.), а позже – итальянский ученый Галилео Галилей доказывали обратное: Вселенная - безгранична, звезды находятся на разных расстояниях от Земли, но эта разница в расстояниях на глаз не воспринимается, потому и кажется, что звезды находятся на внутренней поверхности некоторой сферы. 

Сегодня понятие небесной сферы оказалось очень удобным при изучении видимих движений светил и определении их взаимных расположений на небе.

Небесная сфера – воображаемая сфера произвольного радиуса, в центре которой находиться наблюдатель и на которую спроектированы все светила так, как он видит их в определенный момент времени из определенной точки пространства. 

Для земного наблюдателя считается, что небесная сфера вращается вокруг Земли. На самом деле являются результатом вращения Земли вокруг своей оси.

Радиус небесной сферы можно считать каким угодно: с целью упрощения геомет-ричних соотношений его считают равным единице. 

В зависимости от решаемой задачи центр небесной сферы может быть расположен:

-   в месте на поверхности Земли, где находится наблюдатель (топоцентрическая небесная сфера);

-   в центре Земли (геоцентрическая небесная сфера);

-   в центре той или иной планеты (планетоцентрическая небесная сфера);

-   в центре Солнца (гелиоцентрическая небесная сфера);

-   в любой другой точке пространства, в которой находится наблюдатель (реальный или гипотетический).

Небесную сферу можно представить в виде огромного глобуса (произвольного радиуса), похожего на глобус Земли, но он рассматривается изнутри. Центр небесной сферы совпадает с глазом каждого отдельного наблюдателя. Как и на земном глобусе, на небесной сфере можно нарисовать воображаемые линии и определенные точки, что позволяет ввести систему небесных координат. 

Для изучения взаимного расположения и видимых движений светил на небесной сфере выбирают ту или иную систему небесных координат, что определяется основными точками и линиями (рис. 1). Последние обычно являются большими кругами небесной сферы. Каждый большой круг сферы имеет два полюса, которые определяются на ней концами диаметра, перпендикулярного к плоскости этого круга.

На рис. 1  Z - зенит, Z' - надир, Р, Р' - полюса мира, РР' - ось мира, W -запад, E - восток. 

Рис.1

Определение основних точек и линий небесной сферы начинают с установления вертикального направления с помощью отвеса. Отвесная линия (линия отвеса) пересекается с небесной сферой в двух точках, которые называются зенит и надир.

Зенит - верхняя точка пересечения отвесной линии с небесной сферой, надир – нижняя точка (противоположная зениту).

Большая окружность, которая проходит через светило, точку надира, точку зенита, называется вертикальным кругом или вертикалом.

Через центр небесной сферы перпендикулярно к отвесной линии проведем горизонтальную плоскость. Большой круг (окружность), по котрому горизонтальная плоскость пересекается с небесной сферой, называется математическим или истинным горизонтом.

Небесная сфера вращается вокруг линии, называемой осью мира. Точки пересечения оси мира с небесной сферой называются полюсами мира. 

Полюс, относительно которого небесная сфера вращается против часовой стрелки (для наблюдателя, находящегося в центре сферы), называют Северным полюсом мира, противоположный ему – Южным полюсом мира. В наше время Северный полюс мира находится вблизи Полярной звезды.

Большой круг, плоскость которого перпендикулярна оси мира, называют небесным екватором. Небесный экватор делит небесную сферу на северное и южное полушария.

С горизонтом небесный экватор пересекается в двух точках: в точке востока E и в точке запада W. Большой круг, проходящий через полюсы мира и зенит, называют небесным меридианом. Небесный меридиан пересекается с горизонтом в двух точках: в точке севера N и в точке юга S.  

Прямую линию SN, соединяющую точки юга и севера, называют полуденной линией. Небесный меридиан делит небесную сферу на два полушария – восточное и западное. Большой круг, приходящий через полюсы мира и через светило М, называют кругом склонений.

Большой круг, по которому центр диска Солнца осуществляет свой видимый годичный путь по небесной сфере, называется эклиптикой. Явление прохождения светила через небесный меридиан называют кульминацией.

 

2.2. Небесные светила.

Звездное небо впечатляет человека своим изящным совершенством, непостижимой красотой и таинственностью. Недаром древние греки дали звездной Вселенной название космос, что означает убранство, украшение. В свое время Н. Коперник высказался с восторгом: "...Что может быть прекраснее чем небосвод, который вмещает в себе все прекрасное?" Размышляя над строением звездной Вселенной, древнегреческий философ Аристотель (384 – 322 гг.до н.э.) утверждал: «Вселенная – совершенна, а потому сферична, ибо сфера – единственно совершенная фигура».

Первое впечатление от наблюдения звездного неба - это несметное количество звезд и хаотичность их расположения на небосводе. На самом же деле звезд, которые можно увидеть невооруженным глазом, на всем небе Земли около 6 000.

2.3. Созвездия.

Видимое взаимное расположение звезд на небе изменяется крайне медленно. Без точных измерений заметить его на протяжении сотен и даже тысяч лет невозможно. Это обстоятельство позволило еще в незапамятные времена нарисовать по самым ярким звездам характерные "звездные узоры" - созвездия.

Большинство их названий, которые используются и сегодня - это наследство от древних греков. Так, в сочинении "Альмагест" Птолемея перечислены 48 созвездий. Новые созвездия появились после первых путешествий в южное полушарие Земли во время больших географических странствий XVIXVII вв., а также после изобретения телескопа.

В начале XX в. насчитывалось 108 созвездий. Но на конгрессе Международного Астрономического Союза в 1922 г. их количество было уменьшено до 88. Тогда же были установлены и новые существующие до сих пор границы созвездий.

Созвездие – это определенный участок звездного неба с четко очерченными границами, охватывающий все принадлежащие ему светила и имееющий собственное название. 

В некоторых созвездиях выделяют меньшие группы звезд, например, Плеяды и Гиады в созвездии Тельца, Ковш в созвездии Большой Медведицы.

Наряду с общепринятыми в астрономии для отдельных созвездий употребляют и народные названия. Так, в Украине Большая Медведица - это "Великий Віз ", Малая Медведица - "Малий Віз", Пояс Ориона - "Косарі", звездное скопление Плеяды - "Стожари". 

О каждом существе, которое древние люди представляли в узоре конкретной группы звезд и именем которой называли это созвездие, была сложена определенная легенда. Например: сын греческого бога морей Посейдона, Орион, был храбрым и умелым охотником. Не было зверя, которого он не мог бы подстрелить. Разгневанная богиня охоты Артемида, хранительница зверей, подослала к Ориону ядовитого Скорпиона, от укуса которого он погиб. Зевс, главный в пантеоне греческих богов, забрал на небо и Ориона, превратив его в зимнее созвездие, и Скорпиона, поместив его на летнем небе, чтобы тот никогда не догнал Ориона. 

Обозначения и названия звезд. В прошлом астрономы прошлого довольствовались тем, что определяли положение отдельных звезд по рисунку существа, которое они "видели" в узоре той или иной их группы (например, звезда Сердце Скорпиона).

Впоследствии самые яркие звезды получили собственные названия (их насчитывается 275). Из них только 15 % - греческие названия и 5 % - латинские, а 80 % - это арабские названия. Название ближней к нам звезды Проксима переводится с греческого как "ближайшая".

Почти 500 лет назад звезды в каждом созвездии были обозначены буквами греческого алфавита (альфа), (бета), (гамма) и т. д. по мере уменьшения их яркости. Правда, в отдельных случаях порядок обозначений «перепутан» и иногда буквы для болем ярких и менее ярких звезд переставлены. Например, в созвездии Близнецов ярчайшая звезда Поллукс обозначена буквой , тогда как менее яркая – Кастор – буквой .

Для звезд, яркость которых меняется со временем, введенные обозначения буквами латинского алфавита: R, S…Z. Если в созвездии переменных звезд больше, чем 334 (столько комбинаций можно образовать из одной и двух букв), то такие переменные звезды обозначают так: V335, 336... (например, V335 Лебедя).

Отдельные звезды названы именами ученых, которые их изучали. Например, есть звезда Барнарда, которая находится в созвездии Змееносца. Она интересна тем, что за 180 лет смещается на небе на величину диаметра Луны. Есть звезда Тихо Браге - остаток вспышки Сверхновой звезды 1572 г., которую изучал известный астроном Тихо Браге.

Название нашей звезды - Солнце - происходит от индоевропейского корня "сау" - "светить".

2.4. Звездные величины.

Понятие звездной величины было введено еще античными астрономами, которые разделяли все доступные невооруженному глазу объекты неба на шесть величин. Самые яркие звезды относили к первой величины, наиболее темные – к шестой. Считалось, что звезды данной величины вдвое ярче, чем звезды следующей величины. 

Классифицируя звезды по их блеску Гиппарх ввел понятие видимой звездной величины. Самые яркие звезды он выделил в группу звезд 1-й величины, менее яркие - в группу звезд 2-й величины, а еле заметные - звезд 6-й величины. Со временем звездные величины стали обозначать буквой m, которая становится как показатель степени справа сверху возле цифры, указывающей на ее числовое значение (например, 1^m ). Таким образом, вместо того, чтобы говорить об освещенности, создаваемой звездой, астрономы говорят: «блеск звезды равен m звездным величинам».

Видимая звездная величина - это безразмерная астрономическая величина, которая характеризует видимый блеск и яркость небесного тела с точки зрения земного наблюдателя.

Чем ярче объект, тем меньше числовое значение его звездной величины. Поэтому звездные величины растут в направлении до отрицательных значений.

2.5. Определение расстояний до небесных светил.

То, что расстояние до Луны равно 60 радиусам Земли, по продолжительности ее прохождения сквозь тень Земли при полном лунном затмении установил еще греческий ученый Гиппарх около 150 г. до н.э. 

Расстояния до планет Солнечной системы удалось определить лишь в XVII в. путем измерения горизонтального параллакса.  

Горизонтальный параллакс – угол (Р0) между направлением на светило из какой-нибудь точки земной поверхности СМ (рис. 2) и направлением DM на него же из центра Земли О.

 

Расстояния до близких звезд определяют с помощью измерения их годичного параллакса.

Годичный параллакс звезды – угол , угол, под которым со звезды был бы виден средний радиус земной орбиты

(рис. 3). 

Впервые надежные годичные параллаксы были измерены в середине XIX в. В настоящее время их точные величины известны почти для 100 000 звезд. Используя их, астрономы  разработали около десяти других методов определения расстояний до болем удаленных  объектов.

Поскольку расстояния между астрономическими объектами очень большие, то пользоваться привычными единицами длины (метр, километр) неудобно. Поэтому в астрономии используют особые единицы для измерения расстояний: астрономическая единица, парсек  и световой год.

1 а.е. = 149 600 000 км

1 пк = 206 265 а.е. 1 пк = 3,086 1013км

1 кпк = 1 000 пк 1 Мпк = 1 000 000 пк

1 св.г. =  9,46 1012 км

Астрономическая единица (а. е.) – расстояние, равное среднему расстоянию Земли от Солнца.  

Парсек (пк) – (от слов «параллакс» и «секунда») расстояние, с котрого средний радиус земной орбиты видно под углом 1" (секунда дуги)

Часто в астрономии используют производные единицы: килопарсек (кпк) и мегапарсек (Мпк).

Световой год (св. г.) – расстояние, которое свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/с, проходит за один год.  

 

3.  Астрономия и определение времени.

Типы календарей. Небесные координаты.

3.1. Небесные координаты.

 Положение светила на небесной сфере (как и на поверхности Земли) пределяется двумя координатами. В астрономии разработано несколько систем небесных координат. Самые известные из них – горизонтальная, первая и вторая экваториальные системы координат. 

 В горизонтальной системе небесных координат используют азимут А светила М и его высоту над горизонтом h (рисунок 4). Основной плоскостью в этой системе является плоскость горизонта, а началом отсчета – точка юга S.

 

Высота светила над горизонтом, h, - это угловое расстояние от истинного горизонта, измеряемое по вертикалу светила (аналог широты). Высота светила может изменяться в пределах от -90^o до 90^o. Отрицательная высота означает, что светило находится под горизонтом. Пример: высота зенита равна 90^o.

 

Азимут А - это угловое расстояние от точки юга S до пересечения вертикала светила с горизонтом, отсчитываемое вдоль горизонта по часовой стрелке. Азимут может принимать значения от 0^o до 360^o

В первой экваториальной системе координат используют Часовой угол светила t, склонение светила  (рисунок 5). Основной плоскостью в этой системе является плоскость небесного экватора, а началом отсчета – самая высокая его точка Q.

 

Склонение светила, - это угловое расстояние от небесного экватора до светила, отсчитываемое по кругу склонения. Склонение изменяется в пределах от -90^o до 90^o.

Часовой угол, t, - это дуга небесного экватора между небесным меридианом и кругом склонения светила. Отсчитывается от точки Q по часовой стрелке. Изменяется в пределах от 0 до 360 в градусной мере или от 0^h до 24^h в часовой мере (360^oсоответствует 24^h,

1^h - 15^o, 1^m - 15', 1^s - 15"). 

Координаты звезд в горизонтальной и первой экваториальной системах координат изменяются из-за суточного вращения Земли, так как в них начало отсчета привязано к вращающейся Земле (точка юга S и точка Q лежат на небесном меридиане). Значит, для того, чтобы координаты звезд не изменялись из-за суточного вращения, необходимо выбрать точку отсчета, неподвижную относительно звезд и участвующую в суточном вращении. 

В качестве такой точки отсчета была выбрана точка весеннего равноденствия, и система координат, в которой звезды не изменяют свои координаты из-за суточного вращения, называется второй экваториальной системой координат.

Большой круг небесной сферы, по которому в течение года кажущимся образом перемещается центр Солнца вследствие годичного обращения Земли вокруг Солнца, называется эклиптикой. Эклиптика наклонена к экватору под углом 23⁰26^, . 

Точки пересечения эклиптики с экватором называются точками равноденствий. Та точка, в которой Солнце переходит из южной части небесной сферы в северную, называется точкой весеннего равноденствия, а противоположная - точкой осеннего равноденствия  .

 

Во второй экваториальной системе координат основной плоскостью, как и в первой, является плоскость небесного экватора, а началом отсчета - точка весеннего равноденствия (рис. 6). 

Первой координатой также является склонение . Второй координатой, прямым восхождением , является дуга небесного экватора от точки весеннего равноденствия до круга склонения светила, отсчитываемая против часовой стрелки. 

Как и часовой угол, прямое восхождение измеряется в часовой мере.

В зависимости от выбранного центра (начала) различают системы отсчета:

-    топографическую (центр находится в положении наблюдателя);

-    геоцентрическую (центр масс Земли); 

-    барицентрическую или гелиоцентрическую (барицентр солнечной системы);  - галактоцентричную (центр галактики); и т. д. 

На небесной сфере можно фиксировать видимое угловое расстояние между небесными светилами,

изучать видимое перемещение проекций небесных Рис. 7 светил, не зная их размещения в пространстве.

3.2. Астрономия и определение времени.

Элементарные астрономические сведения уже тысячи лет назад народы Вавилона, Египта, Китая и применяли для измерения времени. В наше время астрономию используют для определения точного времени и географических координат (в навигации, авиации, космонавтике, геодезии, картографии). 

Периодическое вращения небесной сферы, повторение явлений востока и запада светил и их кульминаций дали людям естественную единицу счета времени - сутки.  В зависимости от того, что взято за ориентир на небе, отличают солнечные и звездные сутки.

 

 

 

Солнечные сутки – продолжительность обращения Земли вокруг Солнца - 24 часа солнечного времени.

Для измерения коротких промежутков времени в астрономии основной единицей является средняя продолжительность солнечных суток

Средняя продолжительность солнечных суток – средний промежуток времени между двумя верхними (или нижними) кульминациями центра Солнца.

Среднее значение приходится использовать, поскольку в течение года продолжительность солнечных суток несколько колеблется, так как Земля вращается вокруг Солнца не по окружности, а по эллипсу и скорость ее движения при этом немного меняется. 

Для установления точного времени удобнее и точнее определять моменты кульминации звезд, потому что разница моментов кульминации любой звезды и Солнца точно известна для любого времени. Поэтому, чтобы определить точное время, с помощью специальных оптических приборов фиксируют моменты кульминаций звезд и проверяют по ним правильность хода часов. 

Определенное таким способом время был бы абсолютно точным, если бы наблюдаемое вращения небосвода происходило с постоянной угловой скоростью. Однако скорость вращения Земли вокруг оси, а следовательно, и видимое вращение небесной сферы, испытывает со временем очень небольшие изменения. Поэтому для "хранения" точного времени сейчас используют специальные атомные часы, ход которого контролируется колебательными процессами в атомах, происходящие с постоянной частотой. Часы некоторых обсерваторий сверяют по сигналам атомного времени. Сравнение времени, которое определяется по атомным часам и по видимому движению звезд, позволяет исследовать неравномерности вращения Земли.

Определять точное время, хранить его и передавать средствами СМИ всему населению - обязанность службы точного времени, что существует во многих странах. 

Сигналы точного времени принимают штурманы морского и воздушного флота, много научных и производственных организаций. Знать точное время нужно, в частности, и для определения географической долготы различных пунктов земной поверхности.

3.3. Типы календарей.

Календарем принято называть определенную систему счета больших промежетков времени с разделением их на отдельные периоды – годы, месяцы, недели, дни.

Календа́рь (лат. calendarium — долговая книжка: в Древнем Риме должники платили проценты в день календ, первых чисел месяца)-система счисления больших промежутков времени, основанная на периодичности движения небесных тел: Солнца — в солнечных календарях, Луны — в лунных календарях и одновременно Солнца и Луны в лунно-солнечных календарях. 

В лунном календаре год состоит из 12 календарных месяцев. В древности счет дней в новом месяце начинали с первого появления узкого серпа Луны на вечернем небе; продолжительность же календарного месяца сопоставляли с изменениями фаз Луны. Лунный календарь используют в странах, где исповедуется ислам.

Для согласования продолжительности солнечного и лунного года использовались лунносолнечные календари. В настоящее время официально используется лишь в Израиле. На основе этого календаря вычисляют даты христианской Паски и связанных с ней других праздников (Вознесения, Троицы). В прошлом же, по всем данным, это был наиболее используемый календарь.

В солнечных календарях за основу исчисления времени принято изменение времен года, а на смену фаз Луны внимания не обращают. Солнечный год длится 365 солнечных дней 5 часов 48 минут 46 секунд. Он практически несоизмерим с сутками и с продолжительностью лунного месяца - периодом смены лунных фаз (около 29,5 суток). 

Такие условия удовлетворял календарь, созданный александрийским астрономом Созигеном и введенный в 46 г. до н. э. в Риме Юлием Цезарем. Впоследствии он получил название юлианского, или календаря старого стиля.В этом календаре трижды подряд годы содержат по 365 суток и называются простыми, следующий за ними год - 366 суток. Он называется високосным. Високосными годами в юлианском календаре считаются те годы, номера которых без остатка делятся на 4. Средняя продолжительность года по такому календарю составляет 365 дней 6 часов, то есть она примерно на 11 мин длиннее истинной. Вследствие этого старый стиль отставал от действительного течения времени примерно на 3 суток за каждые 400 лет.

В настоящее время в большинстве стран мира принят гораздо более совершенный солнечный календарь, который называется григорианским. В григорианском календаре (новом стиле), который был введен в СССР в 1918 г. и еще раньше в большинстве стран, годы, заканчивающиеся двумя нулями, за исключением 1600, 2000, 2400 и т. д. (то есть тех, в которых число сотен делится на 4 без остатка), не считаются високосными. Этим и исправляют ошибку на 3 суток, что накапливается за 400 лет. Средняя продолжительность года в новом стиле очень близка к периоду обращения Земли вокруг Солнца.До XX в. разница между календарями нового и старого (юлианского) стиля достигла 13 суток. Новый стиль также не совсем точный, но погрешность в 1 сутки накопится за ним лишь в течение 3300 лет.

4.  Видимое движение Солнца. Видимые движения планет. Законы Кеплера.

4.1.  Солнце и его значение для Солнечной системы.

Одним из главных объектов современных астрономических исследований является Солнце - ближайшая к нам звезда, наше дневное светило, от которого непосредственно зависит существование жизни на Земле. Вся жизнь на Земле тесно связано с солнечной энергией. Свою зависимость от Солнца люди поняли с давних давен. Они не знали природы дневного светила, не имели представления о закономерностях явлений, которые на нем происходят, но на основе своего практического опыта понимали, что без Солнца не может быть и жизнь. Не удивительно, что они обожествляли Солнце, молились ему, приносили жертвы - Солнце было одним из самых первых и самых могущественных божеств.

Исследования Солнца - одно из центральных задач современной астрофизики. Это объясняется, с одной стороны, тесной связью, существующей между деятельностью Солнца и земными процессами, а с другой - тем обстоятельством, что Солнце - типичная звезда. Около 98 % того вещества, которое сосредоточено в различных космических объектах, приходится на звезды. Изучая Солнце - ближайшую к нам и поэтому наиболее доступную для исследования звезду, мы много узнаем о звездах вообще. Значение исследований Солнца выходит за пределы только "солнечной астрономии".

 

4.2.  Атмосфера и «поверхность» Солнца.

Наблюдателю Солнце кажется идеально круглым диском, яркость которого плавно уменьшается от центра к четко очерченному краю (рисунок 8). Этот факт позволяет ввести понятие «поверхности» Солнца. 

Солнце имеет сложное строение как внутренних, так и внешних слоев. Внешние слои Солнца – это его атмосфера, которую традиционно делят на три концентрические оболочки. Фотосфера (жерто-белого цвета) – самый низкий и самый плотный слой атмосферы, около 300 км толщиной, от которого мы получаем основной поток солнечного излучения. Толщина фотосферы составляет не более одной трехтысячной части радиуса Солнца, поэтому ее условно называют поверхностью Солнца. 

                                                                                                                                                                   Рис. 8

На фотоснимках поверхности Солнца можно увидеть тонкие детали фотосферы: кажется, что вся она усеяна мелкими яркими зернышками - гранулами, которые разделены узкими темными дорожками (Рис. 9). Гранулы свидетельствуют о том, что под фотосферой в глубинных слоях Солнца перенос энергии к поверхности осуществляется путем конвекции.

 

 

Рис. 9

 

Над фотосферой лежит следующий слой атмосферы Солнца – хромосфера, которую можна увидеть во время полного солнечного затмения в виде узкого жерто-красного кольца (Рис. 10). Толщина хромосферы – 12-15 тыс км, а температура увеличивается от 4500 К на границе с фотосферой до 100 000 К в ее верхних слоях. Солнечная хромосфера весьма неоднородна: в ней присутствуют продолговатые, похожие на языки пламени образования, так называемые спикулы. Поэтому хромосфера напоминает горящую траву.

Рис. 10

Над хромосферой находится самый протяженный слой солнечной атмосферы - солнечная корона. Корона имеет серебристо-белый цвет и простирается на высоту до нескольких солнечных радиусов. Ее температура на границе с хромосферой составляет 100 000 К и возрастает до 2 000 000К. Корона не имеет четких очертаний, ее неправильная форма изменяется с течением времени. Наиболее удаленные части короны не удерживаются притяжением Солнца, и вещество короны постоянно истекает в межпланетное пространство, формируя явление     _Рис.11  солнечного ветра.

4.3. Видимое движение Солнца.

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Это движение происходит в направлении вращения Земли вокруг ее оси, (против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса на юг). Ось Земли сохраняет неизменное направление в пространстве. Мы не чувствуем ни движения вокруг Солнца, ни движения самой Земли вокруг оси. 

Годовое движение Солнца – движение Солнца относительно звезд в направлении с запада на восток, воспринимаемое наблюдателем на «неподвижной» Земле.

Непосредственно наблюдать движение Солнца относительно звезд невозможно, так как днем звезд не видно. Но перемещение Солнца можно заметить, наблюдая на протяже нии достаточно долгого времени размещения созвездий в одно и то же время после захода Солнца (например, в полночь).

В полночь в верхней кульминации всегда находятся те звезды, прямое восхождение которых почти на 180^о отличается от прямого восхождения Солнца. В каждую следующую полночь кульминируют звезды, прямое восхождение которых примерно на 4^m(1^о) больше прямого восхождения звезд, что кульминировали в предыдущую полночь. Следовательно, и прямое восхождение α Солнца ежесуточно растет ≈ на 4^m. 

      

 

Это означает, что кроме суточного движения с востока на запад (обусловленного вращением Земли вокруг своей оси) Солнце понемногу перемещается на фоне звезд с запада на восток (навстречу суточному вращению -неба). А за год осуществляет по небесной сфере один оборот (360^o).

Плоскость, в которой Земля движется вокруг Солнца, совпадает с плоскостью видимого годового движения Солнца относительно звезд, - плоскость эклиптики. Пересечение этой плоскости с небесной сферой называется эклиптикой - большим кругом, размещенным на небесной сфере, по которому происходит видимое годовой движение Солнца. 

Прямая, проходящая через центр небесной сферы и перпендикулярная к плоскости эклиптики, называется осью эклиптики. Точки пересечения этой прямой с небесной сферой - полюса эклиптики. Полюс, размещенный в северном полушарии, - северный полюс эклиптики, противоположный – южный полюс эклиптики. Северный полюс эклиптики размещен между Полярной звездой и Вегою. 

Проводя измерения зенитного расстояния или высоты Солнца в полдень (полдень), то есть в момент верхней кульминации на одной и той же широте установлено, что склонение Солнца на протяжении года изменяется в пределах от 23^о27' к -23^о27', два раза в год проходя через ноль. Еклиптика наклонена к экватору под углом, что определяется углом между осями мира и эклиптики ε = 23^о27'. Еклиптика пересекается с небесным экватором в двух точках - точках равноденствия. Точка, в которой Солнце при своем годовом движении переходит из южного полушария в северное (с северной пули в южную) называется точкой весеннего равноденствия - 21 марта (овен) (осеннего равноденствия - 23 сентября (весы)). Точки эклиптики, наиболее удаленые от экватора, называются точками сонцесто-покаяния. Точка солнцестояния, что лежит в северном полушарии называется точкой летнего солнцестояния (22 июня), точка зимнего солнцестояния - 22 декабря.

4.4. Видимые движения планет.

По особенностям своего видимого движения на небесной сфере планеты делятся на две группы: 

-  нижние планеты (Меркурий, Венера); 

-  верхние планеты (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон). 

Движение верхних и нижних планет небесной сферой происходит по-разному. 4.4.1. Видимое движение нижних планет.

Меркурий и Венера находятся на небе в тех же созвездиях, что и Солнце, или в соседних. При этом они могут находиться как западнее, так и востонее от него, но не дальше 28 градусов (Меркурий) и 48 градусов (Венера). 

Наибольшее угловое отклонение планеты от Солнца на восток называется наибольшей восточной элонгацией (с лат. - "віддаяюся"), на запад -  наибольшей западной элонгацией. 

В случае восточной элонгации планету видно на западе в лучах вечерней зари вскоре после захода Солнца, через некоторое время она также заходит. Затем, перемещаясь в обратном направлении (с востока на запад, против видимого движения Солнца), сначала медленно, а затем все быстрее планета начинает приближаться к Солнцу, скрывается в его лучах и становится невидимой. В это время планета проходит между Землей и Солнцем и происходит ее нижнее соединение с Солнцем.

Через некоторое время после нижнего сообщения планета снова становится видимой, но уже на востоке, в лучах утренней зари, незадолго перед появлением Солнца. Далее, продолжая перемещение обратным движением, планета достигает наибольшей западной элонгации, останавливается на некоторое время и снова продолжает движение, но уже по прямой, по направлению к Солнцу. Вернувшись к Солнцу, планета вскоре исчезает в его лучах и снова становится невидимой. В это время она проходит за Солнцем, происходит ее верхнее сообщение, после которого через некоторое время она снова становится видимой на западе в лучах вечерней зарева. Далее цикл повторяется.

Итак, нижние планеты, подобно маятнику, "колеблятся" относительно Солнца. 4.4.2. Видимое движение верхних планет.

Иначе происходит видимое движение верхних планет. Когда верхнюю планету видно после захода Солнца на западном небосклоне, она перемещается среди звезд прямым движением (с запада на восток, как и Солнце). Но угловая скорость ее движения меньше, чем у Солнца. Поэтому Солнце догоняет планету, и она на некоторое время перестает быть видимой.

Потом, когда Солнце опередит планету, она становится видимой на востоке перед появлением Солнца. Скорость ее прямого движения постепенно уменьшается, планета останавливается, потом начинает движение в обратном направлении - с востока на запад по траектории, напоминающей петлю. В середине дуги своего обратного движения планета находится в созвездии, противоположном Солнцу; такое ее положение называется противостоянием.

Через некоторое время планета снова останавливается, изменяет направление своего движения на прямое, опять с запада на восток. Вскоре ее догоняет Солнце, она перестает быть видимой - и весь цикл движения начинается сначала. В середине дуги своего прямого движения, во время периода невидимости, планета находится в одном созвездии с Солнцем. Такое ее положение называется соединением с Солнцем. 

Расположение планеты на 90 градусов восточнее Солнца называется восточной квадратурой, на 90 градусов западнее - западной квадратурой. Все вышеописанные особые положения планет относительно Солнца называются конфигурациями.

Промежуток времени S между двумя последовательными одинаковыми конфигурациями планеты называется ее синодичним периодом обращения. Для Меркурия он составляет 116 суток, для Венеры - 584 суток, для Марса, Юпитера и Сатурна соответственно - 780, 399 и 378 суток.

Особенности движения планет связаны с тем, что мы наблюдаем их с Земли, которая также обращается вокруг Солнца. Петля в движении верхней планеты - это отображение движения Земли по орбите. Поэтому чем дальше планета, тем меньше размер ее петли. Ширина петли обратного движения Марса равна 15 градусов, Юпитера - 10 градусов, Сатурна - 7 градусов.

 

4.5. Законы Кеплера.

На основании изучения и анализа астрономических наблюдений Браге, Кеплер пришел к выводу, что траектория движения планет не круг, а эллипс, в фокусе которого находится Солнце - положение, известное сегодня под первым законом Кеплера.

Кеплер был первооткрывателем трех законов движения планет. Они полностью и с превосходной точностью объяснили видимую неравномерность этих движений. Вместо многочисленных надуманных эпициклов модель Кеплера включает только одну кривую - эллипс. Второй закон, открытый ученым, установил, как изменяется скорость планеты, когда она удаляется от Солнца или приближается к нему. Третий же позволяет рассчитать эту скорость и период обращения вокруг Солнца. 

Кеплеровская система основана на модели Коперника, но в ней много нового. Например, исчезли круговые движения сфер, несущих на себе планеты, было введено понятие планетной орбиты. Если у Коперника центром была Земля, а точнее - центр земной орбиты, то у Кеплера она - рядовая планета, движение которой подчинено общим трём законам. Общим же фокусом орбит планет Кепплер назвал Солнце.

 Каждая планета Солнечной системы обращается по эл-

Первый липсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.  закон    

Кеплера

Форма эллипса и степень его сходства с окружностью характеризуется отношением ес/а, где с — расстояние от центра эллипса до его фокуса (половина межфокусного расстояния), а —  большая полуось. Величина е называется эксцентриситетом эл-

липса. При с0, и, следовательно, е0эллипс превращается в  окружность.

Дальнейший анализ данных наблюдений привел ко второму закону - чем дальше планета от Солнца, тем медленнее она движется. 

Каждая планета движется в плоскости, проходящей чеВторой рез центр Солнца, причём за равные промежутки вре-

^закон     мени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, Кеплера описывает равные площади.

 

Ближайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелием, а самая дальняя от него точка – афелием.

Оба закона были описаны Кеплером в 1609 в книге "Новая астрономия". На основании законов оптики Кеплер предложил схему телескопической подзорной трубы, построенной в 1613 Кристофом Шайнером. Продолжив анализ орбиты Марса, Кеплер в 1618 открыл третий закон. Позже Исаак Ньютон математически доказал, что все законы Кеплера является следствием закона притяжения.

Третий закон     Кеплера

Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца (Т) относятся, как кубы больших полуосей орбит планет (а). Справедливо не только для планет, но и для их спутников.

a3  const T 2

 

5.  Методы астрономических  наблюдений. Исследования планет с помощью космических аппаратов.

5.1. Излучения небесных светил.

В астрономии информация, в основном, приобретается от выявления и анализа видимого света и других спектров электромагнитного излучения в космосе. 

Некоторые части спектра можно наблюдать с Земли (то есть с ее поверхности), а другие наблюдения ведутся только на больших высотах или в космосе (в космических аппаратах на орбите Земли). 

На протяжении двух или трех тысяч лет наблюдения астрономов сводились к измерения угловых расстояний между светилами и определение их координат. После того, как 1609 г. Галилео Галилей впервые взглянул на звездное небо в телескоп, возможности астрономических наблюдений выросли во много раз. Телескоп и в наше время остается главным инструментом астрономии.

Сегодня астрономия - наука всеволновая. Это означает, что небесные светила наблюдают во всех диапазонах электромагнитного спектра. Такая возможность появилась с началом космической эры, когда телескопы стали выводить за пределы земной атмосферы.

 

5.2. Методы астрономических наблюдений.

Астрономия использует обширный арсенал методов исследования. 

В наше время широкое распространение получила практика применения сразу нескольких методов исследования (например, наземные и космические наблюдения, компьютерное моделирование) в процессе изучения того или иного небесного тела.

Основным разделом астрономии, изучающим физическую природу, химический состав, происхождения и эволюции небесных объектов является астрофизика. Астрофизика начала развиваться с середины XIX века с появлением спектроскопии, а также фотографии.

Поскольку в подавляющем большинстве случаев основным источником информации о небесном

объекте является его электромагнитное излучение, то все средства астрофизических исследований.

 

Необходимость поднять телескопы как можно выше над поверхностью Земли объясняется тем, что атмосфера Земли поглощает полностью или частично электромагнитные волны различных диапазонов. 

 

На рисунке качественно показано прохождение сквозь атмосферу Земли, а также поглощения ею на соответствующих высотах, излучения разных диапазонов электромагнитного спектра.

 5.3. Принцип действия и устройство оптического телескопа и радиотелескопа.

Телескоп (от др.-греч. τῆλε – далеко, σκοπέω - смотрю) - прибор, предназначенный для наблюдения небесных светил.

Под телескопом понимается оптическая телескопическая система, применяемая для наблюдения за удаленными объектами, в том числе и астрономическими.

Первые телескопы построили в 1608 голландцы Ханс Липперсхей и Захарий Янсен. 

Телескоп представляет собой трубу (сплошную, каркасную или ферму), установленную на станке, снабженным осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр. Задняя фокальная плоскость объектива совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра. В фокальную плоскость объектива вместо окуляра может помещаться фотопленка или матричный приемник излучения. В этом случае объектив телескопа, с точки зрения оптики, является фотообъективом. Телескоп фокусируется при помощи фокусера (фокусировочного устройства). 

Существуют серверы для всех диапазонов электромагнитного спектра: проекционные телевизоры, радиотелескопы, микрофоны, гамма-серверы, детекторы нейтрино (нейтринные телескопы). Телескопами могут называться детекторы гравитационных волн. 

По своей оптической схеме большинство телескопов делятся на:

-   линзовые (рефракторы или диоптрические) - в качестве объектива используется линза или система линз.

-   зеркальные (рефлекторы или катаптрические) - в качестве объектива используется вогнутое зеркало.

-   зеркально-линзовые серверы (катадиоптрические) - в качестве объектива используется сферическое зеркало; система линз или мениск служит для компенсации аберраций. 

Для наблюдений Солнца профессиональные астрономы используют специальные солнечные модули памяти, отличающихся от традиционных звездных телескопов.

Для исследования космических объектов в радиодиапазоне применяют радиотелескопы. Основными элементами радиотелескопов являються:

-   принимающая антенна;

-   радиометр - чувствительный радиоприемник, перестраиваемый по частоте.

Антенны некоторых радиотелескопов похожи на обычные рефлекторы. Они собирают радиоволны в фокусе металлического вогнутого зеркала (иногда решетчатого, диаметром в десятки метров). Другие радиотелескопы - это движущиеся рамы, на которых параллельно друг другу закреплены металлические стержни или спирали. Поступающие радиоволны возбуждают в них электромагнитные колебания, которые после усиления попадают на чувствительную приемную радиоаппаратуру для регистрации радиоизлучения объекта. 

Радиотелескоп занимает исходное положение (найнизкочастотное) среди астрономических приборов, которые исследуют электромагнитное излучение. К радиотелескопам принадлежат также гравитационные телескопы. Более высокочастотные приборы:

Инфракрасный телескоп (диапазон теплового (инфракрасного) излучения);

Телескоп - (оптический диапазон (иногда включая инфракрасный и (или) ультрафиолетовый световой диапазон);

Рентгеновский телескоп (рентгеновский диапазон). 

Для регистрации радиоизлучения используют различные конструкции радиотелескопов, в зависимости от диапазона. В длинноволновой области (метровый диапазон; десятки и сотни мегагерц) используют серверы составленные из большого числа (десятков, сотен или тысяч), элементарных приемников. Для более коротких волн (дециметровый и сантиметровый диапазон) используют полу- или полноповоротные параболические антенны. 

Для увеличения разрешающей способности телескопов, их объединяют в интерферометры. При объединении нескольких одиночных телескопов, расположенных в разных частях земного шара, в единую сеть, говорят о радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ), что улучшает разрешающую способность всей сети. Примером такой сети может служить американская система VLBA (англ. Very Long Baseline Array).  5.4. Исследования космических объектов с помощью  автоматических межпланетных станций. Развитие космонавтики и прогресс космической техники позволил продолжить изучение космических тел не только астрономическими методами наблюдения с Земли.

Принципиально новые возможности перед астрономией открыло использование автоматических межпланетных станций.

Автоматическая межпланетная станция (АМС) - беспилотный космический летательный аппарат, предназначенный для полета к другим небесным телам с целью изучения Солнечной системы. 

Автоматические межпланетные станции позволяют проникнуть в интересующие места космоса, не задействовав при этом непосредственно физическую единицу. Человек вкладывает в летательный, полностью компьютеризированный аппарат программу действий, а сам при этом остается на Земле. 

Кроме того, немало областей Солнечной системы имеют жесткие атмосферные условия, непригодные для человеческого организма, некоторые из них расположены от нашей планеты так далеко, что не хватит одной человеческой жизни, чтобы достичь их поверхности.

АМС запускаются многоступенчатыми ракетами-носителями, которые, как правило, сначала выводят их на промежуточные околоземные орбиты, а затем предоставляют им вторую космическую скорость и выводят на межпланетные орбиты.

Исследования с помощью АМС осуществляются по трем разным схемам:

1.      Пролетный (облетний) вариант - при пролете АМС на близком расстоянии от небесного тела, причем измерения проводятся на участке максимального сближения (крат-ковременные астрофизические исследования);

2.      Вариант спутника планеты (долговременные астрофизические исследования);

3.      Вариант посадки на небесное тело (для проб грунта, атмосферы, фотометрических иследованй и т.д.). 

Два последних варианта сегодня предпочитают совмещать: АМС делает облет космического тела или выводится на орбиту его искусственного спутника, от нее отделяется отсек или спускаемый аппарат и осуществляет посадку на планету. По такой смешанной схеме уже проводились исследования Венеры, Марса. 

Для передачи АМС информации на Землю с огромных расстояний они оборудуются : 

а) солнечными батареями или радиоизотопными источниками электроэнергии; 

б) двигательными установками для коррекции траектории на межпланетных участках полета, перехода на орбиту вокруг планеты, маневрирования в околопланетном пространстве; 

в) большими параболическими антеннами диаметром 2-3 м. 

Масса АМС, в зависимости от оснащенности, варьируется от десятков килограммов до нескольких тонн.

АМС оснащаются разнообразной аппаратурой для исследования самой планеты и ее атмосферы. Состав научной аппаратуры определяется задачами, которые поставлены перед полетом. Если полет к какой-нибудь планеты происходит впервые, то измерения стремятся провести по обширной программе, основой для которой служат сведения, полученные с помощью астрономических наблюдений. При последующих полетах ставятся более узкие и конкретные задачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.  Малые тела Солнечной системы - астероиды, кометы, метеоры. Физическая природа комет

В Солнечной системе, кроме восьми больших планет, вокруг Солнца движутся еще десятки тысяч малых планет или астероидов и большое количество комет. Межпланетное пространство заполнено множеством отдельных мелких метеорных тел, которые время от времени с большой скоростью (10-70 км/с) влетают в атмосферу Земли, нагреваются в ее плотных слоях и вспыхивают, создавая эффекты «падающих звезд». В межпланетном пространстве имеется также значительное количество пыли и газа. В наше время появилось понятие космический мусор – совокупность искуственных объектов и их фрагментов, которые не функционируют в космосе, но способны повредить или даже разрушить искусственный спутник или автоматическую межпланетную станцию.

 

6.1. Астероиды.

Астероиды (или малые планеты) – тела Солнечной системы диаметром от 1 км до примерно  1000 км.

На небе малые планеты похожи на звезды, поэтому их назвали астероидами, что в переводе с древнегреческого означает "звездоподобный". Большинство астероидов с известными орбитами – это твердые каменистые тела с размерами до нескольких десятков километров.

Астероиды или малые планеты, в основном вращаются между орбитами Марса и Юпитера, а также за орбитой Плутона и невидимы невооруженным глазом. Движутся астероиды вокруг Солнца в том же направлении, что и планеты, по вытянутым эллиптическим орбитам. Некоторые из них выходят далеко за пределы пояса астероидов.

 

 

Первую малую планету открыли в 1801 г. и по традиций ее назвали одним из имен греко-римской мифологии - Церера. Вскоре были найдены и другие малые планеты, названные Палладою, Вестой и Юноной. Применяя фотографию, астрономы начали открывать более слабее астероиды. В наше время известно более 3000 астероидов.

Характеристика астероидов:

1.   Суммарная масса астероидов оценивается лишь как 0,1 массы Земли.

2.   В течение миллиардов лет время от времени астероиды сталкиваются друг с другом (ряд астероидов имеет не шарообразную, а неправильную форму). 

3.   Самый яркий астероид - Веста (не ярче от 6-й звездной величины). 

4.   Самый большой астероид – Церера (диаметр около 800 км). За орбитой Марса не виден даже в найсильнейшие телескопы. Диаметр менее известных астероидов составляет лишь около километра. 

5.   Астероиды не имеют атмосферы.  6. Как и для планет, для астероидов характерно петлеподобное перемещения на фоне звездного неба. Орбиты некоторых астероидов имеют необычно высокиее ексцентриситеты. Поэтому в перигее астероиды подходят к Солнцу ближе, чем Марс и Земля, а Икар - ближе, чем Меркурий. В 1968 г. Икар приблизился к Земле на расстояние менее 10 млн. километров, но его совсем незначительное притяжение никак не повлияло на Землю. Время от времени близко подходят к Земле Гермес, Эрот и другие малые планеты.

Новые астероиды открывают ежегодно. Первооткрыватель имеет преимущественное право выбрать название открытой им планеты. В наше время чаще астероидам присваивают имена известных ученых, героев, деятелей науки и искусства. 

 

 

 

6.2. Кометы

Кометы – самые эффектные малые тела Солнечной системы, движущиеся по сильно вытянутым орбитам. От степени вытянутости эллипса зависит период обращения кометы вокруг Солнца. В переводе с греческого «комета» буквально означает «длинноволосый».

Длительное время, вслед за Аристотелем придерживались мысли, что кометы – сгущения газов в земной атмосфере. Лишь датский астроном Тихо Браге убедительно доказал, что эти объекты находяться дальше Луны, а сподвижник Ньютона Эдмонд Галлей установил, что эти светила принадлежат Солнечной системе. В настоящее время зарегистрировано около 1100 комет.

 

Находясь в пространстве далеко от Солнца, кометы имеют вид очень слабых, размытых, светлых пятен с ядром в центре. Становятся очень яркими и образуют хвосты лишь те кометы, которые проходят сравнительно близко от Солнца. Вид кометы с Земли зависит также от расстояния до нее, углового расстояния от Солнца, света Луны и т.д. Большие кометы - туманные образования с длинным бледным хвостом - считались предвестниками всевозможных бед, войн и т. п. 

Впервые И. Ньютон вычислил орбиту кометы, наблюдая ее перемещения на фоне звезд, и убедился, что она, подобно планетам, двигалась в Солнечной системе под действием тяготения Солнца. Его современник, английский ученый Е. Галлей (1656-1742), высказал предположение, что в 1531, 1607 и 1682 гг. наблюдалась одна и та же комета, которая периодически возвращается к Солнцу, и впервые предсказал ее появление в 1758 г. В афелии комета Галлея выходит за орбиту Нептуна и через 75-76 лет снова возвращается к Земле и Солнцу. В 1986 г. комета Галлея также прошла на кратчайшем расстоянии от Солнца. На встречу с ней были направлены автоматические межпланетные станции с научной аппаратурой. Характеристика комет:

1.  Кометы принадлежит к периодическим небесным телам. В настоящее время известно много короткопериодических комет с периодами обращения от трех (комета Энке) до десяти лет, их афелии находятся возле орбиты Юпитера. Вместе с тем есть кометы, которые движутся по очень вытянутым орбитам с большими периодами обращения.

2.  Орбиты комет - очень вытянутые эллипсы; участки орбит, пролегающие внутри Солнечной системы, имеют вид параболы или гиперболы. От степени вытянутости эллипса зависит период обращения кометы вокруг Солнца.

3.  Большинство комет не имеют хвоста и видны только в телескоп. Ежегодно появляются сведения об открытии нескольких неизвестных ранее комет. В каталоги занесено около тысячи комет, которые наблюдались.

Физическая природа комет. 

-   ядро - единственная твердая часть кометы, и в нем практически сосредоточена вся ее масса. Ядро кометы состоит в основном из водяного, метанового, аммиачного льда, углекислого газа, тугоплавких частиц металлов и силикатов. На большом расстоянии от Солнца кометное ядро увидеть невозможно, так как его размеры не превышают 10-20 км, и оно отражает очень мало света.

-   по мере приближения кометы к Солнцу ядро прогревается, кометный лед начинает испаряться. Испаряющийся газ увлекает за собой пылинки, образуя вокруг ядра кому- туманную оболочку из газа и пыли, яркость которой быстро уменьшается к ее краям. Кома вместе с ядром составляют голову кометы.

Газ и пыль, которые входят в состав головы, под действием давления солнечного излучения и солнечного ветра (потока заряженных частиц, движущихся от Солнца) вещество головы кометы сдувается в сторону, противоположную Солнцу, образуя протяженный хвост кометы. Вот тогда, в сущности, комета и становится «длинноволосой». Под действием тех же сил давления, комета удаляясь от Солнца, движется хвостом вперед.

Чем ближе к Солнцу подходит комета, тем она ярче и тем больше ее хвост в результате ее облучения и интенсивного выделения газов. Чаще всего он прямой, тонкий, струящийся. В больших и ярких комет иногда наблюдается большой, изогнутый веером хвост. Некоторые хвосты достигают в длину расстояния от Земли до Солнца, а голова кометы - размеров Солнца. С удалением от Солнца вид и яркость комет изменяются в обратном порядке и комета исчезает из поля зрения, достигнув орбиты Юпитера.

-   масса комет слишком маленькая и совсем не влияет на движение планет. Планеты вызывают большие возмущения в движении комет. 

-   спектр головы и хвоста кометы показывает, что голова кометы состоит в основном из паров углерода и циана, а в состав ее хвоста входят ионизированные молекулы оксида углерода (II) (угарного газа). Спектр ядра кометы является копией солнечного спектра, т.е. ядро светится отраженным солнечным светом, поглощая и потом переизлучая солнечную энергию (это разновидность флуоресценции). На расстоянии Земли от Солнца комета не горячее, чем Земля.

-   движение газов в прямых хвостах и изломы в них вызваны взаимодействием ионизированых молекул газов хвоста с потоком частиц (корпускул), который налетает на них от Солнца и который называется солнечным ветром. Воздействие солнечного ветра на ионы кометного хвоста превышает притяжение их Солнцем в тысячи раз. Усиление коротковолновой радиации Солнца и корпускулярних потоков вызывает внезапные вспышки яркости комет.

  Плотность вещества в голове (кроме центральной ее части) и хвосте кометы очень мала. И если Земля пройдет сквозь хвост кометы, это не будет угрозой для ее биосферы. В случае столкновения Земли непосредственно с ядром кометы может произойти локальная катастрофа, масштабы которой зависят от размеров ядра, а следовательно – от массы кометы. Существует гипотеза, что Тунгусская катастрофа 1908 г. была вызвана падением на Землю небольшой кометы с диаметром ядра около 500 м. 

По традиции комете присваивают имя первооткрывателя.

6.3. Болиды и метеориты.

 Частички пыли, выделяющиеся из головы и хвоста кометы, рассеиваются вдоль ее орбиты. Если орбита кометы пересекается с земной, то частички пыли влетают в слои земной атмосферы. В зависимости от того, догоняют частички Землю или двигаются ей навстречу, их скорости при вхождении в атмосферу Земли могут составлять 11,2-72 км/с. При прохождении маломассивными частичками земной атмосферы на высоте 110-80 км они полностью разрушаются. Световое явление, которое наблюдается при этом, называется метеором.

 Когда падает сразу много метеоров, наблюдается метеорный дождь. Создается впечатление, что все метеоры разлетаются из одной точки на небе. Эта точка называется радиантом метеорного потока. Название метеорного потока связывается с тем созвездием, в котором находится радиант. 

Среди метеоров, хорошо заметных на ночном небе, есть и такие, которые не связаны с метеорными потоками. Метеорные тела или метеориды, которые их порождают, имеют индивидуальные орбиты. Это случайные, спорадические метеоры, как правило небольших размеров и масс. Метеорид, масса которого составляет десятки или сотни граммов, врываясь в атмосферу Земли порождает явление болида.

 Болид – летящий по небу огненный шар.

Болидом – (довольно редкое явление), вызвано вторжение в плотные слои атмосферы крупных твердых частиц -  метеоритных тел. 

Двигаясь в атмосфере, частица нагревается вследствие торможения, и вокруг нее образуется обширная светящаяся оболочка из раскаленных газов. Болиды часто имеют видимый угловой диаметр (их видно даже днем). От сильного сопротивления воздуха метеоритное тело нередко раскалывается  и  с  грохотом падает на Землю в виде осколков.

 Метеориты - остатки метеоритных тел, упавших на Землю.

Метеоритное тело небольших размеров иногда полностью испаряется в атмосфере Земли. В основном его масса за время полета очень уменьшается и до Земли долетают только остатки, которые обычно успевают остыть, когда космическую скорость погасило сопротивление воздуха. Иногда проходит даже метеоритный дождь. 

Во время полета метеориты оплавляются и покрываются черной корочкой. Один такой "черный камень" в Мекке, вмурованный в стену храма, является предметом религиозного поклонения. Характеристика метеоритов:

1.  Все метеориты - это члены Солнечной системы. 

2.  Метеориты - это осколки астероидов с орбитами, которые пересекают орбиту Земли. Структура некоторых метеоритов свидетельствует о том, что на них влияли высокие температуры и давления. Метеориты могли существовать в недрах разрушенной планеты или крупного астероида.

3.  Известно три вида метеоритов: каменные, железные и железо-каменные. Особенно много найдено железных метеоритов.

4.  Возраст метеоритов определяют по содержанию радиоактивных элементов и свинца. Самые старые метеориты имеют возраст 4,5 млрд. лет.

5.  Некоторые очень крупные метеориты при большой скорости падения взрываются и составляют метеоритные кратеры, которые напоминают кратеры на Месяце. Крупнейший из обнаруженных кратеров находится в Аризоне в США. Его диаметр 1200 м и глубина 200 м. Этот кратер возник около 5000 лет назад. Найдены следы еще больших и древних метеоритных кратеров.

6.  В состав метеоритов входит значительно меньше минералов, чем в земных горных породах. Это свидетельствует о примитивном

             характере метеоритного  вещества.  Однако мно-                                 

го минералов, входящих в состав метеоритов, не встречаются на Земле. Например, большинство каменных метеоритов содержит округлые зерна - хондры, химический состав которых почти такой же, как у Солнца. Это древнейшее вещество дает сведения о начальном этапе формирования планет Солнечной системы.

7.  Этапы формирования Солнечной системы.

В Солнечной системе Солнце, как самое массивное небесное тело, занимает ценральное положение.

Солнце  – центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звездакарлик.
Спектр . . . . . . . . . . . . . . . . . G2 класса Масса (М ) . . . . . . . . . . . . . . 2 . 1030 кг Радиус (R) . . . . . . . . . . . . . . 696 000 км Средняя плотность . . . . . .  1,41 . 103 кг/м3	Светимость (L) . . . . . . . . . . . . .  3,83 . 1023 кВт Эффективная температура  поверхности (фотосферы) .      5770  К Ускорение свободного падения . . . . . . . . . . . . . . . . .      274 м/с2

Период вращения (синодический) Солнца изменяется от 27 суток на экваторе до 32 суток у полюсов.

Химический состав (определенный из анализа солнечного спектра): - водовод – около 90 %,  гелий - 10 %, остальные элементы (по числу атомов) – менее 0,1 %.

Источник солнечной энергии – ядерные превращения водовода в гелий в центральной области Солнца, где температура превышает 10 млн. К. Энергия из недр переносится излучением, а затем во внешнем слое толщиной около 0,2 R – конвекцией. 

Солнце – основной источник энергии для всех процессов, совершающихся на земном шаре. Вся биосфера, жизнь существует только за счет солнечной энергии.

Масса Солнца примерно в 750 раз превышает массу всех других тел, входящих в Солнечную систему. Гравитационное притяжение Солнца является важной силой для движения всех тел Солнечной системы, которые вращаются вокруг него.

7.2. Приблизительные размеры планет относительно друг друга и Солнца

Важными элементами Солнечной системы являются планеты с их спутниками. Восемь больших планет вращаются вокруг Солнца по эллипсам (мало отличающихся от кругов) почти в одной плоскости. В порядке удаления от Солнца - это Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. и. Кроме них, в Солнечной системе множество малых планет (например, планета-карлик Плутон) и астероидов, большинство из которых движется между орбитами Марса и Юпитера. Характеристики планет и элементов их планетарных орбит представлены в таблице. Плоскость земной орбиты - эклиптику - считают основной плоскостью для отсчета наклона орбит планет и других тел, вращающихся вокруг Солнца. Расстояния в солнечной системе обычно измеряют в астрономических единицах - среднее расстояние от Земли до Солнца, что примерно равняется 150 млн.км.

Планета	Среднее расстояние от Солнца, а.е.	Угол наклона плоскости ор- биты к плоскости эклиптики, град	Период обращения вокруг Солнца,        годы	Масса,            кг	Экваториаль-   ный диаметр,    км
Меркурий Венера Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон*	0,387   0,723   1,000   1,524   5,203   9,539 19,18 30,07 39,44	7,00          3,39             -            1,85           1,31           2,49           0,77           1,77         17,15	0,24 0,62 1,00 1,88 11,86 29,46 84,02 164,79 247,70	0,33 . 1024 4,90 . 1024 5,98 . 1024 0,64 . 1024 1900,00 . 1024 568,00 . 1024 87,00 . 1024 103,00 . 1024 0,012 . 1024	4878 12100 12756 6776 142600 120200 52300 50100 2800

* - рассматривается, как двойная планета-карлик.

Меркурий. Его диаметр составляет примерно треть диаметра Земли, период вращения вокруг

Солнца 88 суток. В полдень на экваторе Меркурия температура поднимается до 400-500⁰ C, ночью падает до -160⁰ C.

Венера. Ее диаметр примерно равен диаметру Земли. Период обращения вокруг Солнца - 225 суток. Имеет очень густую атмосферу из углекислого газа, температура на поверхности достигает 500⁰ C. Вращается вокруг оси в направлении, противоположном направлению вращения других планет.

Марс. Его диаметр в два раза меньше диаметра Земли, период обращения вокруг Солнца - 687 суток, а вокруг оси - 24 часа. На Марсе есть редкая атмосфера. Температура воздуха возле экватора изменяется от 0 C днем до -100 ⁰C ночью. Вокруг Марса вращаются два небольших спутника - Фобос и Деймос.

Юпитер. Самая большая планета Солнечной системы: ее диаметр превышает диаметр Земли более чем в 10 раз. Период обращения вокруг оси - около 10 часов. Имеет атмосферу. Крупнейшие спутники: Ганимед, Каллисто, Ио, Европа.

Сатурн. Его диаметр несколько меньше диаметра Юпитера. Вращается вокруг оси - за 10 часов. Имеет мощную атмосферу. Вокруг Сатурна обнаружены кольца, состоящие из мелких частиц, и много спутников.

Уран. Его диаметр в 4 раза превышает диаметр Земли. Время обращения вокруг оси - 10 часов.

Имеет 14 спутников и 10 колец.

Нептун. Его диаметр почти такой же, как диаметр Урана. Период обращения вокруг оси - 16 часов. Имеет 8 спутников и 2 ледово-каменных кольца.

Плутон. Считают, что Плутон состоит из двух небольших небесных тел, которые вращаются рядом. Время вращения вокруг оси - 6 суток. Со дня своего открытия в 1930 и до 2006 года Плутон считался девятой планетой Солнечной системы. 24 августа 2006 года Международній астрономический союз (МАС) впервые дал определение термину «планета». Плутон не попадал под это определение, и МАС причислил его к новой категории - карликовых планет. После переклассификации Плутон был добавлен к списку малых планет. Некоторые учёные продолжают считать, что Плутон должен быть переклассифицирован обратно в планету.  

Все планеты - Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - вращаются вокруг Солнца в одном направлении (в направлении осевого вращения самого Солнца), почти круговыми орбитами, плоскости которых имеют небольшой наклон друг к другу (и к плоскости солнечного экватора).

 

7.3. Этапы формирования планетной системы

На протяжении последних 300 лет, начиная с Декарта (1596-1650), было высказано несколько десятков космогонических гипотез и рассмотрены самые разнообразные варианты ранней истории Солнечной системы. Среди мыслителей прошлого, которые пытались объяснить ее происхождение, были Ж. Э. Бюффон (1707-1788), И. Кант (1724-1804), П. Лаплас (1749-1827), Дж. Джинс (1877-1946) и другие. 

У всех этих гипотез был один недостаток – они хорошо объясняли лиш часть закономерностей .Например, гипотеза Лапласа, которая предполагала возникновения планет из раскаленной туманности, не смогла объяснить особенности распределения момента количества движения между планетами и Солнцем.

При разработке космогонической гипотезы прежде всего необходимо решить вопрос: откуда взялась материя, из которой образовались планеты?

На сегодняшний день наиболее вероятным представляется вариант, по которому планеты образовались из того же газо-пылевого диска, что и Солнце, предложенный А.Ю.Шмидтом (математиком и астрономом, (1891-1956). Он первым выдвинул гипотезу о том, что Земля и другие планеты сформировались из холодных допланетних тел - планетезималей.

Данные наблюдений, полученные с помощью космических и мощных земных телескопов, подтверждают, что многие молодые звезды главной последовательности действительно окружены околозвездными пылевыми оболочками дисковидной формы, которые образовались вместе со звездой во время ее формирования из протозвездной туманности.

Этапы формирования протопланетного диска\

I-й етап эволюции протопланетного диска ППД (длился около 1 000 лет)

1.                  Масса газово-пылевого диска, который окружает протозвезду, составляет несколько процентов от массы Солнца и сначала может иметь размеры, сравнимые с раз мерами протозвезды. Химический состав такого диска соответствует составу межзвездных туманностей - 99 % газа и 1 % пылевых частиц размером от 0,1 до 1 мкм. 

2.                  При повышении температуры протозвезды нагревается и диск, частицы пыли испаряются, молекулы газа распадаются на атомы, атомы ионизируются, а размеры диска за счет сильной турбулентности - разнонаправленного хаотического движения частиц - увеличиваются до нескольких десятков астрономических единиц. Протосонце имело ощутимое магнитное поле, которое, взаимодействуя с ионизированным газом, тормозило его собственное вращение и ускоряло вращательное движение протопланетного вещества.

3.                  Далее диск охлаждается, турбулентность затихает. В нем снова образуются твердые пылевые частицы - происходит конденсация. При этом основные космические элементы - водород и гелий - остаются в виде газа. А пространственное распределение пылинок по их химическому составу зависит от распределения температуры, которое уменьшается по мере удаления от Протосолнца.

II-й етап формирования протопланетного диска

4.                  Частицы увеличиваются в раз мерах, сталкиваются и слипаются. Когда плотность пыли становится больше плотности газа в десятки раз, пылевой диск переходит в состояние гравитационной неустойчивости. В таком состоянии даже очень маленькие сгустки, возникающие случайно, не рассеиваются, а наоборот, увеличиваются в размерах.

III-й етап эволюции протопланетного диска

5.                  ППД распадается на множество отдельных сгустков, которые сталкиваясь и слипаясь, образуют рой допланетних тел разного размера - планетезимали.

Аккумуляция планет

6.                  Планетезимали допланетного роя, кроме одинаковой скорости для тел на одинаковом расстоянии от Солнца, обладали еще и собственной скоростью со случайным распределением направлений. Планетезимали сталкиваясь, дробились, и только крупнейшие среди них постепенно увеличивали свои массы при условии, что скорость столкновений не превышала 1м/с. Непрерывно притягивая к себе новый материал и накапливая массу, планетезимали формировали более крупное тело, пока под действием силы тяжести отдельные слагающие его фрагменты начинали уплотняться. Уплотняющееся вещество увеличивает температуру в центре. Возросшая температура плавит его, образуется протопланета. 7. Внутреннюю часть Солнечной системы образовали планеты земной группы. Анализируя состав этих планет, можно сделать взвод о том, что их рост происходил за счет каменистых частиц и тел, которые содержали в себе железо и другие металлы, при отсутствии улетучивающихся газов. Основная масса газов была вытеснена из зоны планет земной группы в более отдаленное пространство Солнечной системы под воздействием солнечного ветра. 

8. Планеты-гиганты Юпитер и Сатурн смогли удержать достаточное количество газов, как и большую часть вещества всей планетной системы. Причем сначала, как и в планетах земной группы, в них образовались ядра из каменистых и ледовых планетезималей, а потом наращивались водородногелевые оболочки.

Такая схема образования планет-гигантов подтверждается фактами.

Во-первых, их ядра имеют примерно одинаковую массу - 14-20 масс Земли, тогда как количество водорода и гелия закономерно уменьшается.

Во-вторых, существуют такие "вещественные доказательства" ранней истории планет-гигантов, как их спутники и кольца. Ведь выпадение газа наповерхность планеты сопровождается образованием газо-пылевых дисков вокруг них. Из этих дисков образовались спутники, причем распределение их плотностей, размеров и масс повторяет распределение планет на земную группу и планеты-гиганты.

Самая дальняя карликовая планета Плутон с его спутником Хароном входят в более стотысячелетнюю семью транснептунових объектов пояса Койпера. Процес формирования из них более массивной планеты из-за их очень медленных движений и низкой плотности шел так медленно, чтодо сих пор не завершился. И этот процес не завершится никогда, так как взаимные столкновения и возмущающие действия Урана и Нептуна значительно уменьшили их количество.

Поэтому на последнем конгрессе астрофизиков принадлежность Плутона к семьи планет Солнечной системы была поставлена под вопрос.

Особенности вращения вокруг своих осей Венеры и Урана объясняются тем, что в период аккумуляции планет Солнечной системы эти планеты пережили встречи с очень массивными планетезималями, такими, что энергии столкновения оказалось достаточно для того, чтобы Уран "положить на бок", а у Венеры изменить направление вращения вокруг оси на противоположное.

7.4. Образования астероидов и комет.

Поскольку общая масса всех астероидов не превышает 1/20 массы Луны, то пояс астеройдов, подобно кольцам Сатурна - это вещество, которое не смогло сформироваться в отдельную планету. Процессу аккумуляции помешало соседство массивного Юпитера. 

Как показывают расчеты, на расстоянии 3-4 а.е. еще содержатся улетучивающиеся газообразные вещества, тогда как около Юпитера пролегает граница конденсации водяного пара. Поэтому в его зоне твердые сгущения росли гораздо быстрее, чем в зоне астероидов. А потом Протоюпитер, набрая массу, своим гравитационным возмущением не дал сформироваться планете в поясе астероидов.

Более того, он изменил орбиты некоторых из астероидов так, что те стали двигаться по вытянутым, а не по круговым орбитам, пересекая орбиты Марса, Земли и даже Венеры и Меркурия. Два таких небольших астероида в свое время были захвачены Марсом, превратившись в его спутники. Некоторые астероиды превратились со временем на спутники планет-гигантов и движутся сейчас вокруг них не в прямом, а в обратном направлении (против оси вращения планеты).

Астероиды продолжают сталкиваться, дробиться на меньшие обломки, превращаясь в метеорные тела - метеориды, которые выпадают на Землю и на другие небесные тела в виде метеоритов.

По современным представлениям периодические кометы появляются у Солнца, приходя из пояса Койпера. Все остальные кометы - это ледяные планетезимали, отброшенные планетами-гигантами в период формирования планетной системы на расстояние 100-150 тысяч а.е., где они образовали бльшое и очень разреженное кометное облако Оорта. Кометное вещество, выделяющееся во время движения кометы вблизи Солнца, пополняет межпланетное пространство пылью и газом, которые вытесняются солнечным ветром за ее пре- делы.

 

7.5. Земля в начале истории.

Начало геологической истории Земли тесно связано с ее формированием. Согласно современным научным представлениям, Земля, как и другие планеты Солнечной системы, сформировались 4,54 млрд лет назад из протопланетарного диска пыли и газа, оставшегося после формирования Солнца. Нынешние размеры и массыу Земля приобрела на протяжении не менее 100 млн лет. При этом температура ее поверхности не превышала 350-400 К. Температура земних недр под действием гравитационного сжатия была більше этой величины , но незначительно. Земля прогрелась в результате процесса аккумуляции, в котором принимали участие очень большие тела радиусом до сотен километров. Падение таких тел приводило к образованию огромных кратеров глубиной 1-2 тыс. км, под которыми образовывались области высокой температуры, до 1500-2500 К. 

Луна сформировалась позднее, вероятно, в результате касательного столкновения Земли с объектом, по размерам близким Марсу и массой 10 % от земной (иногда этот объект называют «Тейя»). Часть массы этого тела слилась с Землёй, а часть была выброшена в околоземное пространство и образовала кольцо обломков, со временем агрегировавшееся и давшее начало Луне.

Дегазация и вулканическая активность привели к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым кометами, привела к образованию океанов.

Иногда температура достигала точки плавления горных пород, и тогда породы разделялись по составу: тяжелые химические элементы (металлы) опускались к центру, а легкие всплывали. Дополнительный разогрев недр происходил за счет сжатия пород слоями, лежащими выше. Но основным источником разогрева планеты оставался распад радиоактивных элементов - урана, тория и калия, которые в небольших количествах присутствовали в каменистом веществе.

Атмосфера и гидросфера постепенно выделились из твердого вещества планеты за счет газов и воды, входящих в состав горных пород. 

8. Проявления солнечной активности и их влияние на Землю 8.1. Солнечная активность

 На поверхности Солнца часто наблюдают особые образования: участки с повышенной яркостью – факелы, участки с пониженной яркостью – пятна, иногда появляются маложивущие очень яркие вспышки, а на краю диска заметны протуберанцы. Все они являются активными образованиями на Солнце, а их появление – это проявление солнечной активности.

Солнечная активность (СА) - термин, который характеризует текущую солнечную радиацию, ее спектральное распределение, сопутствующие электромагнитные явления и изменения во времени характеристик Солнца.

СА определяется совокупностью физических изменений, которые происходят на Солнце. Внешние проявления солнечной активности - солнечные пятна, факелы, флокули, протуберанцы и т.д. СА влияет на изменение погоды и климата.

 

Последние 30 лет солнечной активности Различают периодические компоненты этих изменений, основным из которых является 11-летний солнечный цикл, и апериодические изменения.

Изменения светимости Солнца за период его наблюдения и космических полетов находились в пределах точности приборов. Небольшая часть ультрафиолетового диапазона изменяется в пределах нескольких процентов. Общая светимость Солнца изменяется на 0.1% или на 1,3 Вт/м² в пределах 11летних циклов активности (см диаграмму). Полное количество солнечной радиации, которое фиксируется на верхней границе земной атмосферы, составляет в среднем 1 366 Вт/м². 

Оценки изменений солнечной активности на основе чувствительных к климату радиоизотопных маркеров дают разные результаты - с одной стороны есть показания очень незначительных изменений (около 0,1%) в течение последних 2 000 лет, другие исследования указывают на увеличение светимости на 0,2% с начала 17-го века.

8.2. История изучения солнечной активности.

Наиболее изученный вид солнечной активности - изменение числа солнечных пятен. Первые сообщения об их наблюдения датируются 800 г. до н.э. в Китае, первые рисунки - 1128 г. В 1610 астрономы начали пользоваться телескопом для наблюдением за солнечными пятнами. 

Физическая природа пятен была неясной до ХХ в. В XV и XVI вв. наблюдалась низкая СА - Минимум Маундера. В 1845 профессора Д.Генри и С.Александер из Принстонского университета наблюдали Солнце с помощью термометра и обнаружили, что пятна излучают меньше радиации по сравнению с другими участками солнечной поверхности. Позже было выявлено, что большая радиация исходит от солнечных факелов.

Связь СА и климата Земли исследуется с 1900 г. Ч.Г.Аббот из Смитсонианской астрофизической обсерватории (САО) изучал активность Солнца и основал солнечную обсерваторию в Калама (Чили). Исследования проводились и в Маунт-Вильсон. Результат этой работы - выделения 27 гармонических периодов СА, включая циклы периодом 7, 13 и 39 месяцев. Также прослеживалась связь этих периодов с погодой путем составления солнечных трендов с температурой и уровнем осадни в городах. С выделением науки дендрохронологии начали искать связь скорости роста деревъев и СА. 

Сегодня эта связь исследуют с помощью искусственных спутников Земли и современной совершенной астрономической аппаратуры.

8.3. Солнечные пятна

Солнечные пятна - относительно темные области на фотосфере Солнца, в которых интенсивное магнитное поле подавляет конвекцию плазмы и снижает ее температуру на 2000 градусов K.

Наблюдаются на диске Солнца (с помощью оптических приборов, а в случае крупных пятен — и невооружённым глазом) в виде тёмных пятен (рис. ). 

Солнечные пятна являются областями выхода в фотосферу сильных (до нескольких тысяч гауссов) магнитных полей. Потемнение фотосферы в пятнах обусловлено подавлением магнитным полем конвективных движений вещества и, как следствие, снижением потока переноса тепловой энергии в этих областях.

Количество пятен на Солнце  — один из главных показателей солнечной магнитной активности. На более холодных звёздах наблюдаются пятна намного большей площади, чем на Солнце.

Пятна, как правило, примерно до 0,3% уменьшают светимость Солнца одновременно увеличивают светимость до 0,05% путем образования флокул и яркой сетки, связанной с магнитным полем. Влияние на солнечную светимость магнито-активных областей подтвердили только первые искусственные спутники Земли в 1980-х годах. 

              

Группа пятен на Солнце.

8.4. Влияние солнечной активности на Землю.

Одно из проявлений общей взаимосвязи явлений - взаимосвязь солнечных и земных процессов, влияние на земные явления солнечной активности. 

За последние десятилетия накоплено большое количество данных, которые свидетельствуют о том, что колебания солнечной активности оказывают определенное влияние на большинство геофизических процессов, а также на явления, происходящие в биосфере нашей планеты (в животном и растительном мире Земли, в том числе в организме человека).

8.4.1. Зависимость между состоянием солнечной активности и различными аномалиями в процессах погоды и климата.

В периоды максимума солнечной активности происходит интенсивный обмен воздушными массами между тропическим и полярным районами нашей планеты. Теплый воздух проникает далеко на север, а холодное - на юг. Погода становится неустойчивой, а атмосферные явления приобретают иногда достаточно бурный характер. 

Сравнение в течение длительного времени специальных "карт солнечной активности" с метеорологическими данными показало, что вскоре после прохождения активных районов через центр солнечного диска в земной атмосфере нередко возникают сильные возмущения, которые ведут к образованию циклонов и антициклонов и к резким изменениям погоды. Активные явления на Солнце влияют и на извержения вулканов, землетрясения, колебания уровней морей и океанов. Они могут даже вызвать изменения скорости суточного вращения нашей планеты. 

Однако физический механизм, который связывает колебания солнечной активности и процессы, происходящие в атмосфере Земли, ее недрах и биосфере, пока остается неясным. 

8.4.2. Влияние солнечной активности на организм человека

Солнечная активность оказывает определенное влияние на физические и химические процессы, которые происходят в так называемых коллоидных системах, составляющих основу биологических объектов, в том числе и человека

1.              Подтверждено, что периоды усиления активности Солнца совпадают с резким ростом сердечных заболеваний. 

2.              Значительная часть обострений различных хронических заболеваний, совпадает с прохождением солнечных пятен через центральную часть диска Солнца. 

3.              Солнечные вспышки негативно влияют на состояние нервной системы человека.  8.4.3. Взаимодействие солнечных частиц с земной магнитосферой

Исследования последних лет показали, что изменения магнитных полей на Солнце сказывается на состоянии межпланетного магнитного поля. При этом "передаточной инстанцией" является так называемый солнечный ветер (потоки солнечной плазмы), что движется от нашего Солнца и пронизывает пространство Солнечной системы. А межпланетное магнитное поле опять же с участием солнечного ветра в свою очередь влияет на состояние земного магнетизма.

В результате исследований ученых была обнаружена зависимость процессов, происходящих в нижних слоях воздушной оболочки Земли - тропосфере,- от физического состояния потоков солнечных частиц в околоземном пространстве. Не вызывает сомнений роль корпускулярних излучений и в возникновении магнитных бурь. Солнечные корпускулярные потоки, которые являются особенно интенсивными в периоды усиления активности Солнца, движущиеся в пространстве, захватывают с собой магнитные поля. Встречая на своем пути Землю, магнитные поля таких потоков начинают взаимодействовать с магнитным полем нашей планеты, вызывая его возмущения, а также существенно влияя на физическое состояние верхних слоев земной атмосферы. В частности, в атмосфере возникают дополнительные электрические токи, меняется электрический потенциал планеты. Вследствие этого мы оказываемся в переменном электрическом поле, что может негативно сказываться на состоянии живых организмов. 

Взаимодействие частиц солнечного ветра, магнитного поля Солнца и магнитного поля Земли приводит к изменениям потока заряженных частиц и электромагнитных полей вокруг планеты. Экстремальные солнечные явления могут нарушать нормальную работу электроприборов, искусственных спутников Земли. Ослабление активности Солнца считается причиной роста межзвездного космического излучения,

которое достигает Земли и может служить причиной образования облачности, чем действует охлаждающе на климат.   

 

Экстремальные явления, связанные с СА, приводят к значительным возмущениям магнитного поля Земли, что является причиной геомагнитных бурь.

Солнечные протоны высоких энергий могут достичь Земли менее чем за 30 мин. после солнечной вспышки. Во время таких "бомбардировок солнечными протонами" Земля буквально "поливается" заряженими частицами высоких энергий, в основном протонами, которые освободились в зоне солнечной вспышки. Некоторые из этих частиц достигают верхних слоев атмосферы, где они создают дополнительную ионизацию и могут вызвать существенное увеличение радиоактивного уровня.

Тем не менее, с 2009 года в научном сообществе существует консенсус: изменения солнечной активности не являются решающими в современном изменении климата. Межправительственная группа экспертов по изменению климата пришла к выводу, что факторы изменения солнечной активности гораздо меньше влияет на климат Земли, чем парниковые газы в атмосфере.

 

9.                   Звезды. Двойные звезды. Физические переменные звезды.  Планетные системы других звезд

9.1. Звезды и их классификация.

Звезды (греч. hoi Asteres) - гигантские раскаленные, самосветящиеся небесные тела, в недрах которых проходят (проходили или будут происходить) термоядерные реакции.

Звёзды представляют собой массивные светящиеся газовые (плазменные) шары. 

Образуются из газово-пылевой среды (главным образом из водорода и гелия) в результате гравитационного сжатия. 

Температура вещества в недрах звёзд измеряется миллионами кельвинов, а на их поверхности — тысячами кельвинов. 

Энергия подавляющего большинства звёзд выделяется в результате термоядерных реакций превращения водорода в гелий, происходящих при высоких температурах во внутренних областях. 

Звёзды часто называют главными телами Вселенной, поскольку в них заключена основная масса светящегося вещества в природе.

Невооружённым взглядом (при хорошей остроте зрения) на небе видно около 6000 звёзд, по 3000 в каждом полушарии. Все видимые с Земли звёзды (включая видимые в самые мощные телескопы) находятся в местной группе галактик.

Классификации звезд стали составлять сразу после того, как начали получать их спектры. В первом приближении спектр звезды можно описать как спектр чёрного тела, но с наложенными на него линиями поглощения или излучения. По составу и силе этих линий, звезде присваивался определённый класс по специальной диаграмме «Абсолютная звездная величина» — «спектральный класс», составленной астрономами Герцшпрунгом и Расселом. Дополнительно он включает абсолютную звездную величину, наличие или отсутствие переменности блеска и размеров. Основные спектральные классы разбиваются на подклассы.

Обозначение класса звезд. В каталогах и письменно класс звезд обозначают буквой основного спектрального класса (если класс точно не определен пишется буквенный диапазон, к примеру O-B), далее арабскими цифрами уточняется спектральный подкласс, потом римскими цифрами идет класс светимости (номер области на диаграмме Герцшпрунга-Рассела), а затем идет дополнительная информация.  Например, Солнце имеет класс G2V.

Различиют звезды: звезды главной последовательности; коричневые карлики; белые карлики; красные гиганты и сверхгиганты; переменные звезды; новые; сверхновые; гиперновые; нейтронные; двойные и др.

Звезды главной последовательности. Наиболее многочисленный класс звезд (к такому типу звезд принадлежит Солнце). С эволюционной точки зрения главная последовательность - тот период, на котором звезда находится большую часть своей жизни. В это время потери энергии на излучение компенсируются за счёт энергии, выделяющейся в ходе ядерных реакций. Время жизни на главной последовательности определяется массой и долей элементов тяжелее гелия (металличностью).

Коричневые карлики это тип звезд, в которых ядерные реакции никогда не могли компенсировать потери энергии на излучение. Впервые был обнаружен в 2004 году. На сегодняшний день открыто достаточно много звезд подобного типа. Их спектральный класс М — T. 

Белый карлик. Вскоре после гелиевой вспышки «загораются» углерод и кислород, размер атмосферы звезды увеличивается, она начинает интенсивно терять газ в виде разлетающихся потоков звёздного ветра. Судьба центральной части звезды зависит только от её исходной массы: ядро звезды может закончить свою эволюцию как белый карлик (маломассивные звёзды), как нейтронная звезда-пульсар (среднемассивные звезды), если же масса превышает предел Оппенгеймера — Волкова — как чёрная дыра. В двух последних случаях завершение эволюции звёзд сопровождается катастрофическими событиями — вспышками сверхновых.

 

Основная (гарвардская) спектральная классификация звёзд

          Класс      Температура,       Истинный       Видимый                                                Основные признаки 

                                        K                         цвет                  цвет 

O B A F G K M

30 000—60 000 10 000—30 000 7500—10 000 6000—7500 5000—6000 3500—5000 2000—3500

голубой бело-голубой белый жёлто-белый жёлтый оранжевый красный

голубой бело-голубой и белый белый белый жёлтый желтоватооранжевый оранжево- красный

Слабые линии нейтрального водорода, гелия, ионизованного гелия, многократно ионизованных Si, C, N, A. Линии поглощения гелия и водорода. Слабые линии H и К Ca II. Сильная бальмеровская серия, линии H и К Ca II усиливаются к классу F. Ближе к классу F начинают появляться линии металлов Сильны линии H и К Ca II, линии металлов. Линии водорода начинают ослабевать. Появляется линия Ca I. Появляется и усиливается полоса G, образованная линиями Fe, Ca и Ti. Линии H и К Ca II интенсивны. Линия Ca I и многочисленные линии металлов. Линии водорода продолжают слабеть, Появляются полосы молекул CH и CN. Линии металлов и полоса G интенсивны. Линии водорода почти не заметно. Появляется полосы поглощения TiO. Интенсивны полосы TiO и других молекул. Полоса G слабеет. Все ещё заметны линии металлов.

Красные гиганты и сверхгиганты — это звёзды с довольно низкой эффективной температурой (3000 - 5000 К), однако с огромной светимостью. Для их спектра характерно присутствие молекулярных полос поглощения, а максимум излучения приходится на инфракрасный диапазон.

Новая звезда — тип катаклизмических переменных звезд. Блеск у них меняется не так резко, как у сверхновых: за несколько дней. Количество таких дней определяет, к какому классу новых относится звезда.

Сверхно́вые звёзды — звёзды, заканчивающие свою эволюцию в катастрофическом взрывном процессе. Эти звезды вспыхивают на порядки сильнее новых звёзд. Однако, ни те, ни другие физически новыми не являются, всегда вспыхивают уже существующие звёзды. Но в нескольких случаях вспыхивали те звёзды, которые ранее были на небе практически или полностью не видны, что создавало эффект появления новой звезды. 

Классификация светимости звезд.

 

Звёзды Вольфа — Райе — класс звёзд, для которых характерны очень высокая температура и светимость; звёзды Вольфа — Райе отличаются от других горячих звёзд наличием в спектре широких полос излучения водорода, гелия, а также кислорода, углерода, азота

Гиперновая — коллапс исключительно тяжёлой звезды после того, как в ней больше не осталось источников для поддержания термоядерных реакций; другими словами, это очень большая сверхновая. Сила взрыва гиперновых превышает мощность взрыва обычной сверхновой примерно в 100 раз, а энергия взрыва превышает 10⁴⁶ Джоулей. К тому же многие из этих взрывов сопровождаются сильными гамма-всплесками. Сегодня этот термин используется для описания взрывов звёзд с массой от 100 до 150 и более масс Солнца. Гиперновые теоретически могли бы создать серьёзную угрозу Земле вследствие сильной радиоактивной вспышки, но в настоящее время вблизи Земли нет звёзд, которые могли бы представлять такую опасность. По некоторым данным, 440 миллионов лет назад имел место взрыв гиперновой звезды вблизи Земли. Вероятно, короткоживущий изотоп никеля 56Ni попал на Землю в результате этого взрыва.

Нейтронная звезда. У звёзд более массивных, чем Солнце, давление вырожденных электронов не может сдержать сжатие ядра, и оно продолжается до тех пор, пока большинство частиц не превратится в нейтроны, упакованные так плотно, что размер звезды измеряется километрами, а плотность в 280 триллионов раз превышает плотность воды. Такой объект называют нейтронной звездой; его равновесие поддерживается давлением вырожденного нейтронного вещества.

9.2. Двойные звезды

Затемненные-двойные звезды наблюдаются благодаря колебаниями блеска, созданными периодическими затмениями одной звезды другой.

Схематическое изображение  двух небесных тел, которые вращаются вокруг

Двойная звезда, или двойная система — две гравитационносвязанные звезды, обращающиеся по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс. C помощью двойных звёзд существует возможность узнать массы звёзд и построить различные зависимости. 

Двойные звезды, которые можно увидеть отдельно, называют видимыми двойными или визуально-двойными. Для  этих  звезд уда-

ется определить изменение со временем  позиционного угла и оценить период вращения. Такой звездой является Сириус, состоящей из компонентов A и B, что легко различаются в обычный телескоп. 

Компоненты большинства двойных систем слишком близки друг к другу или же слишком отдалены от Солнечной системы, через что их невозможно различить даже за помощью самых мощных телескопов. В этом случае их двойственность возможно обнаружить по некоторым другим признакам: затемнено-двойные звезды, спектральнодвойные звезды, оптически двойные звезды. 

общего центра масс.

Спектрально-двойные звезды наблюдаются благодаря периодическим смещениям спектральных линий. Если двойная звезда имеет достаточно значительное движение, то можно наблюдать периодические отклонения траектории движения главного компонента на небесной сфере от прямой линии.

Иногда бывает, что две физически не связаные между собой звезды случайно проектируются на очень близкие друг к другу точки небесной сферы. Такие звезды называются оптически двойными - в противовес "истинным", физически двойным. Классическим примером таких звезд - Мицар и Алькор в созвездии (Большой Медведицы).  

Но двойные звёзды не изучались бы столь серьёзно, если бы все их значение сводилось к информации о массе. Несмотря на многократные попытки поиска одиночных чёрных дыр, все кандидаты в черные дыры находятся в двойных системах. 

 

 

 

 

Альфа Центавра, тройная звезда, то есть состоящая из трех компонентов. Все три звезды – α Центавра А, α Центавра В и Проксима Центавра вращаются вокруг единого центра тяжести. Расстояние между звездами А и В очень маленькое – всего в 23 раза больше, чем расстояние от Земли до Солнца.

 

Самой яркой звездой на небе считается Сириус – это двойная звезда.

9.3. Физические переменные звезды.

Переменная звезда — это звезда, за всю историю наблюдения которой хоть один раз менялся блеск.  

Для отнесения звезды к переменным достаточно, чтобы ее блеск претерпел изменений хотя бы однажды. Изменение блеска обусловленно процессами, происходящими в их недрах.

Причин переменности много и они могут быть связаны не только с внутренними процессами: если звезда двойная и луч зрения находится под небольшим углом к полю зрения, то одна звезда, проходя по диску звезды, будет его затмевать, также блеск может измениться, если свет от звезды пройдет сквозь сильное гравитационное поле. Однако в большинстве случаев переменность связана с нестабильными внутренними процессами. 

Не следует путать переменность звёзд с их мерцанием, которое происходит из-за колебания земной атмосферы. Во время наблюдений из космоса звезды не мерцают.

Количество известных на сегодня переменных звезд очень большая (более 40 000 ). Около 3000 переменных звезд открыто в ближайших галактиках - Магеллановы Облака и около 700 - в Туманности Андромеды.

Первый список переменных звезд (что стал предтечей будущих каталогов) составил английский астроном Эдуард Пигот 1786 года. К каталога входило 12 объектов, все они являются переменными звездами по современным данным.

На протяжении истории изучения переменных звезд попытки создать ее адекватную классификацию предпринимались неоднократно. Первые классификации были построены на небольшом количестве наблюдений и звезды группировались по сходным признакам, как то: амплитуда и период изменений, форма блеска. Развитие методов наблюдения и теоретических исследований (в частности в эволюции звезд) позволили строить классификацию не только по внешним признакам, но и по физическими процессами, которые приводят к тем или других форм сменности.

Физические переменные звезды делятся на две основные группы: пульсирующие и вспыхивающие. Частным случаем вспыхивающих переменных звезд можно считать новые и сверхновые звезды.

Самыми известными среди пульсирующих переменных звезд являются цефеиды, которые получили свое название от имени одной из самых типичных их представительниц – звезды Цефея. Ее переменность была открыта еще в 1784 г. английским астрономом Дж. Гудрайком. Период изменения блеска Р – одна из самых важных характеристик цефеид.

Звезды, блеск которых резко возрастает в тысячи и даже миллионы раз, называются новыми звездами. При этом выделяется энергия, которую Солнце излучает за 100000 лет. Во время вспышки звезда достигает максимума блеска за несколько суток. После этого ее блеск в течение нескольких лет уменьшается до первоначального значения. В некоторых случаях процесс релаксации продолжается десятки лет. Со временем на месте новой остается карликовая звезда с оболочкой, расширяющейся со скоростью более 1000 км/с. Это свидетельствует об отрыве от новой звезды ее внешних слоев. Кроме новых звезд известны также повторные новые звезды, вспышки которых меньше по мощности и повторяются через несколько десятков лет. Они также входят в состав двойных систем.

Вспышка сверхновой звезды – это явление гораздо большего масштаба, чем вспышка новой звезды. Ее блеск во время вспышки увеличивается на десятки звездных величин в течение нескольких суток. В максимуме блеска светимость сверхновых звезд превышает солнечную в миллиарды раз.

Общее количество энергии, выделяемое звездой во время вспышки, порядка 10⁴⁴Дж. Во время взрыва сверхновая звезда сбрасывает свою оболочку, которая дальше расширяется со скоростью от 5000 до 20000 км/с и спустя некоторое время наблюдается в виде туманности специфической формы.

Летом 1967 г. с помощью радиотелескопа в Кембридже (Великобритания) были открыты пульсирующие источники радиоизлучения или просто пульсары.  

Пульсары – это объекты, которые посылают в пространство радиоизлучение в виде коротких импульсов, один за другим, с необыкновенной точностью.  В 60-х годах, когда пульсары только открыли, их приняли за сигналы иных цивилизаций. Но теперь большинство исследователей склоняются к тому, что это – нейтронные звёзды, которые очень быстро вращаются вокруг своей оси. Отсюда и создаётся иллюзия, будто они посылают землянам сигналы. Нейтронные звёзды могут возникать в результате вспышек сверхновых – когда звезда сбрасывает с себя газовую оболочку, а большая часть её вещества сжимается. Согласно современным теориям, пульсары – это объекты, возникающие на заключительных этапах эволюции звезд.

9.4. Планетные системы других звезд.

Основная проблема в вопросе планетарных ситем других звез заключается в достоверности методов их обнаружения.

Признаки существования планет за пределами Солнечной системы были обнаружены возле звезд, близких к нам и имеющих высокие скорости собственного движения. Это были звезды: Барнарда и 61Лебедя. Именно быстрое их перемещение по небосводу позволило заметить колебательный характер движения этих звезд, что могло бать вызвано наличием планет (своим гравитационным влиянием колеблющих движение звезд) 

Однако космический телескоп Хаббл, проведя более точные (до 0,001 угловой секунды) астрометрические измерения звезды Барнарда, не выявил никаких колебаний. 

В 1987 году астрономы Марси и Батлер применили нове методы поиска инозвездных планетных систем. Они искали колебания не в движении звезды по небесной сфере, а колебания скорости ее движения по лучу зрения, что давало определенный «шумовой эффект». 

Лучевая скорость – это скорость, с которой звезда удаляется от земного наблюдателя, либо приближается к нему. Точность измерений астрономами лучевых скоростей составляла от 3 до 4 метров в секунду. 

На один «шумовой эффект» звезды 51Peg астрономы обратили внимание в 1994 году: Майор и Келос. При этом они обнаружили у звезды 51Peg колебания лучевой скорости почти в 60 метров в секунду с очень коротким периодом – всего в 4 дня. Весь прочий «шумовой фон» астрономы поспешили перевести в ранг планет, названных ими экзопланетами. Так возникло «целое море» экзопланет. И в этом море только у звезды 47UMa экзопланета оказалась с орбитой, похожей на орбиты планет Солнечной системы.

Это дало повод усомниться в прежних теориях о происхождении планетных систем.

10.  Эволюция звезд. Черные дыры

10.1. Эволюция звезд

Эволюция каждой звезды имеет три основних этапа: формирование протозвезды; «жизнь» звезды на главной последовательности; завершение эволюции.  

Фрмирорвание протозвезды

Формирование протозвезды тесно связано с наличием в межзвездной среде протяжных газопылевых комплексов.

Такие комплексы с массами в тысячи и десятки тысяч масс Солнца, размерами 10-100 пк (30-300 св. лет) и температурой несколько десятков кельвинов гравитационно неустойчивы и со временем дробятся на отдельные фрагменты. Именно из таких фрагментов в результате гравитационного сжатия образуются протозвезды.

Процесс формирования протозвезды имеет несколько этапов.  

1.   Пылевые частицы и газовые молекулы газо-пылевого комплекса падают к центру отдельного фрагмента облака. Потенциальная энергия гравитации переходит в кинетическую, а кинетическая, в результате столкновений частиц - в тепловую. Таким образом, значительная часть гравитационной энергии сжатия тратится на нагрев вещества. Газ и пылинки быстро трансформируют эту энергию в инфракрасное излучение, которое свободно оставляет газо-пылевой комплекс. Поэтому протозвезды являются мощными источниками инфракрасного излучения. 

2.   В процессе формирования ядра со значительно большей плотностью, чем в окружающем облаке, протозвезда становится непрозрачной для собственного инфракрасного излучения, и температура ее недр начинает стремительно расти. Энергия от центральных к внешним зонам переносится путем конвекции.

3.   Когда температура ядра достигает нескольких миллионов кельвинов, включаются первые термоядерные реакции "выгорания "лития, бериллия, бора. Но газового давления, которое существует при таких температурах, недостаточно для прекращения сжатия. 

4.   Только через сотни миллионов лет для будущих карликовых звезд, когда температура в центре в процессе последующего сжатия достигает примерно 10 млн. К, начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий с выделением огромного количества энергии. Отныне сила газового давления, что поддерживается высокой температурой, уравновешивает силы гравитации, и сжатие прекращается. Протозвезда достигает состояния гравитационного равновесия и превращается в молодую звезду, которая в соответствии со своей массой и светимостью занимает определенное место на главной последовательности диаграммы «спектр-светимость». 

«Жизнь» звезды на главной последовательности

Чем больше масса новорожденной звезды, тем выше температура в ее недрах (а следовательно, и на поверхности), больше ее светимость и тем выше она располагается на главной последовательности. Звезда находится на ней до тех пор, пока весь водород в центральных ее частях не превратится в гелий и не образуется гелиевое ядро. Для Солнца этот процесс длится 10 млрд. лет. 

Срок пребывания звезды на главной последовательности определяется ее начальной массой. Массивная голубая звезда с большими запасами водородного топлива живет гораздо меньше времени, чем маленький красный карлик с его скудными запасами. Ведь интенсивность термоядерных реакций в недрах массивной звезды гораздо выше, чем у холодного красного карлика. Например, для голубого гиганта с массой в 17 раз больше солнечной и температурой на поверхности 28 000 К время пребывания на главной последовательности равно 8 млн. лет, а для красного карлика с массой 0,5 солнечной и температурой поверхности 3 000 К - 80 млрд. лет.

Таким образом, на главной последовательности звезда проводит основную часть своей "жизни". Завершение эволюции

В зависимости от массы звезды, после выгорания большей части водорода, происходят три сценария ее дальнейшей эволюции. 

А) Если масса звезды главной последовательности меньше трех масс солнца, то после схода с главной последовательности, звезда превращается в белый карлик. 

Б) При массе 3-8 масс солнца - звезда превращается в нейтронную звезду. 

В) Если масса больше восьми масс солнца, то она коллапсирует в черную дыру.

Для подавляющего большинства звезд характерен сценарий А.

После выгорания водорода в центре звезды вокруг гелиевого ядра образуется тонкий сферический энерговыделяющий слой. Он разделяет звезду на две зоны - выгоревшие ядро и внешнюю оболочку, физические процессы в которых разворачиваются по-разному.

По мере исчерпания водорода эта прослойка все дальше отодвигается от центральной зоны, увеличивая размеры ядра.

В очень толстой оболочке звезды энергия путем конвекции переносится в поверхност-ные слои. Мощные конвективные течения выносят в атмосферу продукты сгорания (в частности углерод и другие), которые, переходя в молекулярное состояние, интенсивно поглощают излучение из глубин, отчего атмосфера становится непрозрачной. Звезда начинает терять светимость. Под воздействием значительного давления излучения изнутри оболочка начинает разбухать, достигая сотен и даже тысяч радиусов Солнца толщиной. Для звезды с массой Солнца (М) такой процесс начинается, когда масса гелиевого ядра достигает 0,4 М. 

И-за огромных размеров поверхности температура звезды постепенно снижается. При этом звезды-гиганты класса В4-В с массой свыше 10 превращаются в сверхгигантов, звезды классов А5-Б5 становятся гигантами, а звезды поздних спектральных классов и меньшей массы (например, Солнце) становятся субгигантами.

В конце концов слой энерговыделения отодвигается так далеко от ядра, что через низкую температуру водородные реакции значительно уменьшают свою интенсивность. Теперь температура и давление в ядре не могут поддерживаться на уровне, необходимом для противодействия силе гравитации. В ядре начинается процесс сжатия, а температура в нем за счет энергии гравитационного сжатия растет. В центре образуется очень плотная горячая область с гелием и небольшими примесями более тяжелых элементов. Дальнейшее развитие событий зависит от начальной массы звезды.

Подавляющее большинство звёзд, и Солнце в том числе, заканчивают эволюцию, сжимаясь до тех пор, пока давление вырожденных электронов не уравновесит гравитацию. В этом состоянии, когда размер звезды уменьшается в сотню раз, а плотность становится в миллион раз выше плотности воды, звезду называют белым карликом. Она лишена источников энергии и, постепенно остывая, становится тёмной и невидимой.

10.2. Нейтронные звезды

Нейтронная звезда – звезда на определенном этапе своей эволюции, при котором составляющая её материя представляет собой нейтроны с плотностью, сопоставимой с плотностью атомного ядра.   

Водород, который является основным компонентом звезды, выгорает во время термоядерной реакции, в результате чего образуется гелий. В центре звезды постепенно образуется гелиевое ядро, масса которого постоянно растет. Звезда сохраняет свой объем благодаря давлению, которое создает излучение, образованное в результате ядерного синтеза. Лучевое давление уравновешиает гравитационную силу, и противодействует гравитационному сжатию звезды. Однако с уменьшением водорода, уменьшается мощность термоядерной реакции и мощность лучевого давления уменьшается. Наступает момент, когда лучевое давление станет меньше гравитационной силы компактного гелиевого ядра. 

При этом начинается гравитационный коллапс. Центральная часть звезды сжимается, а внешняя часть расширяется (чтобы сохранялся полный импульс системы). Расширение сопровождается мощным световым излучением (сверхновая звезда). Центральная часть сжимается до тех пор, пока плотность вещества не станет равна плотности атомного ядра. Электроны втискаються в атомные ядра, и объект, который образуется, превращается в нейтронную звезду, поскольку ее вещество состоит из електронейтральних нейтронов. Так как размер нейтронной звезды сос-

тавляет лишь 10-20 км, то она имеет низкую светимость. Непо- средственно наблюдать саму нейтронную звезду трудно. 

Наблюдения ведутся опосредованно, через те эффекты которые вызывают особенности нейтронной звезды. 

Если одна из звезд двойные звездные системы сошла с главной последовательности и превратилась в нейтронную звезду, то возможно перетекание вещества второй звезды на нейтронную звезду (аккреция), и формирование аккреционного диска. Аккреционный диск может иметь высокую светимость за счет трансформации энергии излучения звезд, или за счет гравитационного сжатия самого газа аккреционного диска. Аккреционный диск служит признаком существования в системе компактного и

         массивного звездного объекта.                        Схема гравитационного линзи-рования нейтронной звездой

Если нейтронная звезда имеет сильное магнитное поле, то вещество из аккреционного диска выпадает в областях магнитных полюсов. Кинетическая энергия вы-

падающей вещества переходит в электромагнитное излучение. Нейтронная звезда быстро вращается - это результат сохранения момента количества движения во время гравитационного сжатия звезды. Вращение приводит к появлению пульсара - наблюдается астрономический объект, излучающий в импульсном режиме. Поскольку нейтронная звезда имеет размеры десятков километров, то частота пульсации пульсара приравнивается к секундам, или даже долям секунды. 

Также одиночные нейтронные звезды могут быть обнаружены благодаря явлению гравитацонной фокусировки (при пропускании нейтронной звезды между обычной звездой и наблюдателем происходит визуальное увеличение яркости звезды, поскольку гравитационное поле нейтронной звезды искривляет движение света).

10.3. Черные дыры

Черные дыры - это области пространства, настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения. Они образованы на месте звезд-гигантов. Так как черная дыра поглощает газ, пыль и даже звезды, поглощаемое вещество становится настолько горячим, что начинает излучать с очень высокой энергией по мере того, как погружается в черную дыру. Открытие черных дыр произошло в середине 20 века.

 

Поиски черных дыр во Вселенной - одна из актуальных задач астрофизики. 

Предполагают, что черные дыры могут быть невидимыми компонентами некоторых двойных систем. Обнаружить их можно по рентгеновскому излучению, которое возникает вследствие перетока газа в черную дыру с соседней (обычной) звезды. Предполагают также, что в ядрах активных Галактик и квазарах могут быть сверхмассивные черные дыры. 

Сам термин был придуман Джоном Арчибальдом Вилером в конце 1967 года.

Черная дыра может иметь три физических параметра: масса, электрический заряд и момент импульса. Геометрический параметр черной дыры - горизонт событий (видимая поверхность вокруг черной дыры, из-под которой не может выходить излучения. 

Область пространства-времени вблизи черной дыры, расположенная между горизонтом событий и пределом статичности называется эргосферою. Объекты, находящиеся в пределах эргосфери, неизбежно оборачиваются вместе с черной дырой. Эргосфера имеет форму сфероида, меньшая полуось которого равна радиусу горизонта событий, большая - удвоенному радиусу. 

В недрах черной дыры кривизна силы гравитации достигает бесконечности в области, которая называется сингулярностью. Для черных дыр, которые не вращаються, степень сингулярности имеет форму точки. Степень сингулярности черной дыры, которая вращается, имеет форму кольца.

Черные дыры звездных масс наблюдаются в составе тесных двойных систем. Вещество звезды-спутника перетекает в черную дыру по спирали. При этом образуется аккреционный диск, который излучает в рентгеновском и гамма-диапазонах. Первая черная дыра была открытая в 1967 в созвездии Лебедя. К 2004 г. рентгеновский космический телескоп RXTE достоверно обнаружил 15 черных дыр в двойных звездных системах в нашей галактике. Массы гигантских черных дыр определяют по скоростям звезд в яд-рах галактик.  

На 2004 г. таким образом определены массы центральных черных дыр в 30 галактиках, в том числе и в нашей.

Также черные дыры могут быть обнаружены благодаря явлению гравитационного линзирования (при прохождении черной дыры между обычной звездой и наблюдателем, происходит визуальное увеличение яркости звезды, поскольку гравитационное поле черной дыры искривляет световые лучи).

Это явление также называют кольцами Эйнштейна.

11.  Млечний Путь. Строение Галактики. Звездные скопления и ассоциации. Туманности

11.1. Млечный Путь

С давних времен люди допускали возможность существования множества миров, похожих на наш. Тогда весь мир получил название Вселенной, или Космоса. По современным представлениям Вселенная состоит из большого количества звездных миров - галактик. 

Галактики - огромные звездные системы, которые содержат также межзвездную пыль и газ.

Млечный Путь (греч. Γαλαξίας, лат. Via Lactea, англ. Milky Way) - галактика, в которой находятся Земля, Солнечная система и все отдельные звёзды, видимые невооружённым глазом. Относится к спиральным галактикам с перемычкой.

                Название    Галактика     образовано    по    аналогии     с др.-греч.  

Γαλαϰτιϰός «молочный». По древнегреческой легенде, Зевс решил сделать своего сына Геракла, рождённого от смертной женщины, бессмертным, и для этого подложил его спящей жене Гере, чтобы Геракл выпил божественного молока. Гера, проснувшись, увидела, что кормит не своего ребёнка, и оттолкнула его от себя. Брызнувшая из груди богини струя молока превратилась в Млечный Путь.

Млечный Путь при созерцании на небе виден как бледная диффузная белая полоса, которая проходит примерно по большому кругу небесной сферы. В северном полушарии наша Галактика пересекает созвездия Орла, Стрелы, Лисички, Лебедя, Цефея, Кассиопеи, Персея, Возничего, Тельца и Близнецов; в южном - Единорога, Корма, Парусов, Южного Креста, Циркуля, Южного Треугольника, Скорпиона и Стрельца. В Стрельце находится галактический центр.

Размеры галактики. Основной диск Млечного Пути составляет около 80 000 - 100 000 световых лет в диаметре и около 250 000 - 300 000 в периметре. Вне ядра галактики толщина Млечного Пути составляет приблизительно 1 000 св. л. Если уменьшить диаметр Млечного Пути до 130 километров, то Солнечная система занимала бы только 2 миллиметра. 

Гало (окрестности) Млечного пути простирается гораздо дольше его физических размеров, до орбит двух галактик-спутников: Большого и Малого Магеллановых Облаков, расстояние до которых составляет около 180 000 св.л. 

Формирование Млечного пути. До сих пор очень трудно определить возраст, когда сформировался Млечный Путь, но сейчас возраст найстарейших звезд в этой галактике оценивается в 13,6 миллиардов лет, что примерно равняется возрасту Вселенной. Как галактическая система Млечный Путь образовался при столкновении и слиянии небольших галактик о чем свидетельствуют "первобытные" звезды с очень низкой металличностью, возникшие на самом раннем этапе существования Вселенной. Такие звезды найдены в галактическом гало Млечного пути, что простирается за пределы его видимой части. 

11.2. Строение Галактики

Одним из наиболее важных и сложных в астрономии является изучение строения и эволюции галактик (греч. "галактикос" - "молочный"). 

Начиная с XVII века, когда Галилей увидел в телескоп Млечный Путь, важнейшей целью астрономов стало его изучения. В XIX в. удалось понять, что Млечный Путь - единственная система, которая содержит в себе все видимые звезды. На равных правах со всеми входит в эту систему и наше Солнце, Земля и планеты, причем они располагаются на ее окраине. Звездную систему Млечного Пути, мы видим изнутри. С начала XX в. галактики стали предметом космогонических исследований, когда была установлена их истинная природа и оказалось, что это не туманности в виде облаков газа и пыли, а огромные миры звезд, расположенных на очень больших расстояниях от нас.  

Галактика имеет достаточно правильное строение и форму. Она состоит из диска, гало (от "круглый") или короны, ядра. 

1.                  Гало или корона Галактики состоит в основном из газа, газовых облаков и очень старых неярких звезд как одиночных, так и собраных в шаровые скопления. Концентрируясь к центру Галактики, они образуют так называемый балдж (англ.. – «утолщение») в пределах нескольких световых лет до него. Двигаясь по вытянутым эллиптическим орбитам, звезды гало очень медленно ображаються вокруг центра Галактики.

 

2.                  Галактический диск состоит из газа, пыли и звёзд Он образован звездами, что внутри этого образования движутся по почти круговым орбитам вокруг центра Галактики. Газ и пыль образуют «газовый диск». Звёзды образуют «звёздный диск».

3.                  Диск и окружающую его гало погружены в корону. Радиусы диска и гало почти равны по величине. Радиус короны во много раз превышает эти расстояния. Корона бесцветная и определить ее радиус можно только по созданному ею тяготению на видимые звезды и облака газа, которые излучают свет. Масса короны в несколько раз превышает массу всех вместе взятых звезд, находящихся в диске и гало. До сих пор неизвестно, из чего состоит корона. Предположительно, что ее масса состоит из нейтрино, но физикам сначала нужно выяснить, есть ли в этой мелкой частице масса покоя. (Большинство элементарных частиц такую массу имеют).

4.                  В центральных частях многих известных нам галактик имеется ядро — почти шарообразное резкое сгущение. Это самая яркая область галактики. В ядрах некоторых галактик происходят бурные нестационарные процессы, сопровождающиеся необычными физическими явлениями. Ядро есть и у нашей Галактики. Оно расположено в направлении созвездия Стрельца и находится на расстоянии около 33 тыс. световых лет от Солнца. Ядро скрыто от нас облаками межзвездной материи и обнаруживается в радиодиапазоне и на фотографиях, сделанных в инфракрасных лучах.

Предистория галактик. Предыстории галактик и звезд в современной космологии основывается на идее Ньютона - гравитационной неустойчивости (все частицы вещества создают те или иные сгущения разной массы и масштабов). Во Вселенной в течение длительного времени происходило распределение и движение вещества, пока не образовались сильные неоднородности - протоскопления, в которых движение вещества приобретало завихрения. Протоскопления через гравитационную неустойчивость распадались на отдельные сгущения, которые получили название "протогалактики". Фрагментация протогалактических облаков через действие гравитационной неустойчивости приводила к возникновению первых звезд, а облака превращались в звездные системы - галактики. Те из них, которые вращались быстрее, получали двухкомпонентную структуру: в них формировались гало более-менее сферической формы и диск, в котором возникали спиральные рукава, где до сих пор продолжается рождения звезд. Протогалактики с медленным вращением или полным его отсутствием превращались в эллиптические или неправильные галактики. Одновременно с этим процессом происходило формирование крупномасштабной структуры Вселенной - возникали надсккопления галактик, которые соединялись своими краями вроде ячеек пчелиных сотов. В начале XX ст. Хаббл классифицировал структуру галактик, в результате чего теперь различают три класса галактик:

Эллиптические галактики (Е) - имеют вид кругов или еллипсов, яркость которых плавно уменьшается от центра к краю Их делят на 8 подтипов от Е0 (круговой объект) до Е7 (объект существенно сплющен). Например, кольцевая туманность в созвездии Лиры, что находится от нас на расстоянии 2100 световых лет. Состоит она из светоносного газа, что окружает центральную звезду. Эта оболочка образовалась тогда, когда звезда состарилась и "отпустила" в про-

странство газовые покровы. Звезда сжалась и перешла в состояние       _{Эллиптическая галактика}  белого карлика, подобного по размеру нашей планеты, а по массе – Солнцу.

Спиральные галактики состоят из ядра и нескольких рукавов или ветвей. В обычных спиральных галактиках (тип S) ветви выходят непосредственно из ядра. В спиральных галактиках с перемычкой (тип SВ) ядро пересекается вдоль диаметра поперечной полосой из звезд – перемычкой или баром, от концов которой начинаются спиральные рукава.

Как пример можно рассмотреть спиральную галактику М51 в созвездии Гончих Псов, расстояние до которого составляет около 8 млн. световых лет. На конце спиральной ветви есть утолщение - это самостоятельная неправильной формы галактика. Наша Галактика относится к спиральным галактикам с перемычкой

 

Неправильные галактики (И) - имеют неправильные формы, не имеющие четко выраженного ядра и симметричной структуры. Ярким примером является Большое Магелланово облако, что находится от нас на расстоянии 165 тыс. световых лет и является ближайшей к нам галактикой. Рядом с ней расположена меньшая галактика - Малое Магелланово облако. Обе эти галактики являются спутниками нашей галактики. 

 

 

Линзовидные галактики – это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть гало и диск, но нет спиральных рукавов.     Такие галактики       обозначаются S0.Эллиптических галактик, по общим оценкам, в несколько раз меньше, чем спиральных (более точные данные сильно колеблются в разных источниках).Ближайшая к нам эллиптическая галактика —  карликовая галактика в созвездии Скульптора (ESO 351-30, под-

класс — dE0 или dSph, радиус — 1505 световых лет) 

 

 

11.3. Звездные скопления и ассоциации.

Некоторая часть звезд Галактики объединена в скопления, то есть в групы, связанные между собой взаимным тяготением и поэтому движущиеся в пространстве как единое целое. 

Все звезды, входящих в скопление, образовались примерно в одно и то же время и примерно на одинаковом расстоянии от нас. Любые заметные различия в блеска между такими звездами являются истинными отличиями. Какие бы колоссальные изменения ни понесли эти звезды с течением времени, начинали они все одновременно. Особенно полезно изучение звездных скоплений с точки зрения зависимости их свойств от массы - ведь возраст этих звезд и их расстояние от Земли примерно одинаковые, так что они отличаются друг от друга только своей массой. Звездные скопления исключительно красивые и как объекты для фотографирования и для наблюдения астрономами-любителями.  Различают два вида скоплений: рассеянные и шаровые.  

Газопылевые облака могут обладать массами в тысячи и миллионы масс Солнца. Из их вещества может родиться множество звезд. В этом случае они расположатся на некотором отдалении друг от друга внутри облака. Такую группу, редко принимающую правильные очертания, принято называть рассеянным звездным скоплением. Расстояния между звездами в рассеянных скоплениях относительно велики.

 

Рассеянные звездные скопления состоят из нескольких десятков, сотен, иногда тисяч звезд и имеют неправильную форму. Их диаметры составляют 10-20 св.л. Почти все рассеянные звездные скопления находятся в Млечном Пути или вблизи него.

Шаровые звездные скопления, в отличие от рассеянных, имеют сферическую или слегка сплюснутую форму диаметром до 300 св.л., значительно богаче звездами. Их там может быть до миллиона. Кроме того, шаровые скопления очень компактны, и звезды в них удалены на малые расстояния друг от друга. Считается, что они образовались вместе с Галактикой из чрезвычайно плотных и массивных газовых облаков. Это гипотеза подтверждается тем, что почти все звезды в шаровых скоплениях старые, процессы звездообразования в них идут очень и очень слабо. 

 

Многие звезды в шаровых скоплениях уже находятся на стадии красных гигантов, поэтому обычный цвет этих объектов желтоватый или даже рыжий. Молодые шаровые звездные скопления в нашей Галактике не обнаружены. Форма шаровых скоплений сферическая или эллипсоидальная, отсюда и название. Как показали наблюдения, большинство шаровых звездных скоплений сосредоточено в одной части неба – в созвездии Стрельца. 

В отличие от рассеянных скоплений все шаровые скопления располагаются сферическисимметрично относительно центра Галактики, заметно концентрируясь вокруг него.

Звездные ассоциации - группировки гравитационно несвязанных или слабопосвязанних между собой молодых звезд (в возрасте до нескольких миллионов лет), объединенных общин происхождением.

По типу звездного населения ассоциации разделяют на:

-  OB-ассоциации, состоящие в основном из горячих звезд спектральных классов О и B;

-  T-ассоциации, характерное населения которых - переменные звезды типа T Тельца.

 

11.4.Туманности.

Наша Галактика состоит не только из звезд. Межзвездное пространство заполнено газом и пылью, которые очень разрежены – одна частичка на 10 см.куб. Но иногда они образуют огромные по размерам (10-100 пк), достаточно плотные (10-100 частиц в 1 см. куб), неправильной формы облака – диффузные туманности, которые разделяют на светлые и темные.

Звездные туманности — это газопылевые облака внутри галактик. Они видны, если образующий их газ светится или если облако отражает свет звёзд либо загораживает свет более далёких объектов. Так, эмиссионные туманности испускают свет, возбуждаемый излучением горячих молодых звёзд. Светлые пылевые туманности светятся отражённым светом. Самой известной среди светлых туманностей является туманность Ориона, которую видно даже невооруженным глазом как слабенькое облачко. 

Тёмные туманности представляют собой плотные (обычно молекулярные) облака межзвёздного газа и межзвёздной пыли, непрозрачные изза межзвёздного поглощения света пылью. 

Тёмные туманности выглядят, как чёрные силуэты: они закрывают расположенные за ними светящиеся туманности и звёзды; поглощают свет находящихся на больших расстояниях звезд

   

 Кроме диффузных, существуют также компактные туманности правильной формы. Они делятся на волоктистые и планетарные. И если с диффузными туманностями связывают сегодня образование звезд, то волоктистые и планетарные туманности формируются на заключительных этапах эволюции звезд из брошенных ими оболочек.

 Часть волоктистых туманностей – это остатки вспышек сверхновых звезд. Одна из них – Крабовидная туманность из созвездия Тельца, расстояние до которой составляет 5500 св.л. 

 Планетарными названы туманности кольцевидной формы, которые издали имеют вид слабых колец или дисков. Первые планетарные туманности были открыты У. Гершелем около 1783 года и названы так за их внешнее сходство с дисками планет. Среди них планетарная туманность Улитка из созвездия Водолея.

 

Планетарные туманности образуются при сбросе внешних слоев (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2,5-8 солнечных на завершающей стадии их эволюции. Планетарная туманность - мимолетное (по астрономическим меркам) явление, которое длится всего несколько десятков тысяч лет, при продолжительности жизни звезды-предка в несколько миллиардов лет. В настоящее время в нашей галактике известно около 1500 планетарных туманностей. 

 

Процесс образования планетарных туманностей, вместе со вспышками сверхновых, играет важную роль в химической эволюции галактик, выбрасывая в межзвездное пространство материал, обогащенный тяжелыми элементами - продуктами звездного нуклеосинтеза (в астрономии тяжелыми считаются все элементы, за исключением продуктов первичного нуклеосинтеза Большого взрыва - водорода и гелия).

 

В последние годы с помощью снимков, полученных космическим телескопом Хаббл, удалось выяснить, что многие из планетарных туманностей имеют очень сложную и своеобразную структуру. Несмотря на то, что примерно пятая часть из них имеет кругосферическую форму, большинство не владеет ни одной сферической симметрией. Механизмы, благодаря которым возможно образование такого многообразия форм, до конца не выяснен. Считается, что большую роль в

	Планетарная туманность
«Песочные часы» расположе-
на на расстоянии 8000 св. лет

магнитного поля и межзвёздной среды.

  

12. Мир галактик. Квазары. Проблемы космологии. 12.1. Мир галактик.

Наша Галактика - это огромный звездный остров, насчитывающий свыше 200 млрд. звезд, в состав которого входит наше Солнце. Подавляющее большинство звезд Галактики,  сконцентрирована в плоском диске, который мы видим на небе как светящуюся полосу Млечного Пути, а также в спиральных ответвлениях. В центре Галактики находится ком-пактне сгущения вещества - ядро, физическая природа которого и физические процессы, свершающиеся в нем, в настоящее время предметом детального изучения. 

Масса видимого вещества нашей Галактики состоит из массы звезд (примерно 95 %) и межзвездного газа и пыли (около 5 %). Пространство Галактики пронизано потоками заряженных частиц огромных энергий, а на межзвездный газ действует магнитное поле. Галактики - основные структурные единицы нашей Вселенной.  

Галактика Андромеды (гигантская галактика, похожа по своему строению на нашу, и состоит она из сотен миллиардов звезд) вместе с нашей Галактикой и еще несколькими соседними галактиками меньшей массы образуют так называемую Местную группу. Некоторые среди звездных систем этой группы, в частности Большое и Малое Магеллановы Облака, являются спутниками нашей Галактики. Вместе с ней они вращаются вокруг общего центра масс.

Еще одно скопление галактик расположено в созвездии Девы. Оно является центром еще более гигантской, чем Местная группа, системы звездных островов - Надскоплений галактик, в состав которого входит и Местная группа с нашей Галактикой. 

Современным средствам астрономических исследований доступна огромный участок пространства радиусом около 10- 12 млрд. световых лет.

На этом участке расположены миллиарды галактик, их совокупность называется Мегагалактикой.

Одна из главных трудностей, с которыми имеют дело астрономы при изучении Галактики, - наше внутреннее положение в этой звездной системе. Вторая - поглощение излучения дальних галактических объектов межзвездной материей.

Эти проблемы астрономы преодолевают, изучая Галактику во всех диапазонах электромагнитных волн. Там, где непосредственное наблюдение невозможно, обращаются к теоретическому анализу, что помогает восстанавливать те звена процессов и явлений, которых не хватает.

Большую роль играет метод сравнения. Наша Галактика принадлежит к спиральным. А такие Галактики составляют около 50 % звездных островов. Это обстоятельство облегчает применение метода сравнения. За пределами нашей Галактики есть множество других звездных систем, которые мы можем наблюдать со стороны, в разных ракурсах и на разных стадиях развития. Сравнивая их одна в другой и с нашей Галактикой, мы познаем общие закономерности строения и эволюции этих звездных систем и нашего звездного острова.

12.2. Квазары

Квазар – тип объектов вселенной, которые отличаются достаточно высокой светимостью и таким малым угловым размером, что на протяжении нескольких лет после обнаружения их не получалось отличить от звёзд.

Квазары являются весьма удивительными и загадочными внегалактическими объектами; судя по всему, это самые сильные источники энергии в космосе, имеют самые высокие светимости среди всех объектов Вселенной. Высокая светимость квазаров дает возможность наблюдать их на очень больших расстояниях.

Впервые квазар был обнаружен астрономом Маартен Шмидтом, вовремя своей работы в обсерватории Маунт - Паломар, 5 августа 1962 года. За последние 50 лет найдено более чем 5000 квазаров, но благодаря современным телескопам вполне возможно обнаружить ещё миллионы квазаров.

В начале XXI в. установлено, что квазары - это галактики, которые имеют в центре сверхмассивные черные дыры. Квазары принадлежат к галактикам с активными ядрами. Большинство из них связаны со спиральными галактиками.

Расстояние, на котором находятся самые далекие квазары, составляет примерно 10 млрд. св. лет; они удаляются от нас со скоростью, практически равной скорости света. Вблизи некоторых квазаров обнаружены выбросы больших потоков вещества. 

Квазары дают информацию о раннем периоде Вселенной. Другая интересная особенность квазаров заключается в том, что они содержат химические элементы тяжелее гелия, указывая на то, что галактики перешли в массивную фазу звездообразования (создание звезд третьего поколения) в промежутке времени между Большим взрывом и первыми наблюдаемыми квазарами. Свет от этих звезд наблюдался в 2005 году на Spitzer Space Telescope NASA.

12.3. Масштабы Вселенной

Как земные наблюдатели Вселенной, для нас её просторы начинаются с ближнего космоса.

1.              Естественный спутник Земли - Луна - является ближайшим к нам небесным телом.

2.              Наша планета вместе с другими большими и малыми планетами входит в состав Солнечной системы. Все планеты вращаются вокруг Солнца. 

3.              Солнце, как и все видимые на небе звезды, входит в состав нашей звездной системы - Галактики. Размеры Галактики настолько велики, что даже свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/с, проходит расстояние от одного ее края до другого за сто тысяч лет. 

4.              Галактик во Вселенной множество, но они очень далеко, и мы невооруженным глазом можем видеть лишь одну из них - туманность Андромеды. Расстояния между отдельными галактиками обычно в десятки раз превышают их размеры. Чтобы яснее представить себе масштабы Вселенной.

5.              Звезды являются самым распространенным типом небесных тел во Вселенной, а галактики и их скопления - её основными структурными единицами. Пространство между звездами в галактиках и между галактиками заполнено очень разреженной материей в виде газа, пыли, элементарных частиц, электромагнитного излучения, гравитационных и магнитных полей. 

12.4. Проблемы космологии

 Основоположниками космологии – науки о Вселенной в целом, о законах ее строения и развития – были древнегреческие философы. Это молодая и вместес тем самая привлекательная область астрономи. Она в полном объеме использует такие понятия, как пространство и время, являющиеся не только физическими, но и философскими понятиями. 

Космология (греч. κοσμολογία от греч. κόσμος - "вселенная" и греч. λογια - "учение") - учение о Вселенной в целом и место человека в ней. Основу этой дисциплины составляют математика, физика и астрономия. 

Общие закономерности развития Вселенной изучают с помощью космологических модей. Иначе говоря, выводятся уравнения, по которым определяют изменение с течением времени расстояния между двумя произвольно взятыми материальными объектами во Вселенной (двумя галактиками), а также изменение средней температуры и плотности вещества. При этом, как правило, исходят из так называемого космологического принципа, провозглашающего, что Вселенная – однородна и изотропна, то есть свойства Вселенной для каждого заданного момента времени одинаковы во всех ее точках и по всем направлениям.

Возникновение современной космологии связано с развитием в XX веке общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна и физики элементарных частиц. Первое исследование на эту тему, опирающееся на ОТО, Эйнштейн опубликовал в 1917 году под названием «Космологические соображения к общей теории относительности». В ней он ввёл 3 предположения: Вселенная однородна, изотропна и стационарна. Общей теорией относительности было установленно, что развитие Вселенной в значительной мере зависит от значения средней плотности вещества, заполняющего ее. При этом особую роль играет так называемое значение критической плотности вещества_кр .

Оказывается, если _кр , то расширение Вселенной рано или поздно прекратится и начнется процес сжатия. Если _кр , то Вселенная открыта, бесконечна, и ее расширение будет длиться вечно. сложных

Следовательно, для того чтобы узнать, какой космологической модели отвечает Вселенная, нужно определить среднюю плотность ее вещества и сравнить с критической. Это и является первоочередной задачей космологии.

Отметим, что при введении понятия расширяющейся Вселенной, не имеется в виду некая физическая точка, от которой происходит расширение. Никакого центра расширения не существует. Сравним Вселенную с точками на поверхности воздушного шарика. Когда он наполняется воздухом, расстояния между точками будут увеличиваться, но ни одну точку при этом нельзя считать центром расширения. 

Так и при расширении Вселенной – само пространство как бы разбухает, галактики отдаляются друг от друга, оставляя благодаря гравитации неизменными свои объемы.

На данный момент следует различать четыре основные учения о Вселенной, которые различаются между собой путями и методами получения знаний:

•      физика и астрофизика играют ведущую роль в развитии физической космологии - раздела астрономии, изучающего Вселенную как целое, опираясь на законы физики и используя результаты физических экспериментов и астрофизических наблюдений;

•      метафизическая космология, как часть мировозренческой философии, которая предусматривает использование человеческого сознания для формирования интуитивных выводов о природе Вселенной, человека и Бога и/или их взаимосвязей между собой на основании некоторого набора предположений, заимствованных из духовного опыта и/или наблюдений;

•      космология является важной составляющей веры в религии и мифологии, которые пытаются объяснить бытие и природу действительности. В некоторых случаях, представление о создании (космогония) и разрушения (эсхатология) Вселенной играют центральную роль в формировании структуры религиозной космологии, целью которой является понять роль человеческого общества во Вселенной.

•      на противоречии между религией и философией возникла эзотерическая космология - отличная от религиозной космологии меньшей зависимостью от традиций и уверенностью в интеллекте, а не вере, и, отличной от метафизической космологии в ее акценте на духовности как базовом понятии.

 

13. История развития представлений о Вселенной. Происхождение и развитие Вселенной

13.1. Вселенная

С незапамятных времен человеческий разум интересует вопрос о возникновении мира. Еще не существовало таких понятий как религия и наука, а человек уже задумывался о мироустройстве и своем положении в окружавшем его пространстве. Возникновение Вселенной и на данный момент остается одной из самых интересных и не изученных загадок современной космологии. 

Момент во времени, когда появился мир (Вселенная, звёзды, планеты и т. п.). Существует несколько научных и религиозных систем датировок.

•      Теория Большого взрыва, широко распространённая в современной физике, оценивает появление Вселенной около 13 млрд лет назад. Самая ранняя известная эпоха — этопланковское время (10⁻⁴³ секунд после Большого взрыва).

•      Согласно библейским источникам, период времени от сотворения мира Богом до Рождества Христова насчитывал от 3483 до 6984 лет.

•      В индуизме время жизни мироздания до возврата в «непроявленное» состояние равно 100 годам Брахмы. Каждый год Брахмы состоит из 360 суток; сутки состоят из равных дня и ночи; день длится одну калпу, которой соответствует 4,32 млрд человеческих лет. Итого, время жизни мироздания — около 311 трлн лет. Считается, что нынешний Брахма находится на 51 году, что соответствует около 155 трлн лет.

 

13.2. Звездные миры

К началу ХХ века пределы разведанного во Вселенной расширились настолько, что включили Галактику. Многие, если не все, думали тогда, что эта огромная звездная система и есть вся Вселенная в целом.

Но в 20-е годы были построены новые крупные телескопы, и оказалось, что за пределами Галактики мир не кончается. Миллиарды звездных систем, галактик, похожих на нашу и отличных от нее, рассеянные по просторам Вселенной. 

Фотографии галактик, сделанные с помощью крупнейших телескопов, поражают кра-сотой и разнообразием форм: это и мощные вихри звездных облаков, и правильные шара, а другие звездные системы вообще не находят никаких определенных форм.

Все эти типы галактик - спиральные, эллиптические, неправильные, - названия, что получили, по своему виду на фотографиях, открыты американским астрономом Е. Хабблом в 20-30-е годы ХХ века.

Если бы мы могли увидеть нашу Галактику издалека, то она предстала бы перед нами совсем не такой, как на схематическом рисунке. Мы не увидели бы ни диска, ни гало, ни короны, которая и вообще-то невидимая. С больших расстояний видны только самые яркие звезды. Все они, собранные в широкие полосы, дугами выходят из центральной области Галактики. Самые яркие звезды образуют ее спиральный узор. Только этот узор и был бы заметен издалека. Наша Галактика на снимке, сделанном астрономом из некоего звездного мира, выглядела бы очень похожей на туманность Андромеды. 

Многие крупные спиральные галактики владеют - как и наша Галактика - протяженными и массивными невидимыми коронами. Это очень важно: ведь если так, то, значит, и  основная часть массы Вселенной  - это загадочная, невидимая, "скрытая масса".

Почти все галактики собраны в разные коллективы, которые называют игрурамы, скоплениями и надскоплениями, смотря по тому, сколько их там. В группу может входить всего три или четыре галактики, а в надскопления - до тысячи или несколько десятков тысяч. Наша Галактика, туманность Андромеды и еще более тысячи таких же объектов входят в так называемое местное надскопление. Оно не имеет четко очерченные формы.

Примерно так же устроены и другие надскопления, которые достаточно отчетливо заметны в современные крупные телескопы.

До недавнего времени считалось, что эти объекты - самые крупные образования во Вселенной. Но выяснилось, что это не так. Несколько лет назад астрономы составили странную карту Вселенной. На ней каждая галактика представлена всего лишь точкой. На первый взгляд они рассеяны на карте хаотично. Если же присмотреться внимательно, то можно найти группы, скопления и надскопления, которые выглядят здесь цепочками точек. 

Эта карта позволяет обнаружить, что некоторые такие цепочки соединяются и пересекаются, образуя некий сетчатый или ячеистый узор, напоминающий кружева или, возможно, пчелиные соты с размерами ячеек в 100-300 миллионов световых лет. 

Несколько таких ячеек, очерченных надскоплениями, удалось детально изучить. Внутри них галактик почти нет, все они собраны в "стенке".

Ячейка - предварительное, рабочее название для самого крупного образования во Вселенной. Более крупных систем в природе нет. Это показывает карта Вселенной. Астрономия достигла завершения одной из самых грандиозных своих задач: вся последовательность, или, как еще говорят, иерархия, астрономических систем теперь вполне известна. 

13.3. Общие представления о строении Вселенной.

1. Вселенная – наибольшее по размерам пространство, познанное человеком. Границы Вселенной, что охватывает и включает все планеты, звезды, галактики, скопления, надскопления и ячейки, обусловлены дальностью действия современных телескопов и достигают нескольких миллиардов световых лет. 2. Главное свойство Вселенной в целом - однородность. Представим себе, что мы мысленно выделили во Вселенной очень большой кубический объем, с ребром в 500 миллионов световых лет. Подсчитаем, сколько в нем галактик. Сделаем такие же подсчеты для других, но таких же гигантских объемов, расположенных в разных частях Вселенной. Если все это выполнить и сравнить результаты, то окажется, что в каждом из них, где бы их ни брать, содержится одинаковое число галактик. То же самое будет и при подсчете скоплений или даже ячеек.

3. Вселенная предстает перед нами везде одинаково - "сплошной" и однородной. В однородном мире все "места" равноправные и любое из них может претендовать на то, что оно - центр мира. А если так, то, значит, никакого центра мира вовсе не существует.

Проще устройства и не придумать. Нужно сказать, что об этом люди уже давно подозревали. Указывая из соображений максимальной простоты устройства на общую однородность мира, замечательный мыслитель Паскаль (1623-1662 гг.) говорил, что мир - это круг, центр которого везде, а окружность нигде. Так с помощью наглядного геометрического образа он подтверждал однородность мира. 4. Вселенная находиться в движении - она расширяется. Расстояние между скоплениями и над скоплениями постоянно растет. Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть ячеистой структуры растягивается.

Во все времена вплоть до 20-х годов ХХ века люди предпочитали считать Вселенную вечной и неизменной. Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 - 1924 годах работы советского математика и физика Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда А.Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир - это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь и сжимаясь по строго определенным законам.

Фридман открыл подвижность Вселенной. Это был теоретический прогноз, а выбор между расширением и сжатием нужно сделать на основании астрономических наблюдений. 

Такие наблюдения в 1928 - 1929 годах удалось выполнить Хабблу. Он нашел, что далекие галактики и цели их ситемы двигаются, удаляясь от нас во все стороны. 

Это не означает, что галактики разбегаются именно от нас. На самом деле общее расширение Вселенной происходит так, что все они отдаляются друг от друга, и с любого места картина этого разгона выглядит так, как мы видим ее с нашей планеты.

Если Вселенная расширяется, то в далеком прошлом скопления ближе друг к другу. Более того: по теории Фридмана следует, что пятнадцать - двадцать миллиардов лет назад ни звезд, ни галактик еще не было и все вещество было перемешано и сжато к колоссальной плотности. Это вещество было тогда и немыслимо горячим. В результате коллаптического явления – Большого взрыва - и началось общее расширение, которое привело со временем к образованию Вселенной, которую мы видим и знаем сейчас.

Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии и в наше время сформировались в науку о строении и эволюции Вселенной - космологию.

Важнейшие вопросы космологии, остающиеся не раскрытыми:

-  Что лежит за пределами наблюдаемой области мира? Бесконечна ли Вселенная по объему?

-  Почему началось расширение Вселенной – теория Большого взрыва. Будет ли расширение Вселенной всегда продолжаться в будущем?

-  Каким является происхождения "скрытой массы"?

-  Как зародилась разумная жизнь во Вселенной? Является ли оно еще где-нибудь кроме нашей планеты?

 

14. Вероятность жизни на других планетах. Вопрос существования других вселенных 14.1. О поиске жизни вне Земли

Человечество всегда задумывалось над тайной происхождения жизни и Вселенной. Каждая цивилизация прошлого создала свои мифы о возникновении мира и человека. 

Современная цивилизация также проявляет понятную заинтересованность в этих вопросах. Как и прежде, человечество надеется на возможность существования жизни еще где-нибудь кроме Земли - на планетах Солнечной системы или за ее пределами, среди звездных миров. Сегодня, когда автоматические станции исследуют межпланетное пространство (некоторые из них направляються к далеким звездам), проблема существования и поиска жизни во Вселенной стала еще более актуальной. 

Прежде чем рассматривать эти проблемы, нужно задаться вопросом.

Что такое жизнь? Давая ответ на этот вопрос, заметим, что определение термина "жизнь", как и все дальнейшие рассуждения относительно условий ее возникновения, продолжительности существования и эволюции, опираются на один единый пример - знания о жизни на Земле. Другого примера пока нет.

Основные свойства живого:

-                 все живое способно к самовоспроизведению, то есть к размножению: клетки делятся, растения дают семена, животные рожают детенышей и т.д; 

-                 все живое поддерживает свое существование за счет окружающей среды - поглощает энергию (солнечную или других источников), дышит, питается; 

-                 все живое собирает, хранит и перерабатывает информацию о внешней и внутренней среде с тем, чтобы сохранить и поддержать свои собственные характеристики; собранная информация кодируется чрезвычайно сложными и большими молекулами. 

Жизнь - это высокоорганизованное состояние вещества, способное к самовоспроизведению с помощью определенным образом кодированных молекул и к обмену с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Жизнь на Земле существует благодаря соединениям углерода, растворителем для которых служит вода. Причем, при огромном разнообразии живых существ (несколько миллионов видов), процесс воспроизведения присходит по одному принципу – с помощью молекул ДНК, которые используют для программирования индивидуального развития каждого организма один и тот же генетический код. 

Такое биохимическое единство свидетельствует о том, что все проявления жизни на Земле возникли в значительной мере одинаковыми путями и имеют общие корни.

Хотя на вопрос, как именно произошел переход от "неживого" к "живому", современная наука пока не может дать точного ответа. 

Утверждение о биохимической единственности жизни на Земле в свою очередь приводит к выводу о том, что жизнь на других планетах может очень отличаться от земной, даже если она использует те же химические элементы. Бесспорно, везде, где существует жизнь, должны быть молекулы, которые обеспечивают самовоспроизведение. Но построены они могут быть не так, как земная ДНК, и могут нести в себе другой генетический код. В молекулах белка могут быть использованы другие аминокислоты. А в основе размножения, хранения и передачи информации может лежать другая химическая система.

Многочисленными лабораторными экспериментами давно доказано, что для образования сложных органических молекул, предшествующих возникновению жизни, необходимы слудующие условия: 

-                 наличие в составе небесного тела всех химических элементов, которые входят в состав живо-

го; 

-                 соответствующий температурный режим, обеспечивающий пребывания воды в газообразном и жидком состоянии; 

-                 отсутствие кислорода в атмосфере планеты, ибо при его наличии образуется озоновый экран, поглощающий солнечный ультрафиолет, который, разрушая электронные оболочки атомов, дает им возможность объединяться в сложные предбиологеские молекулярные соединения.  

Как только эти условия выполняются, в силу хорошо известных законов физики и химии немедленно начинается образование сложных органических соединений. 

Поэтому начало жизни на планете Земля было вполне закономерным явлением, так как на ней реализовались все необходимые начальные условия.

Дальнейший переход от преджизни к жизни, а также ее существование стало возможным при поддержании стабильными на протяжении миллиардов лет определенных характеристик внешней среды. И это условие также реализовалась на Земле. 

Есть три особенности, которые делают Землю уникальной среди других планет Солнечной системы: расстояние от Солнца и ее размер, и (что, возможно, менее существенно) относительно большая масса естественного спутника Луны. Все три характеристики оказались важными для существования и развития жизни.

1.              Земля находится от Солнца на очень удобном расстоянии -149 600 000 км. Именно на таком расстоянии средняя температура поверхности планеты такова, что позволяет воде, входящей в состав тел живых существ, находиться в жидком состоянии, а не в виде льда или водяного пара. 

Если бы Земля находилась на месте Венеры, то большое количество радиации от Солнца в конце концов сделала бы ее похожей на Венеру с мощной атмосферой из углекислого газа и температурой, слишком высокой для существования жизни. 

Если бы Земля переместилась на орбиту Марса, то уменьшение количества солнечного тепла вызвало бы охлаждения океанов и увеличение площади полярных шапок, что в конце концов превратило бы ее на неконтролируемый холодильник со слишком низкой для существования жизни температурой.

2.              При больших размерах Земля имела бы большую массу, а следовательно, и большую силу тяготения. Тогда ее атмосфера напоминала бы атмосферу планет-гигантов - Юпитера или Сатурна - и для жизни была бы непригодной. При меньших размерах и массе, как у Меркурия, Земля вообще не могла бы удержать атмосферу.

Таким образом, размеры и расстояние от центрального светила - это два решающих фактора с точки зрения условий для существования жизни. 

3.              Луна с её относительно большой массой. Во-первых, вызванные ею высокие приливы и отливы на морском побережье, могли сыграть решающую роль в образовании микросреды, пригодной для существования жизни. Во-вторых, Луна стабилизирует ориентацию оси вращения Земли, что важно для поддержания более-менее постоянного климата.

К этому надо добавить важность планет-гигантов, особенно Юпитера, в Солнечной системе. Их наличие способствует стабилизации орбиты Земли, без чего она могла бы быть выброшенной за пределы планетной семьи или упала бы на Солнце. К тому же Юпитер как самая массивная планета в Солнечной системе притягивает к себе основную массу метеоритов, которые могли бы полностью разрушить поверхность Земли.

 

14.2. О вероятности существования жизни на других планетах

Точка зрения оптимистов. 

Поскольку законы физики и химии универсальны для всей видимой Вселенной, то на любой планете (находится она в Солнечной системе или в любой другой звездной системе) при наличии соответствующих условий неминуемо происходят такиеже процессы. Образование органических (пусть и простых) соединений с дальнейшим их усложнением и пока неизвестным переходом к образованию живых систем - это скорее всего повсеместный космический процесс. 

Во Вселенной имеются все предпосылки того, что появление жизни и разума на Земле не является чем-то исключительным. Другое дело - где искать планеты, пригодные для жизни?

Большинство звезд нашей Галактики входит в состав кратных систем. Это свидетельствует о том, что протозвездное облако, в котором происходит формирование звезды, разбивается на фрагменты с образованием сразу несколько объектов. Очень часто распределение масс между ними бывает неравномерным.

Иногда рядом с массивным телом проявляются одна или две небольшие звезды в виде красных карликов. А иногда у остатков вещества, не использованного на образование основной звезды, масса так мала, что из него могут образоваться только планеты - одна или несколько.

Не каждая звезда достойна внимания с точки зрения поисков возле нее планет, на которых могло бы возникнуть жизнь. Зная, что для эволюции жизни от простейших до самых высоких форм потребуются огромные промежутки времени (3-4 млрд. лет), можно исключить из поиска горячие белые и голубые звезды, которые не способны прожить более 4 млрд. лет. Если у них и есть планетные системы, то из-за короткого срока жизни звезды будущего у этих планет нет.

Звезды гораздо меньшей массы, чем Солнце, также плохие кандидаты для поисков. Чтобы получить нужное количество тепла от такой звезды, планета должна находиться к ней гораздо ближе, чем Земля к Солнцу. Например, от звезды Барнарда, второй по удаленности от Солнечной системы (6 св.

л.), планета должна находиться на расстоянии 1млн 300 тыс. км. Это лишь втрое дальше, чем Луна от Земли! При таких близких расстояниях планета, как и Луна, всегда будет обращена к своему Солнцу одной стороной. По расчетам, это должно значительно замедлить образования сложных химических соединений. Учитывая огромный срок жизни карликовых звезд - 100-150 млрд. лет, согласимся: в таком далеком будущем всевозможно. Только сейчас искать там жизнь не имеет смысла.

Пригодные для жизни планеты могут находиться вблизи звезд, похожих на Солнце. А их среди 400 милиардов звездного населения нашей Галактики насчитывается до 28 млрд. Даже если отбросить те из них, которые находятся в центральных районах звездной системы, поскольку смертоносный уровень радиации, который там царит, уничтожит жизнь в самом зародыше - на окраинах их останется несколько миллиардов. Значит – есть надежда!

Увидеть планеты возле других звезд крайне трудно, так как их яркость гораздо меньше яркости основного светила. Однако существуют методы, которые позволяют определить наличие планет, не видя их. Один из них - метод лучевых скоростей, который позволяет регистрировать колебания лучевой скорости звезды даже в 3 м/с за счет наличия невидимого компонента.

Используя этот метод, в 1995 г. два швейцарских исследователя М. Майор и Д. Квелоц объявили об открытии первой внесолнечной планеты массой 0,47 массы Юпитера возле звезды 51 Пегаса. С тех пор до начала XXI в.. было открыто свыше сотни планет вблизи звезд в радиусе до двухсот световых лет от Солнца. Для поисков используются современные наземные оптические телескопы, такие как 10-метровые "Кек-I", "Кек-II" и другие. Ожидается, что список внесолнечных планет в ближайшие годы увеличится в несколько раз. 

К сожалению, пока все открытые планеты подобны планетам-гигантам Солнечной системы, но, среди них должны быть и подобные Земле. Для их поиска нужны новые подходы, новое оборудование; работы в этом направлении уже проводятся. Идут эксперименты с оптическими интерферометрами, созданы проекты мощных космических интерферометров.

Вместе с тем продолжается планирование работ по программе SETI (от англ. - "поиск внеземного разума"), начатых в 1960 г. Ф. Дрейком под названием СЕТЕ - "связь с внеземным разумом". Сначала поиски велись в основном в радио- и оптическом диапазоне. Теперь все большее внимание уделяется рентгеновскому и гамма-диапазонам, имеющим высокую способность передавать большое количество информации за единицу времени. Вывод за пределы атмосферы рентгеновских и гаммаприемников решает проблему приема и передачи сигналов на этих частотах. Возможно, в XXI в. будут использоваться нейтрино и гравитационные волны. Оба канала отличаются большой проникающей способностью: информация почти не рассеивается в пространстве и без значительных потерь может «доносить послания к адресату», преодолевая огромные расстояния межзвездного и даже межгалактического пространства. Точка зрения скептиков. 

Все известные внесолнечные планеты имеют слишком большие массы и движутся по сильно вытянутым орбитам, что приводит к колебаниям температур, выходящими за допустимые пределы, необходимые для сохранения жизни. Солнце с его планетною системой, где круговые орбиты аккуратно вложены друг в друга, и сама Земля - это чрезвычайная редкость во Вселенной.

Данные спектральных исследований окраин нашей Галактики указывают на бедность содержания в их звездах таких необходимых для возникновения жизни элементов, как железо, магний и кремний. Эти элементы, образуясь в ходе термоядерных реакций, рассеиваются из недр звезд во время их взрывов. Однако взрывы сверхновых звезд в пределах нашей звездной системы происходят нечасто.

Земля, на которой есть не просто жизнь, а жизнь разумная, представляется уникальным творением природы и единственным носителем того удивительного совпадения космических обстоятельств, которые обеспечили появление жизни и разума. 

14.3. Человек во Вселенной

В конце XX в. человечество сделало вывод, что жизнь на Земле не лишена определенного общекосмического смысла, что условия, благодаря которым она возникла, не является случайным совпадением локальных физических обстоятельств, а глубочайшим образом связаны с глобальными космологическими причинами - с историей и развитием Вселенной в целом.

Возникновению разума предшествовала очень длительная эволюция физических факторов во Вселенной. Если бы эволюция Вселенной имела другой характер, жизнь на ней едва ли могла бы зародиться. Так почему же Вселенная, в которой мы живем, имеет именно такие свойства, которые способствуют развитию жизни и разума, а не какие-нибудь другие? 

Во второй половине XX в. астрофизик Г. Идлис обратил внимание на то, что законы физики, действующие в нашей Вселенной, "позволяют" существовать атомам, звездам, планетам и жизни. Впоследствии космолог А. Зельманов сформулировал очень важное положение: "Мы являемся непосредственными свидетелями природных процессов определенного типа, потому что процессы другого типа происходят без свидетелей", то есть мы живем в этой Вселенной, ибо ее физические свойства это допускают. Английский астрофизик П. Дэвис также высказал мнение о том, что наличие жизни накладывает ограничения на свойства Вселенной - они должны быть в той или иной степени определенными.

Возможно, в другой Вселенной, что имеет другие свойства, мы просто не смогли бы появиться, и такую "другую" Вселенную некому было бы наблюдать и изучать.

14.4. Антропный принцип

Антропный принцип (АП, от греч. "антропос" - "человек") впервые провозгласил физик Б. Картер 1974 г.: "Мы существуем, потому что Вселенная такая, какая она есть".

Антро́пный при́нцип — аргумент «Мы видим Вселенную такой, потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель, человек». Этот принцип был предложен с целью объяснить, с научной точки зрения, почему в наблюдаемой нами Вселенной имеет место ряд нетривиальных соотношений между фундаментальными физическими параметрами, которые необходимы для существования разумной жизни.

Основная идея антропного принципа - идея связи между существованием человечества и фундаментальными свойствами Вселенной. Принцип дает новое направление исследований, способствует постановке и изучению ряда важнейших вопросов. 

Один из них: Какие именно свойства Вселенной обеспечивают наше существование? 

Многолетняя практика астрономических и астрофизических наблюдений и здравый смысл приучили нас к мысли о том, что картина окружающего нас мира, сама по себе понятна и единственно возможна, и иначе быть не может.

Однако на самом деле это не так. Структура нашей Вселенной очень неустойчива по отношению к ее основным фундаментальным константам. Даже при небольших отклонениях от их имеющихся значений Вселенная могла бы полностью изменить свой вид. Её строение, начиная от элементарных частиц и заканчивая сверхскоплениями галактик, упростилось бы, а значительные структурные составляющие исчезли. Эти константы обеспечили такой процесс эволюции Вселенной, при котором появилась возможность образования сложных систем и сложных форм движения материи, а значит - жизни и человека.

И. Розенталь считает, что всю структуру Вселенной и ее историю определяют четыре фундаментальных взаимодействия - гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое, а также соотношения:

1.      между массами електрона и протона m_e /m_p , где m_e - масса электрона, m_p - массапротона;

2.      между массами нейтрона и протона mm_n m_p , где m_n - масса нейтрона, m_p - масса протона;

3.      N- размерность физического пространства.

Именно по отношению к этим воздейстиям очень чувствительным наша Вселенная: достаточно внести незначительные изменения в их значение, и это приведет к катострофическим радикальным изменениям природы целой Вселенной, например:

♦ если бы гравитационная постоянная уменьшилась в несколько раз, то сила притяжения была бы слишком мала для формирования из облаков водорода галактик и звезд; если бы, наоборот, гравитационная постоянная увеличилась в несколько раз, сила притяжения оказалась бы слишком большой и расширение Вселенной быстро сменилось бы сжатием, и жизнь в ней не успела бы развиться до высокого уровня;

♦ если бы масса электрона была бы вдвое больше существующей, то электрон "завалился" бы на протон, и вместо атомов водорода (и всех других элементов) во всей Вселенной были бы только нейтроны и нейтронные звезды;

♦ если бы разность между массой протона и нейтрона была бы втрое большей, то не смогли бы образовываться дейтроны, которые играют решающую роль в реакциях термоядерного синтеза, и тогда вся Вселенная состояла бы исключительно из водорода;

♦ если бы сила взаимодействия между протонами и нейтронами была бы на 5-7% больше, Вселенная состояла бы из одного гелия; если бы эта сила была на 5-7% меньше, гелий вообще не смог бы образоваться.

Так же тесно условия жизни на Земле связаны с другими фундаментальными свойствами астрономического мира, в частности, с расширением Вселенной.

Мы не случайно живем в эпоху "красных смещений" галактик. Отдаление источников электромагнитного излучения приводит к смещению их излучения в красную сторону спектра, а значит - к уменьшению энергии, которую оно несет. Если бы галактики сближались, то вместо красного смещения мы наблюдали бы фиолетовое, следовательно - увеличение частот излучения в сторону жестких лучей. При этом на нас обрушился бы такой испепеляющий поток электромагнитной энергии, что жизнь в таких условиях не смогла бы существовать. Даже в том случае, если бы Вселенная не расширялась или расширялась медленнее, интенсивность излучения была бы достаточно высокой, чтобы уничтожить белковую жизнь в зародыше.

Если изменить сразу не одну, а несколько фундаментальных постоянных, то оказалось бы, что существует некоторая область их значений, при которых могут образовывться сложные структуры, однако время их существования невелико. В таком мире будет слишком мало времени, чтобы возникло что-нибудь достаточно сложное.

Следовательно, можно еще раз подчеркнуть глубокую целесообразность и гармонию физических законов и значений фундаментальных постоянных. В противном случае возникновение сложных форм материи окажется невозможным. Только при имеющихся их значениях структура Вселенной предполагает развитие жизни и появление разума. 

14.5. Уникальность нашей Вселенной

Сравнительно узкие границы возможных изменений фундаментальных физических постоянных, при которых еще возможно существование жизни, говорят об уникальности "набора" их значений в нашей Вселенной. Именно эта их исключительность обеспечивает существование жизни. Возникает вопрос: поскольку набор физических постоянных величин в нашей Вселенной уникальный, а все уникальное маловероятно, то каким образом такое совпадение условий могло осуществиться?

С точки зрения антропного принципа, наша Вселенная прошла через бесконечную последовательность циклов расширения и сжатия. В начале каждого из них состоял свой набор физических констант, который менялся от цикла к циклу. Мы появились в том цикле, в котором сформировалось сочетание физических постоянных и других свойств, благоприятное для возникновения сложных структур и живых систем.

Кроме этого, не исключено, что в материальном Космосе существует бесконечное множество различных вселенных одновременно, в каждой из которых свой комплекс физических констант и свойств. В нашей Вселенной, с нашим «комплексом» физических явлений, связей и фундаментальных физических констант, ее стабильность обеспечивается именно теми законами природы, которые реализовались в окружающем нас мире.

Но могут существовать и другие, непривычные для нас комплексы явлений, устойчивость которых обеспечивается другими законами. Можно предположить существование вселенных с другими законами, иными свойствами пространства-времени и мировыми константами, не менее организованных, чем наша, и даже таких, которые обеспечивают существование негуманоидных форм жизни и разума. 

Следовательно, мы существуем в той Вселенной, свойства которой позволяют формировать живые организмы. Однако могут существовать вселенные, в которых действуют другие фундаментальные законы, и возможно существование принципиально иных форм жизни. 

Поскольку число возможных разных вселенных бесконечно, то появление в одной из них совокупности условий, пригодных для жизни, с позиций теории вероятностей вполне возможно.

14.6. Проблема существование других вселенных.

Вопрос о бесконечном количестве возможных вселенных в физике и космологии сталкивается со множеством неизвестного. Если другие вселенные существуют, то их существование подчиняется законам, принципиально отличающимся от законов, по которым существовует наша Вселенная. А это означает, что мы никак не можем получить от них информацию, ведь физическая связь между различными объектами возможна только тогда, когда они живут по подобным законам.

Как же осуществить связь с тем, что принципиально отличается от нашего мира? Отдельные ученые предполагают, что такими каналами связи могут служить сингулярности, которые в нашей Вселенной имеют место в случае черных дыр. Возможно, что барьеры пространства-времени, которые отделяют нашу Вселенную от других вселенных, не такие уж и неприступные. Не исключено, что со временем они будут преодолены наукой и выведут наши представления о Космосе на качественно новый уровень. 

Еще в 1931 г. австрийский ученый К. Гедель сформулировал теорему о неполноте наших знаний, которая гласит: "Ни одна система не может быть познанной до конца изнутри - вне связи ее с другими системами высшего порядка". Это означает, что невозможно исчерпывающе описать и объяснить мир, в котором живет человек, в том числе - описать причину появления и существования Вселенной, не выйдя за его пределы. А поэтому появляется все больше оснований считать, что без концепции других вселенных, существующих одновременно в материальном Космосе, уже не обойтись, поскольку она позволит понять свойства нашей Вселенной. 

 

 

  

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

автономная межпланетная стан-

ция, 19

астероид, 19 астрология, 5 астрометрия, 3 астрономическая 

-                  нолночь, 11    - полдень, 11 астрономия, 3 астрофизика, 3 белый карлик, 31 болид, 20 Большой взрыв, 46 большой круг, 11

Венера, 24 вертикал, 11 видимая звездная величина, 9 галактика, 38 Галилей Галилео, 4 Гершель Уильям, 4 годовое движение Солнца, 13 горизонт     - математический, 11    - физический, 11 единица астрономическая, 10

законы Кеплера

-                  первый, 15

-                  второй, 6    - третий, 16 звездная астрономия, 3 звездное небо, 10 звездные ассоциации, 40 звезды, 31    - гиперновые, 32

-                  главной последоваьельности,

31

-                  двойные, 32

-                  нейтронные, 32    - новые, 32

-                  переменные, 34

-                  сверхновые, 32

-                  Вольфа-Райе, 32 Алфавитный указатель. зенит, 11 интерферометр, 18 квадратура    - наибольшая восточная, 14    - наибольшая западная, 14  квазары, 42 Кеплер Иоганн, 4 комета, 21 Копрник Николо, 4 коричневый карлик, 31 космический мусор, 22 космология, 44 красный гигант, 32 кульминации светил, 11 линия 

-                  отвесная, 10    - полуденная, 11 лучевая скорость, 35 Марс, 25

Мегагалактика, 42 Меркурий, 24

метеорит, 21 Млечный путь, 38 надир, 11  небесная механика, 3

небесная сфера, 7, 10

небесный     - экватор, 11

-                  меридиан, 11

Нептун, 25 Ньютон Исаак, 4 ось мира, 11

параллакс

-                  годичный, 9    - горизонтальный, 9  парсек, 10 период синодичный, 15

планеты

-                  верхние, 14

-                  нижние 14

 

планетарная туманность, 40 планетозимали, 25 Плутон, 25 полюса мира, 11

Птолемей Клавдий, 4 радиотелескоп, 18 Сатурн, 25 сверхгигант, 32 световой год, 10 созвездие, 8 соединение с Солнцем, 15 солнечная активность, 28 Солнечная система, 23 солнечные пятна, 29 Солнце, 23 сутки солнечные, 12 телескоп, 18

точка

-                  весеннего равноден-            ствия, 14 

-                  осеннего равноден-          ствия, 14 Уран, 25 физическая космология, 3 Фраунгофер Йозеф, 4 Хаббл Эдвин, 4 черная дыра, 37 Эйнштейш Альберт, 4 эклиптика, 12 элонгация, 14

Юпитер, 25

Ячейка, 46

Практическая часть

1. Предмет астрономии. Звезды и созвездия.

Выполните тестовые задания и дайте ответы на вопросы:

1.Наука о небесных светила, о законах их движения, строения и развития, а также о строении и развитии Вселенной в целом называется …

1)  Астрофизика

2)  Астрография 3) Астрономия

4) Астрометрия

2.Периодичность движения каких небесных тел дала толчок к введению основных единиц счёта времени?

1) Солнца     2) Звёзд    3) Луны        4) Планет 3.Каково значение астрономии?    

1)  формирование мистических взглядов на вопросы сотворения мира

2)  формирование научного мировоззрения   

3)  формирование взглядов на развитие природы

4. Какому учёному принадлежит разработка первого в мире телескопа. 

5.Кто первым доказал, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты?  

1) Коперник       2) Ньютон       3) Аристарх      4) Кеплер       5) Бруно

6.Каким учёным была предложена геоцентрическая система мироустройства? Запишите ответ:

7.Первый человек, побывавший в космосе. Запишите только фамилию.

8.Как называется ближайшая к нам звезда? Запишите ответ:

9.Раздел астрономии, изучающий движение небесных тел. 

1)  Среди предложенных ответов нет правильного

2)  Небесная кинематика     

3)  Небесная динамика    

4)  Небесная механика

10.Соотнесите названия разделов астрономии с их определениями.

1) раздел астрономии, занимающийся разработкой методов ориентации, определения географического положения наблюдателя, точным измерением времени исходя из астрономических наблюдений. 2) раздел астрономии, в котором в котором Земля выступает в качестве эталона для изучения небесных тел.

3)        раздел астрономии, изучающий физические явления и химические процессы, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве.

4)        раздел астрономии, изучающий происхождение, строение и эволюцию Вселенной как единого целого.

5)        раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие небесных тел и их систем. А) Космология     

Б) Космогония   

В) Астрофизика  

Г) Практическая астрономия   

Д) Сравнительная планетология 11. У какого небесного тела числовая характеристика яркости объекта обозначается буквой m? ОТВЕТ:

12. В каком известном созвездии буквенное обозначение, которое, как правило, присваивается в порядке убывания яркости звезды в созвездии, не совпадает? 

1) Малая Медведица     2) Большая медведица    3) Орион

13.Какое количество созвездий было окончательно утверждено в 1922 г. на генеральная ассамблея Международного астрономического союза? Запишите число: 14.Как звали астронома, который первым разделил звёзды по их видимой яркости?   

1) Галилео Галилей  2) Норман Погсон      3) Иоганн Байер      4) Гиппарх Никейский

15.Какая звезда является самой яркой звездой северной полусферы? ОТВЕТ: 16.На флаге какого штата США изображено созвездие Большой Медведицы?

1) Аляска     2) Флорида     3) Техас      4) Гавайи

17.Созвездия – это…       

1)  определённые участки звёздного неба, разделённые между собой строго установленными границами, с характерной наблюдаемой группировкой звёзд.       

2)  определённые группы звёзд в определённых участках звёздного неба.      

3)  определённые участки звёздного неба.       

4)  определённые группы звёзд. 18.Астрономия – это…

1)  наука, изучающая звёздное небо.    

2)  фундаментальная наука, которая изучает строение небесных тел и их систем.        

3)  фундаментальная наука, которая изучает строение, движение, происхождение и развитие небесных тел, их систем и всей Вселенной в целом.

4)  фундаментальная наука, которая изучает строение и движение всей Вселенной в целом.

19.Правда ли, что …

1) Наблюдения - основной источник информации в астрономии.    2) Изучая далёкие звёздные системы, мы изучаем их прошлое.      

3)  звёзды вращаются вокруг Земли. 20.Сопоставьте определения геоцентрической и гелиоцентрической систем мироустройства.

1) Геоцентрическая система мира     2) Гелиоцентрическая система мира

А. представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты.     

Б. представление об устройстве мироздания, согласно которому центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды.

Ответы:

1)      (4 б.) Верный ответ: "звёздная величина".

2)      (3 б.) Верные ответы: 2.

3)      (4 б.): Верный ответ: 88.

4)      (5 б.): Верный ответ: 40.

5)      (5 б.) Верные ответы: 2; 1; 3.

6)      (3 б.) Верные ответы: 4.

7)      (3 б.) Верные ответы: "ВЕГА".

8)      (3 б.) Верные ответы: Нет; Нет; Да; Нет;

9)      (3 б.) Верные ответы: 1;

10)  (4 б.) Верные ответы: Да; Нет; Нет; Нет.

Ответы:

1)  (3 б.) Верные ответы: 3;

2)  (4 б.) Верные ответы: 1; 3;

3)  (3 б.) Верные ответы: 2;

4)  (4 б.) Верный ответ: "Галилей".

5)  (4 б.) Верные ответы: Да; Нет; Нет; Нет; Нет; 6) (5 б.) Верный ответ: "Птолемей".

7)      (4 б.) Верный ответ: "Гагарин".

8)      (4 б.) Верные ответы: "СОЛНЦЕ".

9)      (3 б.) Верные ответы: 4;

10)  (5 б.) Верные ответы: 4; 5; 3; 1; 2.

 

 

 

 

 

2. Время и календарь. 

Методы и средства астрономических исследований.

Дайте ответы на вопросы:

1)  Каким календарем мы пользуемся?

2)  Чем старый стиль отличается от нового?

3)  Что такое всемирное время?

4)  Что такое полдень, полночь, истинные солнечные сутки?

5)  Чем объясняется введение поясного времени? 6) Как определить поясное, местное время?

 

3. Звездные карты и небесные координаты Упражнение 1

1.  Что характеризует звездная величина?

2.  Есть ли различие между северным полюсом мира и точкой севера?

3.  Выразите 9 ч 15 мин 11 с в градусной мере.

4.  Как по виду звездного неба и его вращению установить, что вы прибыли на Северный полюс Земли?

5.  Как суточные пути звезд расположены относительно горизонта для наблюдателя, находящегося на экваторе Земли? 

Пример решения задачи

 

Задача. Сириус (α Б. Пса) был в верхней кульминации на высоте 10°. Чему равна широта места наблюдения?

 

 

Упражнение 2

При, решении задач географические координаты городов можно отсчитать по географической карте.

1.  Каково склонение звезд, которые в вашем городе кульминируют в зените? в точке юга?

2.  Докажите, что высота светила в нижней кульминации выражается формулой h=φ+δ-90°.

3.  Какому условию должно удовлетворять склонение звезды, чтобы она была не заходящей для места с географической широтой φ? невосходящей?

 

Пример решения задачи

Задача. Определите полуденную высоту Солнца в Архангельске и в Ашхабаде в дни летнего и зимнего солнцестояния.

 

Обратите внимание на то, как связана разность полуденных высот Солнца в дни солнцестояний (для каждого города) с различием его склонения в эти даты.

Сравните различие высоты Солнца в один и тот же день в этих двух городах с разностью их географических широт. Сделайте вывод.

Как, зная в день летнего солнцестояния высоту Солнца в полдень в одном из городов, можно вычислить его высоту в другом городе?

 

Упражнение 3

1.  На какой географической широте Солнце в день летнего солнцестояния кульминирует в зените?

2.  В какие дни года Солнце достигает зенита для наблюдателя, находящегося на земном экваторе?

3.  Определите географическую широту пункта, в котором в день зимнего солнцестояния кульминация Солнца происходит в точке юга.

4.  Движение Луны. Солнечные и лунные затмения Упражнение 4

1.   Вчера было полнолуние. Может ли быть затмение Солнца завтра? через неделю?

2.   Послезавтра будет солнечное затмение. Будет ли сегодня лунная ночь?

3.   Можно ли с Северного полюса Земли наблюдать солнечное затмение 15 ноября? 15 апреля? Ответ пояснить.

4.   Можно ли с Северного полюса Земли видеть лунные затмения, происходящие в июне и ноябре?

Ответ пояснить.

5.   Как отличить фазу затмения Луны от одной из ее обычных фаз?

6.   Какова продолжительность солнечных затмений на Луне по сравнению с продолжительностью их на Земле?

5. Конфигурации и условия видимости планет Упражнение 5

1.        Звездный период обращения Юпитера равен 12 годам. Через какой промежуток времени повторяются его противостояния?

2.        Синодический период обращения воображаемой планеты составляет 3 года. Каков звездный период ее обращения около Солнца?

3.        Какова должна быть продолжительность звездного и синодического периодов обращения планеты в случае их равенства?

6. Законы Кеплера Дайте ответы на вопросы:

1)   В чем отличие системы Коперника от системы Птолемея?

2)   Дайте определение синодического периода обращения планеты вокруг Солнца.

3)   Дайте определение звездного периода обращения планеты вокруг Солнца.

4)   В трудах каких ученых, получила подтверждение и развитие гелиоцентрическая система мира? 5) Какие открытия в пользу гелиоцентрической системы Коперника сделал Галилео Галилей   с помощью телескопа? Пример решения задачи

Задача. Противостояния некоторой планеты повторяются через 2 года. Чему равна большая полуось ее орбиты?

 

Упражнение 6

1.  Марс дальше от Солнца, чем Земля, в 1,5 раза. Какова продолжительность года на Марсе? Орбиты планет считать круговыми.

2.  Определите период обращения искусственного спутника Земли, если наивысшая точка его орбиты над Землей 5000 км, а наинизшая 300 км. Землю считать шаром радиусом 6370 км. Сравните движение спутника с обращением Луны.

3.  Синодический период планеты 500 сут. Определите большую полуось ее орбита и звездный период обращения.

4.  Синодический период планеты 500 суток. Определите большую полуось её орбиты.

Решить задачу для случаев: А) внутренней планеты; Б) внешней планеты. 

5.  Марс дальше от Солнца, чем Земля, в 1,5 раза. Какова продолжительность года на Марсе? Орбиты планет считать круговыми.

 

7. Параллакс. Значение астрономической единицы

Пример решения задачи

Задача. На каком расстоянии от Земли находится Сатурн, когда его горизонтальный параллакс равен 0,9"?

 

Упражнение 7

1.        Чему равен горизонтальный параллакс Юпитера, наблюдаемого с Земли в противостоянии, если Юпитер в 5 раз дальше от Солнца, чем Земля?

2.        Расстояние Луны от Земли в ближайшей к Земле точке орбиты (перигее) 363 000 км, а в наиболее удаленной точке (апогее) 405 000 км. Определите горизонтальный параллакс Луны в этих положениях.

8. Определение размеров светил Пример решения задачи

Задача. Чему равен линейный диаметр Луны, если она видна с расстояния 400 000 км под углом примерно 0,5°?

 

 

Упражнение 8

1.  Во сколько раз Солнце больше, чем Луна, если их угловые диаметры одинаковы, а горизонтальные параллаксы соответственно равны 8,8" и 57'?

2.  Чему равен угловой диаметр Солнца, видимого с Плутона?

3.  Во сколько раз больше получает энергии от Солнца каждый квадратный метр поверхности Меркурия, чем Марса? Нужные данные возьмите из приложений.

 

 

9. Движение небесных тел под действием сил тяготения Упражнение 9

1.  Чему равна плотность Луны, если ее масса в 81 раз, а радиус в 4 раза меньше, чем у Земли?

2.  Чему равна масса Земли, если угловая скорость Луны 13,2° в сутки, а среднее расстояние до нее 380 000 км?

3.  Определите массу Юпитера сравнением системы Юпитера со спутником с системой Земля - Луна, если первый спутник Юпитера отстоит от него на 422 000 км и имеет период обращения 1,77 сут. Данные для Луны должны быть вам известны.

4.  Вычислите, на каком расстоянии от Земли на линии Земля - Луна находятся те точки, в которых притяжения Землей и Луной одинаковы, зная, что расстояние между Луной и Землей равно 60 радиусам Земли, а масса Земли в 81 раз больше массы Луны.

 

10. Методы астрофизических исследований Упражнение 10

1.        Длина волны, соответствующая линии водорода, в спектре звезды больше, чем в спектре, полученном в лаборатории: К нам или от нас движется звезда? Будет ли наблюдаться сдвиг линий спектра, если звезда движется поперек луча зрения?

2.        На фотографии спектра звезды ее линия смещена относительно своего нормального положения на 0,02 мм. На сколько изменилась длина волны, если в спектре расстояние в 1 мм соответствует изменению длины волны на 0,004 мкм (эта величина называется дисперсией спектрограммы)? С какой скоростью движется звезда? Длина волны неподвижного источника 0,5 мкм = 5000 Å (ангстрем). 1 Å=10-10 м.

11. Планеты земной группы и планеты гиганты.

Выполните тестовые задания 

1. Планетой-гигантом является:

1) Венера; 3) Сатурн; 2) Марс; 4) Плутон.

2.                  Самая большая планета Солнечной системы — это 1) Нептун; 2) Сатурн; 3) Юпитер; 4) Марс.

3.                  Самый большой спутник в Солнечной системе: 1) Ганимед; 3) Тритон; 2) Мимас; 4) Миранда. 4.Температура на поверхности планет-гигантов составляет:

1) - 20°С; 3) - 100 °С; 2) + 80°С; 4) - 140 ° 5. В честь древнеримского бога, покровителя земледелия, была названа планета:

1) Сатурн; 2) Юпитер; 3) Уран; 4) Нептун.

6.  В честь римского царя всех богов была названа планета: 1) Сатурн; 2) Юпитер; 3) Уран; 4) Нептун.

7.  В 1781 г. В. Гершелем была открыта планета: 1) Юпитер; 2) Сатурн; 3) Уран; 4) Плутон.

8.  Рекордное число спутников имеет планета:

1) Юпитер; 2) Уран; 3) Нептун; 4) Сатурн.

1. Самой удаленной от Солнца планетой Солнечной системы является:

1) Плутон; 2) Уран; 3) Нептун; 4) Юпитер.

2. Большое Красное пятно находится:

1) на Сатурне 2) на Нептуне; 3) на Юпитере; 4) на Уране.

3. Основным газом, образующим планеты-гиганты, является:

1) кислород 2) водород; 3) углекислый газ; 4) азот.

4. Планетами-«близнецами» являются:

1) Уран и Плутон 2) Нептун и Плутон; 3) Сатурн и Уран; 4) Уран и Нептун.

5. В честь древнеримского бога моря была названа планета:

1) Нептун 2) Уран; 3) Сатурн; 4) Юпитер.

6. Планетой-гигантом является:

1) Венера 2) Марс; 3) Юпитер 4) Земля.

7. В честь греческого божества, владыки подземного мира, была названа планета:

1) Сатурн 2) Плутон; 3) Уран; 4) Нептун.

8. Спутником Нептуна является: 1) Тритон 2) Ио; 3) Ганимед 4) Миранда.

 

12. Природа тел солнечной системы Упражнение 11

1.  Видны ли с Луны те же созвездия (видны ли они так же), что и с Земли?

2.  На краю Луны видна с Земли гора в виде зубца высотой 1". Рассчитайте ее высоту в километрах.

3.  С Земли на Луне в телескоп видны объекты размером 1 км. Каков наименьший размер деталей, видимых с Земли на Марсе в такой же телескоп во время противостояния (на расстоянии 55 млн. км)?

4.  Чему был бы равен угловой диаметр Солнца, наблюдаемого с Марса?

5.  После захода Солнца на западе находится комета. Как относительно горизонта направлен ее хвост?

6.  Какова большая ось орбиты кометы Галлея, если период ее обращения 76 лет?

7.  Как можно доказать, что действительно звезды с неба не падают?

8.  Болид, замеченный на расстоянии 0,5 км от наблюдателя, имел видимый диск вдвое меньше лунного. Каков был его действительный диаметр?  9. Может ли комета, периодически возвращаясь к Солнцу, вечно сохранять свой вид неизменным?

 

13. Солнце и звезды

Пример решения задачи

Задача. Какова светимость звезды ζ Скорпиона, если ее видимая звездная величина 3, а расстояние до нее 7500св. лет?

 

 

Упражнение 12

1.                      Какая энергия поступает за 1 мин от Солнца в озеро площадью 1 км² в ясную погоду, если высота Солнца над горизонтом 30°, а атмосфера пропускает 80% излучения?

2.                      Какая мощность излучения в среднем приходится на 1 кг солнечного вещества?

3.                      Можно ли заметить невооруженным глазом (через темный фильтр) на Солнце пятно размером с Землю, если глаз различает предметы, видимые под углом не менее 2-3'?

4.                      Считая, что яркость пропорциональна четвертой степени температуры и что температура фотосферы 6000 К, определите температуру солнечного пятна, если его яркость в 10 раз меньше, чем яркость фотосферы.

5.                      Во сколько раз Сириус ярче, чем Альдебаран? Солнце ярче, чем Сириус?

6.                      Одна звезда ярче другой в 16 раз. Чему равна разность их звездных величин?

7.                      Параллакс Веги 0,11". Сколько времени свет от нее идет до Земли?

8.                      Сколько лет надо было бы лететь по направлению к созвездию Лиры со скоростью 30 км/с, чтобы Вега стала вдвое ближе?

9.                      Во сколько раз звезда 3,4 звездной величины слабее, чем Сириус, имеющий видимую звездную величину -1,6? Чему равны абсолютные величины этих звезд, если расстояние до обеих составляет 3 пк?

 

Пример решения задачи

Задача. Во сколько раз Арктур больше Солнца, если светимость Арктура 100, а температура 4500 К?

 

 

Упражнение 13

1.                      Во сколько раз Ригель имеет большую светимость, чем Солнце, если его параллакс равен 0,0069", а видимая звездная величина 0,34?

2.                      Какова средняя плотность красного сверхгиганта, если его диаметр в 300 раз больше солнечного, а масса в 30 раз больше, чем масса Солнца?

3.                      У новых звезд яркость обычно возрастает при примерно постоянной температуре вследствие вздутия фотосферы. Если изменение яркости новой звезды составляет 10 звездных величин, то во сколько раз изменился радиус звезды?

4.                      На каком расстоянии от центра галактики в проекции на небо находится сверхновая звезда (рис. 79), если видимый диаметр галактики 2', а расстояние от нее 10⁷ пк?

 

14. Строение и эволюция вселенной Упражнение 14

1.                      Каково расстояние до шарового звездного скопления, если в нем видно несколько короткопериодических цефеид? Их видимая звездная величина 15,5, а абсолютная 0,5. Каков линейный диаметр скопления, если его угловой диаметр 1'? Какую видимую звездную величину имело бы Солнце, если бы оно находилось от нас на том же расстоянии, что и указанное скопление?

2.                      На фотографии звездного скопления Плеяды (рис. 85) угловой масштаб 1,2' в 1 мм. Параллакс скопления р = 0,15". Определите линейное расстояние между двумя ярчайшими звездами этого скопления, считая, что их расстояние от Земли одинаково.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

Воронцов-Вельяминов Б.А. Астрономия. 11 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений / Б.А. Воронцов-Вельяминов, Е.К. Страут. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2003. – 224 с.

Пришляк Н.П. Астрономия: 11 кл.: учебник для общеобразоват. организаций.: уровень стандарта, академический уровень/ Н.П. Пришляк; под общ. редакцией Я.С. Яцкива. ‒ Х.: Изд-во «Ранок», 2011.

‒ 160 с: ил. ‒ Рус. языком. 

 

Интернет-ресурсы  

1. http://www.astronet.ru/ ‒ Астронет, сайт, посвященный популяризации астрономии. Это мощный портал, на котором можно найти научно-популярные статьи по астрономии, интерактивные карты звездного неба, фотографии, сведения о ближайших астрономических событиях и многое другое. 

1.  http://www.sai.msu.su/EAAS ‒ официальный сайт Международной Общественной Организации «Астрономическое Общество». 

2.  http://myastronomy.ru/ ‒ сайт преподавателя астрономии Н.Е. Шатовской, содержит методические подборки, научно- популярные и методические статьи, материалы для маленьких любителей астрономии, олимпиадные задачи, календарь астрономических событий и многое другое. Материалы регулярно обновляются. 

3.  http://www.krugosvet.ru/ ‒ Универсальная научно-популярная энциклопедия Кругосвет. 

4.  http://www.cosmoworld.ru/spaceencyclopedia ‒ сайт А. Железнякова «Энциклопедия «Космонавтика». 

5.  http://www.astronews.ru/ ‒ Новости космоса, астрономии и космонавтики. Сайт содержит множество фото и видео космических объектов и явлений, новости и статьи по астрономии и космонавтике.