Астрономия.

Что изучает астрономия? Астрономия — греческое слово, астро —звезда, номос — закон. Таким образом, астрономия изучает явления, происходящие в небесных телах или их системах , находящихся в космическом пространстве. Более точная формулировка: астрономия изучает движение (как движется тело ), местоположение (где тело находится в определенный момент времени), происхождение( как образуются небесные тела) и развитие ( физические , химические, геологические явления) небесных тел. К небесным телам относятся звезды, планеты, спутники планет, кометы и метеориты.

Астрономия — древняя наука. 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, применялись народами этих стран для измерения времени и ориентировки по сторонам горизонта. Знания древних людей о астрономии связаны с различными сказками и легендами. В расположении звезд они видели очертания того, что их окружало: всевозможных животных и птиц, людей и богов. По исторической традиции многие названия небесных тел, используемые в астрономии, заимствованы из древней мифологии греков. Содержание казахских легенд о небесных телах созвучно содержанию греческих мифов.

Строение Солнечной системы. Солнечная система включает в себя: звезду — Солнце; девять планет — Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон, перечисленных в порядке удаления от Солнца. Солнце является источником энергии и света за счет процессов , происходящих в нем как и во всех звездах, а планеты — холодные тела, и светятся на небосводе за счет отраженной энергии Солнца.

Движение планет. Все планеты участвуют в двух движениях: вращении вокруг собственной оси (такой период обращения называется – сутки, и движении вокруг Солнца по своей орбите – год). Все планеты, кроме Венеры обращаются вокруг оси в одном направлении, и вокруг Солнца – также в одном направлении. Планеты земной группы вращаются вокруг оси гораздо медленнее, чем планеты-гиганты. Это связано со строением планет. Оси вращения всех планет расположены под различными углами к плоскости их орбиты.

При наблюдении за Солнцем, ученые заметили, что двигаясь среди звезд (видимое движение Солнца — отражение действительного движения Земли вокруг Солнца), оно за год совершает один оборот по большому кругу небесной сферы. Этот круг древние греки назвали эклиптикой . Двигаясь по эклиптике, Солнце проходит через 12 созвездий, называемых зодиакальными (в переводе с греческого зодиакос куклос означает звериный круг, так как большинство созвездий эклиптики названы в честь животных).

Система мира. Первые представления о строении мира были наивными и тесно переплетались с религиозными требованиями. Первую систему мира предложил греческий философ и ученый Аристотель (IV до н.э.), который считал, что Земля неподвижна и имеет шарообразную форму. Во II веке нашей эры древнегреческий ученый Клавдий Птолемей создал новую геоцентрическую систему мира. Он в центр мира «поставил» хотя и шарообразную, но неподвижную Землю, вокруг которой обращались все остальные светила. Геоцентрическое представление о мире господствовало в астрономии более 14 веков. В XVI веке великим польским ученым Николаем Коперником была создана гелиоцентрическая система мира. Поставив Землю в число рядовых планет, он указал, что Земля, занимая третье место от Солнца, наравне со всеми планетами движется в пространстве вокруг Солнца и, кроме того, вращается вокруг своей оси.

Межзвездное вещество. Космическое пространство между звездами заполнено межзвездной пылью, газом, излучениями и магнитными полями. Космические пылинки представляют собой смесь графитовых и силикатных частиц, покрытых оболочками из органических молекул и льда. Температура пыли 15-25 К. Внутри Солнечной системы имеется межпланетная пыль, размеры пылинок составляют 0,1 – 10 мкм. Плотность межпланетного вещества на некотором расстоянии от Земли составляет 10^-22 г/см³, что в 100-1000 раз выше плотности газопылевых межзвездных облаков.

Межзвездный газ имеет такой же химический состав, что и звезды: в основном водород, меньше – гелий, и малое количество других химических элементов. Плотность межзвездного газа равна примерно 10^-21 кг/м^з, т.е. в 1-2 см³ газа содержится всего 1 атом. Часть межзвездного газа постоянно переходит в звезды, другая часть выбрасывается в межзвездное пространство в результате жизнедеятельности звезды.

Туманности и их разновидности. Скопления межзвездного газа и пыли называют туманностями. Виды туманностей: по строению — диффузные и планетарные, по освещенности — темные и светлые. Диффузные туманности представляют собой клочкообразные облака, которые могут образовываться в результате взрыва сверхновых звезд. (Крабовидная туманность в созвездии Тельца является остатком вспышки Сверхновой звезды 4 июля 1054г.). Планетарные туманности обычно округлой формы, в центре их находится слабая, очень горячая звезда — ядро. Планетарная туманность есть итог эволюции звезд, называемых красными гигантами, когда расширяющаяся звезда сбрасывает внешние слои газа , а внутренняя часть сжимается в ядро, которое сов временем становится белым карликом (Туманность Кольцо в созвездии Лиры).

Электромагнитные поля звезд и галактик. Космическая электродинамика изучает электродинамические процессы во Вселенной (электрические и магнитные поля небесных тел). Основное состояние вещества в звездах — плазма, температура которой находится в пределах от 3 000 К до 50 000 К. Плазма — это частично или полностью ионизованный газ. При этом все космические объекты вращаются вокруг своих осей. Следовательно — каждая звезда обладает магнитным полем. С поверхностей звезд испускаются заряженные частицы, которые подхватываются магнитным полем и разгоняются им до околосветных скоростей. Такой исходящий поток от звезды называется звездным ветром.

Быстровращающиеся нейтронные звезды, у которых ось вращения не совпадает с магнитной осью, называют пульсарами.Пульсары испускают сильные радиоимпульсы. В настоящее время считается, что это нейтронные звезды, образующиеся при вспышках сверхновых звезд.

Магнитное поле Солнца. Строение Солнца показано на рисунке. Источником энергии являются процессы, происходящие в ядре. В конвективной зоне происходит перемешивание горячих и холодных слоев вещества. Излучение Солнца происходит из внешнего слоя — фотосферы. В фотосфере происходят такие солнечные явления как образование пятен (более темных и холодных участков) и факелов (более светлых и горячих участков), которое объясняется изменением магнитного поля Солнца. Плотность хромосферы в сотни тысяч раз меньше плотности фотосферы, а температура гораздо выше в результате воздействия магнитных полей и волн, проникающих в хромосферу из конвективной зоны. Самая внешняя, самая разреженная часть Солнца называется Солнечная корона. В солнечной короне происходят явления выброса звездного вещества в космос — протуберанцы, вид которых зависит от магнитного поля.

Магнитные поля планет Солнечной системы. Состав солнечной системы: Солнце, планеты и их спутники, кометы, астероиды, межпланетная пыль и межпланетный газ. Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс, похожи по своему химическому составу и строению, обладают сравнительно малоплотными атмосферами и малым количеством спутников —0;1 или 2. Плотности планет соизмеримы с плотностью Земли. Планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Для них характерно: малая плотность, соизмеримая с плотность воды, большие размеры и масса, очень плотные атмосферы, большое количество спутников. Химический состав планет-гигантов — в основном водород и гелий, с примесью других элементов. Различие в строении планет приводит к различию их магнитных полей. Область околоземного пространства, заселенная движущимися в магнитном поле заряженными частицами (солнечный ветер), называется магнитосферой Земли. В околополярных областях, где магнитное поле наиболее мощное, при резком торможении частиц об ионосферу они начинают светится — образуются полярные сияния.

Звездное небо. Созвездия. Невооруженным глазом в безоблачную ночь можно увидеть на небесном своде над горизонтом 3000 звезд. Эти звезды условно объединяются в группы, неизменные по своему расположению — созвездия. Под созвездием понимают область неба в пределах некоторых установленных границ. Все небо разделено на 88 созвездий. Названия некоторых созвездий связаны с греческой мифологией, например Андромеда, Персей, Пегас; других – с названиями предметов и животных Весы, Треугольник, Лев, Рак, Скорпион. Близость расположения звезд в созвездиях только кажущееся. На самом деле в пространстве звезды могут располагаться далеко друг от друга. Звезды каждого созвездия обозначены буквами греческого алфавита. Первой из ( — альфа) обозначают самую яркую звезду, а затем следуют звезды, обозначенные буквами  (бетта),  (гамма),  (дельта) и т.д. в порядке алфавита по мере убывания яркости. Например: Полярная звезда есть  созвездия Малой Медведицы. Для выражения яркости звезд применяют понятие видимой звездной величины (m). Невооруженным глазом можно различить звезды от первой (самые яркие) до шестой (едва различимые ) величины. Чем меньше блеск звезды, тем больше его видимая звездная величина. Абсолютная звездная величина — это видимая звездная величина, которую имела бы звезда, находясь на стандартном расстоянии в 10 парсек, или 32,6 светового года.

Суточное движение светил. Из-за осевого вращения Земли звезды нам кажутся перемещающимися по небу. Если наблюдатель находится на северном полюсе, то для него все звезды описывают полные круги с центром вблизи Полярной. Общий центр таких кругом называется северным полюсом мира. Диаметрально противоположная ему точка на южном полюсе Земли называется южным полюсом мира. На земном экваторе , если бы днем не мешало Солнце, можно было бы увидеть созвездия всего звездного неба. Звезды на экваторе движутся по траекториям, перпендикулярным плоскости горизонта. На средних географических широтах существуют как восходящие и заходящие звезды, так и так и такие, которые никогда не опускаются за горизонт (незаходящие звезды), и такие , которые никогда не поднимаются над горизонтом (невосходящие звезды).

Основные точки и линии небесной сферы.Движение звезд удобно изучать на воображаемой небесной сфере. Небесная сфера — это воображаемая сфера произвольного радиуса, центр которой находится в точке наблюдения. На такую сферу проецируются звезды, Солнце, Луна, планеты и т.д. Наблюдаемое суточное вращение небесной сферы (оно происходит с востока на запад) — кажущееся явление, отражающее действительное вращение земного шара вокруг своей оси (с запада на восток). Ось видимого вращения небесной сферы называется осью мира. Ось мира параллельна оси вращения Земли. Основные точки и линии показаны на рисунке.

Угловое расстояние — это расстояние, измерямое дугой или соответствующим ей центральным углом между двумя точками сферы.

Горизонтальная система координат — определяет положение звезд на небесной сфере относительно плоскости горизонта. Мгновенное положение светила определяется с помощью двух координат: высотой и азимутом. Высота светила (h) — это угловое расстояние светила от горизонта, измеряется в градусах, минутах и секундах (от 0 до 90). Азимут (A) — угол на плоскости горизонта между вертикалом светила и точкой юга, измеряется в градусах, минутах и секундах (от 0 до 360).

Экваториальная система координат — определяет положение звезд на небесной сфере относительно небесного экватора. Первая координата — склонение светила ( - дельта), определяет угловое расстояние светила от плоскости экватора. Измеряется в градусах, минутах и секундах (от 0 до +90 для северного полушария; от 0 до -90 для южного полушария). Вторая координата — прямое восхождение (-альфа), это угол между вертикалом светила и точкой весеннего равноденствия на плоскости небесного экватора. Измеряется как в градусах, минутах и секундах (от 0 до 360), так и в часах, минутах и секундах (от 0 до 24 ч). 1^ч соответствует 15, 1^м — 15’, 1^c — 15^’’ дуги.

Местное , поясное и всемирное время. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями называется истинными солнечными сутками. Истинные сутки не являются постоянной величиной. Поэтому за единицу измерения времени берут средние солнечные сутки, равные 24 ч.

Местное время — определяется прохождением Солнца через местный меридиан, оно соответствует географической долготе местности. Для Костаная географическая долгота λ=4^ч 14^м 40^с , для Рудного λ=4^ч 12^м 28^с . Поясное время (Всемирное) отсчитывается от нулевого меридиана , проходящего через город Гринвич. Земной шар разделен на 24 часовых пояса. Астана и Алматы находятся в 5 часовом поясе, Костанай и Рудный — в 4, Москва — во 2.

Календарь — система счета больших промежутков времени. Основа Солнечного календаря — тропический год, определяется как промежуток времени между двумя прохождениями центра диска чрез точку весеннего равноденствия ( равен 365 сут 5 ч 48 мин 46 с). Юлианский календарь (старый стиль) введен императором Древнего Рима Юлием Цезарем в 46 г.до н.э. (3 года по 365 сут, каждый четвертый по 366 сут, средний год —365,25 сут, длиннее тропического на 11мин 13,9 с. Это отставание привело к разнице между солнечным и юлианским календарем. В 1582 году состоялась реформа календаря, проведенная папой римским Григорием XIII, который ввел Григорианский календарь (новый стиль). По новому стилю те високосные года, число цифр которых не делится на 4 (1700, 1800, 1900 гг. и др.), считаются простыми. Ошибка в одни сутки накапливается в таком календаре 3300 лет. В настоящее время расхождение старого и нового стиля составляет 13 суток. Разница в 14 суток достигнет в 2100г.

Законы Кеплера.Заслуга открытия законов движения планет принадлежит выдающемуся немецкому ученому Иоганну Кеплеру (1571 – 1630).

Первый закон Кеплера. Каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Большая полуось эллипса является средним расстоянием планеты от Солнца. Ближайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелием, а самая далекая — афелием.

Второй закон Кеплера. Радиус- вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади.

Третий закон Кеплера. Квадраты звездных периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит. Формула третьего закона такова: , гдеT₁ и T₂ — периоды обращения первой и второй планеты, a₁ и a₂ — большие полуоси их орбит.

Определение расстояний до тел Солнечной системы.

Г

Луна

еометрический метод— метод горизонтального параллакса. Горизонтальный параллакс — это угол, под которым со светила видна большая полуось Земли. , гдеD – расстояние от Земли до планеты, — радиус Земли,p — горизонтальный параллакс планеты.

Радиолокационный метод — определение расстояния с помощью отраженных радиоволн.

Источники энергии Солнца и звезд — это термоядерные реакции слияния изотопов водорода в ядро гелия, происходящие с выделением большого количества теплоты.

57