Контрольные вопросы:
Явления параллакса и абберации.
Объяснить движение Земли вокруг Солнца по наблюдению параллакса звезд и на основе явления абберации.
Механизм солнечных и лунных затмений.
Видимое и действительное движения Луны и их следствия.
Рекомендуемые задания на СРО по теме 6:
Исследования Луны: наземные и с помощью космических аппаратов.
Солнечные и лунные затмения в науке и в истории человечества.
2.7.Тема 7.Лекции 11-14. Основы небесной механики
2.7.1. Лекция №11.Гелиоцентрическая система мира.
Законы И. Кеплера
Цель: изучение гелиоцентрической системы мира и соответствующих ей законов Кеплера.
Ключевые слова: геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира. Аристотель, Птолемей, Н.Коперник, И.Кеплер, Г.Галилей.
Структура:
Развитие взглядов на структуру Солнечной системы.
Небесная механика.
Гелиоцентрическая система мира Н.Коперника.
Движение планет. Законы И.Кеплера.
Физические и математические основы:
Движение. Виды и характеристики движения.
Относительность движения. Системы отсчета, тело отсчета.
Единицы измерения расстояний: системные и внесистемные.
Криволинейные траектории движения. Эллипс и его характеристики.
Периодические движения. Период.
Часть 1. Развитие представлений о Солнечной системе
В Древней Греции, где широкое развитие получила математика, в частности геометрия, были хорошо известны закономерности видимых движений планет среди звезд. Был открыт метонов цикл в 19 лет по истечении, которого Солнце и Луна занимает прежнее положение среди звезд. (Фазы Луны приходятся на те же даты года).
Древнегреческие мыслители создали геометрическую модель – геоцентрическую систему мира, по которой в центре Вселенной Земля. Для объяснения сложного петлеобразного движения планет создавались сложные построения из геометрических сфер. Математик и астроном Евдопс (IV в. до н.э.) рассматривал комбинацию из 26 сфер. А Аристотель – из 56 и считал их реально существующими, прозрачными. Аристотель учил о резком отличии всего небесного от земного: небесные светила состоят из особого светоносного невесомого вещества – эфира.
В IIIв до н.э. Аристарх Самосский определил, что Солнце по объему в 340 раз больше Земли и выдвинул учение об обращении Земли вокруг Солнца и суточном вращении вокруг оси. Но состояние науки и авторитет Аристотеля не позволили принять учение Аристарха.
Гиппарх (II в до н.э.) обнаружил, что Солнце движется по эклиптике неравномерно и составил таблицы, по которым можно было определить, где находится Солнце на эклиптике в любой момент времени. Он открыл предварение равноденствия; каждый год равноденствие случается раньше, чем Земля совершит полный оборот вокруг Солнца. Точка 𝛶медленно смещается по эклиптике с периодом 26000 лет. (Явление – следствие прецессии земной оси, т.е. ее медленного перемещения по конусообразной поверхности). Гиппарх не знал причины. Он только обнаружил изменение эклиптических координат звезд, вызванных изменением начала отсчета: т.е. точки весеннего равноденствия. Гиппарх составил каталог 850 звезд. В 134 г до н.э. в созвездии Скорпиона он заметил новую звезду, что и побудило его к составлению каталога. Проводил достаточно точные измерения с помощью угломерного инструмента.
Птолемей (II в до н.э.) создал сочинение «Мегале синтаксис» (Великое построение) – известно под арабским названием «Альмагест». В ней обобщены и развиты представления древних:
Земля находится в центре Вселенной;
Земля неподвижна;
Все небесные тела движутся вокруг Земли;
Движение небесных тел происходят по окружности, равномерно.
Это геоцентрическая система мира. Используется понятие эпициклов, деферентов. Суточное движение всех светил объясняется вращением всей Вселенной как единого целого вокруг Земли.
Рис 30. Деферент и эпицикл
Система мира Птолемея объясняла видимые движения планет, позволяет вычислить их положение в будущем (не очень точно). Разногласия с наблюдениями устранялись путем усложнения системы.
Бируни (973 – 1048 гг.) великий ученый Востока в XI веке писал о возможности объяснения всех сложных видимых движений планет движением Земли вокруг Солнца и ее вращением вокруг оси.
Поэт и философ Омар Хайям (1048 - 1123) предложил проект календаря, более точного, чем григорианского и писал о бесконечности мира в пространстве и времени.
Правитель Самарканда Улугбек (1394 – 1449 гг.) создал прекрасную обсерваторию с гигантским угломерным инструментом. Составлен новый каталог положений 1018 звезд и таблицы планетных движений.
Рис 31.Обсерватория (общий вид - справа),
часть дуги и квадранта Улугбека (слева).
Точность измерений Улугбека оставалась непревзойденной более века.
Тихо Браге (Дания 16 век.) работал в Германии, Швеция. В 1572 г. написал трактат о внезапно вспыхнувшей Новой звезде.
Изготовил изумительные по точности угломерные астрономические инструменты.
Рис 32. Тихо Браге и его стенной квадрант
Первым стал учитывать рефракцию. Составил таблицы видимого движения Солнца и планет. Его каталог звезд (777) меньше по количеству, чем у Гиппарха и Улугбека, но значительно точнее координаты звезд.
В середине XVI века гениальный польский ученый Коперник в труде «О вращении небесных тел» изложил гелиоцентрическую систему мира и впервые дал и научно обосновал правильное представление о Солнечной системе и движении планет.
Учение Коперника было запрещено в 1616 г. Его последователи преследовались католической церковью. За пропаганду учения Коперника подвергся гонению Великий Галилео Галилей. Джордано Бруно издал в 1584 г. труд «О бесконечности Вселенной и мирах». 17 февраля 1600 г. сожжен на костре инквизиции.
Галилей первым применил телескоп к изучению небесных тел: обнаружил на Луне горы и низменности, разрушив тем учение Аристотеля от отличии небесного от земного. По Аристотелю Млечный путь – туманное кольцо в атмосфере Земли. Галилей обнаружил в телескоп, что это скопление звезд, обнаружил спутник Юпитера, показав, что движущееся небесное тело может быть центром вращения (по Аристотелю – только неподвижное). Следовательно, и Земля может вращаться вокруг Солнца, являясь центром вращения Луны. В «звездном вестнике» Галилей смело доказывал справедливость учения Коперника.
В 1835 г. по настоянию ученых, католическая церковь сняла запрет с книг Коперниканцев, а суровый приговор Галилею, заставивший его отказаться от своих «заблуждений» отменила в 1972 г.
В России священный синод православной церкви запретил пропаганду учения Коперника. Только с 1762 г. благодаря активной деятельности М.В. Ломоносова учение Коперника стало изучаться в книгах и статьях для широкого круга читателей. Только в 1717 г. по распоряжению Петра I был издан перевод труда Гюйгенса с изложением учения Коперника.