Предмет астрономии. Связь астрономии с другими науками. Значение астрономии

Астрономия - это одна из древнейших наук о Вселенной. Она изучает природу, происхождение, развитие, движение небесных тел и явлений. Понятие "Вселенная" включает в себя Землю, Солнце, планеты, звезды, галактики и разряженную среду в которой они находятся. 

Основным методом изучения астрономии является метод наблюдений, который осуществляется с помощью приборов. Наблюдения ведутся в различных диапазонах: видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском, радиодиапазоне, гамма - лучах. Открыты новые объекты (черные дыры, нейтронные звезды. 

Современная астрономия изучает активность Солнца и его влияние на земные процессы. Не снята проблема астероидной опасности. Возможность зарождения жизни на других планетах. Как космос влияет на развитие всего живого и т.д. Важнейшей задачей астрономии является объяснение и прогнозирование астрономических явлений (Солнечное и Лунное затмение, появление комет, астероидов, 

Астрономия возникла в глубокой древности. Еще первобытные люди наблюдали звездное небо и затем на стенах своих пещер рисовали увиденное.Наблюдения за звездным небом формировало человека как мыслящее существо.

Астрономия включает в себя следующие разделы:

Практическая астрономия, небесная механика, сравнительная планетология, астрофизика,звездная астрономия, космология, космогония.

Для проведения астрономических наблюдений строятся специальные научные исследовательские учреждения - астрономические обсерватории. 

Домашнее задание: с. 4 - 12.

Сегодня на уроке

 Планеты - гиганты. Плутон

Системы Мира

 Система Мира Птолемея

Система Мира Коперника

Практическая астрономия

Определение кульминации

Верхняя кульминация

\Нижняя кульминация

Сегодня на уроке

 Небесные координаты

Горизонтальная система координат
Экваториальная система координат

Сегодня на уроке

 Небесная сфера

Определение небесной сферы?

Точки, линии, плоскости на небесно сфере?

Сегодня на уроке

 Происхождение Солнечно системы. Общие характеристики планет.

Под Солнечной системой понимается  все космическое пространство находящееся в сфере притяжения Солнца. Солнечная система включает в себя: Звезду Солнце, расположенную в центре системы, планеты со спутниками, малые тела(астероиды, кометы, метеорные тела), а также межпланетную пыль, плазму и физические поля в указанных границах.

В Солнечной системе находится 8 больших планет. По мере удаления от Солнца они расположены в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Планетой называют большое небесное тело движущееся вокруг Солнца в его гравитационном поле и светящееся отраженным солнечным светом. Планеты делятся на планеты земной группы(Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Вокруг планет, кроме Меркурия и Венеры, обращаются спутники.

Между Марсом и Юпитером движутся малые планеты или астероиды. Их размеры составляют от десятков метров до тысячи километров. Твердые тела небольшого размера, движущиеся в межпланетном пространстве, называются метеоритными телами. Кроме того, по сильно вытянутым орбитам движутся ледяные тела - кометы, резко меняющие свой облик с приближением к Солнцу.

Происхождение Солнечной системы около 5 млрд. лет, Солнце и планеты сформировались из единого облака газа и пыли.

Впервые идея об образовании Солнца и планет из вещества единой газовой туманности была сформулирована Кантом в 1755.г и доработана Лапласом в 1796г. Согласно этой гипотезе, Солнечная система образовалась из вращающегося газового облака, которое сжималось под воздействием гравитации и распадалось на фрагменты. Однако эта гипотеза оказалась несостоятельной из-за многих противоречий.

В 1944г. разработкой теории образования планет из твердых частиц допланетного облака занялся Шмидт.. Эта теория развивается и в настоящее время. Можно выделить основные этапы происхождения и ранней эволюции Солнечной системы.

1. Около 4,6 млрд. лет назад произошел взрыв сверхновой звезды вблизи места рождения Солнечной системы. Ударная волна от взрыва распространилась в космическом пространстве.  Под ее действие газопылевое облако, состоящее из водорода, гелия, и разных по составу частичек, содержащих как металлы, так и редкие изотопы тяжелых химических элементов  начало сгущаться. В нем образовались уплотнения, обогащенные веществом сверхновой звезды. Медленно вращающееся уплотнение под действием сил гравитации начало сжиматься и превращаться в дискообразное газопылевое облако.

2. Постепенно в диске газопылевого облака пылинки стали объединяться, захватывая газы из окружающего пространства. Из мелких частиц образовывались более крупные комки, именно из них формировались зародыши будущих планет. Планеты земной группы почти достигли своих размеров примерно через 100 млн. лет.

Сегодня на уроке

 Конфигурации планет

Конфигурациями планет называют характерные взаимные расположения планет Земли и Солнца.

Все планеты относительно Земли делятся на внутренние (орбиты которых располагаются внутри земной орбиты) и внешние. К внутренним планетам относятся Венера й Меркурий, к внешним — все остальные. Для внутренних планет характерна конфигурация соединения.

Соединением называется такое положение планет, когда внутренняя планета находится либо между Землей
и Солнцем, либо за Солнцем. В таких случаях она невидима. Положение планеты между Землей и Солнцем называется нижним соединением; в нем планета находится наиболее близко к Земле. Нахождение планеты за Солнцем называется верхним соединением, причем планета
максимально удалена от Земли.

Внутренние планеты не отходят от Солнца на большие углы (максимальный угол для Меркурия составляет 28°, для Венеры — 48°). Наибольшие отклонения планет от Солнца на запад называются наибольшей западной элонгацией, на восток — наибольшей восточной элонгацией.

Конфигурации планет

Для внешних планет также возможна конфигурация соединения (положение «за Солнцем»). При этом они невидимы для наблюдателя с Земли, поскольку теряются в лучах Солнца. Положение внешних планет на прямой Земля-Солнце называется противостоянием. Это наиболее удобная конфигурация для наблюдений планеты.

Периоды обращения планет

Промежуток времени, в течение которого планета совершает полный оборот вокруг Солнца по орбите относительно звезд, называется СИДЕРИЧЕСКИМ ПЕРИОДОМ ОБРАЩЕНИЯ ПЛАНЕТЫ.

Скорость движения планет тем больше, чем они ближе к Солнцу. Поэтому после противостояния Земля станет обгонять те планеты, которые находятся дальше от Солнца. Со временем снова произойдет противостояние, поскольку Земля обгоняет планету на полный оборот.

Промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми конфигурациями планет называется СИНОДИЧЕСКИМ ПЕРИОДОМ ОБРАЩЕНИЯ ПЛАНЕТЫ.

Между синодическим (S, в сутках) и сидерическим (T, в сутках) месяцами существует соотношение. Для планет, находящихся между Солнцем и Землей:

1/S = 1/T - 1/T0 

Уравнение синодического движения для внутренних планет.

1/S =1/T0 - 1/T

Уравнение синодического движения для внешних планет планет.

Эволюция звезд

 

Двойные звезды

 

Температура и размеры звезд

Температуру поверхности звезд (фотосферы) можно определить воспользовавшись законом излучения Стефана - Больцмана и законом смещения Вина.

Закон смещения Вина: Длина волны, которой соответствует максимум в распределении энергии, связана с абсолютной температурой Т соотношением:

λ (max) T = b

где b =2900K*мкм

Подсчитанную таким образом температуру называют эффективной температурой.

Температура звезд может быть определена по распределению энергии в их непрерывном спектре. Для этого измеряют интенсивность излучения в различных диапазонах длин волн непрерывного спектра звезды. В полученной спектрограмме звезды устанавливают, в какой длине волны интенсивность излучения максимальна, а затем, используя закон смещения Вина, определяют температуру звезды. Такую температуру, вычисленную по закону смещения Вина, называют цветовой температурой звезды

Спектральная классификация звезд

При первом знакомстве со звездным небом обращает внимание тот факт, что звезды отличаются по цвету. Больше всего это заметно при рассмотрении их спектров. С учетом видов спектральных линий и их интенсивности строится спектральная классификация звезд, которая утвердилась в 20 годах XX века.

Последовательность спектральных классов обозначается заглавными буквами латинского алфавита: O, B, A, F, G, K, M, L Тонкие различия внутри каждого класса подразделяются на 10 подклассов.от 0 до 9. Например наше Солнце принадлежит к спектральному классу G2

O - Один

B - Бритый 

A - Американец

F - Финики

G - жевал

K - Как

M - Мелкий 

L - Лук

Размеры звезд

Радиусы звезд могут быть вычислены по их мощности излучения (светимости) и температуре по формуле

где L - светимость звезды, Ts - абсолютная температура Солнца, T - абсолютная температура звезды

Сегодня на уроке

 Звезды. Основные характеристики звезд.

Характеристики звёзд

Астрономия для любителей → Объекты во вселенной → Характеристики звёзд

Благодаря работе астрономов разных стран, за последние десятилетия мы много узнали о развитии звёзд и их эволюции. Все данные получены благодаря наблюдению множества звёзд, находящихся на разных этапах эволюции.

Основными свойствами звёзд являются:

• светимость (полное количество энергии, излучаемое звездой в единицу времени (L),
• температура поверхности,
• масса,
• радиус.

Между всеми этими характеристиками существует связь. Эта связь отображена на диаграмме Герцшпрунга - Рассела (Спектр – Светимость представлена на картинке)

Из этой диаграммы видно, что звёзды создают определённую последовательность. Полоса, идущая с левого верхнего угла в правый нижний, называется "главная последовательность" В верхнем правом углу находятся холодные, но в то же время огромные звёзды, называемые красными гигантами. В левом нижнем углу –"белые карлики". Очень горячие звёзды, но и очень маленькие. Солнце имеет спектральный класс G2.

Рассмотрим основные свойства подробнее.

Светимость

Светимость звёзд (L) чаще выражается в единицах светимости Солнца (4x эрг/с). Светимость звезды вычисляют по энергии, достигающей Земли, при условии, если известно расстояние до звезды. По светимости звёзды различаются в очень широких пределах. Большинство звёзд составляют "карлики", их светимость ничтожна иногда даже по сравнению с Солнцем.

 Характеристикой светимости является "абсолютная величина" звезды. Есть ещё понятие "видимая звёздная величина", которая зависит от светимости звезды, цвета и расстояния до неё. В большинстве случаев используют "абсолютную величину", чтобы реально оценить размеры звёзд, независимо как далеко они находятся. Чтобы узнать истинную величину, просто нужно звёзды отнести на какое-то условное расстояние (допустим на 10ПК). Звёзды высокой светимости имеют отрицательные значения. Например, видимая величина солнца -26,8. На расстоянии в 10ПК эта величина будет уже +5 (самые слабые звёзды, видимые невооружённым глазом, имеют величину +6).

Температура поверхности

Известные законы термодинамики позволяют нам определить температуру тела, измеряя длину волны в максимуме излучения черного цвета.

Так, если температура поверхности 3-4 тыс. К, то её цвет красноватый, 6-7 тыс. К - жёлтый, 10-12 тыс. К - белый и голубой. В таблице ниже приведены интервалы длин волн, соответствующие различным цветам, которые можно наблюдать в оптическом диапазоне.

Цвет и длина волны

Цвет	Диапазон длин волн, А
Фиолетовый, синий	3900 - 4550
Голубой	4550 - 4920
Зеленый	4920 - 5570
Желтый	5570 - 5970
Оранжевый	5970 - 6220
Красный	6220 - 7700

Последовательность спектров звёзд, получающихся при непрерывном изменении их поверхностных слоёв, обозначается следующими буквами: O, B, A, F, G, K, M (от горячих к холодным). Каждый из этих классов подразделяется ещё на 10 подклассов (пример B1, B2, B3…). Четкая классификация спектрального класса звезд представлена в следующей таблице

Спектральные классы звезд

Обозначение класса звезд	Характерный признак спектральных линий	Температура поверхности, K
O	Ионизованный гелий	> 30 000
B	Нейтральный гелий	11 000 - 30 000
A	Водород	7 200 - 11 000
F	Ионизованный кальций	6 000 - 7 200
G	Ионизованный кальций, нейтральные металлы	5 200 - 6 000
K	Нейтральные металлы	3 500 - 5200
M	Нейтральные металлы, полосы поглощения молекул	< 3 500
R	Полосы поглощения циана (CN)2	< 3 500
N	Углерод	< 3 500

Масса

Также звёзды разделяются по массе, но в более узких пределах в отличие от светимости (которая может различаться и в 1000 раз). Очень мало звёзд, имеющих массу в 10 раз больше или меньше Солнечной.

Ученые, изучая распределение звезд по массам и учитывая время жизни звезд различной массы, распределяют звезды по массам в момент их рождения. Ими установлено, что вероятность рождения звезды определенной массы, очень приближенно, обратно пропорциональна квадрату массы (функция Солпитера):

F(M) ~ M-7/3.

Это общая закономерность. Во многих областях Вселенной наблюдается дефицит массивных звезд. В тех областях, где молодых звезд много, звезд маленькой массы меньше. Исследователи полагают, что первые звезды были яркими, массивными и короткоживущими. 

Радиус

Радиус звёзд может очень сильно отличаться, а также меняться… С появлением возможности проводить спектральный анализ, появились сведения о химическом составе звезды. По химическому составу звёзды представляют собой водородные и гелиевые плазмы, остальных элементов гораздо меньше. На 10тыс атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 атомов кислорода, 2 атома азота, 1 углерода и 0,5 железа. Других элементов ещё меньше….

Делались попытки построить теоретическую эволюцию звёзд вдоль главной последовательности на основе представлений о потери масс этими звёздами, но эти попытки оказались неудачными.

Время пребывания звёзд на главной последовательности зависит от их первоначальной массы. Чем больше излучение и масса звезды, тем скорее она израсходует свой водород.