Астрономия

Астрономия

Определение астрономии

Астрономия (от греческого «астрой» — светило, звезда и «ономос» — закон) — наука о строении и развитии космических теп, образуемых ими систем и Вселенной в целом. Астрономия включает сферическую, практическую, внегалактическую, звездную астрономию, астрофизику, небесную механику, космогонию, космологию и ряд других разделов.

Вехи развития астрономии

Астрономия — древнейшая наука, возникшая из практических потребностей человечества (предсказание сезонных явлений, счет времени, определение местоположения объектов на поверхности Земли и др.). Древнегреческий астроном Гиппарх (190—125 гг. до н.э.) составил первый каталог звездного неба, в котором описал около 850 звезд, дал им названия и сгруппировал в созвездия. Пифагор первым доказал, что Земля имеет форму шара.

Современная астрономия связана с отказом от геоцентрической системы мира и заменой ее гелиоцентрической системой (Н. Коперник, сер. XVI в.), с началом телескопических исследований небесных тел (Г. Галилей, нач. XVII в.) н открытием закона всемирного тяготения (И. Ныотон, кон. XVII в.). Велика заслуга немецкого астронома Иоганна Кеплера (1571—1630 гг.), открывшего кинематические законы движения планет.

XVIII—XIX вв. были периодом накопления данных о Солнечной системе, Галактике и физической природе звезд, Солнца и планет. С середины XIX в. астрономия взяла на вооружение фотографию и спектральный анализ. В XX в. был открыт мир галактик. Было обнаружено общее расширение Вселенной (предсказанное А. А. Фридманом в 1922 г.) на основании исследования спектров галактик (Э. Хаббл в 1929 г.). Создание оптических и радиотелескопов, ракет и искусственных спутников Земли привело к открытию целого ряда космических тел — источников рентгеновского излучения: квазаров, пульсаров, радиогалактик. Посадка космических аппаратов на Луну, доставка лунного грунта на Землю, высадка людей на Луну, посадка спускаемых аппаратов на поверхность Венеры и Марса, пролеты космических аппаратов вблизи Юпитера и Сатурна и их спутников — достижения, которые привели к революции в астрономических методах исследования Вселенной.

Методы и способы астрономических исследований

Издавна основным методом астрономических исследований было визуальное наблюдение за небесными телами. Основным инструментом при этом являются оптические телескопы.

Принцип действия оптического телескопа зависит от его типа, однако все они ориентированы на то, чтобы собрать как можно больше света, приходящего от небесных светил, создать их изображения и сконцентрировать световые лучи на приемнике лучистой энергии.

  • Типы оптических телескопов:
  • — линзовые (рефракторы)
  • — зеркальные (рефлекторы)
  • — зеркально-линзовые

Принцип действия рефракторов

Изображение получают в результате преломления света в линзе объектива. Наблюдатель фиксирует его через окуляр. Объектив и приемник изображения (окуляр) жестко соединены тубусом. Изменять положение телескопа позволяет специальная механическая конструкция — монтаж.

Недостатком рефракторов является то, что линзы объектива обладают аберрациями, которые вызывают размытые (сферическая аберрация) или окрашенные (хроматическая аберрация) изображения. Присутствуют также внеосевые аберрации (кома, астигматизм), проявляющиеся в изображениях вне главной оптической оси.

Для исправления аберраций объективы крупных рефракторов составляют из двух линз (ахроматов). Обычно рефракторы используются для измерения положений звезд с высокой точностью и для фотографирования участков звездного неба. Их применяют в астрометрических и звездно-астрономических исследованиях.

Принцип действия рефлекторов

Телескопы-рефлекторы используются в астрофизике. В их конструкции используется не преломление, а отражение света. В нижней части тубуса устанавливают зеркало, фокус которого находится либо внутри тубуса (рефлектор с прямым фокусом), либо вне его. Зеркальные объективы гораздо совершеннее линзовых, поскольку у них отсутствует хроматическая аберрация. Для устранения сферической аберрации отражающую поверхность вогнутого зеркала выполняют в форме параболоида. Это гораздо проще, чем изготавливать линзы соответствующих размеров, поскольку у зеркал обработке подвергается только одна отражающая поверхность.

Первой широко распространенной оптической системой была система Кассегрена, состоящая из вогнутого параболического и выпуклого гиперболического стеклянных зеркал, с нанесенным алюминиевым покрытием. Однако эти конструкции были крайне громоздки. Более компактными были телескопические системы Ричи-Кретьена, В них главное зеркало имело форму несколько отличную от параболоида, вспомогательное — отличную от гиперболоида.

Большим прорывом в конструировании телескопов стало изобретение советским оптиком Д. Д. Максутовым менискового телескопа. Мениск — тонкая выпукло-вогнутая линза малой кривизны, которая устанавливается в верхней части тубуса для исправления недостатков главного зеркала. В качестве дополнительного зеркала используется напыленное на поверхности мениска круглое алюминиевое пятно.

Другой важный метод исследования небесных тел основывается на том, что все тела испускают излучение различной длины волны. Установки, которые позволяют принимать радиоизлучение от космических объектов, называются радиотелескопами. Они состоят из антенны и чувствительного радиоприемника с усилителем.

Антенны представляют собой параболические отражатели, способные принимать волны в диапазоне от миллиметра до нескольких метров. Антенны напоминают зеркала рефлекторов. В фокусе параболоида размещается устройство для сбора излучения, называемое облучателем. Радиоприемник принимает и усиливает энергию, полученную от облучателя, выделяет заданную частоту сигнала и регистрирует результат.

Значение астрономии

Современная метрология использует атомные стандарты времени, но и астрономическая служба времени не потеряла своего значения. Астрономия следит за соответствием календаря явлениям, связанным с обращением Земли вокруг Солнца.

Астрономические методы используются в морской и авиационной навигации, в особенности в полярных районах, где радионавигационные средства временами выходят из строя из-за магнитных бурь.

Проблемы навигации в космических полетах также решаются с помощью астрономии.Астрономия играет важную роль в геодезической службе, без которой невозможна картография. В своих математических методах картография опирается на сферическую астрономию, а в методах определения географических координат — на практическую астрономию. Астрономическое ииструментоведение сыграло основную роль в создании точных геодезических измерительных инструментов. Без астрономической службы времени невозможно определение географической долготы и построение географических и топографических карт, которые имеют важное народнохозяйственное значение!

В области хронологии астрономия помогает установлению дат многих исторических событий, время совершения которых, точно неизвестное, связывается в хрониках с наступлением затмения, появлением кометы или с другим необычайным небесным явлением. Методы астрономии позволяют рассчитать время давно прошедшего небесного явления и определить точную дату одновременного с ним исторического события.

Обсерватории

Стоунхендж

Стоунхендж — одно из удивительнейших достижений техники и науки древнего мира. «Восьмое чудо света» было возведено на рубеже каменного и бронзового веков (в период между 1900 и 1600 г. до н. э.). Стоунхендж — место ритуальных церемоний и погребений, храм Солнца и устрашающий символ власти доисторических жрецов, нетленный памятник творческих возможностей человеческого разума.

Стоунхендж представляет собой камни-монолиты высотой по 5,5 м, расставленные в виде сложных фигур. В сооружении просматривается два кольца. Одно из колец сооружено из трилитов (гигантских столбов высотой 8,5 м, весом 40—50 т, накрытых третьим). В центре сооружения установлен камень длиной 4,8 м, названный Пяточным.

Стоунхендж вдоль н поперек систематически обследовался десятками ученых. Однако только астроному Джеральду Хокиису удалось установить назначение Стоунхенджа. В 1961 году Дж. Хокинс пришел к выводу, что двенадцать важных направлений Стоуихенджа указывали на Солнце с точностью до 1 градуса. Двенадцать направлений указывали на крайние положения Луны. Эти наиравления служили календарем для предсказания затмений Луны и Солнца; позволяли жрецам устраивать театрализованное представление по наблюдению восходов и заходов Солнца и Луны, особенно восхода Солнца над Пяточным камнем в день летнего солнцестояния и захода Солнца в арке большого трилига в день зимнего солнцестояния.Стоунхендж — целый комплекс астрономических инструментов.

Обсерватория Улугбека

Улугбек (1394—1449 гг.) — среднеазиатский государственный деятель, ученый, просветитель. С 1409 г. правитель Самарканда. Построил обсерваторию в 1428—1429 гг. на одном из холмов на возвышенностях Кухак, у подножья Чуианатинских высот.

Это трехэтажное здание, покрытое изразцами круглой формы, диаметром более 46 метров и высотой не менее 30 метров. В главном зале помещался громадный инструмент для наблюдения за Солнцем, Луной и другими светилами. Основой обсерватории являлся гигантский угломер (вертикальный круг), радиус окружности которого равнялся 40,2 метра, а длина самой дуги составляла 63 метра. Улугбеку принадлежит заслуга создания астрономического каталога, известного под названием «Звездные таблицы Улугбека». Эти таблицы содержат координаты 1018 звезд. По расчетам Улугбека длина звездного года составляет 365 дня 6 часов 10 минут 8 секунд. Подлинная длина по современным расчетам составляет 365 дней 6 часов 9 минут 9,6 секунд. После смерти великого звездочета обсерватория была разорена.

Голосеевская астрономическая обсерватория Украины

Расположена в 12 км к югу от центра Киева (в Голосеевском лесу). Основана в 1944 г. Вначале обсерватория занималась определением небесных тел с помощью большого вертикального круга и 40-сантнметрового двойного астрографа (установлены в 1949 г.). Позже были организованы отделы: фундаментальной астрометрии, физики Солнца, фотографической астрометрии, физики планет и физики звезд; всесторонне исследовалась Луна. Объектами исследований являются также химический состав и физические свойства атмосфер планет, строение галактики, физические условия на Солнце и влияния солнечной активности на процессы в кометах и межпланетном пространстве, нестационарные процессы в атмосферах и недрах звезд.

:

Основные астрофизические инструменты: 70-сантиметровый и 48-сантиметровый рефракторы, горизонтальный солнечный телескоп АЦУ-5, фотосферно-хромосферный телескоп.

Астрономические обсерватории России

Астрономическая обсерватория имени В. П. Эигельгардта (АОЭ) основана в 1901 г. в 20 км к западу от Казани на базе оборудования, перед тем пожертвованного Казанскому университету русским астрономом В. Б. Эигельгардтом. В настоящее время значительно расширена. Основные направления научных исследований: меридианная астрометрия, изучение изменяемости географической широты и колебаний отвеса, исследования вращения и фигуры Луны, изучение переменных звезд, строения галактики, радиолокация метеоров. На основании обширного наблюдательного материала, полученного на АОЭ, создан ряд звездных каталогов, проведены исследования физических либраций Луны и построены карты ее рельефа, изучено распределение метеорного вещества в пространстве.

Основные инструменты: меридианный круг, зенит-телескоп, гелиометр, длиннофокусный горизонтальный телескоп с целостатом, 38-саитиметровый телескоп Шмидта, 40-сантиметровый астрограф, 35-сантиметровый менисковый телескоп Максутова с ультрафиолетовой оптикой, 48-сантиметровый рефлектор со звездным электрофотометром, радиолокационные установки.

Пулковская астрономическая обсерватория — научно-исследовательское учереждение, расположенное в 19 км к югу от центра Санкт-Петербурга на Пулковских высотах (75 м над уровнем моря). Построена по проекту архитектора А. П. Брюллова и открыта в 1839 г. Организована выдающимся русским ученым В. Л. Струве, который был ее первым директором. Обсерватория была оснащена наиболее современными инструментами, в частности, самым большим тогда в мире 38-сантиметровым рефрактором. Основное направление работы состояло в определениях координат звезд и астрономических постоянных. Это прецессии, нутации, аберрации и рефракции, а также открытия двойных звезд. Работы обсерватории были связаны также с географическим изучением территории России и развитием мореплавания. К 50-летию обсерватории была построена астрофизическая лаборатория с механической мастерской и установлен в то время крупнейший в мире 76-сантиметровый рефрактор. Астрономические исследования стали проводиться гораздо активней после назначения директором обсерватории Ф. О. Бредихина и перехода из Московской обсерватории А. А. Белопольского, специалиста по спектроскопии звезд и изучению Солнца. Позднее установлен большой спектрограф, а затем горизонтальный солнечный телескоп. Работы по астрофотографии проводились с помощью нормального астрографа, с помощью которого составлен каталог звезд близко полюсной области неба.

В 1920 г. обсерватория начала передачу радиосигналов точного времени. Обсерватория принимала активное участие в основных геодезических работах, а именно в градусном измерении дуги меридиана от Дуная до Северного Ледовитого океана. Пулковский меридиан, проходящий через центр главного здания Обсерватории и отстоящий на 30° 19,6' к востоку от Гринвича, был исходным для всех прежних географических карт России. Для наблюдений южных звезд, невидимых на широте Пулковского меридиана, были организованы 2 филиала: астрофизический в Симеизе (Крым) и астрометрический в Николаеве. Среди других астрономических учреждений мира наибольшее значение имеют Гринвнческая астрономическая обсерватория (Великобритания), Маунт-Стромлоская астрономическая обсерватория (Австралия), Таутенбургская астрономическая обсерватория.Потсдамская астрофизическая обсерватория (Германия), Арчетрийская астрофизическая обсерватория (Италия), Викторийская астрофизическая обсерватория (Канада), Пик-дюМиди астрономическая обсерватория (Франция),Капская астрономическая обсерватория (Южная Африка).

Небесная сфера

Небесная сфера — это воображаемая сферическая поверхность произвольного радиуса, в центре которой находится наблюдатель. Небесные тела проектируются на небесную сферу.

Из-за малых размеров Земли, в сравнении с расстояниями до звезд, наблюдателей, расположенных в разных местах земной поверхности, можно считать находящимися вцентре небесной сферы. В действительности никакой материальной сферы, окружающей Землю, в природе не существует. Небесные тела движутся в беспредельном мировом пространстве на самых различных расстояниях от Земли. Эти расстояния невообразимо велики, наше зрение не в состоянии их оценить, поэтому человеку все небесные тела представляются одинаково удаленными.

За год Солнце описывает большой круг на фоне звездного неба. Годичный путь Солнца по небесной сфере называется эклиптикой. Перемещаясь по эклиптике. Солнце в равноденственных точках дважды пересекает небесный экватор. Это бывает 21 марта и 23 сентября.

Точка небесной сферы, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Противоположная точка небесной сферы называется южным полюсом мира. Жители северного полушария его не видят, т. к. он находится под горизонтом. Отвесная линия, проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита и в диаметрально противоположной точке, называемой надиром.

Элементы небесной сферы

Соотношение между элементами небесной сферы и земного шара

Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюса мира и проходящую через наблюдателя, называют осью мира. На горизонте под северным полюсом мира лежит точка севера, диаметрально противоположная ей точка —точка югаТочки востока и запада лежат на линии горизонта и отстоят от точек севера и юга на 90°.

Плоскость, проходящая через центр сферы перпендикулярно оси мира, образуетплоскость небесного экватора, параллельную плоскости земного экватора. Плоскость небесного меридиана проходит через полюсы мира, точки севера и юга, зенит и надир.

Небесные координаты

Система координат, в которой отсчет производится от плоскости экватора, называетсяэкваториальной. Угловое расстояние светила от небесного экватора называетсясклонением , которое меняется от -90° до +90°. Склонение считается положительным к северу от экватора и отрицательным к югу. Прямое восхождение светила  измеряется углом между плоскостями больших кругов, один из которых проходит через полюсы мира и данное светило, второй — через полюсы мира и точку весеннего равноденствия, лежащую на экваторе.

Экваториальные координаты

Горизонтальные координаты

Угловым расстоянием называется расстояние между объектами на небе, измеряемое углом, который образован лучами, идущими к объекту из точки наблюдения. Угловое расстояние светила от горизонта называют высотой светила над горизонтом. Положение светила относительно сторон горизонта называется азимутом. Отсчет ведется от юга по часовой стрелке. Азимут и высоту светила над горизонтом измеряют теодолитом. В угловых единицах выражают не только расстояния между небесными объектами, но и размеры самих объектов. Угловое расстояние полюса мира от горизонта равно географической широте местности.

Высота светил в кульминации

Явления Прохождения светил через небесный меридиан называютсякульминациямиНижней кульминацией называется прохождение светил через северную половину небесного меридиана. Явление прохождения светилом южной половины небесного меридиана называется верхней кульминацией. Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а момент нижней кульминации — истинной полночью. Промежуток времени между кульминациями — полсуток.

У незаходящих светил над горизонтом видны обе кульминации, у восходящих и заходящих нижняя кульминация происходит под горизонтом, ниже точки севера. Каждая звезда кульминирует в данной местности всегда на одной и той же высоте над горизонтом, потому что ее угловое расстояние от полюса мира и от небесного экватора не меняется. Солнце же и Луна меняют высоту, на
которой они кульминируют.

Созвездия

Созвездия — четко ограниченные участки звездного неба, охватывающие все принадлежащие им светила и имеющие собственные названия.

Современные границы и названия созвездий утверждены в 1922 г. на I съезде Международного астрономического союза, созданного в 1919 г.

Все небо разделено на 88 созвездий, которые носят имена мифических героев, названия животных, геометрических фигур, предметов. Созвездия на небе находят, соединяя мысленно его наиболее яркие звезды в некоторую фигуру. В каждом созвездии помимо ярких звезд имеется множество тусклых. Созвездие Большой Медведицы занимает наибольшую площадь 1280 квадратных градусов, насчитывает помимо 7 ярких звезд (Дубхе, Мерак, Фекда, Мегрец, Алиот, Мицар, Бенетнаш) еще 118 тусклых звезд. Группу звезд созвездия, которая имеет название, отличное от названия созвездия, называют астеризмом (например Ковш в созвездии Малой Медведицы). Наиболее яркие звезды в созвездиях обозначаются в порядке убывания яркости греческими буквами     и т. д. с добавлением названия созвездия ( Ориона), менее яркие — латинскими буквами и цифрами. Самое красивое созвездие неба — созвездие Ориона — насчитывает 120 звезд, из которых семь выделяются своим блеском.

Самое маленькое яркое созвездие Южного Креста, занимающее 68 квадратных градусов и содержащее 5 ярких и 25 более слабых звезд, находится в южном небесном полушарии. В северном небесном полушарии самое маленькое созвездие Малого Коня, занимающее 72 квадратных градуса, состоит из 10 слабых звезд.

Зодиакальные созвездия занимают вдоль эклиптики участки неодинаковой длины; их 13, а не 12, как обычно принято считать, ибо между созвездиями Скорпиона и Стрельца расположено созвездие Змееносца.

С каждым созвездием связана какая-то легенда или историческая традиция. В далекие времена точка весеннего равноденствия находилась в созвездии Овна. Она перешла в него из созвездия Тельца примерно в 2500 г. до н. э. Созвездие Овна было весьма почитаемо в древности, верховный бог Нового царства Египта Амон-Ра изображался с бараньей головой, а дорога к его храму в Луксоре представляла собой аллею из сфинксов с бараньими головами. Греки отождествляли Амона—Ра с Зевсом. Считалось также, что созвездие Овна образовано в честь овна с золотым руном. Звезда  этого созвездия называется Гамаль (по-арабски — «взрослый баран»).

В древнем Египте аналогом небесного Тельца, оживлявшего природу при вступлении в него Солнца, был священный бык Апис. На земле на его роль выбирался реальный бык, которому поклонялись при его жизни и мумию которого торжественно погребали в великолепной гробнице.

В Греции бык пользовался большим почетом, в частности, как одно из воплощений Зевса (бык, похитивший Европу). Быку поклонялись на Крите (Минотавр), великие герои Эллады (Геракл, Тесей, Ясон) усмиряли быков.

Самая яркая звезда созвездия Тельца носит название Альдебаран. В этом созвездии находятся два доступных для наблюдения звездных скопления — Плеяды и Гиады. Их хорошо видно невооруженным глазом.

В созвездии Близнецов две яркие звезды находятся близко одна от другой. Свое название  и  Близнецов получили в честь аргонавтов — Кастора и Полидевка (Поллукса), сыновей-близнецов Зевса и Леды, братьев Елены Прекрасной — виновницы троянской войны. Взаимная привязанность этих спартанских героев была так велика, что они стали божественными покровителями дружбы. Кастор славился как искусный возничий; он учил молодого Геракла владению тяжелым оружием. Полидевк был непревзойденным кулачным бойцом. Когда Кастор погиб в сражении, Зевс даровал Полидевку бессмертие, но тот отказался и стал просить разрешение разделить этот дар богов с братом. Тронутый просьбой, Зевс поместил братьев на небо и разрешил им жить, чередуясь, то в подземном царстве Аида, то на Олимпе. Эта подробность мифа связана с тем, что бывают периоды, когда можно заметить в один и тог же день Кастор на фоне утренней, а Поллукс — вечерней зари.

Рак — самое малозаметное зодиакальное созвездие. Находится оно между созвездиями Льва, Гидры и Близнецов. Однажды на Геракла, когда он боролся с Лердейской Гидрой, напал огромный морской рак. Герой раздавил его, но Гера, ненавидевшая Геракла, поместила рака на небо. Самая яркая звезда Рака носит название Акубенс (от арабского Аль Зубанс — «клешни»).

Лев фигурирует также в мифах о Геракле (Нейейский и Киферонский львы). Это созвездие кульминирует в полночь в первой половине марта. Самая яркая звезда Льва носит название Регул (по-латыни ~ «князь»)

В ранних мифах Деву отождествляют с Реей, супругой Кроноса и матерью Зевса. Затем стали думать, что созвездие Девы — перенесенная на небо богиня справедливости Астрея, дочь Зевса и Фемиды, олицетворение чистоты и невинности. Деву обычно изображают с кадуцеем — обвитым змеями жезлом Меркурия и колосом. Колосом (по-латыни «спика») названа самая яркая звезда созвездия. В созвездии находится ближайшее к нам скопление галактик.

Созвездие Весов раньше изображали в виде весов, которые держит в клешнях Скорпион. Великий римский поэт Виргилий славит императора Августа, родившегося под знаком этого созвездия, как поборника справедливости. Пишет он также о Весах Астреи. Яркая звезда Весов называется Зубенэльгенуби (от арабского Аль Зубан аль Япубийяз — «Южная Клешня»).

Скорпион — одно из красивейших зодиакальных созвездий, но плохо видимое в северных широтах. Любимец Артемиды, охотник Орион, однажды похвастался, что может убить любое животное. Невзлюбившая его Гера наслала на него скорпиона, от укуса которого он умер, после чего Гера перенесла скорпиона на небо. Безутешная Артемида попросила перенести туда и Ориона. Ярко-красная главная его звезда носит название Антарес (по-гречески — «соперник Ареса», или Марса).

Самая яркая звезда Стрельца носит название Рукбат («колено»; по-арабски Рукбат аль Рами — «колено стрелка»). В созвездии Стрельца находится много ярких газовых туманностей и скоплений звезд, легких для наблюдения, а также невидимый в оптическом диапазоне спектра из-за сильного межзвездного поглощения центра нашей Галактики. Через созвездие Стрельца проходит Млечный Путь.

Козерог. Зевс родился в день зимнего солнцестояния в пещере на горе Иде. Его мать Рея знала, что отец Зевса Кронос пожирает своих детей, и спрятала новорожденного. Зевса выкормила своим молоком коза Амальтея, за что он впоследствии поместил ее на небо в виде созвездия Козерога, а из ее рога сделал рог изобилия. Яркую звезду Козерога называют Гиеди или Альгеди, что по-арабски означает «лоб».

Единственный греческий миф, связанный с созвездием Водолея — миф о всемирном потопе, благочестивом Девкалионе и его жене Пирре. Созвездие занимает положение между созвездиями Козерога, Рыб и Пегаса и кульминирует в полночь в середине сентября, В нем находится очень крупная, но с малой поверхностной яркостью планетарная туманность, трудная для визуального наблюдения даже в хороший телескоп. Ярчайшая звезда носит арабское имя Садальмедик, что означает «счастье властителя».

Рыбы. Афродита и ее сын Эрот шли по берегу реки, но, испуганные Тифоном, бросились в воду и превратились в рыб.

Звездная карта — изображение участка небесной сферы с расположенными на них звездами.

Видимые движения планет и 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 планетамотносятся 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 называетсяпротивостоянием. Это наиболее удобная конфигурация для наблюдений планеты.

Периоды обращения планет

Синодическим периодом планеты называется промежуток времени, протекающий между повторениями ее одинаковых конфигураций.

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.

Можно сказать, что синодический период внешней планеты — это промежуток времени, по истечении которого Земля обгоняет планету на 360° в их движении вокруг Солнца.

Сидерический период — это время, по прошествии которого для наблюдателя, находящегося на Солнце, планета возвращается к той же самой звезде.

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

Законы Кеплера

Иоганн Кеплер (1571—1630 гг.) открыл свои законы, изучая периодическое обращение Марса вокруг Солнца.

Первый закон Кеплера: каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Ближайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелием, а самая далекая от него точка — афелием. Степень вытянутости эллипса характеризуется его эксцентриситетом.

Второй закон Кеплера (закон площадей): радиус- вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади. Если рассмотреть движение планеты, то дуги, описанные планетой за одинаковые промежутки времени в различных местах орбиты, различны, хотя ограничивают равные площади. Следовательно, линейная скорость движения планеты неодинакова в разных точках ее орбиты. Скорость планеты при движении ее по орбите тем больше, чем ближе она к Солнцу. В перигелии скорость планеты наибольшая.

Таким образом, второй закон Кеплера количественно определяет изменение скорости движения планеты по эллипсу.

Второй закон Кеплера

Третий закон Кеплера: квадраты звездных периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит. Если большую полуось орбиты и звездный период обращения одной планеты обозначить соответственно черезa1T1, а другой планеты — через a2T2, то формула третьего закона будет такова:

Третий закон Кеплера связывает длины больших полуосей планетных орбит с длиной большой полуоси земной орбиты. В астрономии эта длина принята за основную единицу измерения расстояний — астрономическую единицу (а. е.).

Планеты Солнечной системы

Земля

Земля — планета Солнечной системы, расположенная на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца. Земля вращается вокруг него со средней скоростью 29,765 км/с. Полный оборот вокруг Солнца она совершает за период, равный 365,24 средних солнечных суток. Спутник Земли — Луна, обращается на расстоянии 384 400 км. Наклон земной оси к плоскости эклиптики 66° 33' 22", период обращения вокруг оси 23 ч 56 мин 4,1 с. Форма — геоид, сфероид. Экваториальный радиус — 6378,16 км, полярный — 6356,777 км. Площадь поверхности — 510,2 млн км2. Масса Земли — 6 * 1024 кг. Объем — 1,083 * 1012 км3. Гравитационное поле Земли обуславливает существование атмосферы и сферическую форму планеты.

Средняя плотность Земли равна 5,5 г/см3. Это почти вдвое больше, чем плотность поверхностных пород (около 3 г/см3). С глубиной плотность возрастает. Внутренняя часть литосферы образует ядро, которое находится в расплавленном состоянии. Исследования показали, что ядро делится на две зоны: внутреннее ядро (радиус около 1300 км), которое, вероятно, является твердым, и жидкое внешнее ядра (радиус около 3400 км). Твердая оболочка тоже неоднородна, в ней имеется резкая поверхность раздела на глубине около 40 км. Эта граница называется поверхностью Мохоровичича. Область выше поверхности Мохоровичича называется корой, ниже — мантией. Мантия, как и кора, находится в твердом состоянии, за исключением отдельных лавовых «карманов». С глубиной плотность мантии нарастает от 3,3 г/см3 у поверхности Мохоровичича и до 5,2 г/см3 у границы ядра. На границе ядра она скачком возрастает до 9,4 г/см3. Плотность в центре Земли находится в пределах от 14,5 г/см3 до 18 г/см3. У нижней границы мантии давление достигает 1 З00 000 атм. При спуске в шахты температура быстро повышается — примерно на 20 °С на 1 километр. Температура в центре Земли, по-видимому, не превышает 9000°С. Поскольку темп увеличения температуры с глубиной в среднем падает с приближением к центру Земли, источники тепла должны быть сосредоточены во внешних частях литосферы, скорее всего, в мантии. Единственной мыслимой причиной разогрева мантии является радиоактивный распад. 71% земной поверхности занимают океаны, образующие основную часть гидросферы. Земля — единственная планета Солнечной системы, обладающая гидросферой. Гидросфера поставляет водяной пар в атмосферу. Водяной пар благодаря инфракрасному поглощению создает значительный парниковый эффект, поднимающий среднюю температуру поверхности Земли примерно на 40°С. Наличие гидросферы сыграло решающую роль в возникновении жизни на Земле.

Химический состав атмосферы Земли на уровне моря — кислород (около 20%) и азот (около 80%). Современный состав атмосферы Земли, по-видимому, сильно отличается от первичного, который имел место 4,5 * 109 лет назад, когда сформировалась кора. Биосфера — растения, животные и микроорганизмы — существенно влияет как на общую характеристику планеты Земля, так и на химический состав ее атмосферы.

Луна

Диаметр Луны меньше земного в 4 раза, а масса меньше в 81 раз. Луна — небесное тело, ближе остальных расположенное к Земле.

Плотность Луны меньше, чем Земли (3,3 г/см3). У нее отсутствует ядро, но в недрах сохраняется постоянная температура. На поверхности зафиксированы значительные перепады температуры: от +120°С в подсолнечной точке Луны до -170°С с противоположной стороны. Объясняется это, во-первых, отсутствием атмосферы, а во-вторых, продолжительностью лунного дня и лунной ночи, равной двум земным неделям.

Рельеф лунной поверхности включает низменности и гористые участки. Традиционно низменности называют «морями», хотя они и не заполнены водой. С Земли «моря» видны как темные пятна на поверхности Луны. Их названия достаточно экзотичны: море Холода, океан Бурь, море Москвы, море Кризисов и др.

Гористые участки занимают большую часть поверхности Луны и включают горные хребты и кратеры. Названия многих лунных горных хребтов аналогичны земным: Апеннины, Карпаты, Алтай. Наиболее высокие горы достигают высоты 9 км.

Кратеры занимают наибольшую площадь лунной поверхности. Некоторые из них имеют диаметр порядка 200 км (Клавий и Шиккард). некоторые — в несколько раз меньше (Аристарх, Анаксимеи).

Лунная поверхность наиболее удобна для наблюдения с Земли в местах, где граничат день и ночь, т. е. вблизи терминатора. Вообще с Земли можно видеть только одно полушарие Луны, однако возможны исключения. В результате того, что Луна движется по своей орбите неравномерно и ее форма не строго шарообразна, наблюдаются ее периодические маятникообразные колебания относительно своего центра масс. Это приводит к тому, что с Земли можно наблюдать порядка 60% лунной поверхности. Это явление носит название либрации Луны.

На Луне нет атмосферы. Звуки на ней не распространяются, поскольку отсутствует воздух.

Фазы Луны

Луна не обладает собственным свечением. поэтому видна только в той части, куда падают солнечные или отраженные Землей лучи. Этим объясняются фазы Луны. Каждый месяц Луна, двигаясь по орбите, проходит между Землей и Солнцем и обращена к нам темной стороной (новолуние). Через несколько дней на западной части неба появляется узкий серп молодой Луны. Остальная часть лунного диска в это время слабо освещена. Через 7 суток наступает первая четверть, через 14—15 — полнолуние. На 22-е сутки наблюдается последняя четверть, а через 30 суток — снова полнолуние.

Исследования Луны

Первые попытки изучить поверхность Луны состоялись достаточно давно, но непосредственно полеты на Луну начались только во второй половине XX в.

В 1958 г. состоялась первая посадка космического корабля на поверхность Луны, а в 1969 г. на нее высадились первые люди. Это были американские космонавты Н. Армстронг и Э. Олдрнн, доставленные туда космическим кораблем «Аполлон-11».

Основными целями полетов на Луну был отбор проб грунта и изучение рельефа поверхности Луны. Фотографии невидимой стороны Луны были впервые сделаны аппаратами «Луна-З» и «Луна-9». Заборы грунта производились аппаратами «Луна-16», «Луна-20» и др.

Морские приливы и отливы на Земле.

На Земле приливы и отливы чередуются в среднем каждые 12 ч 25 мин. Явление приливов и отливов связано с притяжением Земли к Солнцу и Луне. Но в связи с тем, что расстояние до Солнца слишком велико (150 * 106 км), солнечные приливы и отливы значительно слабее, чем лунные.

На участке нашей планеты, который обращен к Луне, сила притяжения больше, а на периферическом направлении меньше. В результате этого водная оболочка Земли растягивается вдоль линии, соединяющей Землю с Луной. Поэтому в части Земли, обращенной к Луне, вода Мирового океана выпучивается (возникает прилив). Вдоль круга, плоскость которого перпендикулярна линии Земля—Луна и проходит через центр Земли, уровень воды в Мировом океане понижается (возникает отлив).

Возникновение лунных приливов

Приливы и отливы тормозят вращение Земли. По расчетам ученых раньше земные сутки составляли не более б часов.

Меркурий

  • Расстояние от Солнца — 58 * 106 км
  • Средняя плотность — 54 200 кг/м3
  • Масса — 0,056 массы Земли
  • Период обращения вокруг Солнца — 88 земных суток
  • Диаметр — 0.4 диаметра Земли
  • Спутники — нет
  • Физические условия:
  • Ближайшая планета к Солнцу
  • Атмосфера отсутствует
  • Поверхность усеяна кратерами
  • Диапазон суточных температур составляет 660°С (от +480°С до -180°С)
  • Магнитное поле в 150 раз слабее земного

Венера

  • Расстояние от Солнца — 108 * 106 км
  • Средняя плотность — 5240 кг/м3
  • Масса — 0,82 массы Земли
  • Период обращения вокруг Солнца — 225 земных суток
  • Период обращения вокруг собственной оси — 243 суток, вращение обратное
  • Диаметр — 12 100 км
  • Спутники — нет

Физические условия

Атмосфера плотнее земной. Состав атмосферы: углекислый газ — 96%, азот и инертные газы > 4%, кислород — 0,002%, водяные пары — 0,02%. Давление 95—97 атм., температура у поверхности — 470-480°С, что обусловлено наличием парникового эффекта. Планета окружена слоем облаков, состоящих из капель серной кислоты с примесями хлора и серы. Поверхность в основном гладкая, с небольшим количеством хребтов (10% поверхности) и кратеров (17% поверхности). Грунт базальтовый. Магнитного поля нет.

Марс

  • Расстояние от Солнца — 228 * 106 км
  • Средняя плотность — 3950 кг/м3
  • Масса — 0.107 массы Земли
  • Период обращения вокруг Солнца — 687 земных суток
  • Период обращения вокруг собственной оси — 24 ч 37 мин 23 с
  • Диаметр — 6800 км
  • Спутники — 2 спутника: Фобос, Деймос

Физические условия

Атмосфера разреженная, давление в 100 раз меньше земного. Состав атмосферы: углекислый газ — 95%, азот — более 2%. кислород — 0,3%, водяные пары — 1%. Диапазон суточных температур составляет 115°С (от +25°С днем до -90°С ночью). В атмосфере наблюдаются редкие облака и туман, что свидетельствует о выделениях влаги из резервуаров грунтовых вод. Поверхность усеяна кратерами. Грунт включает фосфор, кальций, кремний, а также оксиды железа, придающие планете красный цвет. Магнитное поле слабее земного в 500 раз.

Юпитер

  • Расстояние от Солнца — 778 * 106 км
  • Средняя плотность — 1330 кг/м3
  • Масса — 318 масс Земли
  • Период обращения вокруг Солнца — 11,86 лет
  • Период обращения вокруг своей оси — 9 ч 55 мин 29 с
  • Диаметр — 142 000 км
  • Спутники — 16 спутников. Ио, Ганнмед, Каллисто, Европа — самые крупные
  • 12 спутников вращаются в одну сторону а 4 — в противоположную

Физические условия

Атмосфера содержит 90% водорода, 9% гелия и 1% других газов (в основном аммиак). Облака состоят из аммиака. Излучение Юпитера в 2,9 раза превосходит энергию, получаемую от Солнца. Планета сильно расплющена у полюсов. Полярный радиус на 4400 км меньше экваториального. На планете формируются крупные циклоны со временем жизни до 100 тысяч лет. Большое Красное Пятно, наблюдаемое на Юпитере, — пример такого циклона. В центре планеты, возможно, есть твердое ядро, хотя основная масса планеты в жидком состоянии. Магнитное поле в 12 раз сильнее земного.

Сатурн

  • Расстояние от Солнца — 1426 * 106км
  • Средняя плотность — 690 кг/м3
  • Масса — 95 масс Земли
  • Период обращения вокруг Солнца — 29,46 лет
  • Период обращения вокруг своей оси — 10 ч 14 мин
  • Диаметр — 50 000 км
  • Спутники — порядка 30 спутников. Большинство ледяные.
  • Некоторые: Пандора, Прометей, Янус, Эпиметея, Диона, Елена, Мимас, Энцелау, Тефня, Рея, Титан, Янет, Феба.

Физические условия

Атмосфера содержит водород, гелий, метан, аммиак. Получает от Солнца в 92 раза меньше тепла, чем Земля, 45% этой энергии отражает. Выделяет тепла в 2 раза больше, чем получает. У Сатурна имеются кольца. Кольца разделены на сотни отдельных колечек. Открыты X. Гюйгенсом. Кольца не сплошные. Имеют метеоритную структуру, т. е. состоят из твердых частиц различных размеров. Магнитное поле сравнимо с земным.

 

Уран

  • Расстояние от Солнца — 2869 * 106 км
  • Средняя плотность — 1300 кг/м3
  • Масса — 14,5 массы Земли
  • Период обращения вокруг Солнца — 84,01 года
  • Период обращения вокруг собственной оси —16 ч 48 мин
  • Экваториальный диаметр — 52 300 км
  • Спутники — 15 спутников. Некоторые из них: Оберон (самый далекий и второй по величине), Миранда, Корделия (самый близкий к планете), Ариэль, Умбриэль, Титания
  • 5 спутников движутся в направлении вращения планеты вблизи плоскости ее экватора по почти круговым орбитам, 10 обращаются вокруг Урана внутри орбиты Миранды

Физические условия

Состав атмосферы: водород, гелий, метан. Температура атмосферы -150°С по радиоизлучению. В атмосфере обнаружены метановые облака. Недра планеты горячие. Ось вращения наклонена под углом 98°. Обнаружено 10 темных колец, отделенных промежутками. Магнитное поле в 1,2 раза слабее земного н простирается на 18 радиусов. Имеется радиационный пояс.

Нептун

  • Расстояние от Солнца — 4496 * 106км
  • Средняя плотность — 1600 кг/м3
  • Масса — 17,3 массы Земли
  • Период обращения вокруг Солнца — 164,8 лет
  • Спутники — 2 спутника: Тритон , Нереида

Физические условия

Атмосфера протяженная и состоит из водорода (50%), гелия (15%), метана (20%), аммиака (5%). Температура атмосферы около -230°С по расчетам, а по радиоизлучению -170°С. Это свидетельствует о горячих недрах планеты. Открыл Нептун 23 сентября 1846 г. И. Г. Галлев из Берлинской обсерватории при помощи расчетов астронома Ж. Ж. Леверье.

Плутон

  • Расстояние от Солнца — 5900 * 106
  • Средняя плотность — 1000—1200 кг/м3
  • Масса — 0,02 массы Земли
  • Период обращения вокруг Солнца — 248 лет
  • Диаметр — 3200 км
  • Период обращения вокруг своей оси — 6,4 суток
  • Спутники — 1 спутник — Харон , был открыт в 1978 г. Дж. У. Крнсти из Морской лаборатории в Вашингтоне.

Физические условия

Не обнаружено видимых признаков атмосферы. Над поверхностью планеты максимальная температура -212°С, а минимальная -273°С. Поверхность Плутона предположительно покрыта слоем метанового льда, также возможен водный лед. Ускорение свободного падения на поверхности составляет 0,49 м/с2. Скорость движения Плутона по орбите 16.8 км/ч.

Плутон был открыт в 1930 г. Клайдом Томбо и назван по имени древнегреческого бога подземного царства, поскольку скудно освещен Солнцем. Харон по представлению древних греков — перевозчик умерших в царство мертвых через реку Стикс.

Солнечные и лунные затмения

Луна и Солнце имеют одинаковые видимые угловые диаметры (0,5°), поэтому, когда они располагаются на одной прямой с Землей, происходят затмення. Когда между Луной и Солнцем проходит Земля, наблюдается лунное затмение. Если Луна становится между Землей и Солнцем, закрывая его, наступает солнечное затмение. В течение каждого года обязательно происходит два солнечных затмения (их может быть н четыре); лунных затмений может не быть ни одного. Чаще всего наблюдаются два солнечных и два лунных затмения.

Малые тела Солнечной системы

Астероиды

Астероиды — малые планеты, невидимые невооруженным глазом. Полагают, что общее число астероидов, движущихся в кольце между Марсом и Юпитером, от крупнейших (Церера, диаметром около 1000 км) вплоть до тел поперечником 1 км, достигает 1 млн. После открытия в 1801 г. большой четверки астероидов (Церера, Паллада, Веста, Юиона) в течение последующих 40 лет поиски новых астероидов оставались безуспешными. В 1845 г. Карл Людвиг Генке открыл пятый астероид, получивший название Астрея. Еще через полтора года, в 1847 г., Генке открывает шестой астероид, названный Гебой. В том же году американец Дж. Э. Хемд открывает Ирис и Флору. Четырнадцать астероидов за 9 лег (с 1852 по 1861 гг.) открыл немецкий художник Герман Майер Соломон Гольдшмидт.

В 1860 г. было известно уже 62 астероида, к 1870 г. — 109, к 1880 г. — 211. Позднее астероиды были обнаружены и в других частях Солнечной системы. Например, астероид 588 Ахилл и еще 20 астероидов (их называют троянцами) движется почти точно по орбите Юпитера; астероид 2060 Хирон — наиболее удаленный от Солнца, с периодом обращения 50,7 года. Более 80 астероидов обнаружено вблизи Земли. Первый астероид вблизи Земли был открыт только 13 августа 1898 г. Густавом Виттом из обсерватории Урания в Берлине. Это был астероид 433 Эрос.

Метеоры

Метеор — это световое явление, заключающееся во вспыхивании на различных высотах над земной поверхностью вторгнувшихся в атмосферу мельчайших твердых частиц. В темную безоблачную ночь можно наблюдать, как вдруг пролетит по небу «звезда» и мгновенно исчезнет. Это явление объясняется следующим образом. В земную атмосферу влетают с огромной скоростью мельчайшие твердые крупинки, весящие доли грамма. Эти крупинки в бесчисленном количестве движутся в межпланетном пространстве и почти непрерывно налетают на Землю. Их скорость в среднем составляет около 30—40 км/сек Их называют метеорными частицами иметеороидами.

Влетев в земную атмосферу с огромной скоростью, метеорная частица встречает очень большое сопротивление воздуха. Поэтому она мгновенно нагревается до такой высокой температуры, что вскипает и превращается в раскаленный газ, быстро рассеивающийся в воздухе. Вот этот раскаленный, светящийся газ мы и замечаем в виде быстро мчащегося по небу метеора. После ярких метеоров на небе в течение нескольких секунд бывает виден слабый свет в виде тонкой ниточки.

Метеоры пролетают в слое атмосферы на высоте от 55 до 120 км над поверхностью Земли. Таким образом, метеорные частицы никогда не достигают земной поверхности.

Метеорные потоки

При наблюдении за одним и тем же участком неба в течение часа или больше, в некоторые дни года можно заметить интересное явление: метеоры, появляясь на небе последовательно один за другим, вылетают как бы из одного места на небе и веером разлетаются во все стороны. То место на небе, откуда как бы вылетают метеоры, называется радиантом. За 1—3 часа наблюдений можно заметить множество метеоров.

Все частицы потока летят в пространстве параллельно друг другу и кажутся нам разлетающимися только из-за перспективы.

Ежегодно в известные дни Земля пересекает орбиты обильных метеорных потоков. В это время наблюдается особо частое появление метеоров в определенном участке неба.Метеорный поток называют по имени того созвездия, в котором расположен радиант потока. Потоки метеоров движутся по орбитам, по которым раньше двигались исчезнувшие кометы (доказали это итальянский ученый Скиапарелли и русский ученый Ф. А. Бредихин). Выяснилось, что потоки метеоров — это продукты постепенного распада кометных ядер. Иногда этот распад происходит не постепенно, а очень быстро.

После частичного или полного распада ядра кометы перед ней, а еще больше вслед за ней, вдоль орбиты вытягивается вереница пылинок и мелких камешков — метеоров. Все они постепенно рассеиваются, и когда вереница их становится очень широкой, возможность встречи метеоров с Землей возрастает.

Метеориты — это выпавшие на Землю метеороиды. Им приписываются названия по местности падения: Забродье, Хмелевка, Лаврентьевка и т. д. По химическому составу и структуре метеориты объединяют в три основные группы: каменные (аэролиты), железокаменные (сидеролиты) и железные (сидериты). Сидериты на 91% состоят из железа, на 8% — из никеля, остальное — примеси кобальта, меди, фосфора, серы и других элементов. Сидеролиты содержат около 55% железа, 19% кислорода, 12% магния, 8% кремния, 5% никеля и 1% примесей. Аэролиты содержат 47% кислорода, 21% кремния, 16% железа, 14% магния и 2% примесей, В настоящее время в мире собрано более 3000 метеоритов. Наиболее известные: железный метеорит Гоба, найденный в 1920 г. на территории Намибии (60 т); Тунгусский метеорит (массой 106т влетел в атмосферу Земли 30 июня 1908 г. со скоростью 25 км/с). После взрыва Тунгусского метеорита было найдено множество остатков в виде оплавленных силикатных и железных шариков массой до 0,2 мг.

Болид — это проникающий из межпланетного пространства в нижние слои атмосферы крупный метеорит.

Кометы

Комета — тело Солнечной системы, движущееся вокруг Солнца по эллиптической орбите на значительном расстоянии от него.

Комета выглядит как туманное светящееся пятнышко. Это пятнышко называют головой кометы. Если кометы очень яркие, то их можно наблюдать невооруженным глазом. Они всегда имеют светящиеся длинные хвосты. Именно поэтому их назвали «кометы», что в переводе с греческого языка означает «хвостатые звезды».

Голова, или, как еще называют, кома — самая яркая часть кометы. Внутри нее предполагается твердое ядро — огромный ком космической пыли, камней, замерзших газов и сложных химических соединений, накрепко спаянных космическим холодом. Его размеры по космическим масштабам просто ничтожны — километры или десятки километров. Массы комет невелики: они не превышают одной миллионной доли массы Земли.

Предполагается, что на больших расстояниях от Солнца кометы представляют собой голые ядра, т. е. глыбы твердого вещества, состоящего из обыкновенного водяного льда н льда из метана и аммиака. В лед вморожены каменные и металлические пылинки и песчинки. При приближении к Солнцу этот очень грязный лед начинает испаряться, создавая вокруг ядра огромную газопылевую оболочку. Под действием давления солнечного света часть газов оболочки отталкивается в сторону, противоположную Солнцу, образуя хвост. У некоторых комет эти процессы протекают настолько интенсивно, что оболочка и хвост достигают огромных размеров. Диаметр оболочки сверхгигантской кометы Хэлмса в 1882 г. был равен 1,5 млн км с длиной хвоста 300 млн км.

Форма и протяженность хвостов различны. У кометы 1843 г. хвост имел длину не менее 300 млн км. У большой кометы 1744 г. было шесть ярких хвостов. Неоднократно наблюдались кометы, у которых хвост даже не развился с приближением их к Солнцу. Например, «бесхвостой» была комета, открытая в 1881 г. английским астрономом Деаннингом. Она приблизилась к Юпитеру на 24 млн км, к Марсу на 9 млн км, и к Земле на 6 млнкм. Комета подошла на 3 млн км к орбите Венеры, а затем повернула назад, уходя к границам Солнечной системы. Классификацию кометных хвостов предложил в XIX в. замечательный русский астроном Ф. А. Бредихин. Хвосты 1 типа — прямые, направленные от Солнца, образованы ионизированными молекулами кометной атмосферы, которые солнечным ветром уносятся прочь от ядра. Хвосты II типа изогнуты и по отношению к орбите кометы отклоняются назад.

Химический состав комет может отличаться в зависимости от расстояния комет от Солнца. Обычно спектр ядра кометы является копией солнечного спектра. По мере приближения кометы к Солнцу в спектре ядра появляются яркие линии паров металлов (натрия, кальция, магния, железа), а в спектре комет — яркие полосы нейтральных газовых молекул (углекислый газ, метан, циан, азот и др.).

 

 

Солнце

  • Масса — 2 * 1030 кг.
  • Плотность — 1400 кг/м3.
  • Эффективная температура — 6000 К.
  • Мощность полного излучения — 6 * 1023 кВт.
  • Диаметр — 1 392 000 км.
  • Звездный период обращения вокруг оси — 25.4 суток.
  • Часть энергии, получаемой Землей от излучаемой Солнцем, — 0,5 * 109
  • Цикл солнечной активности — 11 лет.
  • Основные химические элементы на Солнце — водород, гелий.
  • Зоны Солнца:
  • — внутренняя;
  • — лучистая;
  • — конвективная;
  • — атмосфера.

Солнце находится в состоянии равновесия. Оно не сжимается и не расширяется, так как силе гравитации, стремящейся сжать Солнце, препятствует сила газового давления изнутри. Температура в центре Солнца достигает 15 10* К, а на расстоянии 0,7 радиуса падает до 106 К. Средняя плотность в центре в 100 раз выше средней плотности всего Солнца и составляет 15 * 105 км/м3.

Источником энергии Солнца являются термоядерные реакции синтеза ядер гелия из водорода. При ядерных превращениях выделяется большое количество энергии, которая проникает к солнечной поверхности и излучается в мировое пространство. Перенос энергии осуществляется двумя способами: лучистым (излучением) и конвективным (при механических движениях нагретых масс вещества). Лучистый перенос происходит в ядре и далее вплоть до расстояния 0,6-0,7 радиуса Солнца. Далее энергия переносится конвекцией.

 

 

 

 

 

 

 

 

Строение Солнца

Солнечная атмосфера состоит из нескольких слоев. Самый глубокий и тонкий из них — фотосфера. Толщина фотосферы приблизительно равна 300 км. Чем глубже слои фотосферы, тем они горячее.

Фотосфера имеет характерную зернистую структуру. Чередование маленьких светлых пятнышек — гранул — размером около 1000 км, окруженных темными промежутками, создает впечатление ячеистой структуры — грануляции. Возникновение грануляции связано с происходящей под фотосферой конвекцией. Отдельные гранулы на несколько сотеи градусов горячее окружающего их газа, и в течение нескольких минут их распределение по диску Солнца меняется. В гранулах газ поднимается, а между ними опускается. Это движение газов порождают в солнечной атмосфере акустические волны, подобные звуковым волнам в воздухе. Распространяясь в верхние слои атмосферы, волны, возникшие в конвективной зоне и в фотосфере, передают им часть механической энергии конвективных движений и производят нагревание газов последующих слоев атмосферы — хромосферы и короны. В результате верхние слои атмосферы с температурой около 4500 К оказываются самыми холодными на Солнце. Как вглубь, так и вверх от них температура газов быстро растет.

Расположенный над фотосферой слой называют хромосферой, во время полных солнечных затмений он виден как розовое кольцо, окружающее темный диск. На краюхромосферы наблюдаются выступающие язычки пламени — хромосферные спикулы, представляющие собой вытянутые столбики из уплотненного газа. Можно наблюдать и спектр хромосферы, так называемый спектр вспышки. Он состоит из ярких эмиссионных линий водорода, гелия, ионизированного кальция и других элементов, которые внезапно вспыхивают во время полной фазы затемнения.

Хромосфера отличается от фотосферы значительно более неправильной неоднородной структурой. Заметно два типа неоднородностей — яркие и темные. В целом распределение неоднородностей образует так называемую хромосферную сетку, особенно хорошо заметную в линии ионизированного кальция. Температура в хромосфере быстро растет, достигая в верхних ее слоях десятков тысяч градусов.

Вся солнечная атмосфера постоянно колеблется. В ней распространяются как вертикальные, так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч километров. Колебания носят резонансный характер и происходят с периодом около 5 мин.

В возникновении явлений, происходящих на Солнце, большую роль играют магнитные поля. Вещество на Солнце всюду представляет собой намагниченную плазму. Иногда в отдельных областях напряженность магнитного поля быстро и сильно возрастает. Этот процесс сопровождается возникновением целого комплекса явлений солнечной активности в различных слоях солнечной атмосферы. Солнечная активность проявляется в кратковременных явлениях, к которым относятся пятна, факелы. всплески радиоизлучения, хромосферные вспышки. Солнечная активность имеет тесную связь с геофизическими явлениями (магнитные бури на Земле, усиление ультрафиолетового излучения и другими).

Солнечная корона — внешние, очень разреженные слои атмосферы Солнца. Во время полной фазы солнечного затмения вокруг диска Луны, который закрывает от наблюдателя яркую фотосферу, внезапно как бы вспыхивает жемчужное сияние — это на несколько десятков секунд становится видимой солнечная корона.

Важной особенностью короны является ее лучистая структура. Лучи бывают разной длины, вплоть до десятка и более солнечных радиусов. Общая форма короны меняется с фазами цикла солнечной активности: в годы максимума корона почти сферична, в годы минимума она сильно вытянута вдоль экватора.

Корона представляет собой сильно разреженную высокоионизированную плазму с температурой 1—2 млн градусов. Причина столь большого нагрева солнечной короны связана с волновыми движениями, возникающими в конвективной зоне Солнца. Цвет короны почти совпадает с цветом излучения всего Солнца. Это связано с тем, что свободные электроны, находящиеся в короне и возникающие в результате сильной ионизации газов, рассеивают излучение, приходящее от фотосферы. Из-за огромной температуры частицы движутся так быстро, что при их столкновениях от атомов отлетают электроны, которые начинают двигаться как свободные частицы. В результате этого легкие элементы полностью теряют все свои электроны, так что в короне практически нет атомов водорода или гелия, а есть только протоны и альфа-частицы. Тяжелые элементы теряют до 10—15 внешних электронов. По этой причине в солнечной короне наблюдаются необычные спектральные линии, которые долгое время не удавалось отождествить с известными химическими элементами. Иногда в солнечной короне наблюдаются области пониженного свечения. Их называюткорональными дырами. Особенно хорошо эти дыры заметны по снимкам в рентгеновских лучах.

Календари

Слово «календарь» произошло от латинских слов, означающих «провозглашать» и «долговая книга». Первое напоминает о том, что в Древнем Риме начало каждого месяца провозглашалось особо, второе — что первого числа месяца там было принято уплачивать проценты по долгам.

Измерять промежутки времени оказалось возможным, сопоставляя их с явлениями, которые повторяются периодически. Таких периодических явлений в окружающем нас мире имеется несколько. Это, прежде всего, смена дня и ночи, смена фаз Луны, смена времен года и соответствующая ей единица отсчета времени — тропический год(от греческого «тропос» — поворот; тропический год — промежуток времени, по истечении которого высота Солнца над горизонтом в полдень, достигнув наибольшей величины, снова уменьшается).

Сложности, возникающие при разработке календаря, обусловлены тем, что продолжительность суток синодического месяца и тропического года несоизмеримы между собой. Поэтому появились лунные календарилунно-солнечный и солнечный календарь.

Древнеримский календарь

Древние римляне определяли начало своих работ по восходу и заходу отдельных звезд и их групп, т. е. они связывали свой календарь с годичным изменением вида звездного неба.

В указанное время года римского календаря с общей продолжительностью в 355 дней состоял из 12 месяцев с таким распределением дней в них:

  • Мартнус — 31
  • Квинтилис — 31
  • Новембер — 29
  • Априлис — 29
  • Секстилис — 29
  • Децембер — 29
  • Майус — 31
  • Сентембер — 29
  • Яиуариус — 29
  • Юниус — 29
  • Октобер — 31
  • Фебруариус — 28

Вставку дополнительных дней производили между 23 и 24 февраля. В итоге средняя продолжительность года составляла 366,25 суток, что больше истинной на 1 сутки.

Юлианский календарь

Этот календарь ввел в 46 г. до н. э. римский верховный жрец, полководец и писатель Гай Юлий Цезарь (100—44 гг. до и. э.). В основу юлианского календаря положен солнечный год продолжительностью 365,25 суток. Но в календарном году может быть лишь целое число суток. Поэтому предписывалось считать в трех из каждых четырех годов по 365 дней, в четвертом — 366 дней.

Григорианский календарь

Реформу календаря осуществил папа Григорий XIII на основе проекта итальянского врача и математика Луиджи Лилио. Ее основной целью было возвращение даты весеннего равноденствия (и связанной с ним Пасхи) с 11 на 21 марта. Разница междуюлианским и григорианским календарями составляла 10 суток. Сейчас эта разница составляет 13 суток, а к XXII в. возрастет до 14 суток.

Сегодня наш календарь с астрономической точки зрения является достаточно точным и не требует никаких существенных изменений, и все же о реформе его говорят уже десятилетиями. При этом имеют в виду не изменение типа календаря, не введение новых приемов счета високосных годов. Предлагают выполнить перегруппирование в году с тем, чтобы уровнять длину месяцев, кварталов, полугодий, ввести такой порядок счета дней в году, при котором новый год начинался бы в один и тотже день недели, например в воскресенье.

В самом деле, наши календарные месяцы имеют продолжительность в 28,29,30 и 31 день, продолжительность квартала изменяется от 90 до 92 дней, а первое полугодие на три-четыре дня короче второго. Вследствие этого усложняется работа плановых и финансовых органов. Неудобным является и то, что неделя начинается в одном месяце или квартале, а заканчивается в другом. Поскольку же год содержит 365 дней, то он заканчивается тем же днем, с которого начался, а каждый новый год начинается с другого дня.