«астрономия»
Скачать 1.62 Mb.
|
Понятие о задаче трех тел Определение движения трех тел, взаимно притягивающих друг друга с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними, называется задачей трех тел. В 1912 г. финский математик Зундман получил теоретическое решение этой задачи при произвольных начальных условиях в виде сходящихся рядов. Но эти ряды настолько сложны и сходятся так медленно, что не позволяют ни вычислять положения тел в пространстве, ни делать какие-либо заключения о характере и свойствах движений тел. Поэтому формулы Зундмана практического значения пока не имеют. Лагранж в 1772 г. доказал, что существует определенное количество частных случаев в задаче о трех телах, в которых может быть найдено точное решение. Если заданы массы тел и их положение на плоскости, как, например, на рис. 206 из, то рассматриваемые частные случаи движения в этой плоскости получаются при расположении третьего тела в одной из пяти точек, называемых точками либрации или точками Лагранжа. Первые три точки либрации располагаются в определенных точках прямой, соединяющей обе заданные массы, причем одна между ними, а две другие — вне их. Четвертая и пятая Точки являются вершинами двух равносторонних треугольников, в которых остальные вершины заняты заданными массами. Лагранж показал, что если третье тело находится в одной из пяти точек либрации, то конфигурация, которую образуют все три тела, всегда остается подобной самой себе, а их движение происходит по коническим сечениям одинакового вида. Таким образом: 1) если три тела расположены на одной прямой, то они обращаются, оставаясь на ней, вокруг общего центра масс; 2) если три тела расположены в вершинах равностороннего треугольника, то они обращаются вокруг общего центра масс так, что треугольник остается все время равносторонним. Лагранж считал, что найденные им решения имеют чисто теоретическое значение. Однако в XIX в. были открыты две группы астероидов (малых планет), движения которых приблизительно соответствуют второму решению Лагранжа. Первое решение позволяет изучить движение газовых струй в оболочках тесных двойных систем. 3адача определения движений четырех и более тел (задача n тел), притягивающих друг друга по закону Ньютона, еще более сложна, чем задача трех тел, и до сих пор не решена. Поэтому при исследовании движений п тел, например, тел Солнечной системы, применяется метод вычисления возмущений, позволяющий найти приближенное решение задачи, которое на определенном интервале времени достаточно близко к точному решению Вычисление возмущений для тел Солнечной системы — одна из самых важных, но очень трудных задач небесной механики ныне значительно облегченной благодаря применению электронно-счетных машин. Ускорения w' и w" составляют ускорение возмущающей силы и обусловливают отклонения в движении планеты P1 от законов Кеплера. Возмущающая сила, следовательно, состоит из двух сил: из силы действия планеты P2 на планету P1 и из силы действия планеты Р2 на Солнце. Так как ускорение w" откладывается в сторону, противоположную w2 , то возмущающая сила есть геометрическая разность действий возмущающего тела на планету и на Солнце. Как видно из рис. 32, возмущающая сила (возмущающее ускорение) в общем случае не направлена к возмущающему телу, т.е. к планете Р2 . Возмущающая сила будет направлена точно к возмущающему телу Р2 только в том случае, если тела P1 и P2 находятся на одной прямой с Солнцем и притом оба по одну сторону от него (в порядке CP1P2 или CP2P1 ). Если же тела P1 и Р2 находятся на одной прямой (P1CP2 ) с Солнцем, но по разные стороны от него, то возмущающая сила направлена от возмущающего тела. Величина и направление возмущающей силы вследствие движения тел непрерывно меняются. Понятие о возмущенном движении и устойчивость планетарной системы Если бы какое-нибудь тело Солнечной системы притягивалось только Солнцем, то оно двигалось бы вокруг Солнца точно по законам Кеплера. Такое движение, соответствующее решению задачи двух тел, называют невозмущенным. В действительности же все тела Солнечной системы притягиваются не только Солнцем, но и друг другом. Поэтому ни одно тело в Солнечной системе не может точно двигаться по эллипсу, параболе, гиперболе и тем более по кругу. Отклонения в движениях тел от законов Кеплера называются возмущениями, а реальное движение тел — возмущенным движением. Возмущения тел Солнечной системы имеют очень сложный характер, и их учет чрезвычайно труден, хотя они сравнительно и невелики, так как массы этих тел по сравнению с массой Солнца очень малы (общая их масса меньше массы Солнца). Возмущения можно рассматривать как различие между положениями светила при возмущенном и невозмущенном движениях, а возмущенное движение тела представлять как движение по законам Кеплера с переменными элементами его орбиты. Изменения элементов орбиты тела вследствие притяжения его другими телами, помимо центрального, называются возмущениями, или неравенствами элементов. Возмущения элементов делятся на вековые и периодические. Вековые возмущения тел Солнечной системы зависят от взаимного расположения их орбит, которое в течение очень больших промежутков времени изменяется очень мало. Поэтому вековые возмущения элементов происходят в одном и том же направлении и величина их приблизительно пропорциональна времени. Вековым возмущениям подвержены два элемента орбиты — долгота восходящего узла < и долгота перигелия p. Периодические возмущения зависят от относительного положения тел на их орбитах, которое при движении по замкнутым орбитам повторяется через определенные промежутки времени. Поэтому периодические возмущения элементов орбит происходят попеременно то в одном, то в противоположном направлении, и им подвержены в той или иной степени все элементы орбит. Так как у больших планет невозмущенные орбиты — замкнутые кривые (эллипсы), а вековым возмущениям подвержены только долготы узлов и долготы перигелиев, то планетная система должна в ближайшем будущем остаться в существенных своих чертах такой же, какой она является в настоящее время. Однако вопрос об устойчивости Солнечной системы в течение чрезвычайно длительных промежутков времени, например, в течение нескольких миллиардов лет, остается нерешенным. Лекция 6 Инструменты и методы измерений астрономии Телескопы Будет неразумно потратить деньги на теле скоп-рефрактор с главной линзой диаметром менее трех дюймов или на ньютоновский реф лектор с зеркалом меньше шести дюймов. Эти телескопы слишком малы для нормальных наб людений, и будет гораздо лучше вложить деньги в хороший бинокль, который обладает большинством преимуществ маленького телес копа, если не считать кратности увеличения, а стоит значительно меньше. Бинокли подразделяются согласно их увеличе нию и диаметру главной линзы, всегда измеряемому в миллиметрах. Так, бинокль 7 х 50 дает семикратное увеличение, а каждая линза имеет 50 миллиметров в диаметре. Это очень удобно, так как более сильное увеличение (по крайней мере выше 12) делает бинокли такими неудоб ными, что их трудно держать в руках, когда вы изучаете звездное небо. (Пользуясь бинок лем, всегда следует помнить о том, что нельзя смотреть в сторону Солнца. Я подробнее рас скажу об этом позже, но не буду извиняться за напоминание, так как это очень важно.) Принцип рефрактора показан на рисунке. Свет от изучаемого объекта проходит через объектив (главную линзу), а затем лучи соби раются в фокус, где изображение увеличивается второй линзой, которая называется окуляром. Заметьте, что объектив лишь собирает свет, в то время как фактическое увеличение дости гается с помощью окуляра. Поэтому если вы увидите рекламу телескопа, где говорится, что он увеличивает во столько-то раз, но не упо минается размер объектива, можете смело ис кать в другом месте. Расстояние между объек тивом и фокальной точкой называется фокус ным расстоянием.  Принцип рефрактора Как правило, начинающему астроному нуж но иметь три окуляра: один с малым увеличе нием для общих видов, второй со средним уве личением для более подробной работы, а третий с большим увеличением для наблюдения Луны и планет при хороших погодных и астрономичес ких условиях. Наиболее распространенной разновидностью зеркального телескопа является ньютоновский реф лектор (нетрудно догадаться, кто первый изобрел эту систему). Свет проходит по открытому ци линдру, который может иметь каркасное строе ние, и падает на вогнутое зеркало в дальнем конце. Этот параболический отражатель посы лает свет обратно по цилиндру, направляя его на плоское зеркало меньшего размера, наклоненное под углом 45°. Оно, в свою очередь, посылает лучи света в боковую стенку цилиндра, где они сводятся в фокус, а изображение увеличива ется окуляром, как и в предыдущем случае. Та ким образом, наблюдатель, пользующийся нью тоновским телескопом, смотрит в боковую часть цилиндра, а не вверх, поэтому почти всегда бывает необходимо иметь телескоп-видоиска тель, прикрепленный к главному цилиндру.  Рефлектор Ньютона разновидность имеет свои преимуще ства и, к сожалению, свои недостатки. Если говорить в целом, рефракторный телескоп бо лее эффективен. Кроме того, он более наде жен, и если с ним хорошо обращаться, то ка питальный ремонт не понадобится в течение многих лет. Рефлекторы гораздо более уязвимы, не говоря уже о том, что их зеркала необходи мо периодически покрывать новым слоем алю миния или серебра. С другой стороны, ньюто новский рефлектор гораздо дешевле, чем те лескоп-рефрактор равной мощности, и он не дает раздражающих ложных цветов, сбивав ших с толку ранних наблюдателей (хотя следу ет добавить, что в современных объективах эта проблема сведена к минимуму).  Рефлектор Кассегрена Существует много других оптических систем — к примеру, кассегреновская, где вторичное зеркало является выпуклым, а не плоским, и свет посылается в окуляр через отверстие в главном зеркале. Есть складные телескопы, где используются как линзы, так и зеркала. Они очень удобны, так как их легко перемещать с места на место, но главным недостатком яв ляется их цена. Существует два главных типа опор для те лескопов. Высотно-азимутальная опора подразу мевает, что телескоп можно двигать в любом направлении по высоте (вверх и вниз), или по азимуту (на восток и на запад). Проблема здесь заключается в том, что нужно учитывать два вида движения, и бывает трудно удерживать объект в поле зрения при высоком увеличении. Просто поразительно, как быстро небесное те ло может скрываться из виду при малейшем движении! Кроме того, телескоп с высотно-ази-мутальной установкой можно использовать для фотографирования лишь крайне ограниченным образом. Это относится и к все более популяр ной «добсоновской» опоре — элементарной, но по-своему эффективной. Телескоп с экваториальной опорой устанав ливается на оси, указывающей на небесный по люс, поэтому при работе с ним нужно учиты вать лишь один вид движения, с востока на запад. Движение вверх или вниз происходит автоматически, и дополнение в виде механи ческого привода обеспечивает постоянное место нахождение объекта в поле зрения. До недавнего времени все главные телеско пы имели экваториальную опору, но благодаря применению компьютеров стало возможным на правлять высотно-азимутальные установки с та кой же точностью. Во многих отношениях высотно-азимутальная установка является гораздо более точной. Возьмем, к примеру, 138-дюймовый НТТ, или «но вый технологический телескоп», в Ла-Силле (пустыня Атакама), на чилийской станции Ев ропейской Южной обсерватории. Здесь телес коп может перемещаться только по вертикали, но сама обсерватория вращается вместе с ним, поэтому прорезь всегда находится перед объек тивом инструмента, а обсерватория ничуть не напоминает изящные купола былых лет. Более того, форма зеркала регулируется «подкладка ми», которыми управляет компьютер. Такая ак тивная оптика ныне приобретает все большее распространение; ее сопровождают системы «адаптивной оптики», где используется второе маленькое зеркало для поправки на искажения, создаваемые земной атмосферой. Очевидно, что существуют ограничения для размеров зеркала. Русские построили инструмент с рефлектором 237 дюймов еще в 1975 году, и он остается крупнейшим в мире действующим телескопом с цельным зеркалом, хотя этот рекорд определенно будет превзойден до конца XX века. Предыдущим его обладателем был 200-дюймовый рефлектор Хейла в Паломарской обсерватории, штат Калифорния, установленный еще в 1948 году. Хотя этот телескоп всегда да вал превосходные результаты (и по-прежнему находится на переднем фронте исследований, особенно потому, что теперь он снабжен элект ронными устройствами), русскому гиганту по везло меньше. Его оптика была менее совер шенной, а расположение на горе Пастухова в бывшем СССР не может сравниться с условиями в других крупных обсерваториях. Однако на его счету есть один важный вклад в астроно мию: это был первый действительно большой телескоп, установленный на высотно-азимутальной основе и управляемый компьютером. Крупнейшее современное зеркало установле но на телескопе Кека, расположенном на вер шине Мауна-Кеа на Гавайях. Диаметр этого зеркала составляет 387 дюймов (9,82 метра), но с самого начала никто не собирался отливать его из цельного стеклянного диска: оно состоит из 36 сегментов, подогнанных друг к другу и образующих точную оптическую кривую. В 1996 году второй телескоп Кека — брат-близнец первого — был установлен рядом; работая в паре, они могут различить фары автомобиля с рас стояния 16 000 миль. В стадии разработки нахо дятся другие крупные проекты, особенно так на зываемый «очень большой телескоп»: комбина ция из четырех восьмиметровых телескопов, чья синхронная работа создает эквивалент зеркала диаметром шестнадцать метров. Этот телескоп бу дет установлен в Керро-Параналь (северное Чили) и начнет действовать в 2000 году. Большинство новых обсерваторий строится в высокогорных условиях, над наиболее плотными слоями земной атмосферы. Самый крупный бри танский телескоп, названный в честь Уильяма Гершеля, установлен на вершине Рок-де-лос-Му-чачос, потухшего вулкана в Ла-Пальме на Ка нарских островах, на высоте более восьми ты сяч футов. Здесь есть также 100-дюймовый нью тоновский рефлектор, первоначально работавший в Херстмонсе, графство Суссекс. Ла-Пальма — испанский остров, но вершина вулкана стала родным домом для телескопов из многих стран, и можно вполне справедливо утверждать, что астрономия является интернациональной наукой. Различные телескопы разрабатываются для выполнения особых задач. К примеру, инфра красный телескоп Соединенного Королевства (1ЖШТ) на вершине Мауна-Кеа имеет тонкое зеркало диаметром 150 дюймов. Оно предназ начено только для работы в инфракрасном диа пазоне. Это означает, что зеркало обладает сравнительно низкой точностью, хотя в конеч ном счете оно оказалось настолько надежным, что его используют и для оптических наблюдений. Солнечные телескопы улавливают свет с помощью вращающегося сферического отражате ля, а затем солнечные лучи посылаются вниз по башне или наклонной плоскости в лабораторию, где подвергаются анализу на стационарной ап паратуре. В определенном смысле, печально видеть за кат эпохи больших рефракторных телескопов. Большинство из них имеет почтенный возраст, вплоть до начала XIX века, и лишь немногие используются для исследований на постоянной основе. Но они сыграли свою роль в развитии науки. В обсерватории Лоуэлла в Флагстаффе, штат Аризона, большой 24-дюймовый рефрак тор ныне используется почти исключительно для публичных просмотров; я знаю, что это превос ходный инструмент, так как незадолго до пер вого пилотируемого полета на Луну с успехом пользовался им для картирования лунной поверх ности. Крупнейший британский рефрактор диа метром 26 дюймов в Херстмонсе простаивал без дела после переезда королевской Гринвичс кой обсерватории, но по моему предложению он недавно был введен в строй и снова дает полезную информацию. В огромном рефракторе есть что-то особенно милое сердцу астронома, и он отлично подходит для визуальных иссле дований Луны и планет. Потом, разумеется, есть космический телес коп Хаббла, вращающийся по орбите на высоте более 350 миль. Он был запущен на космичес ком челноке в 1990 году. Обладая 94-дюймовым зеркалом, он действует в идеальных условиях наблюдения. После вывода на орбиту были обнаружены изъяны в конфигурации зеркала, из-за чего разрешающая способность оказалась ниже ожидаемой. В 1993 году команда астро навтов на космическом челноке захватила те лескоп, установила корректирующую оптику и вернула его на орбиту, поэтому теперь он пол ностью оправдывает первоначальные ожидания. Вторая экспедиция по техническому обслужива нию телескопа была проведена в 1997 году. Современная обсерватория — такая, как в Мау-на-Кеа или в Ла-Пальме — сама по себе является небольшим городом со всевозможными инстру ментами, лабораториями, служебными и жи лыми помещениями. Но существует также мно го частных обсерваторий, и если у вас есть телескоп достаточно крупного размера, жела тельно установить его на постоянную основу. В качестве садовой обсерватории может сойти обычный сарай со сдвижной или разборной крышей либо настоящий купол; стоимость та кой постройки находится в разумных пределах, и ее достаточно легко соорудить. Заметьте также, что если вы приобрели хо роший телескоп, то он будет служить вам всю жизнь. С учетом обстоятельств, материальные затраты не выглядят чрезмерными. Вполне при личный телескоп стоит не больше, чем пара железнодорожных билетов от Лондона до Эдинбурга, но он может доставить владельцу бесконечное удовольствие. |
Похожие:
 | Рабочая программа по предмету «Астрономия» «Астрономия 11 класс», Е. П. Левитан, 2000г. Календарно-тематический план ориентирован на использование базового учебника «Астрономия... | | Информационно-исследовательский проект «Волшебная астрономия» Астрономия влечет молодежь глубиной и загадочностью космоса, возможностью собственными глазами наблюдать удивительный мир небесных... |
 | Конкурс Учащихся 1 7-х классов «Первые шаги в науку» Секция астрономия Солнце Астрономия влечет молодежь глубиной и загадочностью космоса, возможностью собственными глазами наблюдать удивительный мир небесных... | | Рабочая программа учебной дисциплины бз. В. 12 «Астрономия» Программа предназначена для построения курса лекционных и лабораторных занятий для студентов направления «Педагогическое образование»... |
| Программа вступительных экзаменов в аспирантуру Укрупненная группа... ... | | Тема : Атмосферы планет земной группы Оборудование: Энциклопедия «Аванта» Астрономия (три штуки), Журнал «Древо познания» ( три штуки), учебник астрономия 11 (три штуки),... |
| Программа элективного курса для учащихся 11-х классов по физике. Физика и астрономия Образовательная программа предназначена для 11 класса муниципальной средней общеобразовательной школы. Основная задача программы... | | Программа дисциплины опд. Р. 04 «Астрономия» Программа предназначена для построения курса лекционных и практических занятий для студентов направления Физико-математическое образование... |
| Английский язык 2 астрономия 5 биология | | Ктп рабочей программы рассчитано на 1 час в неделю и ориентирована... Ктп рабочей программы рассчитано на 1 час в неделю и ориентирована на использование учебника «Астрономия 11 класс», Е. П. Левитан,... |
| Программа курсов повышения квалификации «Астрономия в современной... | | Рефератов по дисциплине «Астрономия» Свет, озаривший Вселенную. (Образование Вселенной, молодая Вселенная, реликтовое излучение) |
| Программа дисциплины дисциплина Астрономия и навигация Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по | | Учебное пособие для обучающихся в спбгу по направлениям астрономия,... Учебное пособие для обучающихся в спбгу по направлениям астрономия, информатика, математика, механика, прикладная математика, физика,... |
| Реферат Отчет 38 стр Ключевые слова: космология, внегалактическая астрономия, звезды, межзвездная среда, активные ядра | | Реферат Отчет 17 стр Ключевые слова: космология, внегалактическая астрономия, звезды, межзвездная среда, активные ядра |
