«астрономия»
Скачать 1.62 Mb.
|
Источники энергии Солнца. На протяжении миллиар дов лет Солнце ежесекундно излучает огромную энергию. Как и вообще все физические процессы, излучение Солнца и других звезд подчиняется важнейшему закону природы — закону сохранения и превращения энергии. Следовательно, энергия Солнца не может возникнуть из ничего и суще ствуют источники, поддерживающие непрерывное излучение Солнца. Согласно современным представлениям, в недрах Солнца и других звезд происходят термоядерные реакции. В ходе этих реакций, сопровождающихся большим выделением энергии, одни химические элементы превращаются в другие. Вы знаете, что самый распространенный элемент на Солнце — водород. В недрах Солнца он ионизован и нахо дится в виде ядер атомов водорода — протонов. Скорость этих протонов в условиях огромных температур настолько велика, что они сближаются, преодолевая электрические силы отталкивания. На очень близких расстояниях всту пают в действие мощные ядерные силы и начинаются реак ции, в ходе которых возникают ядра новых химических элементов. Внутри Солнца водород превращается в гелий. Рассмотрим один из возможных путей такого перехода. Слияние двух протонов (1Н) сопровождается образованием ядра тяжелого водорода дейтерия (2D) и испусканием двух элементарных частиц: позитрона (е+) и нейтрино (v). Кратко эту реакцию можно записать так: 1Н + 1Н 2D + e+ + υ. (30) Если образовавшийся в результате взаимодействия протонов дейтерий сам вступит в ядерную реакцию с протоном, то возникнет ядро легкого изотопа гелия (3Не) и выделится энергия в виде коротковолнового гамма-излучения (γ): Рассмотренная цепочка из трех реакций называется протон-протонным циклом. В результате цик ла из четырех ядер водорода образуется одно ядро гелия. Один из продуктов протон-протонного цикла — ней трино. Эти частицы способны почти без взаимодействия с веществом проникать сквозь толщу всей звезды, унося неко торую энергию непосредственно из ее центральных областей. Огромная проникающая способность нейтрино делает их трудноуловимыми: их невозможно непосредственно зареги стрировать обычными счетчиками элементарных частиц. Но сделать это крайне важно и интересно, так как нейтринное излучение, в отличие от всех других видов излучения, как бы позволяет «заглянуть» в недра Солнца. Нейтринные на блюдения Солнца (они уже проводятся с помощью нейтрин ных телескопов, установленных глубоко под Землей) позво лят выяснить, насколько верна общепринятая гипотеза об источниках энергии Солнца и подобных ему звезд. Откры тие источника энергии звезд имеет важное значение для по нимания процессов, происходящих внутри звезд. Кроме того, оно послужило толчком к поискам путей технического использования термоядерного синтеза в земных условиях (проблема управляемых термоядерных реакций). 2*. Внутреннее строение Солнца. Основываясь на дан ных о массе, светимости, радиусе Солнца, на физических законах (которые благодаря своей универсальности приме нимы не только на Земле, но и в условиях других небесных тел), можно получить данные о давлении, плотности, темпе ратуре и химическом составе на разных расстояниях от цен тра Солнца. Первые три параметра (давление, плотность, температура) возрастают с глубиной, достигая максималь ных значений в центре Солнца. Химический состав Солнца тоже не остается одинаковым на разных глубинах: водород всюду на Солнце оказывается самым распространенным эле ментом, но процентное содержание водорода меньше все го в центре и больше всего в фотосфере Солнца и его атмо сфере. Согласно современным данным, термоядерные реакции происходят только в центральных областях Солнца, прости рающихся не далее 0,3 радиуса от его центра. Ближе к по верхности, где температура значительно меньше, чем около центра Солнца, источников энергии нет. Значит, энергия, выделяющаяся в результате термоядерного синтеза, должна быть передана наружу через огромную толщу раскаленной плазмы. От 0,3 до 0,7 радиуса Солнца (считая от центра) энергия передается излучением от слоя к слою. При этом слои не меняются своими местами, а энергия, излучен ная нижним слоем, поглощается верхним и затем переизлу чается им и т. д. Происходит очень медленное, длящееся не менее миллиона лет «просачивание» излучения от центра Солнца к поверхности. Каждый последующий слой излучает кванты меньшей энергии, чем предыдущий. Поэтому хотя в центральных областях Солнца вырабатываются гамма-кванты, но далее они последовательно превращаются в кванты рентгеновского излучения, затем ультрафиолетового и, наконец, вблизи поверхности, в кванты видимого излуче ния. Примерно на расстоянии 0,3 радиуса Солнца от его по верхности основным процессом переноса энергии из глубины наружу становится, как вы уже знаете, конвекция. Конвективная зона простирается до фотосферы, и о проис ходящей в подфотосферных слоях конвекции свидетель ствует грануляция на поверхности Солнца. Равновесие Солнца обеспечивается тем, что силы тяго тения, стремящиеся сжать газовый шар, уравновешиваются силами внутреннего газового давления. Астероиды и метеориты 1. Закономерность в расстояниях планет от Солнца и .не астероидов. Еще в XVIII в. астрономы пытались найти планету, орбита которой проходит в пространстве между орбитами Марса и Юпитера. Уже в то время было известно отношение, позволяющее приближенно вычислить в астрономических единицах расстояния планет от Солнца. Это сооношение (правило Тициуса — Боде) может быть записано виде: r = 0,3 ∙2n + 0,4, (25) где r — среднее расстояние планеты от Солнца (в а. е.). Для счислений по формуле (25) нужно принять среднее расстояние Меркурия от Солнца равным 0,4 а. е. (n = -  ), а расстояния других планет получаются, если подставить в формулу различные значения п (0 — для Венеры, 1 — для Земли, 2 — для Марса, 3 — для предполагаемой планеты, — для Юпитера и т. д.).Вы сами можете убедиться, что для всех планет, включая Уран, формула (25) дает удовлетворительные значения, для Нептуна и Плутона она непригодна. Но в XVIII в. планет, более далеких от Солнца, чем Уран, еще не знали формулу считали точной. Поэтому естественно было, руководствуясь формулой (25), искать планету, для которой n = 3иr = 2,8а. е. Такой планеты в Солнечной системе е существует. Однако в самом начале XIX в. итальянский астроном Пиацци (1746—1826) случайно открыл первую алую планету (астероид). Она была названа Церерой. В дальнейшем было открыто много других малых планет, 5разующих Главный пояс астероидов между орбитами [Марса и Юпитера. Церера (диаметр около 1000 км) — наибольшая из них. 2. Движение астероидов. На фотографиях звездного неба, снятых с большими экспозициями, астероиды получаются в виде светлых черточек. Зарегистрированы тысячи малых планет. Общее число астероидов должно быть в десятки раз больше. Астероиды, орбиты которых установлены, полу чают обозначения (порядковые номера) и названия. Некото рые новые астероиды названы в честь великих людей (1379 Ломоносова), государств (1541 Эстония, 1554 Югославия), об серваторий (1373 Цинциннати — американская обсервато рия, являющаяся Международным центром наблюдения ас тероидов) и т. д. Астероиды движутся вокруг Солнца в ту же сторону, что и большие планеты. Их орбиты имеют большие эксцент риситеты (в среднем 0,15), чем орбиты больших планет. Некоторые из них в афелии удаляются за орбиту Сатурна, другие в перигелии приближаются к Марсу и Земле. Напри мер, Гермес в октябре 1937 г. прошел от Земли на расстоя нии 580 000 км (всего лишь в полтора раза дальше Луны), а астероид Икар попадает даже внутрь орбиты Меркурия и каждые 19 лет сближается с Землей. В последний раз это произошло в июне 1987 г. Разумеется, это не единственный случай. Не исключено, например, что столкновение крупно го, астероида с Землей привело 65 млн лет назад к гибели динозавров. А в марте 1989 г. астероид размером около 300 м прошел от Земли на расстоянии менее 650 тыс. км. Поэтому не случайно ученые приступили к разработке эффективных методов своевременного обнаружения, а если понадобится, уничтожения опасных астероидов. В конце XX в. открыт еще один пояс астероидов (пояс Койпера) за орбитами Непту на и даже Плутона. Там уже обнаружены астероиды больше Цереры и Харона. 3. Физические характеристики астероидов. Астероиды недоступны для наблюдения невооруженным глазом. Самый большой астероид — Церера (диаметр 1000 км). Вообще же астероиды имеют диаметры от нескольких километров до нескольких десятков километров, причем большинство асте роидов — бесформенные глыбы. Массы астероидов хоть и различны, но слишком малы, чтобы эти небесные тела могли удержать атмосферу. Общая масса всех астероидов, собран ных вместе, примерно в 20 раз меньше массы Луны. Из всех астероидов получилась бы одна планета диаметром меньше 1500 км. В последние годы удалось открыть спутники (!) у некото рых астероидов. Впервые сфотографировали астероид с рас стояния всего лишь 16 тыс. км 29 октября 1991 г. с борта американского космического корабля «Галилео», запущенно го 18 октября 1982 г. для исследования Юпитера. Пересекая пояс астероидов, «Галилео» сфотографировал малую плане ту 951 — астероид Гаспра (рис. 63). Это типичный астероид. Большая полуось его орбиты 2,21 а. е. Он оказался непра вильной формы и, возможно, образовался в результате столкновения более крупных тел в поясе астероидов. На фотографиях видны кратеры (их диаметр 1—2 км, освещенная часть стероида 16x12 км). На снимках удается различить детали поверхности астероида Гаспра размером 60—100 м. Спустя О лет (в феврале 2001 г.) космический аппарат впервые совершил мягкую посадку на поверхность астероида Эрос. 4. Метеориты. Под действием притяжения планет орбиты астероидов изменяются и могут пересекаться друг с другом. В результате возможны столкновения астероидов и [х дробление. Большинство выпавших на поверхность !емли каменных и железных метеоритов — обломки астероидов. При движении таких обломков в земной атмосфере возникает мощная ударная волна, в которой температура жатого воздуха достигает десятков и сотен тысяч кельвинов. В результате диссоциации молекул воздуха и последую щей многократной ионизации воздух приобретает свойства плазмы. Как вы уже знаете, крупные метеориты на месте падения образуют кратеры. Кратеры обнаружены на всех планетах земной группы и на многих спутниках планет. Один из самых больших метеоритных кратеров на Земле находится в 1тате Аризона (США). Диаметр этого кругового кратера выше 1200 м, а масса образовавшего его метеорита оценивается примерно в 200 000 т. Сейчас известны десятки боль-[их метеоритных кратеров. Для их поисков в настоящее тремя применяют аэрофотосъемку. 30 июня 1908 г. в тайге Центральной Сибири произошло явление, известное как падение Тунгусского метеорита. Взрыв, которым завершился полет космического тела, повалил лес а площади более 2000 кв. км, а также вызвал лесной пожар, многочисленные оптические, акустические и сейсмические явления. Взрывная волна обогнула земной шар. На громадной территории до 3 — 4 июля наблюдались исключительно светлые ночи, во время которых можно было чи-1ть мелкий шрифт. Однако ни сам метеорит, ни кратер от его падения обнаружить не удалось. 12 февраля 1947 г. в виде множества железных осколков гетеоритный дождь) упал Сихотэ-Алинский метеорит. Удалось собрать несколько десятков тонн метеоритного вещества. После этого в нашей и других странах находили крупные метеориты. Химический состав метеоритов постоянно изучается. Же лезные метеориты состоят в основном из железа (91%) и никеля (8,5%). Каменные метеориты, как и земные горные породы, содержат кислород и кремний, но в них больше, чем в земной коре, таких металлов, как магний, железо и никель. В некоторых каменных метеоритах имеется углерод. Такие метеориты содержат не только уголь и графит, но и углеводороды, а также примеси более сложных органичес ких соединений, включая аминокислоты. Эти сложные ве щества могли образоваться в метеоритах из более простых на ранних стадиях развития Солнечной системы. Данные о химическом составе метеоритов позволяют судить о распро страненности различных химических элементов в Солнечной системе. Прежде чем попасть в Землю, метеориты долгое время путешествуют в межпланетном пространстве. Исследование вещества метеоритов и определение его возраста имеют важ ное значение для определения возраста планет и изучения условий, которые существовали в самый ранний период ис тории Солнечной системы. Поэтому метеориты представляют большую ценность для науки. Особенно интересны метеори ты с Марса и Луны, десятки которых найдены в последние годы во льдах Антарктиды и песках африканских пустынь. Ушло в прошлое то время, когда «небесным камням» поклонялись как «дарам неба», когда наука категорически отказывалась признать (до начала XIX в.), что камни могут «падать с неба». . Кометы и метеоры 1. Вид, строение и открытие комет. Кроме больших и малых планет, вокруг Солнца движутся кометы. Яркие кометы (хвостатые звезды) своим необыч ным видом издавна привлекали внимание людей, внушая многим из них суеверный ужас. От других тел Солнечной  системы кометы резко отличаются не только своим видом, но и формой орбит, большими размерами, а также сравнительно быстрым, иногда бурным развитием. Вид комет меняется по мере приближения к Солнцу. Вдали от Солнца комета видна как слабое туманное пятнышко, которое перемещается на фоне звездного неба. Постепенно у кометы развивается хвост, почти всегда направленный от Солнца. Ежегодно обнаруживают в среднем 6—8 комет. Некото рые из них — это периодические кометы, которые в очередной раз возвратились к Солнцу. Только самые яр кие кометы можно наблюдать невооруженным глазом. Часто кометы открывают любители астрономии, регулярно обозре вающие звездное небо в небольшие телескопы. Основные части кометы: голова, ядро (централь ное сгущение) и хвост. Ядра комет по размерам близки небольшим астероидам. Диаметр головы кометы иногда до стигает сотен тысяч километров, а хвосты простираются на десятки и сотни миллионов километров. После прохождения перигелия комета начинает постепенно «угасать» и пере стает быть видимой даже в самыебольшие телескопы. 2. Орбиты комет. Чтобы рассчитать по формулам небес ной механики орбиту кометы, достаточно определить из на блюдений ее экваториальные координаты по крайней мере для трех моментов времени. Первоначально вычисленную орбиту, по которой комета приближается к Солнцу, в даль нейшем уточняют на основе новых наблюдений, так как притяжение планет изменяет орбиту. В настоящее время для вычисления орбит комет применяют быстродействующие ЭВМ. Орбиты большинства комет — сильно вытянутые эллип сы, плоскости которых под разными углами наклонены к плоскости эклиптики. Двигаясь по таким орбитам, кометы в перигелии близко подходят к Солнцу (и к Земле), а в афе лии удаляются от него на сотни тысяч астрономических единиц, уходя далеко за пределы орбиты Плутона — последней из известных пока планет. Кометы, эксцентриситеты орбит которых не очень ве лики, имеют сравнительно небольшие периоды обращения вокруг Солнца. Самый короткий период — у кометы Энке (3,3 года), наблюдающейся уже на протяжении полутора ве ков. Неоднократно приближалась к Солнцу и комета Галлея, период обращения которой около 76 лет. Послед нее прохождение это кометы через перигелий (на расстоя нии менее 0,6 а. е. от Солнца) было 9 февраля 1986 г. Ко мету Галлея удалось хорошо исследовать не только с Земли, но и с помощью нескольких специально запущенных косми ческих аппаратов. На снимках, переданных с борта АМС «Вега-1», хорошо видно ядро кометы. Оно имеет неправильную форму (с размерами осей 14 и 7 км). От ша рообразных небесных тел отличаются и другие малые тела Солнечной системы (некоторые спутники планет-гигантов, небольшие астероиды). 3. Природа комет. Массу кометы можно оценить, на блюдая за возмущениями, которые появляются в ее движе нии при сближении с планетами. Например, при сближении кометы с Юпитером период ее обращения может резко из мениться, а период обращения Юпитера практически оста ется прежним. Значит, масса кометы во много раз меньше массы Юпитера. Сближения комет с Землей позволили уточ нить верхний предел массы комет (10~4 массы Земли). Вещество кометы сосредоточено в основном в ее ядре, которое, по-видимому, состоит из смеси замерзших газов (среди которых есть аммиак, метан, углекислый газ, азот, циан и др.) и пылинок, металлических и каменных частиц разных размеров. Основные сведения о химическом составе ядер получены из анализа спектров газов, окружающих ядра комет, а также при сближении космических аппаратов с кометами. Когда комета приближается к Солнцу, ядро постепенно прогревается, из него выделяются газы и пыль, которые окутывают ядро и образуют голову и хвост кометы. Хвост кометы состоит из очень разреженного вещества, сквозь ко торое даже просвечивают звезды. Ядро кометы и пыль, входящая в состав головы и хво ста, светят отраженным и рассеянным солнечным светом. Холодное свечение газа (флуоресценция) происходит под воздействием солнечного излучения. При сближении кос мических аппаратов с ядром кометы Галлея удалось опре делить по инфракрасному излучению его температуру (100 °С). Ученые сравнивают ядро этой кометы с «мартовс ким сугробом» (лед с примесью тугоплавких частиц). Еже суточно из ядра кометы Галлея выбрасывается много пыли, водяного пара, диоксида углерода, атомарного водорода и кислорода. Поверхностный слой обновляется примерно за сутки. Чем ближе комета подходит к Солнцу, тем больше про гревается ее ядро, а следовательно, возрастает выделение га зов и пыли, но одновременно усиливается и световое давле ние на нее. Поэтому хвост кометы увеличивается и стано вится все более заметным. Кроме давления света, на хвосты комет действуют по токи заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечный ветер). Магнитные поля этих потоков могут сообщать боль шие ускорения ионам, входящим в состав кометных хвостов и возникающим в них под действием солнечного излучения. От соотношения сил тяготения (притяжение к Солнцу) и от отталкивания зависит траектория дви жения частиц, а значит, и форма кометных хвостов. У массивных ча стиц силы притяжения преобладают над силами отталкивания. Если силы отталкивания в сотни раз больше сил притяжения, то хвост будет почти точно направлен от Солнца (I тип, по классификации выдающегося русского астрофизика Ф. А. Бредихина, 1831—1904). Не большая изогнутость кометного хво ста указывает на то, что силы от талкивания лишь в десятки раз пре восходят силы притяжения (II тип). Очень изогнутые хвосты (III тип) об разуются, когда силы отталкивания примерно равны силам притяжения. Когда силы притяжения больше сил отталкивания (очень крупные пыле вые частицы), появляются аномаль ные хвосты, направленные к Солн цу. В настоящее время кометы играют роль своеобразных «зондов» межпланетного пространства, они позволяют полу чить ценные сведения о свойствах космического простран ства на различных расстояниях от Солнца. Столкновение Земли с ядром кометы, а тем более прохож дение Земли через хвост кометы, как это было в 1910 г., не может привести нашу планету к гибели. Согласно одной из гипотез, Тунгусский метеорит как раз и был ядром небольшой кометы, столкнувшейся с Землей, а в июле 1994 г. произошло столкновение одной из комет с Юпитером (комета Шумейкеров — Леви 9). Поэтому астероидно -кометную опасность игно рировать недопустимо, и ученые сейчас разрабатывают про граммы предупреждения опасных сближений и защиты от них. 4. Метеоры и болиды. «Падающие звезды», или метеоры, часто привлекают наше внимание в ясные безлунные ночи. Природа метеоров веками оставалась нераз гаданной, хотя уже давно было ясно, что метеоры ничего общего со звездами не имеют. Если из двух пунктов, разделенных десятками километ ров, одновременно сфотографировать метеор или при визу альных наблюдениях нанести его путь на звездную карту, то окажется, что вследствие параллактического смещения наблюдатели зафиксируют метеор на фоне разных звезд. Зная параллактическое смещение и расстояние между пунк тами наблюдения, легко найти высоту метеора. Установив перед фотоаппаратом равномерно вращающийся сектор, пе риодически закрывающий объектив, получают на фотогра фии прерывистый след, по которому можно определить ско рость движущегося тела. Метеор — это явление вспышки небольшого (размером с горошину) космического тела, на зываемого метеорным телом, вторгшегося со ско ростью от 11 до 73 км/с в земную атмосферу. Высота возго рания (от 120 до 80 км) зависит от массы и скорости мете орного тела. Чем больше масса и скорость метеорного тела, тем ярче метеор. Вторжение массивных метеорных тел вызывает очень яр кие метеоры (болиды), нередко имеющие вид огненных шаров со светящимися хвостами. Некоторые болиды можно видеть даже днем. Что же происходит при движении метеорного тела в ат мосфере Земли? Взаимодействуя с молекулами воздуха, ме теорное тело теряет свою скорость, нагревается, начинает испаряться, иногда дробится. Вокруг него образуется об лачко из раскаленных газов. В результате этих процессов масса метеорного тела непрерывно уменьшается; почти все метеорные частицы распыляются, не долетев до Земли. Про летая в земной атмосфере, метеорное тело ионизует моле кулы воздуха, оставляя за собой светящийся след. От иони зованных метеорных следов хорошо отражаются радио волны. Благодаря этому метеоры можно наблюдать не только визуальным и фотографическим, но и радиолокаци онным методом. 5. Метеорные потоки. Ежегодно в одни и те же ночи (например, 12 августа) можно наблюдать особенно много метеоров. Если в это время нанести видимые пути метеоров на звездную карту, то легко найти небольшой участок неба — радиант, из которого как бы вылетают метеоры. Так, радиант августовских метеоров находится в созвездии Персея (метеорный поток Персеиды). С давних времен из вестны метеорные дожди Леониды (радиант метеорного по тока в созвездии Льва). Леониды повторяются через каждые 33 года. Особенно интенсивный был дождь в 1833 г. Оче видцы сравнивали его со «снежной метелью». Обильный дождь Леонид в соответствии с предсказаниями астрономов наблюдался, например, в ноябре 1966 г. и возможен в буду щем. Метеорные потоки (а их известно сейчас более 30) на блюдаются в тех случаях, когда Земля встречается с роем метеорных тел, которые движутся приблизительно по од ной орбите. Наблюдения показывают, что метеорные рои дви жутся по орбитам старых, уже разрушившихся комет. |
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 |
