Возможности спектрального анализа и внеатмосферных наблюдений для изучения природы небесных тел

1.    Возможности спектрального анализа и внеатмосферных наблюдений для изучения природы небесных тел.

Разложение электромагнитного излучения по длинам волн с целью их изучения называется спектроскопией. Анализ спектров – основной метод изучения астрономических объектов, применяемый в астрофизике. Изучение спектров дает информацию о температуре, скорости, давлении, химическом составе и о других важнейших свойствах астрономических объектов. По спектру поглощения (точнее, по наличию определенных линий в спектре) можно судить о химическом составе атмосферы звезды. По интенсивности спектра можно определить температуру звёзд и других тел:

l_maxT = b, b – постоянная Вина. Многое о звезде можно узнать при помощи эффекта Допплера. В 1842 году он установил, что длина волны λ, принятая наблюдателем, связана с длиной волны источника излучения соотношением: ,где V– проекция скорости источника на луч зрения. Открытый им закон получил название закона Доплера: . Смещение линий в спектре звезды относительно спектра сравнения в красную сторону говорит о том, что звезда удаляется от нас, смещение в фиолетовую сторону спектра – что звезда приближается к нам. Если линии в спектре периодически изменяются, то звезда имеет спутник и они обращаются вокруг общего центра масс. Эффект Доплера также дает возможность оценить скорость вращения звезд. Даже когда излучающий газ не имеет относительного движения, спектральные линии, излучаемые отдельными атомами, будут смещаться относительно лабораторного значения из-за беспорядочного теплового движения. Для общей массы газа это будет выражаться в уширении спектральных линий. При этом квадрат доплеровской ширины спектральной линии пропорционален температуре. Таким образом, по ширине спектральной линии можно судить о температуре излучающего газа. В 1896 году нидерландским физиком Зееманом был открыт эффект расщепления линий спектра в сильном магнитном поле. С помощью этого эффекта теперь стало возможно «измерять» космические магнитные поля. Похожий эффект (он называется эффектом Штарка) наблюдается в электрическом поле. Он проявляется, когда в звезде кратковременно возникает сильное электрическое поле.

Земная атмосфера задерживает часть идущего из космоса излучения. Видимый свет, проходя через нее, тоже искажается: движение воздуха размывает изображение небесных тел, и звезды мерцают, хотя на самом деле их яркость неизменна. Поэтому с середины XX века астрономы начали вести наблюдения из космоса. Вне атмосферные телескопы собирают и анализируют рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное и гамма излучения. Первые три можно изучать лишь вне атмосферы, последнее же частично достигает поверхности Земли, но смешивается с ИК самой планеты. Поэтому предпочтительней выносить инфракрасные телескопы в космос. Рентгеновское излучение выявляет во Вселенной области, где особенно бурно выделяется энергия (например черные дыры), а также невидимые в других лучах объекты, например пульсары. Инфракрасные телескопы позволяют исследовать тепловые источники, скрытые для оптики, в большом диапазоне температур. Гамма-астрономия позволяет обнаружить источники электрон-позитронной аннигиляции, т.е. источники больших энергий.

2.    Определение по звездной карте склонение Солнца на данный день и вычисление его высоты в полдень.

H = 90⁰ -  +

= 56⁰

h – высота светила

БИЛЕТ № 8 Важнейшие направления и задачи исследования и освоения космического пространства.

Основные проблемы современной астрономии:

Нет решения многих частных проблем космогонии:

·     Как сформировалась Луна, как образовались кольца вокруг планет-гигантов, почему Венера вращается очень медленно и в обратном направлении;

В звездной астрономии:

·     Нет детальной модели Солнца, способной точно объяснить все его наблюдаемые свойства (в частности, поток нейтрино из ядра).

·     Нет детальной физической тео­рии некоторых проявлений звёздной активности. Например, не до конца ясны причины взрыва сверхновых звёзд; не совсем понятно, почему из окрестностей некоторых звёзд вы­брасываются узкие струи газа. Однако особенно загадочны короткие вспыш­ки гамма-излучения, регулярно проис­ходящие в различных направлениях на небе. Не ясно даже, связаны ли они со звёздами или с иными объектами, и на каком расстоянии от нас нахо­дятся эти объекты.

В галактической и внегалактической астрономии:

·        Не решена проблема скрытой массы, состоящая в том, что гравита­ционное поле галактик и скоплений галактик в несколько раз сильнее, чем это может обеспечить наблюда­емое вещество. Вероятно, большая часть вещества Вселенной до сих пор скрыта от астрономов;

·        Нет единой теории формирова­ния галактик;

·        Не решены основные проблемы космологии: нет законченной физи­ческой теории рождения Вселенной и не ясна её судьба в будущем.

Вот некоторые вопросы, на которые астрономы надеются получить ответы в 21 веке:

·        Существуют ли у ближайших звёзд планеты земного типа и есть ли у них биосферы (есть ли на них жизнь)?

·        Какие процессы способствуют началу формирования звёзд?

·        Как образуются и распространя­ются по Галактике биологически важ­ные химические элементы, такие, как углерод, кислород?

·        Являются ли чёрные дыры источником энергии активных га­лактик и квазаров?

·        Где и когда сформировались га­лактики?

·        Будет ли Вселенная расширять­ся вечно, или её расширение сменит­ся коллапсом?

БИЛЕТ № 9 Законы Кеплера, их открытие, значение и границы применимости.

Три закона движения планет относительно Солнца были выведены эмпирически немецким астрономом Иоганном Кеплером в начале XVII века. Это стало возможным благодаря многолетним наблюдениям датского астронома Тихо Браге.

Первый закон Кеплера. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце (e = c/a, где с – расстояние от центра эллипса до его фокуса, а- большая полуось, е – эксцентриситет эллипса. Чем больше е, тем больше эллипс отличается от окружности. Если с = 0 (фокусы совпадают с центром), то е = 0 и эллипс превращается в окружность радиусом а).

Второй закон Кеплера (закон равных площадей). Радиус- вектор планеты за равные промежутки времени описывает равновеликие площади. Другая формулировка этого закона: секториальная скорость планеты постоянна.

Третий закон Кеплера. Квадраты периодов обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит.

Современная формулировка первого закона дополнена так: в невозмущенном движении орбита движущегося тела есть кривая второго порядка – эллипс, парабола или гипербола.

В отличие от двух первых, третий закон Кеплера применим только к эллиптическим орбитам.

Скорость движения планеты в перигелии: , где V_c= круговая скорость при R = a.

Скорость в афелии:.

Кеплер открыл свои законы эмпирическим путем. Ньютон вывел законы Кеплера из закона всемирного тяготения. Для определения масс небесных тел важное значение имеет обобщение Ньютоном третьего закона Кеплера на любые системы обращающихся тел. В обобщенном виде этот закон обычно формулируется так: квадраты периодов T₁ и T₂ обращения двух тел вокруг Солнца, помноженные на сумму масс каждого тела (соответственно M₁ и M₂) и Солнца (М_с), относятся как кубы больших полуосей a₁ и a₂ их орбит:. При этом взаимодействие между телами M₁ и M₂ не учитывается. Если пренебречь массами этих тел в сравнении с массой Солнца, то получится формулировка третьего закона, данная самим Кеплером: .Третий закон Кеплера можно также выразить как зависимость между периодом T обращения по орбите тела с массой M и большой полуосью орбиты a:. Третий закон Кеплера можно использовать, чтобы определить массу двойных звезд.

Нанесение на звездную карту объекта (планета, комета и т.п.) по заданным координатам. БИЛЕТ № 10

Планеты земной группы: Меркурий, Марс, Венера, Земля, Плутон. Имеют небольшие размеры и массы, средняя плотность этих планет в несколько раз больше плотности воды. Они медленно вращаются вокруг своих осей. У них мало спутников. Планеты земной группы имеют твердые поверхности. Сходство планет земной группы не исключает и значительного различия. Например, Венера в отличие от других планет вращается в направлении, обратном её движению вокруг Солнца, причем в 243 раза медленнее Земли. Плутон самая маленькая из планет (диаметр Плутона = 2260 км, спутник - Харон в 2 раза меньше, приблизительно так же как и система Земля - Луна, представляют собой «двойную планету»), но по физическим характеристикам он близок к этой группе.

Меркурий. Масса: 3*1023 кг(0.055 земной) R орбиты: 0.387 а.е. D планеты: 4870 км Свойства атмосферы: Атмосфера практически отсутствует, гелий и водород Солнца, натрий, выделяемый перегретой поверхностью планеты. Поверхность: изрыта кратерами, Существует впадина 1300 км в диаметре, именуемая «Бассейн Калорис» Особенности: Сутки длятся два года.

Венера. Масса: 4.78*1024кг R орбиты: 0.723 а.е. D планеты: 12100 км Состав атмосферы: В основном углекислый газ с примесями азота и кислорода, облака конденсата серной и плавиковой кислоты. Поверхность: Каменистая пустыня, относительно гладкая, впрочем есть и кратеры Особенности: Давление у поверхности в 90 раз > земного, обратное вращение по орбите, сильный парниковый эффект (Т=4750С).

Земля. R орбиты: 1 а.е. (150 000000 км) R планеты: 6400 км Состав атмосферы: Азот на 78%, кислород на 21% и углекислый газ. Поверхность: Самая разнообразная. Особенности: Много воды, условия, необходимые для зарождения и существования жизни. Есть 1 спутник – Луна.

Марс. Масса: 6.4*1023 кг R орбиты: 1,52 а.е. (228 млн км) D планеты: 6670 км Состав атмосферы: Углекислый газ с примесями. Поверхность: Кратеры, долина «Маринера», гора Олимп – самая высокая в системе Особенности: Много воды в полярных шапках, предположительно раньше климат был пригоден для органической жизни на углеродной основе, причем эволюция климата Марса обратима. Есть 2 спутника – Фобос и Деймос. Фобос медленно падает на Марс.

Плутон/Харон.

Масса: 1.3*10²³ кг/ 1.8*10¹¹кг

R орбиты: 29.65-49.28 а.е.

D планеты: 2324/1212 км

Состав атмосферы: Тонкий слой метана

Особенности: Двойная планета, возможно планетеземаль, орбита не лежит в плоскости других орбит. Плутон и Харон всегда обращены друг к другу одной стороной

Планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Они имеют большие размеры и массы (масса Юпитера > массы Земли в 318 раз, по объёму - в 1320 раз). Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей. Результат этого - большое сжатие. Планеты расположены далеко от Солнца. Отличаются большим числом спутников (у Юпитера –16, у Сатурна - 17, у Урана - 16, у Нептуна - 8). Особенность планеты-гигантов – кольца, состоящие из частиц и глыб. Эти планеты не имеют твердых поверхностей, плотность у них мала, состоят в основном из водорода и гелия. Газообразный водород атмосферы переходит в жидкую, а затем в твердую фазу. При этом быстрое вращение и то, что водород становится проводником электричества, обуславливает значительные магнитные поля этих планет, которые улавливают летящие от Солнца заряженные частицы и образуют радиационные пояса.

Юпитер Масса: 1.9*1027кг R орбиты: 5,2 ае D планеты: 143 760 км по экватору Состав: Водород с примесями гелия. Спутники: На Европе много воды, Ганимед со льдом, Ио с серным вулканом. Особенности: Большое Красное пятно, почти звезда, 10% излучения – собственное, оттягивает у нас Луну (по 2 метра в год).	Сатурн. Масса: 5,68* 1026 R орбиты: 9,5 а.е. D планеты: 120 420 км Состав: Водород и гелий. Спутники: Титан больше Меркурия, имеет атмосферу. Особенности: Красивые кольца, низкая плотность, много спутников, полюса магнитного поля практически совпадают с осью вращения.
Уран Масса:8,5*1025кг R орбиты:19.2 а.е. D планеты: 51 300 км Состав: Метан, аммиак. Спутники: Миранда имеет очень сложный рельеф. Особенности: Ось вращения направлена к Солнцу, не излучает собственной энергии, самый большой угол отклонения магнитной оси от оси вращения.	Нептун. Масса: 1*1026кг R орбиты:30 а.е. D планеты: 49500 км Состав: Метан, аммиак водородная атмосфера.. Спутники: Тритон имеет азотную атмосферу, воду. Особенности: Излучает в 2.7 раза больше поглощаемой энергии.

 

Установка модели небесной сферы для данной широты и ее ориентация по сторонам горизонта. БИЛЕТ № 11 Отличительные особенности Луны и спутников планет.

Луна – единственный естественный спутник Земли. Поверхность Луны сильно неоднородна. Основные крупномасштабные образования – моря, горы, кратеры и яркие лучи, возможно, – выбросы вещества. Моря, темные, гладкие равнины, представляют собой депрессии, заполнен­ные застывшей лавой. Диаметры самых больших из них превышают 1000 км. Др. три типа образований с боль­шой вероятностью являются следствием бомбардиров­ки лунной поверхности на ранних стадиях существова­ния Солнечной системы. Бомбардировка длилась неск. сотен миллионов лет, а обломки оседали на поверхнос­ти Луны и планет. Обломки астероидов поперечником от сотен километров до мельчайших пылевых частиц сформировали гл. детали Луны и поверхностный слой скальных пород. За периодом бомбарди­ровки последовало заполнение морей базальтовой ла­вой, порожденной радиоактивным разогревом лунных недр. Приборами космич. аппаратов серии «Апол­лон» была зарегистрирована сейсмическая активность Луны, т. н. лунотрясение. Образцы лунного грунта, до­ставленные на Землю астронавтами, показали, что воз­раст Л. 4,3 млрд. лет, вероятно, такой же, как и Земли, состоит из тех же хим. элементов, что и Земля, с таким же примерно соотношением. На Л. нет и, вероятно, ни­когда не было атм-ры, и нет оснований утверждать, что когда-либо там существовала жизнь. Согласно послед­ним теориям, Л. образовалась в рез-те столкновения планетезимали размерами с Марс и молодой Земли. Темп-pa лунной поверхности достигает 100°С лунным днем и падает до -200°С лунной ночью. На Л. не суще­ствует эрозии, за иск. медленного разрушения скал из-за попеременного теплового расширения и сжатия и случайных внезапных локальных катастроф вследствие метеоритных ударов.

Масса Л. точно измерена путем изучения орбит ее ис­кусств, спутников и относится к массе Земли как 1/81,3; ее диаметр 3476 км составляет 1/3,6 диаметра Земли. Л. имеет форму эллипсоида, хотя три взаимно перпенди­кулярных диаметра различаются не больше, чем на ки­лометр. Период вращения Л. равен периоду обращения вокруг Земли, так что, если не считать эффектов либра­ции, она всегда повернута к ней одной стороной. Ср. плотность 3330 кг/м³, значение очень близкое к плотно­сти основных пород, лежащих под земной корой, а сила гра­витации на поверхности Луны составляет ¹/₆ земной. Луна – ближайшее к Земле небесное тело. Если бы Земля и Луна были точечными массами или жесткими сферами, плотность которых меняется только с расстоянием от цент­ра, и не было бы др. небесных тел, то орбита Луны вокруг Земли была бы неизменяющимся эллипсом. Однако Солнце и в значительно меньшей степени планеты оказывают гравитац. воздействие на Л., вызывая возмущение ее ор­битальных элементов, поэтому большая полуось, эксцентри­ситет и наклонение непрерывно подвергаются цикличес­ким возмущениям, осциллируя относительно средних значе­ний.

Спутники естественные, естественное тело, обращающееся вокруг планеты. В Солнеч­ной системе известно более 70 спутников самых разных раз­меров и все время открываются новые. Семь крупнейших спутников – это Луна, четыре галилеевых спутника Юпитера, Титан и Тритон. Все они имеют диаметры, превышающие 2500 км, и явля­ются маленькими «мирами» со сложной геол. историей; у нек-рых есть атмосфера. Все остальные спутники имеют разме­ры, сравнимые с астероидами, т.е. от 10 до 1500 км. Они могут состоять из скальных пород или льда, фор­ма варьируется от почти сферической до неправильной, по­верхность — либо древняя с многочисленными кратерами, либо подвергшаяся изменениям, связанным с активностью в недрах. Размеры орбит лежат в диапазоне от менее двух до нескольких сотен радиусов планеты, период обращения — от нескольких часов до более года. Считают, что некоторые спутники были захвачены гравитационным притяжением пла­неты. Они имеют неправильные орбиты и иногда обра­щаются в направлении, противоположном орбитальному дви­жению планеты вокруг Солнца (т.н. обратное движе­ние). Орбиты С.е. могут быть сильно наклонены к пло­скости орбиты планеты или очень вытянуты. Протя­женные системы С.е. с регулярными орбитами вокруг четырех планет-гигантов, вероятно, возникли из газо­пылевого облака, окружавшего родительскую планету, подобно образованию планет в протосолнечной туман­ности. С.е. размерами меньше неск. сотен километров имеют неправильную форму и, вероятно, образовались при разрушительных столкновениях более крупных тел. Во внеш. областях Солнечной системы они часто обращаются вблизи колец. Элементы орбит внеш. С.е., особен­но эксцентриситеты, подвержены сильным возмущени­ям, вызванных Солнцем. Неск. пар и даже троек С.е. имеют периоды обращения, связанные простым соот­ношением. Напр., спутник Юпитера Европа имеет пе­риод, почти равный половине периода Ганимеда. Та­кое явление называется резонансом.

Определение условий видимости планеты Меркурий по данным «Школьного астрономического календаря». БИЛЕТ № 12 Кометы и астероиды. Основы современных представлений о происхождении Солнечной системы.

Комета, небесное тело Солнечной системы, со­стоящее из частиц льда и пыли, движущиеся по сильно вытянутым орбитам, на значит, расстоянии от Солнца выглядят слабо светящимися пятнышками овальной формы. По мере приближения к Солнцу вокруг этого ядра образуются кома (Почти сферическая газопылевая оболоч­ка, окружающая голову кометы при ее приближении к Солнцу. Эта «атмосфера», непрерывно сдуваемая сол­нечным ветром, восполняется газом и пылью, улетучи­вающимися из ядра. Диаметр К. достигает 100 тыс. км. Скорость убегания газа и пыли составляет несколько кило­метров в секунду относительно ядра, и они рассеиваются в межпланетном пространстве частично через хвост ко­меты.) и хвост (Поток газа и пыли, образующийся под действием светового давления и взаимодействия с солчным ветром из рассеивающейся в межпланетном прост­ранстве атмосферы кометы. У большинства комет X. появ­ляется, когда они приближаются к Солнцу на расстоя­ние меньше 2 а.е. X. всегда направлен от Солнца. Газо­вый X. образован ионизованными молекулами, выбро­шенными из ядра, под воздействием солнечного излу­чения имеет голубоватую окраску, отчетливые грани­цы, типичная ширина 1 млн. км, длина — десятки мил­лионов километров. Структура X. может заметно ме­няться в течение неск. часов. Скорость отдельных молекул колеблется от 10 до 100 км/сек. Пылевой X. более расплывчатый и искривленный, причем его кривизна зависит от массы пылевых частиц. Пыль непрерывно выделяется из ядра и увлекается потоком газа.). Центр, часть К. назы­вается ядром и представляет собой ледянистое тело — остатки огромных скоплений ледяных планетезималей, образовавшихся во время формирования Солнеч­ной системы. Теперь они сосредоточены на перифе­рии — в облаке Оорта—Эпика. Средняя масса ядра К. 1—100 млрд. кг, диаметр 200—1200 м, плотность 200 кг/м³ ('/5 плотности воды). В ядрах имеются пусто­ты. Это непрочные образования, состоящие на одну треть из льдов и на две трети из пылевого в-ва. Лед главным образом водяной, но имеются примеси других соединений. При каждом возвращении к Солнцу лед тает, молекулы газа покидают ядро и увлекает за собой частицы пыли и льда, при этом вокруг ядра образуется сферич. обо­лочка — кома, длинный плазменный хвост, направлен­ный от Солнца, и пылевой хвост. Кол-во теряемого в-ва зависит от кол-ва пыли, покрывающей ядро, и расстоя­ния от Солнца в перигелии. Данные, полученные в рез-те наблюдений космического аппарата «Джотто» за ко­метой Галлея с близкого расстояния, подтвердили мн. теории строения К.

К. обычно называют в честь их открывателей с указа­нием года, когда они наблюдались в последний раз. Подразделяются на короткопериодич. и долгоперио-дич. Короткопериодич. К. обращаются вокруг Солнца с периодом в неск. лет, в ср. ок. 8 лет; кратчайший пе­риод — немного более 3 лет — имеет К. Энке. Эти К. были захвачены гравитац. полем Юпитера и стали вра­щаться на относительно малых орбитах. Типичная из них имеет расстояние в перигелии 1,5 а.е. и полностью разрушается после 5 тыс. оборотов, порождая метеор­ный поток. Астрономы наблюдали распад К. Веста в 1976 г. и К. *Биэла. Напротив, периоды обращения долгопериодич. К. могут достигать 10 тыс., а то и 1 млн. лет, и их афелии могут находиться на '/з рассто­яния до ближайших звезд. В наст, время известно око­ло 140 короткопериодич. и 800 долгопериодич. К., и каждый год открывается около 30 новых К. Наши зна­ния о этих объектах неполны, т.к. их обнаруживают лишь тогда, когда они приближаются к Солнцу на рас­стояние примерно 2,5 а.е. Предполагается, что вокруг Солнца обращается ок. триллиона К.

Астероид (asteroid), малая планета, к-рая имеет близ­кую к круговой орбиту, лежащую вблизи плоскости эклиптики между орбитами Марса и Юпитера. Вновь открытым А. присваивается порядковый номер после определения их орбиты, достаточно точной, чтобы А. «не потерялся». В 1796 г. франц. астроном Жозеф Же-ром Лаланд предложил приступить к поискам «отсутствующей» планеты между Марсом и Юпитером, пред­сказываемой правилом Боде. В новогоднюю ночь 1801 г. итал. астроном Джузеппе Пиацци во время на­блюдений для составления звездного каталога открыл Цереру. Нем. ученый Карл Гаусс вычислил ее орбиту. К наст, времени известно около 3500 астероидов. Радиусы Цереры, Паллады и Весты — 512, 304 и 290 км соответственно, ос­тальных — меньше. По оценкам в гл. поясе находится ок. 100 млн. А., их суммарная масса, по-видимому, составляет около 1/2200 массы, первоначально присутствовавшей в этой области. Возникновение совр. А., возможно, связано с разрушением планеты (традиционная называемой Фаэтоном, совр. название — планета Ольберса) в рез-те столкновения с др. телом. Поверхности наблюдаемых А. состоят из металлов и скальных пород. В зависимости от состава астероиды делятся на типы (C, S, M, U). Состав типа U не опознан.

А. группируются также по элементам орбит, образуя т.н. семейства Хираямы. Большинство А. имеет период обращения ок. 8 час. Все А. радиусом меньше 120 км имеют неправильную форму, орбиты подвержены гравитац. воздействию Юпитера. В рез-те в распределении А. по большим полуосям орбит существуют пробелы, называемые люками Кирквуда. А., попавшие в эти люки, имели бы периоды, кратные орбитальному периоду Юпитера. Орбиты астероидов в этих люках крайне неустойчивы. Внутр. и внеш. края пояса А. лежат в областях, где это соотношение равно 1 : 4 и 1 : 2. А.

Когда протозвезда сжимается, она об­разует диск из вещества, окружающий звезду. Часть вещества этого диска па­дает обратно на звезду, повинуясь силе тяготения. Газ и пыль, что остаются в диске, постепенно охлаждаются. Когда температура опускается достаточно ни­зко, вещество диска начинает собирать­ся в небольшие сгустки – очаги конденсации. Так возникают планетезимали. В процессе формирования Солнеч­ной системы часть планетезималей раз­рушилась в результате столкновений, а другие объединились, чтобы образо­вать планеты. В наружной части Со­лнечной системы образовались боль­шие планетные ядра, которые способ­ны были удержать на себе некоторое количество газа в виде первичного об­лака. Более тяжелые частицы удерживались притяжением Солнца и под воздействием приливных сил долго не могли сформироваться в планеты. Так было положено начало обра­зованию «газовых гигантов» — Юпи­тера, Сатурна, Урана и Нептуна. У них, по всей вероятности, возникли со­бственные мини-диски из газа и пыли, из которых в конце концов образова­лись луны и кольца. Наконец, во внутренней Солнечной системе из твердого вещества формируются Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Определение условий видимости планеты Венера по данным «Школьного астрономического календаря». БИЛЕТ № 13 Солнце, как типичная звезда. Его основные характеристики.

Солнце, центральное тело Солнечной системы, пред­ставляет собой раскаленный плазменный шар. Звезда, вокруг которой обращается Земля. Обычная звезда главной по­следовательности спектрального класса G2, самосве­тящаяся газовая масса, состоящая на 71% из водорода и на 26% из гелия. Абсолютная звездная величина +4,83, эффективная температура поверхности 5770 К. В цен­тре Солнца она 15*10⁶ К, что обеспечивает давление, спо­собное противостоять силе гравитации, которая на по­верхности Солнца (фотосфере) в 27 раз больше, чем на Земле. Такая высокая температура возникает за счет термо­ядерных реакций превращения водорода в гелий (протон-протонная реакция) (вы­ход энергии с поверхности фотосферы 3,8*10²⁶ Вт). Солнце — сферически симметричное тело, находящееся в равновесии. В зависимости от изменения физических условий Солнце можно разделить на несколько концентрических слоев, постепенно переходящих друг в друга. Почти вся энергия Солнца генерируется в центральной области — ядре, где протекает реакция термоядерного синтеза. Ядро за­нимает менее 1/1000 его объема, плотность — 160 г/см³  (плотность фотосферы в 10 млн. раз меньше плотности воды). Из-за огромной массы Солнца и непрозрачности его вещества излучение идет из ядра к фотосфере очень медлен­но — около 10 млн. лет. За это время уменьшается частота рентгеновского излучения, и оно становится видимым светом. Однако нейтрино, образующиеся в ядерных реакциях, свободно покидают Солнце и в принципе обеспе­чивают непосредственное получение информации о яд­ре. Расхождение между наблюдаемым и предсказанным теорией потоком нейтрино породило серьезные споры о внутреннем строении Солнца. На протяжении последних 15% радиуса находится конвективная зона. Конвективные движения также играют роль в переносе магнитных полей, генерируемых токами в его вра­щающихся внутренних слоях, что проявляется в виде сол­нечной активности, причем наиболее сильные поля на­блюдаются в солнечных пятнах. За пределами фото­сферы находится солнечная атмосфера, в которой температура до­стигает минимального значения 4200 К, а затем снова увеличи­вается вследствие диссипации ударных волн, порожда­емых подфотосферной конвекцией, в хромосфере, где резко возрастает до значения 2*10⁶ К, характерного для короны. Высокая температура последней ведет к непрерывному истечению плазменного вещества в межпланет­ное пространство в виде солнечного ветра. В отдельных об­ластях может быстро и сильно возрастать напряжен­ность магнитного поля. Этот процесс сопровождается целым комплексом явлений солнечной активности. К ним от­носятся солнечные вспышки (в хромосфере), протубе­ранцы (в солнечной короне) и корональные дыры (осо­бые области короны).

Масса Солнца 1,99*10³⁰ кг, средний радиус, определяемый приблизительно сферической фотосферой, — 700 000 км. Это эквивалентно 330 000 массам и 110 радиусам Земли соответственно; в Солнце может уместиться 1,3 млн. таких тел, как Земля. Вра­щение Солнца вызывает движение его поверхностных обра­зований, таких, как солнечные пятна, в фотосфере и расположенных над ней слоях. Средний период вращения 25,4 дня, причем на экваторе он составляет 25 суток, а на полю­сах — 41 день. Вращением обусловлено сжатие сол­нечного диска, составляющее 0,005%.

Определение условий видимости планеты Марс по данным «Школьного астрономического календаря». БИЛЕТ № 14 Важнейшие проявления солнечной активности, их связь с геофизическими явлениями.

Солнечная активность является следствием конвекции средних слоев звезды. Причина этого явления заключается в том, что кол-во энергии, поступающей от ядра гораздо больше отводимого теплопроводностью. Конвекция вызывает сильные магнитные поля, генерируемые токами в конвектирующих слоях. Основными проявлениями солнечной активности, воздействующими на землю, являются солнечные пятна, солнечный ветер, протуберанцы.

Солнечные пятна, образования в фотосфе­ре Солнца, наблюдались с древних времен, и в настоящее, время их считают областями фотосферы с темп-рой на 2000 К ниже, чем в окружающих, из-за наличия сильно­го магнитного поля (ок. 2000 Гс). С.п. состоят из относитель­но темной центр, части (тени) и более светлой волокни­стой полутени. Поток газа из тени в полутень называ­ется эффектом Эвершеда (V=2км/с). Число С.п. и их появление меняются в течение 11-летнего цикла солнечной ак­тивности, или цикла солнечных пятен, который описывается законом Шперера и графически иллюст­рируется бабочковидной диаграммой Маундера (перемещение пятен по широте). Цю­рихское относительное число солнечных пятен указывает общую площадь поверхности, покрытую С.п. На основной 11-летний цикл накладываются долгопериодичные вариации. Напр., С.п. меняют магн. полярность в течение 22-летнего цик­ла солнечной активности. Но наиб, поразительный пример долгопериодичных вариаций — это минимум. Маундера (1645—1715), когда С.п. отсутствовали. Хо­тя общепризнанно, что вариации числа С.п. определяют­ся диффузией магнитного поля из вращающихся солнечных недр, процесс еще не понят до конца. Сильное магнитное поле солнечных пятен воздействует на поле Земли вызывая помехи радиосвязи и полярное сияние. существует неск. неопровержимых короткопериодичных эффектов, утверждение о существо­вании долгопериодич. связи между климатом и числом С.п., особенно 11-летним циклом, весьма спорно, что обусловлено трудностями соблюдения условий, к-рые необходимы при проведении точного статистического анализа данных.

Солнечный ветер Истечение высокотемпературной плазмы (электроны, протоны, нейтроны и адроны) солнечной короны, излучение интенсивных волн радиоспектра, рентгеновских лучей в окружающее пространство. Образует т.н. гелиосферу, простирающуюся на 100 а.е. от Солнца. Солнечный ветер так интенсивен, что способен повреждать внешние слои комет, вызывая появление «хвоста». С.В. ионизирует верхние слои атмосферы, благодаря чему образуется озоновый слой, вызывает полярные сияния и повышение радиоактивного фона и помехи радиосвязи в местах разрушения озонового слоя.

Последний максимум солнечной активности был в 2001 году. Максимум солнечной активности означает наибольшее количество пятен, излучения и протуберанцев. Давно установлено, что изменение солнечной активности Солнце влияет на следующие факторы:

*      эпидемиологическую обстановку на Земле;

*      количество разного рода стихийных бедствий (тайфуны, землетрясения, наводнения и т. д.);

*      на количество автомобильных и железнодорожных аварий.

Максимум всего этого приходится на годы активного Солнца. Как установил учёный Чижевский, активное Солнце влияет на самочувствие человека. С тех пор составляются периодические прогнозы самочувствия человека.

2.Определение условий видимости планеты Юпитер по данным «Школьного астрономического календаря».

БИЛЕТ № 15 Способы определения расстояний до звезд, единицы расстояния и связь между ними.

 

Для измерения расстояния до тел Солнечной системы применяется метод параллакса. Радиус земли оказывается слишком малым, чтобы служить базисом для измерения параллактического смещения звёзд и расстояния до них. Поэтому пользуются годичным параллаксом вместо горизонтального.

Годичным параллаксом звезды называют угол (p), под которым со звезды можно было бы видеть большую полуось земной орбиты, если она перпендикулярна лучу зрения.

a – большая полуось земной орбиты,

p – годичный параллакс.

Также используется единица расстояния парсек. Парсек – расстояние, с которого большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения видна под углом 1².

1 парсек = 3,26 светового года = 206265 а. е. = 3 * 10¹¹ км.

Измерением годичного параллакса можно надёжно установить расстояние до звёзд, находящихся не далее 100 парсек или 300 св. лет.

Если известны абсолютная и видимая звездные величины, то расстояние до звезды можно определить по формуле lg(r)=0.2*(m-M)+1

Определение условий видимости Луны по данным «Школьного астрономического календаря». БИЛЕТ № 16 Основные физические характеристики звезд, взаимосвязь этих характеристик. Условия равновесия звезд.

Основные физические характеристики звезд: светимость, абсолютная и видимая звездные величины, масса, температура, размер, спектр.

Светимость – энергия, излучаемая звездой или другим небесным телом за единицу времени. Обычно дается в единицах светимости Солнца, выражается формулой lg (L/Lc) = 0,4•(Mc – M), где L и M – светимость и абсолютная звездная величина источника, Lc и Mc – соответствующие величины для Солнца (Mc = +4,83). Также определяется по формуле L=4πR²σT⁴. Известны звезды, светимость которых во много раз превосходит светимость Солнца. Светимость Альдебарана в 160, а Ригеля в 80 000 раз больше, чем Солнца. Но подавляющее большинство звезд имеют светимости сравнимые с солнечной или меньше ее.

Звездная величина – мера яркости звезды. З.в. не дает истинного представления о мощности излу­чения звезды. Близкая к Земле слабая звезда может вы­глядеть ярче, чем далекая яркая звезда, т.к. поток излу­чения, принимаемый от нее, уменьшается обратно про­порционально квадрату расстояния. Видимая З.в. — блеск звезды, к-рый видит наблюдатель, глядя на небо. Абсолютная З.в. — мера истинной яркости, пред­ставляет собой уровень блеска звезды, к-рый она имела бы, находясь на расстоянии 10 пк. Гиппарх изобрел си­стему видимых З.в. во 2 в. до н.э. Звездам были приписа­ны числа в зависимости от их видимой яркости; ярчай­шие звезды были 1-й величины, а самые слабые — 6-й. В сер. 19 в. эта система была модифицирована. Современная шкала З.в. была установлена путем определения З.в. представительной выборки звезд вблизи сев. полюса мира (сев. полярный ряд). По ним определялись З.в. всех др. звезд. Это логарифмическая шкала, на к-рой звезды 1-й величины в 100 раз ярче звезд 6-й величины. По мере роста точности измерений пришлось вводить десятые доли. Самые яркие звезды ярче 1-й величины, а нек-рые даже имеют отрицательные звездные величины.

Масса звездная – параметр, непосредст­венно определяемый только для компонентов двойных звезд с известными орбитами и расстояниями (M₁ +M₂ = R³/T²). Т.о. установлены массы лишь нескольких десятков звезд, но для гораздо больше­го числа массу можно определить из зависимости масса – светимость. Массы больше 40 солнечных и менее 0,1 солнечных очень редки. Массы большинства звезд меньше солнечной. Температура в центре таких звезд не может дости­гать уровня, при котором начинаются реакции ядерного синтеза, и источником их энергии является только сжа­тие Кельвина – Гельмгольца. Такие объекты называют­ся коричневыми карликами.

Масса—светимость соотношение , найденное в 1924 г. Эддингтоном соотношение между светимостью L и звездной массой М. Соотно­шение имеет вид L/Lс = (М/Мс)^а, где Lс и Мс — светимость и масса Солнца соответствен­но, значение а обычно лежит в диапазоне 3—5. Соотно­шение следует из того факта, что наблюдаемые св-ва нормальных звезд определяются главным образом их массой. Это соотношение для звезд-карликов хорошо согласуется с наблюдениями. Считается, что она справедлива также для сверхгиган­тов и гигантов, хотя их масса плохо поддается прямым измерениям. Соотношение не применимо к белым карликам, т.к. завышает их светимость.

Температура звездная – температура некоторой области звезды. Относится к числу важнейших физических характеристик любого объекта. Однако из-за того, что температура различных областей звезды отличается, а также из-за того, что температура – термодинамическая величина, которая зависит от потока электромагнитного излучения и присутствия различных атомов, ионов и ядер в некоторой области звездной атмосферы, все эти различия объединяют в эффективную температуру, тесно связанную с излучением звезды в фотосфере. Эффективная температура, параметр, характеризующий полное кол-во энергии, из­лучаемой звездой с единицы площади ее поверхности. Это однозначный метод описания звездной температуры. Э.т. определяется через температуру абсолютно черного те­ла, которое бы, согласно закону Стефана—Больцмана, излучало такую же мощность на единицу площади по­верхности, как и звезда. Хотя спектр звезды в деталях значительно отличается от спектра абсолютно черного тела, тем не менее эффективная температура характеризует энергию газа во внешних слоях звездной фотосферы и позволяет, используя закон смещения Вина (λ_max=0,29/Т), определить, на какую длину волны приходится максимум звездного излучения, а следовательно и цвет звезды.

По размерам звезды делятся на карлики, субкарлики, нормальные звезды, гиганты, субгиганты и сверхгиганты.

Спектр звезд зависит от ее температуры, давления плотности газа ее фотосферы, силы магнитного поля и хим. состава.

Спектральные классы, классифика­ция звезд по их спектрам (в первую очередь по относит, интенсивностям спектральных линий), впервые введен­ная итал. астрономом Секки. Ввел буквенные обозна­чения, к-рые были модифицированы по мере расширения знаний о внутр. строении звезд. Цвет звезды зависит от темп-ры ее поверхности, поэтому в совр. спектральной классификации Дрэпера (гарвардс­кой) С.к. расположены в порядке убывания темп-ры:

Герцшпрунга – Ресселла диаграмма, график, позволяющий определить две основные характеристики звезд, выражает связь между абсолютной звездной величиной и температурой. Названа в честь датского астронома Герцшпрунга и американского астронома Ресселла, опубликовавших первую диаграмму в 1914 г. Самые горячие звезды лежат в левой диаграммы, а звезды самой высокой светимости – вверху. От верхнего левого угла к нижнему правому проходит главная последовательность, отражающая эволю­цию звезд, и заканчивающуюся звездами-карликами. Большинство звезд принадлежит этой последователь­ности. Солнце относится также к этой последователь­ности. Выше этой последователь­ности располагаются в указанном порядке субгиганты, сверхгиганты и гиганты, ниже – субкарлики и белые карлики. Эти группы звезд называются классами светимости.

Условия равновесия: как известно, звёзды являются единственными объектами природы, внутри которых происходят неуправляемые термоядерные реакции синтеза, которые сопровождаются выделением большого количества энергии и определяют температуру звёзд. Большинство звёзд находятся в стационарном состоянии, т. е. не взрываются. Некоторые звёзды взрываются (так называемые новые и сверхновые звёзды). Почему же в основном звёзды находятся в равновесии? Сила ядерных взрывов у стационарных звёзд уравновешивается силой тяготения, вот почему эти звёзды сохраняют равновесие.

Вычисление линейных размеров светила по известным угловым размерам и расстоянию. БИЛЕТ № 17