Тема занятия: Звездное небо. Строение и масштабы Вселенной.
Учебник физики 9 класс.
Цели: Дать представление о виде звездного неба, понятие созвездия, яркие звезды и обозначение, различие по яркости и светимости, звездная величина, легенды о созвездиях.
1. Обучающая: ввести понятия – созвездия, звездная карта (полюс мира, небесный экватор), звездная величина, формирование умения работать с подвижной картой звёздного неба и справочными таблицами.
2. Воспитывающая: на примере понятия «созвездие» показать существенное различие между кажущимся и истинным расположением светил в пределах данного участка неба.
3. Развивающая: актуализируя имеющиеся у учащихся знания работы с географическими картами, приступить к формированию умений и навыков работы со звездной картой.
Для развития интереса к изучаемым вопросам рекомендовать учащимся ознакомиться с мифами и легендами о звездном небе, способами отыскания созвездий.
Полезно сообщить, что знание звездного неба необходимо не только геодезистам, картографам, морякам, летчикам, космонавтам, но и любому человеку. Интересующимся астрономией, можно предложить подготовить рефераты о «достопримечательностях» тех или иных созвездий.
Результаты обучения: Ученики должны уметь записывать обозначение звезд, находить на небе основные созвездия (Большой и Малой Медведицы).
Ключевые идеи: Звездное небо. Строение и масштабы Вселенной.
Время
Стратегии
Ресурсы
Содержание урока
Деятельность учителя: что я буду делать? Деятельность учащихся
Вводная часть
орг.момент (3мин)
Основная часть (26мин) Тренинг «приветствие»,
ИКТ,КМ,работа в группах, Приветствие,делим на группы.
1. Какие сведения из астрономии вы получили в курсах природоведения, естествознания,
физики, истории?
2. В чем специфика астрономии (по объектам и методам исследования) по сравнению
с другими науками о природе.
3. Какие типы небесных тел вам известны?
4. Какова роль наблюдений в астрономии? С помощью каких инструментов они выполняются?
5. Какова роль космонавтики в исследовании Вселенной?
6.Чем отличаются оптические системы рефрактора и рефлектора?
7. Решение каких задач занимается небесная механика?
8. Какие отечественные и зарубежные орбитальные обсерватории вы знаете?
9. Почему современная астрономия является всеволновой?
10. Зачем нужен телескоп при наблюдении Луны? Поприветствовать друг друга- 1.Легкий поклон, руки и ладони вытянуты по бокам (Япония);
2.Поклон в Японии может варьироваться от небольшого кивка головой до глубокого поклона в пояс.
Интернет,
справочники презентация ррт «Звёздное небо». Вопросы по презентации. Ученики смотрят презентацию,
обсуждение презентации,
работают с учебником. Работа в группах,саморегуляция
Заключение
(12мин) «джиксо» постер Раздать постеры (картинки) Защита постеров
Итоги(3мин) оценивание Рефлексия: дать бланки ученикам
1.на уроке я работал активно/пассивно
2.своей работой на уроке доволен/не доволен
3.урок для меня показался коротким/длинным
4.за урок я не устал/устал
5.моё настроение стало лучше/стало хуже
6.материал урока мне был понятен/не понятен
полезен/ бесполезен
интересен/скучен
Ученики заполняют экран смайликами.
Домашнее задание (1мин) § 38,
Небесный свод, горящий славой,
Таинственно глядит из глубины,
И мы плывем, пылающею бездной
Со всех сторон окружены.
Ф. Тютчев
Урок1/1
Тема : Предмет астрономии.
Цель : Дать представление об астрономии - как наука, связи с другими науками; познакомится с историей, развитием астрономии; инструментами для наблюдений, особенности наблюдений. Дать представление о строении и масштабах Вселенной. Рассмотреть решение задач на нахождение разрешающей способности, увеличения и светосила телескопа. Профессия астронома, значение для народного хозяйства. Обсерватории. Задачи :1. Обучающая : ввести понятия астрономии, как науке и основных разделах астрономии, объектах познания астрономии: космических объектах, процессах и явлениях; методах астрономических исследований и их особенностях; обсерватории, телескопа и его различных видов. Истории астрономии и связи с другими науками. Роли и особенности наблюдений. Практическом применении астрономических знаний и средств космонавтики.
2. Воспитывающая : историческая роль астрономии в формировании представления человека об окружающем мире и развитии других наук, формирование научного мировоззрения учащихся в ходе знакомства с некоторыми философскими и общенаучными идеями и понятиями (материальности, единства и познаваемости мира, пространственно-временными масштабами и свойствами Вселенной, универсальностью действия физических законов во Вселенной). Патриотическое воспитание при ознакомлении с ролью российской науки и техники в развитии астрономии и космонавтики. Политехническое образование и трудовое воспитание при изложении сведений о практическом применении астрономии и космонавтики.
3. Развивающая : развития познавательных интересов к предмету. Показать, что мысль человеческая всегда стремится к познанию неизвестного. Формирование умений анализировать информацию, составлять классификационные схемы. Знать: 1-й уровень (стандарт) - понятие астрономии, основных ее разделах и этапах развития, месте астрономии среди других наук и практическом применении астрономических знаний; иметь первоначальное понятие о методах и инструментах астрономических исследований; масштабах Вселенной, космических объектах, явлениях и процессах, свойства телескопа и его виды, значение астрономии для народного хозяйства и практических нужд человечества. 2-й уровень - понятие астрономии, системы, роль и особенности наблюдений, свойства телескопа и его виды, связь с другими предметами, преимущества фотографических наблюдений, значение астрономии для народного хозяйства и практических нужд человечества. Уметь: 1-й уровень (стандарт) - пользоваться учебником и справочным материалом, строить схемы простейших телескопов разных видов, наводить телескоп на заданный объект, искать в Интернет информацию по выбранной астрономической теме. 2-й уровень - пользоваться учебником и справочным материалом, строить схемы простейших телескопов разных видов, вычислять разрешающую способность, светосилу и увеличение телескопов, проводить наблюдения с помощью телескопа заданного объекта, искать в Интернет информацию по выбранной астрономической теме.
Оборудование : Ф. Ю. Зигель “Астрономия в ее развитии”, Теодолит, Телескоп, плакаты “телескопы”, “Радиоастрономия”, д/ф. “Что изучает астрономия”, «Крупнейшие астрономические Обсерватории», к/ф «Астрономия и мировоззрение», "астрофизические методы наблюдений". Глобус Земли, диапозитивы: фотографии Солнца, Луны и планет, галактик. CD- "Red Shift 5.1" или фотографии и иллюстрации астрономических объектов из мультимедийного диска «Мультимедиа библиотека по астрономии». Показать Календарь Наблюдателя на сентябрь (взять с сайта Астронет), пример астрономического журнала (электронного, например Небосвод). можно показать отрывок из фильма Астрономия (ч.1, фр. 2 Самая древняя наука).
Межпредметная связь : Прямолинейное распространение, отражение, преломление света. Построение изображений, даваемых тонкой линзой. Фотоаппарат (физика, VII кл). Электромагнитные волны и скорость их распространения. Радиоволны. Химическое действие света (физика, X кл).
Ход урока :
Вводная беседа (2 мин)
- Учебник Е. П. Левитан; общая тетрадь - 48 листов; экзамены по желанию.
- Астрономия - новая дисциплина в курсе школы, хотя вкратце с некоторыми вопросами вы знакомы.
- Как работать с учебником.
- проработать (а не прочитать) параграф
- вникнуть в сущность, разобраться с каждым явлениями и процессами
- проработать все вопросы и задания после параграфа, кратко в тетрадях
- контролировать свои знания по перечню вопросов в конце темы
- дополнительно материал посмотреть в Интернете
Лекция (новый материал) (30 мин) Начало - демонстрация видео клипа с CD (или моей презентации).
Астрономия [греч. Астрон (astron) - звезда, номос (nomos) -закон] - наука о Вселенной, завершающая естественно-математический цикл школьных дисциплин. Астрономия изучает движение небесных тел (раздел “небесная механика”), их природу (раздел “астрофизика”), происхождение и развитие (раздел “космогония”) [Астрономия - наука о строении, происхождении и развитии небесных тел и их систем
=, то есть наука о природе]. Астрономия - единственная наука, которая получила свою музу-покровительницу - Уранию.
Системы (космические):
- все тела во Вселенной образуют системы различной сложности.
Все тела находятся в непрерывном движении, изменении, развитии. Планеты, звезды, галактики имеют свою историю, нередко исчисляемую млрд. лет. На схеме отражена системность и расстояния:
|
История астрономии
(можно фрагмент фильма Астрономия (ч.1, фр. 2 Самая древняя наука))
Астрономия - одна из самых увлекательных и древнейших наук о природе - исследуется не только настоящее, но и далекое прошлое окружающего нас макромира, а также вырисовать научную картину будущего Вселенной.
Потребность в астрономических знаниях диктовалась жизненной необходимостью:
Этапы развития астрономии
I-й
Античный мир
(до н. э). Философия →астрономия → элементы математики (геометрия).
Древний Египет, Древняя Ассирия, Древние Майя, Древний Китай, Шумеры, Вавилония, Древняя Греция. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии: ФАЛЕС Милетский
(625-547, Др.Греция), ЕВДОКС Книдский
(408- 355, Др. Греция), АРИСТОТЕЛЬ
(384-322, Македония, Др. Греция), АРИСТАРХ Самосский
(310-230, Александрия, Египет), ЭРАТОСФЕН
(276-194, Египет), ГИППАРХ Родосский
(190-125г, Др.Греция).
II-ой
Дотелескопический
период. (наша эра до 1610г). Упадок науки и астрономии. Развал Римской империи, набеги варваров, зарождение христианства. Бурное развитие арабской науки. Возрождение науки в Европе. Современная гелиоцентрическая система строения мира. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Клавдий ПТОЛЕМЕЙ
(Клавдиус Птоломеус
)(87-165, Др. Рим), БИРУНИ, Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед аль - Бируни
(973-1048, совр. Узбекистан), Мирза Мухаммед ибн Шахрух ибн Тимур
(Тарагай
) УЛУГБЕК
(1394 -1449, совр. Узбекистан), Николай КОПЕРНИК
(1473-1543,Польша), Тихо(Тиге) БРАГЕ
(1546- 1601, Дания).
III-ий
Телескопический
до появления спектроскопии (1610-1814гг). Изобретение телескопа и наблюдения с его помощью. Законы движения планет. Открытие планеты Уран. Первые теории образования Солнечной системы. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Галилео ГАЛИЛЕЙ
(1564-1642, Италия), Иоганн КЕПЛЕР
(1571-1630, Германия), Ян ГАВЕЛИЙ
(ГАВЕЛИУС
) (1611-1687, Польша), Ганс Христиан ГЮЙГЕНС
(1629-1695, Нидерланды), Джованни Доминико (Жан Доменик) КАССИНИ>
(1625-1712, Италия-Франция), Исаак НЬЮТОН
(1643-1727, Англия), Эдмунд ГАЛЛЕЙ
( ХАЛЛИ
, 1656-1742, Англия), Вильям (Уильям) Вильгельм Фридрих ГЕРШЕЛЬ
(1738-1822, Англия), Пьер Симон ЛАПЛАС
(1749-1827, Франция).
IV-ый
Спектроскопия
. До фотографии. (1814-1900гг). Спектроскопические наблюдения. Первые определения расстояния до звезд. Открытие планеты Нептун. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Йозеф фон ФРАУНГОФЕР
(1787-1826, Германия), Василий Яковлевич (Фридрих Вильгельм Георг) СТРУВЕ
(1793-1864, Германия-Россия), Джордж Бидделл ЭРИ
(ЭЙРИ
, 1801-1892, Англия), Фридрих Вильгельм БЕССЕЛЬ
(1784-1846, Германия), Иоганн Готфрид ГАЛЛЕ
(1812-1910, Германия), Уильям ХЕГГИНС
(Хаггинс
, 1824-1910, Англия), Анжело СЕККИ
(1818-1878, Италия), Федор Александрович БРЕДИХИН
(1831-1904, Россия), Эдуард Чарльз ПИКЕРИНГ
(1846-1919, США).
V-ый
Современный
период (1900-наст.время). Развитие применения в астрономии фотографии и спектроскопических наблюдений. Решение вопроса об источнике энергии звезд. Открытие галактик. Появление и развитие радиоастрономии. Космические исследования. Подробнее смотрите .
Связь c другими предметами.
ПСС т 20 Ф. Энгельс - “Сперва астрономия, которая уже из-за времен года абсолютно необходима для пастушеских и земледельческих работ. Астрономия может развиваться только при помощи математики. Следовательно приходилось заниматься и математикой. Далее, на известной ступени развития земледелия в известных странах (поднятие воды для орошения в Египте), а в особенности вместе с возникновением городов, крупных построек и развитием ремесла развивалось и механика. Вскоре она становится необходимой для судоходства и военного дела. Она так же передается в помощь математике и таким образом способствует ее развитию”.
Астрономия сыграла столь ведущую роль в истории науки, что многие ученые считают - “астрономию наиболее существенным фактором развития от ее возникновения - вплоть до Лапласа, Лагранжа и Гаусса” - они черпали из нее задания и создавали методы решения этих задач. Астрономия, математика и физика никогда не теряли взаимосвязи, что нашло отражение в деятельности многих ученых.
 |
Взаимодействие астрономии и физики продолжает оказывать влияние на развитие других наук, технологии, энергетики и различных отраслей народного хозяйства. Пример - создание и развитие космонавтики. Разрабатываются способы удержания плазмы в ограниченном объеме, концепция "бесстолкновительной" плазмы, МГД-генераторы, квантовые усилители излучения (мазеры) и т. д. | |
 |
1 - гелиобиология 2 - ксенобиология 3 - космическая биология и медицина 4 - математическая география 5 - космохимия А - сферическая астрономия Б - астрометрия В - небесная механика Г - астрофизика Д - космология Е - космогония Ж - космофизика |
Астрономию и химию
связывают вопросы исследования происхождения и распространенности химических элементов и их изотопов в космосе, химическая эволюция Вселенной. Возникшая на стыке астрономии, физики и химии наука космохимия тесно связана с астрофизикой, космогонией и космологией, изучает химический состав и дифференцированное внутреннее строение космических тел, влияние космических явлений и процессов на протекание химических реакций, законы распространенности и распределения химических элементов во Вселенной, сочетание и миграцию атомов при образовании вещества в космосе, эволюцию изотопного состава элементов. Большой интерес для химиков представляют исследования химических процессов, которые из-за их масштабов или сложности трудно или совсем невоспроизводимых в земных лабораториях (вещество в недрах планет, синтез сложных химических соединений в темных туманностях и т. д.). Астрономию, географию и геофизику связывает изучение Земли как одной из планет Солнечной системы, ее основных физических характеристик (фигуры, вращения, размеров, массы и т. д.) и влияния космических факторов на географию Земли: строение и состав земных недр и поверхности, рельеф и климат, периодические, сезонные и долговременные, местные и глобальные изменения в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли - магнитные бури, приливы, смена времен года, дрейф магнитных полей, потепления и ледниковые периоды и т. д., возникающие в результате воздействия космических явлений и процессов (солнечной активности, вращения Луны вокруг Земли, вращения Земли вокруг Солнца и др.); а также не потерявшие своего значения астрономические методы ориентации в пространстве и определения координат местности. Одной из новых наук стало космическое землеведение - совокупность инструментальных исследований Земли из космоса в целях научной и практической деятельности. Связь астрономии и биологии определяется их эволюционным характером. Астрономия изучает эволюцию космических объектов и их систем на всех уровнях организации неживой материи аналогично тому, как биология изучает эволюцию живой материи. Астрономию и биологию связывают проблемы возникновения и существования жизни и разума на Земле и во Вселенной, проблемы земной и космической экологии и воздействия космических процессов и явлений на биосферу Земли. Связь астрономии с историей и обществоведением , изучающим развитие материального мира на качественно более высоким уровне организации материи, обусловлена влиянием астрономических знаний на мировоззрение людей и развитие науки, техники, сельского хозяйства, экономики и культуры; вопрос о влиянии космических процессов на социальное развитие человечества остается открытым. Красота звездного неба будила мысли о величии мироздания и вдохновлял писателей и поэтов . Астрономические наблюдения несут в себе мощный эмоциональный заряд, демонстрируют могущество человеческого разума и его способности познавать мир, воспитывают чувство прекрасного, способствуют развитию научного мышления. Связь астрономии с "наукой наук" - философией - определяется тем, что астрономия как наука имеет не только специальный, но и общечеловеческий, гуманитарный аспект, вносит наибольший вклад в выяснение места человека и человечества во Вселенной, в изучение отношения "человек - Вселенная". В каждом космическом явлении и процессе видны проявления основных, фундаментальных законов природы. На основе астрономических исследований формируются принципы познания материи и Вселенной, важнейшие философские обобщения. Астрономия оказала влияние на развитие всех философских учений. Невозможно сформировать физическую картину мира в обход современных представлений о Вселенной - она неминуемо утратит свое мировоззренческое значение. |
Современная астрономия - фундаментальная физико-математическая наука, развитие которой непосредственно связано с НТП. Для исследования и объяснения процессов используется весь современный арсенал разнообразных, вновь возникших разделов математики и физики. Существует и .
Основные разделы астрономии:
|
Классическая астрономия |
объединяет ряд разделов астрономии, основы которых были разработаны до начала ХХ века: | ||
| Астрометрия: | Сферическая астрономия |
изучает положение, видимое и собственное движение космических тел и решает задачи, связанные с определением положений светил на небесной сфере, составлением звездных каталогов и карт, теоретическим основам счета времени. | |
| Фундаментальная астрометрия | ведет работу по определению фундаментальных астрономических постоянных и теоретическому обоснованию составления фундаментальных астрономических каталогов. | ||
| Практическая астрономия | занимается определением времени и географических координат, обеспечивает Службу Времени, вычисление и составление календарей, географических и топографических карт; астрономические методы ориентации широко применяются в мореплавании, авиации и космонавтике. | ||
| Небесная механика | исследует движение космических тел под действием сил тяготения (в пространстве и времени). Опираясь на данные астрометрии, законы классической механики и математические методы исследования, небесная механика определяет траектории и характеристики движения космических тел и их систем, служит теоретической основой космонавтики. | ||
|
Современная астрономия |
Астрофизика | изучает основные физические характеристики и свойства космических объектов (движение, строение, состав и т.д.), космических процессов и космических явлений, подразделяясь на многочисленные разделы: теоретическая астрофизика; практическая астрофизика; физика планет и их спутников (планетология и планетографии); физика Солнца; физика звезд; внегалактическая астрофизика и т. д. | |
| Космогония | изучает происхождение и развитие космических объектов и их систем (в частности Солнечной системы). | ||
| Космология | исследует происхождение, основные физические характеристики, свойства и эволюцию Вселенной. Теоретической основой ее являются современные физические теории и данные астрофизики и внегалактической астрономии. | ||
Наблюдения в астрономии.
Наблюдения - основной источник информации
о небесных телах, процессах, явлениях, происходящих во Вселенной, так как их потрогать и провести опыты с небесными телами невозможно (возможность проведения экспериментов вне Земли возникла только благодаря космонавтике). Они имеют и особенности в том, что для изучения какого либо явления необходимы:
- длительные промежутки времени и одновременное наблюдение родственных объектов (пример-эволюция звезд)
- необходимость указания положения небесных тел в пространстве (координаты), так как все светила кажутся далекими от нас (в древности возникло понятие небесной сферы, которая как единое целое вращается вокруг Земли)
Пример:
Древний Египет, наблюдая за звездой Сотис (Сириус) определили начало разлива Нила, установили продолжительность года в 4240г до н.э. в 365 дней. Для точности наблюдений, нужны были приборы
.
1). Известно, что Фалес Милетский (624-547, Др. Греция) в 595г до н.э. впервые использовал гномон (вертикальный стержень, приписывается, что создал его ученик Анаксимандр) - позволил не только быть солнечными часами, но и определять моменты равноденствия, солнцестояния, продолжительности года, широту наблюдения и т.д.
2). Уже Гиппарх (180-125г, Др. Греция) использовал астролябию, что позволило ему измерить параллакс Луны, в 129г до н.э., установить продолжительность года в 365,25сут, определить процессию и составить в 130г до н.э. звездный каталог на 1008 звезд и т.д.
Существовали астрономический посох, астролабон (первая разновидность теодолита), квадрант и т.д. Наблюдения проводятся в специализированных учреждениях - ,
возникших еще на первом этапе развития астрономии до НЭ. Но настоящее астрономическое исследование началось с изобретением телескопа
в 1609г.
Телескоп
- увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела (разрешающая способность
), и собирает во много раз больше света, чем глаз наблюдателя (проникающая сила
). Поэтому в телескоп можно рассмотреть невидимые невооруженным глазом поверхности ближайших к Земле небесных тел и увидеть множество слабых звезд. Все зависит от диаметра его объектива.
Виды телескопов:
и радио
(Показ телескопа, плакат "Телескопы", схемы). Телескопы: из истории
= оптические
1. Оптические телескопы ()
 |
Рефрактор
(refracto-преломляю)- используется преломление света в линзе (преломляющий). “Зрительная труба” сделана в Голландии [Х. Липперсгей]. По приблизительному описанию ее изготовил в 1609г Галилео Галилей и впервые направил в ноябре 1609г на небо, а в январе 1610г открыл 4 спутника Юпитера. Самый большой в мире рефрактор изготовлен Альваном Кларк (оптиком из США) 102см (40 дюймов) и установлен в 1897г в Йерской обсерватории (близь Чикаго). Им же был изготовлен 30 дюймовый и установлен в 1885г в Пулковской обсерватории (разрушен в годы ВОВ). |
.gif) |
Рефлектор
(reflecto-отражаю)- используется вогнутое зеркало, фокусирующее лучи. В 1667г первый зеркальный телескоп изобрел И. Ньютон (1643-1727, Англия) диаметр зеркала 2,5см при 41 х
увеличении. В те времена зеркала делались из сплавов металла, быстро тускнели. Самый Большой в мире телескоп им. У. Кека установлен в 1996 году диаметр зеркало 10м (первый из двух, но зеркало не монолитное, а состоит из 36 зеркал шестиугольной формы) в обсерватории Маун-Кеа (Калифорния, США). В 1995г введен первый из четырех телескопов (диаметр зеркала 8м) (обсерватория ESO, Чили). До этого самый крупный был в СССР, диаметр зеркала 6м, установлен в Ставропольском крае (гора Пастухова, h=2070м) в Специальной астрофизической обсерватории АН СССР (монолитное зеркало 42т, 600т телескоп, можно видеть звезды 24 м). |
 |
Зеркально - линзовый. Б.В. ШМИДТ
(1879-1935, Эстония) построил в 1930г (камера Шмидта) с диаметром объектива 44 см. Большой светосилы, свободный от комы и большим полем зрения, поставив перед сферическим зеркалом корректирующую стеклянную пластину. В 1941 году Д.Д. Максутов (СССР) сделал менисковый, выгоден короткой трубой. Применяется любителями - астрономами. В 1995г для оптического интерферометра введен в строй первый телескоп с 8м зеркалом (из 4 -х) с базой 100м (пустыне АТАКАМА, Чили; ESO). В 1996г первый телескоп диаметром 10м (из двух с базой 85м) им. У. Кека введен в обсерватории Маун - Кеа (Калифорния, Гавайские острова, США) любительские телескопы |
- непосредственные наблюдения
- фотографировать (астрограф)
- фотоэлектрические - датчик, колебание энергии, излучений
- спектральные - дают сведения о температуре, химическом составе, магнитных полях, движений небесных тел.
- Документальность - способность фиксировать происходящее явление и процессы и долгое время сохранять полученную информацию.
- Моментальность - способность регистрировать кратковременные события.
- Панорамность - способность запечатлеть одновременно несколько объектов.
- Интегральность - способность накапливать свет от слабых источников.
- Детальность - способность рассматривать детали объекта на изображении.
- В телескоп мы предельно видим: (разрешающая способность ) α= 14 " /D или α= 206265·λ/D [где λ - длина световой волны, а D - диаметр объектива телескопа] .
- Количество света, собранного объективом - называется светосилой . Светосила Е =~S (или D 2) объектива. Е=(D/d хр ) 2 , где d хр - диаметр зрачка человека в обычных условиях 5мм (максимум в темноте 8мм).
- Увеличение телескопа =Фокусное расстояние объектива/Фокусное расстояние окуляра. W=F/f=β/α .
Задача (самостоятельно-3 мин): Для 6м телескопа- рефлектора в Специальной астрофизической обсерватории (на северном Кавказе) определить разрешающую способность, светосилу и увеличение, если используется окуляр с фокусным расстоянием 5см (F=24м). [Оценка по скорости и правильности решения ] Решение: α= 14 " /600 ≈ 0,023" [при α= 1" спичечная коробка видна на расстоянии 10км]. Е=(D/d хр) 2 =(6000/5) 2 = 120 2 =14400 [во столько раз собирает больше света, чем глаз наблюдателя] W=F/f=2400/5=480 2. Радиотелескопы - преимущества: в любую погоду и время суток можно вести наблюдение объектов, недоступные для оптических. Представляют собой чашу (подобие локатора. плакат "Радиотелескопы"). Радиоастрономия получило развитие после войны. Наибольшие сейчас радиотелескопы это неподвижные РАТАН- 600, Россия (вступил в строй в 1967г в 40 км от оптического телескопа, состоит из 895 отдельных зеркал размером 2,1х7,4м и имеет замкнутое кольцо диаметром 588м), Аресибо (Пуэрто -Рико, 305м-забетонированная чаша потухшего вулкана, введен в 1963г). Из подвижных имеют два радиотелескопа 100м чашу.
Небесные тела дают излучение: свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, радиоволны, рентгеновское, гамма - излучения. Так как атмосферы мешает прониканию лучей к земле c λ< λ света (ультрафиолетовые, рентгеновские, γ - излучения), то последнее время на орбиту Земли выводятся телескопы и целые орбитальные обсерватории : (т.е развиваются внеатмосферные наблюдения).
l. Закрепление материала
.
Вопросы:
- Какие сведения астрономические вы изучали в курсах других предметов? (природоведение, физики, истории и т.д.)
- В чем специфика астрономии по сравнению с другими науками о природе?
- Какие типы небесных тел вам известны?
- Планеты. Сколько, как называются, порядок расположения, самая большая и т.д.
- Какое значение в народном хозяйстве имеет сегодня астрономия?
начения в народном хозяйстве:
- Ориентирование по звездам для определения сторон горизонта
- Навигация (мореходство, авиация, космонавтика) - искусство прокладывать путь по звездам
- Исследование Вселенной с целью понять прошлое и спрогнозировать будущее
- Космонавтика:
- Исследование Земли с целью сохранения ее уникальной природы
- Получение материалов, которые невозможно получение в земных условиях
- Прогноз погоды и предсказание стихийных бедствий
- Спасение терпящих бедствие судов
- Исследования других планет для прогнозирования развития Земли
Итог:
- Что нового узнали. Что такое астрономия, назначение телескопа и его виды. Особенности астрономии и т.д.
- Надо показать пользование CD- "Red Shift 5.1", Календарь Наблюдателя, пример астрономического журнала (электронного, например Небосвод). В Интернете показать , Астротоп , портал:Астрономия в Википедии , - используя которые можно получить информации по интересующему вопросу или найти её.
- Оценки.
Домашнее задание:
Введение, §1; вопросы и задания для самоконтроля (стр11), №6 и 7 составить схемы, желательно бы на уроке; стр29-30 (п.1-6) - главные мысли.
При подробном изучении материала об астрономических инструментах можно предложить ученикам вопросы и задачи:
1. Определите основные характеристики телескопа Г. Галилея.
2. В чем преимущества и недостатки оптической системы рефрактора Галилея по сравнению с оптической схемой рефрактора Кеплера?
3. Определите основные характеристики БТА. Во сколько раз БТА мощнее МШР?
4. В чем преимущества телескопов, установленных на борту космических аппаратов?
5. Какими условиями должно удовлетворять место для строительства астрономической обсерватории?
Урок оформили члены кружка “Интернет технологии” 2002г: Прытков Денис (10кл) и Дисенова Анна (9кл) . Изменен 01.09.2007г
| «Планетарий» 410,05 мб | Ресурс позволяет установить на компьютер учителя или учащегося полную версию инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий". "Планетарий" - подборка тематических статей - предназначены для использования учителями и учащимися на уроках физики, астрономии или естествознания в 10-11 классах. При установке комплекса рекомендуется использовать только английские буквы в именах папок. | ||
| Демонстрационные материалы 13,08 мб | Ресурс представляет собой демонстрационные материалы инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий". | ||
| Планетарий 2,67 мб | Данный ресурс представляет собой интерактивную модель "Планетарий", которая позволяет изучать звездное небо посредством работы с данной моделью. Для полноценного использования ресурса необходимо установить Java Plug-in | ||
| Урок | Тема урока | Разработки уроков в коллекции ЦОР | Статистическая графика из ЦОР |
| Урок 1 | Предмет астрономии | Тема 1. Предмет астрономии. Созвездия. Ориентирование по звездному небу 784,5 кб 127,8 кб 450,7 кб Шкала электромагнитных волн с приемниками излучения 149,2 кб |
|
- Потребность счета времени (календарь). (Древний Египет - замечена взаимосвязь с астрономическими явлениями)
- Находить дорогу по звездам, особенно мореплавателям (первые парусные суда появились за 3 тыс. лет до н. э)
- Любознательность - разобраться в происходящих явлениях и поставить их себе на службу.
- Забота о своей судьбе, народившая астрологию.
Учитель объясняет новый материал:
Астрономия [греч. astron - звезда, nomos -закон] - наука о Вселенной (о природе)= наука о строении, происхождении и развитии небесных тел и их систем
, муза - Урания.
Системы:
- все тела во Вселенной образуют системы различной сложности.
История астрономии
- одна из самых увлекательных и древнейших наук (можно показать отрывок из фильма Астрономия (ч.1, фр. 2 Самая древняя наука). Потребность в астрономических знаниях диктовалась жизненной необходимостью:Счета времени (календарь).
Находить дорогу по звездам, особенно мореплавателям
Любознательность - разобраться в происходящих явлениях и поставить их себе на службу.
Забота о своей судьбе, народившая астрологию
Этапы развития астрономии
I-й
Античный мир
(до н. э)
II-ой
Дотелескопический
(наша эра до 1610г)
III-ий
Телескопический
(1610-1814гг)
IV-ый
Спектроскопия
(1814-1900гг)
V-ый Современный (1900 - наст.время)
Связь c другими предметами.
Крупномасштабная структура В
селенной
Галактики, подобно звездам, редко бывают одиночными. Они тяготеют к объединению. 90% галактик находится в скоплениях, насчитывающих от десятков до тысяч галактик. Средний диаметр скопления 5 Мпк, среднее число галактик в них не менее 130.Вселенной на самых разных уровнях присуща структурность: от ядер атомов до гигантских сверхскоплений галактик. Возраст Вселенной: (13,7 ± 0,2)х109 лет;
Часть первая АСТРОНОМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ПРОБЛЕМЫ
1. Масштабы Вселенной и ее строение Если бы астрономы-профессионалы постоянно и ощутимо представляли себе чудовищную величину космических расстояний и интервалов времени эволюции небесных светил, вряд ли они могли успешно развивать науку, которой посвятили свою жизнь. Привычные нам с детства пространственно-временные масштабы настолько ничтожны по сравнению с космическими, что когда это доходит до сознания, то буквально захватывает дух. Занимаясь какой-нибудь проблемой космоса, астроном либо решает некую математическую задачу (это чаще всего делают специалисты по небесной механике и астрофизики-теоретики), либо занимается усовершенствованием приборов и методов наблюдений, либо же строит в своем воображении, сознательно или бессознательно, некоторую небольшую модель исследуемой космической системы. При этом основное значение имеет правильное понимание относительных размеров изучаемой системы (например, отношение размеров деталей данной космической системы, отношение размеров этой системы и других, похожих или непохожих на нее, и т. д.) и интервалов времени (например, отношение скорости протекания данного процесса к скорости протекания какого-либо другого). Автор этой книги довольно много занимался, например, солнечной короной и Галактикой. И всегда они представлялись ему неправильной формы сфероидальными телами примерно одинаковых размеров - что-нибудь около 10 см... Почему 10 см? Этот образ возник подсознательно, просто потому, что слишком часто, раздумывая над тем или иным вопросом солнечной или галактической физики, автор чертил в обыкновенной тетради (в клеточку) очертания предметов своих размышлений. Чертил, стараясь придерживаться масштабов явлений. По одному очень любопытному вопросу, например, можно было провести интересную аналогию между солнечной короной и Галактикой (вернее, так называемой "галактической короной"). Конечно, автор этой книги очень хорошо, так сказать, "умом" знал, что размеры галактической короны в сотни миллиардов раз больше, чем размеры солнечной. Но он спокойно забывал об этом. А если в ряде случаев большие размеры галактической короны приобретали некоторое принципиальное значение (бывало и так), это учитывалось формально-математически. И все равно зрительно обе "короны" представлялись одинаково маленькими... Если бы автор в процессе этой работы предавался философским размышлениям о чудовищности размеров Галактики, о невообразимой разреженности газа, из которого состоит галактическая корона, о ничтожности нашей малютки-планеты и собственного бытия и о прочих других не менее правильных предметах, работа над проблемами солнечной и галактической корон прекратилась бы автоматически... Пусть простит мне читатель это "лирическое отступление". Я не сомневаюсь, что и у других астрономов возникали такие же мысли, когда они работали над своими проблемами. Мне кажется, что иногда полезно поближе познакомиться с "кухней" научной работы... Если мы хотим на страницах этой книги обсуждать волнующие вопросы о возможности разумной жизни во Вселенной, то, прежде всего, нужно будет составить правильное представление о ее пространственно-временных масштабах. Еще сравнительно недавно земной шар представлялся человеку огромным. Свыше трех лет потребовалось отважным сподвижникам Магеллана, чтобы 465 лет тому назад ценой неимоверных лишений совершить первое кругосветное путешествие. Немногим более 100 лет прошло с того времени, когда находчивый герой фантастического романа Жюля Верна совершил, пользуясь последними достижениями техники того времени, путешествие вокруг света за 80 суток. И прошло всего лишь 26 лет с тех памятных для всего человечества дней, когда первый советский космонавт Гагарин облетел на легендарном космическом корабле "Восток" земной шар за 89 мин. И мысли людей невольно обратились к огромным пространствам космоса, в которых затерялась небольшая планета Земля... Наша Земля - одна из планет Солнечной системы. По сравнению с другими планетами она расположена довольно близко к Солнцу, хотя и не является самой близкой. Среднее расстояние от Солнца до Плутона - самой далекой планеты Солнечной системы - в 40 раз больше среднего расстояния от Земли до Солнца. В настоящее время неизвестно, имеются ли в Солнечной системе планеты, еще более удаленные от Солнца, чем Плутон. Можно только утверждать, что если такие планеты и есть, они сравнительно невелики. Условно размеры Солнечной системы можно принять равными 50-100 астрономическим единицам * , или около 10 млрд км. По нашим земным масштабам это очень большая величина, примерно в 1 миллион превосходящая диаметр Земли.Рис. 1. Планеты Солнечной системы
Мы можем более наглядно представить относительные масштабы Солнечной системы следующим образом. Пусть Солнце изображается биллиардным шаром диаметром 7 см. Тогда ближайшая к Солнцу планета - Меркурий находится от него в этом масштабе на расстоянии 280 см. Земля - на расстоянии 760 см, гигант - планета Юпитер удалена на расстояние около 40 м, а самая дальняя планета - во многих отношениях пока еще загадочный Плутон - на расстояние около 300м. Размеры земного шара в этом масштабе несколько больше 0,5 мм, лунный диаметр - немногим больше 0,1 мм, а орбита Луны имеет диаметр около 3 см. Даже самая близкая к нам звезда - Проксима Центавра удалена от нас на такое большое расстояние, что по сравнению с ним межпланетные расстояния в пределах Солнечной системы кажутся сущими пустяками. Читатели, конечно, знают, что для измерения межзвездных расстояний такой единицей длины, как километр, никогда не пользуются **). Эта единица измерений (так же как сантиметр, дюйм и пр.) возникла из потребностей практической деятельности человечества на Земле. Она совершенно непригодна для оценки космических расстояний, слишком больших по сравнению с километром. В популярной литературе, а иногда и в научной, для оценки межзвездных и межгалактических расстояний как единицу измерения употребляют "световой год". Это такое расстояние, которое свет, двигаясь со скоростью 300 тыс. км/с, проходит за год. Легко убедиться, что световой год равен 9,46x10 12 км, или около 10000 млрд км. В научной литературе для измерения межзвездных и межгалактических расстояний обычно применяется особая единица, получившая название "парсек";
1 парсек (пк) равен 3,26 светового года. Парсек определяется как такое расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом в 1 сек. дуги. Это очень маленький угол. Достаточно сказать, что под таким углом монета в одну копейку видна с расстояния в 3 км.
Рис. 2. Шаровое скопление 47 Тукана
Ни одна из звезд - ближайших соседок Солнечной системы - не находится к нам ближе, чем на 1 пк. Например, упомянутая Проксима Центавра удалена от нас на расстояние около 1,3 пк. В том масштабе, в котором мы изобразили Солнечную систему, это соответствует 2 тыс. км. Все это хорошо иллюстрирует большую изолированность нашей Солнечной системы от окружающих звездных систем, некоторые из этих систем, возможно, имеют с ней много сходства. Но окружающие Солнце звезды и само Солнце составляют лишь ничтожно малую часть гигантского коллектива звезд и туманностей, который называется "Галактикой". Это скопление звезд мы видим в ясные безлунные ночи как пересекающую небо полосу Млечного Пути. Галактика имеет довольно сложную структуру. В первом, самом грубом приближении мы можем считать, что звезды и туманности, из которых она состоит, заполняют объем, имеющий форму сильно сжатого эллипсоида вращения. Часто в популярной литературе форму Галактики сравнивают с двояковыпуклой линзой. На самом деле все обстоит значительно сложнее, и нарисованная картина является слишком грубой. В действительности оказывается, что разные типы звезд совершенно по-разному концентрируются к центру Галактики и к ее "экваториальной плоскости". Например, газовые туманности, а также очень горячие массивные звезды сильно концентрируются к экваториальной плоскости Галактики (на небе этой плоскости соответствует большой круг, проходящий через центральные части Млечного Пути). Вместе с тем они не обнаруживают значительной концентрации к галактическому центру. С другой стороны, некоторые типы звезд и звездных скоплений (так называемые "шаровые скопления", рис. 2) почти никакой концентрации к экваториальной плоскости Галактики не обнаруживают, но зато характеризуются огромной концентрацией по направлению к ее центру. Между этими двумя крайними типами пространственного распределения (которое астрономы называют "плоское" и "сферическое") находятся все промежуточные случаи. Все же оказывается, что основная часть звезд в Галактике находится в гигантском диске, диаметр которого около 100 тыс. световых лет, а толщина около 1500 световых лет. В этом диске насчитывается несколько больше 150 млрд звезд самых различных типов. Наше Солнце - одна из этих звезд, находящаяся на периферии Галактики вблизи от ее экваториальной плоскости (точнее, "всего лишь" на расстоянии около 30 световых лет - величина достаточно малая по сравнению с толщиной звездного диска). Расстояние от Солнца до ядра Галактики (или ее центра) составляет около 30 тыс. световых лет. Звездная плотность в Галактике весьма неравномерна. Выше всего она в области галактического ядра, где, по последним данным, достигает 2 тыс. звезд на кубический парсек, что почти в 20 тыс. раз больше средней звездной плотности в окрестностях Солнца *** . Кроме того, звезды имеют тенденцию образовывать отдельные группы или скопления. Хорошим примером такого скопления являются Плеяды, которые видны на нашем зимнем небе (рис. 3). В Галактике имеются и структурные детали гораздо больших масштабов. Исследованиями последних лет доказано, что туманности, а также горячие массивные звезды распределены вдоль ветвей спирали. Особенно хорошо спиральная структура видна у других звездных систем - галактик (с маленькой буквы, в отличие от нашей звездной системы - Галактики). Одна из таких галактик изображена на рис. 4. Установить спиральную структуру Галактики, в которой мы сами находимся, оказалось в высшей степени трудно.
Рис. 3. Фотография звездного скопления Плеяд
Рис. 4. Спиральная галактика NGC 5364
Звезды и туманности в пределах Галактики движутся довольно сложным образом. Прежде всего, они участвуют во вращении Галактики вокруг оси, перпендикулярной к ее экваториальной плоскости. Это вращение не такое, как у твердого тела: различные участки Галактики имеют различные периоды вращения. Так, Солнце и окружающие его в огромной области размерами в несколько сотен световых лет звезды совершают полный оборот за время около 200 млн лет. Так как Солнце вместе с семьей планет существует, по-видимому, около 5 млрд лет, то за время своей эволюции (от рождения из газовой туманности до нынешнего состояния) оно совершило примерно 25 оборотов вокруг оси вращения Галактики. Мы можем сказать, что возраст Солнца - всего лишь 25 "галактических лет", скажем прямо - возраст цветущий... Скорость движения Солнца и соседних с ним звезд по их почти круговым галактическим орбитам достигает 250 км/с **** . На это регулярное движение вокруг галактического ядра накладываются хаотические, беспорядочные движения звезд. Скорости таких движений значительно меньше - порядка 10-50 км/с, причем у объектов разных типов они различны. Меньше всего скорости у горячих массивных звезд (6-8 км/с), у звезд солнечного типа они около 20 км/с. Чем меньше эти скорости, тем более "плоским" является распределение данного типа звезд. В том масштабе, которым мы пользовались для наглядного представления Солнечной системы, размеры Галактики будут составлять 60 млн км - величина, уже довольно близкая к расстоянию от Земли до Солнца. Отсюда ясно, что по мере проникновения во все более удаленные области Вселенной этот масштаб уже не годится, так как теряет наглядность. Поэтому мы примем другой масштаб. Мысленно уменьшим земную орбиту до размеров самой внутренней орбиты атома водорода в классической модели Бора. Напомним, что радиус этой орбиты равен 0,53x10 -8 см. Тогда ближайшая звезда будет находиться на расстоянии приблизительно 0,014 мм, центр Галактики - на расстоянии около 10 см, а размеры нашей звездной системы будут около 35 см. Диаметр Солнца будет иметь микроскопические размеры: 0,0046 А (ангстрем-единица длины, равная 10 -8 см).
Мы уже подчеркивали, что звезды удалены друг от друга на огромные расстояния, и тем самым практически изолированы. В частности, это означает, что звезды почти никогда не сталкиваются друг с другом, хотя движение каждой из них определяется полем силы тяготения, создаваемым всеми звездами в Галактике. Если мы будем рассматривать Галактику как некоторую область, наполненную газом, причем роль газовых молекул и атомов играют звезды, то мы должны считать этот газ крайне разреженным. В окрестностях Солнца среднее расстояние между звездами примерно в 10 млн раз больше, чем средний диаметр звезд. Между тем при нормальных условиях в обычном воздухе среднее расстояние между молекулами всего лишь в несколько десятков раз больше размеров последних. Чтобы достигнуть такой же степени относительного разрежения, плотность воздуха следовало бы уменьшить по крайней мере в 1018 раз! Заметим, однако, что в центральной области Галактики, где звездная плотность относительно высока, столкновения между звездами время от времени будут происходить. Здесь следует ожидать приблизительно одно столкновение каждый миллион лет, в то время как в "нормальных" областях Галактики за всю историю эволюции нашей звездной системы, насчитывающую, по крайней мере, 10 млрд лет, столкновений между звездами практически не было (см. гл. 9).
Мы кратко обрисовали масштаб и самую общую структуру той звездной системы, к которой принадлежит наше Солнце. При этом совершенно не рассматривались те методы, при помощи которых в течение многих лет несколько поколений астрономов шаг за шагом воссоздавали величественную картину строения Галактики. Этой важной проблеме посвящены другие книги, к которым мы отсылаем интересующихся читателей (например, Б.А.Воронцов-Вельяминов "Очерки о Вселенной", Ю.Н. Ефремов "В глубины Вселенной"). Наша задача - дать только самую общую картину строения и развития отдельных объектов Вселенной. Такая картина совершенно необходима для понимания этой книги.
Рис. 5. Туманность Андромеды со спутниками
Уже несколько десятилетий астрономы настойчиво, изучают другие звездные системы, в той или иной степени сходные с нашей. Эта область исследований получила название "внегалактической астрономии". Она сейчас играет едва ли не ведущую роль в астрономии. В течение последних трех десятилетий внегалактическая астрономия добилась поразительных успехов. Понемногу стали вырисовываться грандиозные контуры Метагалактики, в состав которой наша звездная система входит как малая частица. Мы еще далеко не все знаем о Метагалактике. Огромная удаленность объектов создает совершенно специфические трудности, которые разрешаются путем применения самых мощных средств наблюдения в сочетании с глубокими теоретическими исследованиями. Все же общая структура Метагалактики в последние годы в основном стала ясной. Мы можем определить Метагалактику как совокупность звездных систем - галактик, движущихся в огромных пространствах наблюдаемой нами части Вселенной. Ближайшие к нашей звездной системе галактики - знаменитые Магеллановы Облака, хорошо видные на небе южного полушария как два больших пятна примерно такой же поверхностной яркости, как и Млечный Путь. Расстояние до Магеллановых Облаков "всего лишь" около 200 тыс. световых лет, что вполне сравнимо с общей протяженностью нашей Галактики. Другая "близкая" к нам галактика - это туманность в созвездии Андромеды. Она видна невооруженным глазом как слабое световое пятнышко 5-й звездной величины ***** . На самом деле это огромный звездный мир, по количеству звезд и полной массе раза в три превышающей нашу Галактику, которая в свою очередь является гигантом среди галактик. Расстояние до туманности Андромеды, или, как ее называют астрономы, М 31 (это означает, что в известном каталоге туманностей Мессье она занесена под № 31), около 1800 тыс. световых лет, что примерно в 20 раз превышает размеры Галактики. Туманность М 31 имеет явно выраженную спиральную структуру и по многим своим характеристикам весьма напоминает нашу Галактику. Рядом с ней находятся ее небольшие спутники эллипсоидальной формы (рис. 5). На рис. 6 приведены фотографии нескольких сравнительно близких к нам галактик. Обращает на себя внимание большое разнообразие их форм. Наряду со спиральными системами (такие галактики обозначаются символами Sа, Sb и Sс в зависимости от характера развития спиральной структуры; при наличии проходящей через ядро "перемычки" (рис. 6а) после буквы S ставится буква В) встречаются сфероидальные и эллипсоидальные, лишенные всяких следов спиральной структуры, а также "неправильные" галактики, хорошим примером которых могут служить Магеллановы Облака. В большие телескопы наблюдается огромное количество галактик. Если галактик ярче видимой 12-й величины насчитывается около 250, то ярче 16-й - уже около 50 тыс. Самые слабые объекты, которые на пределе может сфотографировать телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 5 м, имеют 24,5-ю величину. Оказывается, что среди миллиардов таких слабейших объектов большинство составляют галактики. Многие из них удалены от нас на расстояния, которые свет проходит за миллиарды лет. Это означает, что свет, вызвавший почернение пластинки, был излучен такой удаленной галактикой еще задолго до архейского периода геологической истории Земли!.
Рис. 6а. Галактика типа "пересеченной спирали"
Рис. 6б. Галактика NGC 4594
Рис. 6с. Галактики Магеллановы облака
Иногда среди галактик попадаются удивительные объекты, например "радиогалактики". Это такие звездные системы, которые излучают огромное количество энергии в радиодиапазоне. У некоторых радиогалактик поток радиоизлучения в несколько раз превышает поток оптического излучения, хотя в оптическом диапазоне их светимость очень велика ~ в несколько раз превосходит полную светимость нашей Галактики. Напомним, что последняя складывается из излучения сотен миллиардов звезд, многие из которых в свою очередь излучают значительно сильнее Солнца. Классический пример такой радиогалактики - знаменитый объект Лебедь А. В оптическом диапазоне это два ничтожных световых пятнышка 17-й звездной величины (рис. 7). На самом деле их светимость очень велика, примерно в 10 раз больше, чем у нашей Галактики. Слабой эта система кажется потому, что она удалена от нас на огромное расстояние - 600 млн световых лет. Однако поток радиоизлучения от Лебедя А на метровых волнах настолько велик, что превышает даже поток радиоизлучения от Солнца (в периоды, когда на Солнце нет пятен). Но ведь Солнце очень близко - расстояние до него "всего лишь" 8 световых минут; 600 млн лет - и 8 мин! А ведь потоки излучения, как известно, обратно пропорциональны квадратам расстояний! Спектры большинства галактик напоминают солнечный; в обоих случаях наблюдаются отдельные темные линии поглощения на довольно ярком фоне. В этом нет ничего неожиданного, так как излучение галактик - это излучение миллиардов входящих в их состав звезд, более или менее похожих на Солнце. Внимательное изучение спектров галактик много лет назад позволило сделать одно открытие фундаментальной важности. Дело в том, что по характеру смещения длины волны какой-либо спектральной линии по отношению к лабораторному стандарту можно определить скорость движения излучающего источника по лучу зрения. Иными словами, можно установить, с какой скоростью источник приближается или удаляется.
Рис. 7. Радиогалактика Лебедь А
Если источник света приближается, спектральные линии смещаются в сторону более коротких волн, если удаляется - в сторону более длинных. Это явление называется "эффектом Доплера". Оказалось, что у галактик (за исключением немногих, самых близких к нам) спектральные линии всегда смещены в длинноволновую часть спектра ("красное смещение" линий), причем величина этого смещения тем больше, чем более удалена от нас галактика. Это означает, что все галактики удаляются от нас, причем скорость "разлета" по мере удаления галактик растет. Она достигает огромных значений. Так, например, найденная по красному смещению скорость удаления радиогалактики Лебедь А близка к 17 тыс. км/с. Еще двадцать пять лет назад рекорд принадлежал очень слабой (в оптических лучах 20-й величины) радиогалактике ЗС 295. В 1960 г. был получен ее спектр. Оказалось, что известная ультрафиолетовая спектральная линия, принадлежащая ионизованному кислороду, смещена в оранжевую область спектра! Отсюда легко найти, что скорость удаления этой удивительной звездной системы составляет 138 тыс. км/с, или почти половину скорости света! Радио галактика ЗС 295 удалена от нас на расстояние, которое свет проходит за 5 млрд лет. Таким образом, астрономы исследовали свет, который был излучен тогда, когда образовывались Солнце и планеты, а может быть, даже "немного" раньше... С тех пор открыты еще более удаленные объекты (гл. 6). Причины расширения системы, состоящей из огромного количества галактик, мы здесь касаться не будем. Этот сложный вопрос является предметом современной космологии. Однако сам факт расширения Вселенной имеет большое значение для анализа развития жизни в ней (гл. 7). На общее расширение системы галактик накладываются беспорядочные скорости отдельных галактик, обычно равные нескольким сотням километров в секунду. Именно поэтому ближайшие к нам галактики не обнаруживают систематического красного смещения. Ведь скорости беспорядочных (так называемых "пекулярных") движений для этих галактик больше регулярной скорости красного смещения. Последняя растет по мере удаления галактик приблизительно на 50 км/с, на каждый миллион парсек. Поэтому для галактик, расстояния до которых не превосходят нескольких миллионов парсек, беспорядочные скорости превышают скорость удаления, обусловленную красном смещением. Среди близких галактик наблюдаются и такие, которые приближаются к нам (например, туманность Андромеды М 31). Галактики не распределены в метагалактическом пространстве равномерно, т.е. с постоянной плотностью. Они обнаруживают ярко выраженную тенденцию образовывать отдельные группы или скопления. В частности, группа из примерно 20 близких к нам галактик (включая нашу Галактику) образует так называемую "местную систему". В свою очередь местная система входит в большое скопление галактик, центр которого находится в той части неба, на которую проектируется созвездие Девы. Это скопление насчитывает несколько тысяч членов и принадлежит к числу самых больших. На рис. 8 приведена фотография известного скопления галактик в созвездии Северной Короны, насчитывающего сотни галактик. В пространстве между скоплениями плотность галактик в десятки раз меньше, чем внутри скоплений.
Рис. 8. Скопление галактик в созвездии Северной Короны
Обращает на себя внимание разница между скоплениями звезд, образующими галактики, и скоплениями галактик. В первом случае расстояния между членами скопления огромны по сравнению с размерами звезд, в то время как средние расстояния между галактиками в скоплениях галактик всего лишь в несколько раз больше, чем размеры галактик. С другой стороны, число галактик в скоплениях не идет ни в какое сравнение с числом звезд в галактиках. Если рассматривать совокупность галактик как некоторый газ, где роль молекул - играют отдельные галактики, то мы должны считать эту среду чрезвычайно вязкой.
Таблица 1
|
Большой Взрыв |
|
|
Образование галактик (z~10) |
|
|
Образование Солнечной системы |
|
|
Образование Земли |
|
|
Возникновение жизни на Земле |
|
|
Образование древнейших скал на Земле |
|
|
Появление бактерий и сине-зеленых водорослей |
|
|
Возникновение фотосинтеза |
|
|
Первые клетки с ядром |
|
| Воскресенье | Понедельник | Вторник | Среда | Четверг | Пятница | Суббота |
| Возникновение кислородной атмосферы на Земле | Мощная вулканическая деятельность на Марсе | |||||
| Первые черви | Океанский планктон Трилобиты | Ордовик Первые рыбы | Силур Растения колонизируют сушу | |||
| Девон Первые насекомые Животные колонизируют сушу | Первые амфибии и крылатые насекомые | Карбон Первые деревья Первые рептилии | Пермь Первые динозавры | Начало мезозоя | Триас Первые млекопитающие | Юра Первые птицы |
| Мел Первые цветы | Третич-ный период Первые приматы | Первые гоминиды | Чет-вертичный период Первые люди (~22:30) |
- * Астрономическая единица - среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 149600 тыс. км.
- ** Пожалуй, только скорости звезд и планет в астрономии выражаются в единицах "километр в секунду".
- *** В самом центре галактического ядра в области поперечником в 1 пк находится, по-видимому, несколько миллионов звезд.
- **** Полезно запомнить простое правило: скорость в 1 пк за 1 млн лет почти равна скорости в 1 км/с. Предоставляем читателю убедиться в этом.
- ***** Поток излучения от звезд измеряется так называемыми "звездными величинами". По определению, поток от звезды (i+1)-й величины в 2,512 раза меньше, чем от звезды i-й величины. Звезды слабее 6-й величины невооруженным глазом не видны. Самые яркие звезды имеют отрицательную звездную величину (например, у Сириуса она равна -1,5).
Астрономия – это наука о небесных телах (от древнегреческих слов астон – звезда и номос – закон)
Она изучает видимые и действительные движения и законы,определяющие эти движения, форму, размер, массу и рельеф
Поверхности, природу и физическое состояние небесных тел,
взаимодействие и их эволюцию.
Изучение вселенной
Число звезд в галактике исчисляется в триллионах. Самые многочисленныезвезды – это карлики с массами примерно в 10 раз меньше Солнца. Кроме
одиночных звезд и их спутников (планет), в состав Галактики входят
двойные и кратные звезды, а также группы звезд, связанные силой тяготения
и движущиеся в пространстве как единое целое, называемое звездными
скоплениями. Некоторые из них можно отыскать на небе в телескоп, а
иногда и не вооруженным глазом. Такие скопления не имеют правильной
формы; их в настоящее время известно более тысячи. Звездные скопления
делятся на рассеянные и шаровые. В отличие от рассеивающих звездных
скоплений, состоящих в основном из звезд, которые принадлежат главной
последовательности, шаровые скопления содержат красные и желтые
гиганты и сверхгиганты. Обзоры неба, выполненные рентгентовскими
телескопами, установленными на специальных искусственных спутниках
Земли, привели к открытию рентгентовского излучения многих шаровых
скоплений.
Строение галактики
Подавляющая часть звезд и диффузной материи Галактики занимаетлинзообразный объем. Солнце находится на расстоянии около 10.000 Пк от
центра Галактики, скрытого от нас облаками межзвездной пыли. В центре
Галактики расположено ядро, которое в последнее время тщательно
исследуется в инфракрасном, радио- и рентгеновском диапазонах волн.
Непрозрачные облака пыли застилают от нас ядро, препятствуя визуальным
и обычным фотографическим наблюдениям этого интереснейшего объекта
Галактики. Если бы мы могли взглянуть на галактический диск «сверху», то
обнаружили бы огромные спиральные ветви,
в основном содержащие наиболее горячие и яркие звезды, а также
массивные газовые облака. Диск со спиральными ветвями образует основу
плоской подсистемы Галактики. А объекты, концентрирующиеся к ядру
Галактики и лишь частично проникающие в диск, относятся к сферической
подсистеме. Это и есть упрощенная форма строения Галактики.
Типы галактик
1 Спиральные. Это 30% галактик. Они бывают двух видов. Нормальные ипересеченные.
2 Эллиптические. Считается, что большинство галактик имеет форму
сплющенной сферы. Среди них есть шаровые и почти плоские. Самая
большая из известных эллиптических- галактика М87 в созвездии Девы.
3 Не правильные. Многие галактики имеют клочковатую форму без ярко
выраженного контура. К ним относится Магеланово Облако Нашей
Местной группы.
Солнце
Солнце - это центр нашей планетной системы, основной ее элемент, без которого небыло бы ни Земли, ни жизни на ней. Наблюдением за звездой люди занимаются с
древних времен. С тех пор наши знания о светиле значительно расширились,
обогатились многочисленными сведениями о движении, внутренней структуре и
природе этого космического объекта. Более того, изучение Солнца вносит огромный
вклад в понимание устройства Вселенной в целом, особенно тех ее элементов,
которые аналогичны по своей сути и принципам «работы».
Солнце
Солнце - это объект, существующий, почеловеческим меркам, очень давно.
Его формирование началось примерно 5
миллиардов лет назад. Тогда на месте
Солнечной системы находилось обширное
молекулярное облако.
Под воздействием сил гравитации в нем начали
возникать завихрения, подобные земным
смерчам. В центре одного из них вещество (в
основном это был водород) начало уплотняться,
и 4,5 млрд лет назад тут появилась молодая
звезда, которая спустя еще продолжительный
период времени получила имя Солнце.
Вокруг него постепенно стали формироваться
планеты - наш уголок Вселенной начал
приобретать привычный для современного
человека вид. -
Жёлтый карлик
Солнце - это не уникальный объект. Его относят к классу желтых карликов,сравнительно небольших звезд главной последовательности. Срок
«службы», отпущенный таким телам, составляет примерно 10 миллиардов
лет. По меркам космоса, это совсем немного. Сейчас наше светило, можно
сказать, в самом расцвете сил: еще не старое, уже не молодое - впереди
еще полжизни.
Строение солнца
Световой год
Световой год – это то расстояние, которое проходит свет за один год. Международный астрономическийсоюз дал свое объяснение световому году – это то расстояние, которое проходит свет в вакууме, без
участия гравитации, за юлианский год. Юлианский год равен 365 суткам. Именно эта расшифровка
используется в научной литературе. Если брать профессиональную литературу, то тут расстояние
рассчитывается в парсеках или кило- и мегапарсеках.
До 1984 года световым годом считалось расстояние, которое проходит свет за один тропический год.
Новое определение отличается от старого всего лишь на 0,002%. Особого различия между определениями
нет.
Имеются конкретные цифры, которые определили расстояние световых часов, минут, дней и т.д.
Световой год равен 9 460 800 000 000 км,
месяц - 788 333 млн. км.,
неделя - 197 083 млн. км.,
сутки - 26 277 млн. км,
час - 1 094 млн. км.,
минута - около 18 млн. км.,
секунда - около 300 тыс. км.
Галактика Созвездие Девы
Лучше всего Деву можно рассмотреть вначале весны, а именно в марте -
апреле, когда оно переходит в южную
часть горизонта. Благодаря тому, что
созвездие
имеет
внушительные
размеры, Солнце в нем находится
больше месяца – начиная с 16
сентября и вплоть до 30 октября. На
старинных звездных атласах Деву
представляли, как девушку с колоском
пшеницы в правой руке. Однако не
каждый
способен
разглядеть
в
хаотичной россыпи звезд именно
такой образ. Тем не менее, найти
созвездие Девы на небе не так уж
сложно. В ее составе есть звезда
первой величины, благодаря яркому
свету которой Деву можно легко
разыскать среди прочих созвездий.
Туманность Андромеды
Ближайшая к Млечному Пути большая галактика.Содержит примерно 1 триллион звёзд, что в 2,5-5 раз больше
Млечного Пути. Расположена в созвездии Андромеды и отдалена
от Земли на расстояние 2,52 млн св. лет. Плоскость галактики наклонена
к лучу зрения под углом 15°, её видимый размер - 3,2 × 1,0°, видимая
звёздная величина - +3,4m.
Млечный путь
Млечный Путь относится к галактикам спиральноготипа. При этом он имеет перемычку в виде огромной
звездной системы, связанной между собой
гравитационными силами. Считается, что Млечный
Путь существует уже более тринадцати миллиардов
лет. Это период, в течение которого в данной
Галактике образовалось порядка 400 млрд созвездий
и звезд, свыше тысячи огромных по своим размерам
газовых туманностей, скоплений и облаков. Форма
Млечного Пути хорошо видна на карте Вселенной. При
ее рассмотрении становится понятно, что это
скопление звезд представляет собой диск, диаметр
которого равен 100 тыс. световых лет (один такой
световой год составляет десять триллионов
километров). Толщина звездного скопления - 15 тыс.,
а глубина - около 8 тыс. световых лет. Сколько весит
Млечный Путь? Это (определение его массы - весьма
сложная задача) подсчитать не представляется
возможным. Сложности вызывает определение
массы темной материи, которая не вступает во
взаимодействие с электромагнитным излучением. Вот
почему астрономы окончательно не могут ответить на
данный вопрос. Но существуют грубые подсчеты,
согласно которым, вес Галактики находится в пределах
от 500 до 3000 млрд масс Солнца
Ядро Млечного Пути
Эта часть Млечного Пути расположена в созвездии Стрельца. В ядре находится источник нетепловогоизлучения, имеющий температуру порядка десяти миллионов градусов. В центре данной части
Млечного Пути находится уплотнение, называемое "балджем". Это целая вереница старых звезд,
которая движется по вытянутой орбите. У большей части этих небесных тел жизненный цикл уже
подходит к концу. В центральной части ядра Млечного Пути расположена сверхмассивная черная
дыра. Этот участок космического пространства, вес которого равен массе трех миллионов солнц,
имеет мощнейшую гравитацию. Вокруг него вращается еще одна черная дыра, только меньшего
размера. Такая система создает настолько сильное гравитационное поле, что находящиеся
неподалеку созвездия и звезды совершают движение по весьма необычным траекториям. У центра
Млечного Пути есть и другие особенности. Так, для него характерно большое скопление звезд.
Причем расстояние между ними в сотни раз меньше, чем то, которое наблюдается на периферии
образования.
Ядро Млечного Пути
