lmaxT = 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 Vc = 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 (Мс),
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.