ВКЛ / ВЫКЛ: ИЗОБРАЖЕНИЯ: ШРИФТ: A A A ФОН: Ц Ц Ц ЦНАСТРОЙКИ:
Инфофиз
Весь мир в твоих руках, всё будет так, как ты захочешь!
г. Новороссийск
+7 (918) 465-56-36
kalinelena@yandex.ru

Инфофиз

Весь мир в твоих руках, всё будет так, как ты захочешь!
МЕНЮ

Астрономия

Астрономия - наука о Вселенной, изучающая расположение, движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и образованных ими систем. В частности, астрономия изучает Солнце, другие звёзды, планеты Солнечной системы и их спутники.

Когда ученик знакомится с астрономией он "поднимается" к более высокому уровню осмысления своей жизни и человеческой вообще, в планетарном масштабе. Кроме того, астрономический материал на уроках физики необходим учащимся как с познавательной и мировоззренческой, так и с духовной точки зрения. Поэтому сейчас предлагается опыт тесной интеграции физики и астрономии на уроках физики, то есть предлагается создание системы единого астрофизического образование в основной школе на базе курса физики. В этой системе учебный материал физики гармонично включает в себя астрономическую компоненту.

Карта звездного неба on-line  - интерактивная карта звёздного неба над вашим местом наблюдения в данный момент (планеты, звёзды, туманности, галактики...). Главный проект сайта КОСМОВЕД

1. Наука о небесных светилах, о законах их движения, их строения и развития, а также о строении и развитии Вселенной в целом называется …

1. Астрометрия

2. Астрофизика

3. Астрономия

4. Другой ответ

2. Наука, изучающая строение нашей Галактики и других звездных систем называется …

1. астрометрия

2. звездная астрономия

3. астрономия

4. другой ответ

3. Гелиоцентричную модель мира разработал …

1. Хаббл Эдвин

2. Николай Коперник

3. Тихо Браге

4. Клавдий Птолемей

4. Геоцентричную модель мира разработал …

1. Николай Коперник

2. Исаак Ньютон

3. Клавдий Птолемей

4. Тихо Браге

5. К планетам земной группы относятся …

1. Меркурий, Венера, Уран, Земля

2. Марс, Земля, Венера, Меркурий

3. Венера, Земля, Меркурий, Фобос

4. Меркурий, Земля, Марс, Юпитер

6. Состав Солнечной система включает …

1. восемь планет.

2. девять планет

3. десять планет

4. семь планет

7Второй от Солнца планета называется …

1. Венера

2. Меркурий

3. Земля

4. Марс

8. Четвертая от Солнца планета называется …

1. Земля

2. Марс

3. Юпитер

4. Сатурн

9. Определенный участок звездного неба с четко очерченными пределами, охватывающий все принадлежащие ей светила и имеющая собственное название называется …

1. небесной сферой

2. галактикой

3. созвездием

4. группой зрения

10. Межзвездное пространство …

1. не заполнено ничем

2. заполнено пылью и газом

3.заполнено обломками космических аппаратов

4. другой ответ.

11. Угол, под которым из звезды был бы виден радиус земной орбиты, называется …

1. годовой параллакс

2. горизонтальный параллакс

3. часовой угол

4. склонение

12. Угол между направлением на светило с какой-либо точки земной поверхности и направлением из центра Земли называется …

1. часовой угол

2. горизонтальный параллакс

3. азимут

4. прямое восхождение

13. Расстояние, с которого средний радиус земной орбиты виден под углом 1 секунда называется …

1. астрономическая единица

2. парсек

3. световой год

4. звездная величина

14. Верхняя точка пересечения отвесной линии с небесной сферой называется …

1. надир

2. точка севера

3. точка юга

4.зенит

15. Большой круг, проходящий через полюса мира и зенит, называется …

1. небесный экватор

2. небесный меридиан

3. круг склонений

 4. настоящий горизонт

16. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия называется …

1. солнечные сутки

2. звездные сутки

3. звездный час

4. солнечное время

17. Нижняя точка пересечения отвесной линии с небесной сферой называется …

1. точка юга

2. точка севера

3. зенит

4. надир

18. Большой круг, плоскость которого перпендикулярна оси мира называется …

1. небесный экватор

2. небесный меридиан

3. круг склонений

4. настоящий горизонт

19. Количество энергии, которую излучает звезда со всей своей поверхности в единицу времени по всем направлениям, называется …

1. звездная величина

2. яркость

3. парсек

4. светимость

20. Первая экваториальная система небесных координат определяется …

1. годичный угол и склонение

2. прямое восхождение и склонение

3. азимут и склонение

4. азимут и высота

21. Вторая экваториальная система небесных координат определяется …

1. годичный угол и склонение

2. прямое восхождение и склонение

3. азимут и склонение

4. азимут и высота

22. В каком созвездии находится звезда, имеющая координаты α = 20h 20m, δ = + 350°

1. Козерог

2. Дельфин

3. Стрела

4. Лебедь

23. Большой круг, по которому центр диска Солнца совершает своё видимое летнее движение на небесной сфере, называется …

1. небесный экватор

2. небесный меридиан

3. круг склонений

4. эклиптика

24. Линия, вокруг которой вращается небесная сфера, называется

1. ось мира

2. вертикаль

3. полуденная линия

4. настоящий горизонт

25. Путь Солнца на небе вдоль эклиптики пролегает через …

1. 11 созвездий

2. 12 созвездий

3. 13 созвездий

4. 14 созвездий

26. Затмение Солнца наступает …

1. если Луна попадает в тень Земли.

2. если Земля находится между Солнцем и Луной

3. если Луна находится между Солнцем и Землей

4. нет правильного ответа.

27. В каком созвездии находится звезда, имеет координаты α = 5h 20m, δ = + 100°

1. Телец

2. Возничий

3. Заяц

4. Орион

28. Каждая из планет движется вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Это утверждение …

1. первый закон Кеплера

2. второй закон Кеплера

3. третий закон Кеплера

4. четвертый закон Кеплера

29. Календарь, в котором подсчет времени ведут за изменением фаз Луны называют …

1. солнечным

2. лунно-солнечным

3. лунным

4. нет правильного ответа.

30. Обратное движение точки весеннего равноденствия называется …

1. перигелий

2. афелий

3. прецессия

4. нет правильного ответа

31. Главных фаз Луны насчитывают …

1. две

2. четыре

3. шесть

4.восемь

32. Угол, который, отсчитывают от точки юга S вдоль горизонта в сторону заката до вертикала светила, называют …

1. азимут

2. высота

3. часовой угол

4. склонение

33. Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей орбит. Это утверждение …

1. первый закон Кеплера

2. второй закон Кеплера

3. третий закон Кеплера

4. четвертый закон Кеплера

34. Телескоп, у которого объектив представляет собой вогнутое зеркало, называют …

1. рефлекторным

2. рефракторным

3. менисковый

4. нет правильного ответа

35. Телескоп, у которого объектив представляет собой линзу или систему линз называют …

1. рефлекторним

2. рефракторним

3. менисковый

4. нет правильного ответа.

36. Установил  законы движения планет …

1. Николай Коперник

2. Тихо Браге

3. Галилео Галилей

4. Иоганн Кеплер

37. Система, которая объединяет несколько радиотелескопов, называется …

1. радиоинтерферометром

2.радиотелескопом

3. детектором

4. нет правильного ответа

38. К планетам-гигантам относят планеты …

1. Фобос, Юпитер, Сатурн, Уран

2. Плутон, Нептун, Сатурн, Уран

3. Нептун, Уран, Сатурн, Юпитер

4. Марс, Юпитер, Сатурн, Уран

39. Звездная величина – характеристика, отражающая:

1. размер звезды

2. расстояние до звезды

3. блеск звезды

4. температуру звезды

40. Закон всемирного тяготения открыл …

1. Галилео Галилей

2. Хаббл Эдвин

3. Исаак Ньютон

4. Иоганн Кеплер

СОДЕРЖАНИЕ

  1. Паспорт рабочей программы учебной дисциплины «АСТРОНОМИЯ»
  2. Структура и содержание учебной дисциплины
  3. Условия реализации учебной дисциплины
  4. Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины
  5. Контрольные вопросы к темам и разделам

 1. ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «АСТРОНОМИЯ»

1.1 Пояснительная записка.

Программа общеобразовательной учебной дисциплины «Астрономия» предназначена для изучения астрономии  в профессиональных образовательных организациях СПО, реализующих образовательную программу среднего общего образования в пределах освоения основной профессиональной образовательной программы СПО (ОПОП СПО) на базе основного общего образования при подготовке квалифицированных рабочих, служащих и специалистов среднего звена.

Рабочая программа дисциплины АСТРОНОМИЯ (базовый уровень) разработана в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования, Приказа №506 от 7 июня 2017 года «О внесении изменений в Федеральный компонент государственных образовательных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования, утвержденный приказом Министерства образования РФ от 5 марта 2004 г. №1089», Федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования и учебным планом по программе подготовки квалифицированных рабочих, служащих и специалистов среднего звена.

Содержание программы «Астрономия» направлено на достижение следующих целей:

  • осознание принципиальной роли астрономии в познании фундаментальных законов природы и формировании современной естественнонаучной картины мира;
  • приобретение знаний о физической природе небесных тел и систем, строении и эволюции Вселенной, пространственных и временных масштабах Вселенной, наиболее важных астрономических открытиях, определивших развитие науки и техники;
  • овладение умениями объяснять видимое положение и движение небесных тел принципами определения местоположения и времени по астрономическим объектам, навыками практического использования компьютерных приложений для определения вида звездного неба в конкретном пункте для заданного времени;
  • развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе приобретения знаний по астрономии с использованием различных источников информации и современных технологий;
  • использование приобретенных знаний и умений для решения практических задач повседневной жизни;
  • формирование научного мировоззрения;
  • формирование навыков использования естественнонаучных и особенно физико-математических знаний для объективного анализа устройства окружающего мира на примере достижений современной астрофизики, астрономии и космонавтики.

Программа может использоваться другими профессиональными образовательными организациями, реализующими образовательную программу среднего общего образования в пределах освоения ОПОП СПО на базе основного общего образования (ППКРС, ППССЗ).

1.2 Общая характеристика учебной дисциплины «Астрономия».

Астрономия рассматривается как курс, который, завершая физико-математическое образование студентов 1 курса, знакомит их с современными представлениями о строении и эволюции Вселенной и способствует формированию научного мировоззрения.

Курс астрономии призван способствовать формированию современной научной картины мира, раскрывая развитие представлений о строении Вселенной как одной из важнейших сторон длительного и сложного пути познания человечеством окружающей природы и своего места в ней.

Особую роль при изучении астрономии должно сыграть использование знаний, полученных студентами по другим естественнонаучным предметам, в первую очередь по физике.

Материал, изучаемый в начале курса в теме «Основы практической астрономии», необходим для объяснения наблюдаемых невооруженным глазом астрономических явлений. В организации наблюдений могут помочь компьютерные приложения для отображения звездного неба. Такие приложения позволяют ориентироваться среди мириад звезд в режиме реального времени, получить информацию по наиболее значимым космическим объектам, подробные данные о планетах, звездах, кометах, созвездиях, познакомиться со снимками планет.

Астрофизическая направленность всех последующих тем курса соответствует современному положению в науке. Главной задачей курса становится систематизация обширных сведений о природе небесных тел, объяснение существующих закономер-ностей и раскрытие физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений. Это становится возможным благодаря широкому использованию физических теорий, а также исследований излучения небесных тел, проводимых практически по всему спектру электромагнитных волн не только с поверхности Земли, но и с космических аппаратов. Вселенная предоставляет возможность изучения таких состояний вещества и полей таких характеристик, которые пока недостижимы в земных лабораториях. В ходе изучения курса важно сформировать представление об эволюции неорганической природы как главном достижении современной астрономии.

Теоретические сведения по Астрономии дополняются демонстрациями и аудиторными и домашними практическими  работами. Во внеурочное время желательно проводить со студентами астрономические наблюдения, посещать планетарий.

Изучение общеобразовательной учебной дисциплины «Астрономия» завершается подведением итогов в форме дифференцированного зачёта в рамках промежуточной аттестации студентов в процессе освоения ОПОП СПО с получением среднего общего образования (ППКРС, ППССЗ)1.

1.3. Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы:

Учебная дисциплина входит в общеобразовательный цикл, цикл и является профильным предметом, освоение которого связано с изучением следующих дисциплин: физика, химия, математика.

1.4. Цели и задачи дисциплины - требования к результатам освоения учебной дисциплины:

  • формирование представлений об астрономии как универсальном языке науки, средстве моделирования явлений и процессов, об идеях и методах астрономии;
  • развитие логического мышления, пространственного воображения, алгоритмической культуры, критичности мышления на уровне, необходимом для будущей профессиональной деятельности, для продолжения образования и самообразования;
  • овладение астрономическими знаниями и умениями, необходимыми в повседневной жизни, для изучения смежных естественно - научных дисциплин на базовом уровне и дисциплин профессионального цикла, для получения образования в областях, не требующих углубленной астрономической подготовки;
  • воспитание средствами астрономии культуры личности, понимания значимости астрономии для научно - технического прогресса, отношения к астрономии как к части общечеловеческой культуры через знакомство с историей развития астрономии.

Освоение содержания учебной дисциплины «Астрономия» должно обеспечить достижение студентами следующих результатов:

  • личностных:
    • чувство гордости и уважения к истории и достижениям отечественной астрономической науки;
    • готовность к продолжению образования и повышения квалификации в избранной профессиональной деятельности и объективное осознание роли астрономических компетенций в этом;
    • умение использовать достижения современной астрономической науки и технологий для повышения собственного интеллектуального развития в выбранной профессиональной деятельности;
    • умение самостоятельно добывать новые для себя астрономические знания, используя для этого доступные источники информации;
    • умение выстраивать конструктивные взаимоотношения в команде по решению общих задач;
    • умение управлять своей познавательной деятельностью, проводить самооценку уровня собственного интеллектуального развития;
  • метапредметных:
    • использование различных видов познавательной деятельности для решения астрономических задач, применение основных методов познания (наблюдения, описания, измерения, эксперимента) для изучения различных сторон окружающей действительности;
    • использование основных интеллектуальных операций: постановки задачи, формулирования гипотез, анализа и синтеза, сравнения, обобщения, систематизации, выявления причинно-следственных связей, поиска аналогов, формулирования выводов для изучения различных сторон астрономических объектов, явлений и процессов, с которыми возникает необходимость сталкиваться в профессиональной сфере;
    • умение генерировать идеи и определять средства, необходимые для их реализации;
    • умение использовать различные источники для получения информации, оценивать ее достоверность;
    • умение  анализировать  и  представлять  информацию  в  различных видах;
    • умение публично представлять результаты собственного исследования, вести дискуссии, доступно и гармонично сочетая содержание и формы представляемой информации.

Важную роль в освоении курса играют проводимые во внеурочное время собственные наблюдения учащихся. Специфика планирования этих наблюдений определяется двумя обстоятельствами. Во-первых, они (за исключением наблюдений Солнца) должны проводиться в вечернее или ночное время. Во-вторых, объекты, природа которых изучается на том или ином уроке, могут быть в это время недоступны для наблюдений. При планировании наблюдений этих объектов, в особенности планет, необходимо учитывать условия их видимости.

В результате изучения учебной дисциплины «Астрономия» обучающийся должен:

знать/ понимать:

  • смысл понятий: геоцентрическая и гелиоцентрическая система, видимая звездная величина, созвездие, противостояния и соединения планет, комета, астероид, метеор, метеорит, метеороид, планета, спутник, звезда, Солнечная система, Галактика, Вселенная, всемирное и поясное время, внесолнечная планета (экзопланета), спектральная классификация звезд, параллакс, реликтовое излучение, Большой Взрыв, черная дыра;
  • смысл физических величин: парсек, световой год, астрономическая единица, звездная величина;
  • смысл физического закона Хаббла;
  • основные этапы освоения космического пространства;
  • гипотезы происхождения Солнечной системы;
  • основные характеристики и строение Солнца, солнечной атмосферы;
  • размеры Галактики, положение и период обращения Солнца относительно центра Галактики;

уметь:

  • приводить примеры: роли астрономии в развитии цивилизации, использования методов исследований в астрономии, различных диапазонов электромагнитных излучений для получения информации об объектах Вселенной, получения астрономической информации с помощью космических аппаратов и спектрального анализа, влияния солнечной активности на Землю;
  • описывать и объяснять: различия календарей, условия наступления солнечных и лунных затмений, фазы Луны, суточные движения светил, причины возникновения приливов и отливов; принцип действия оптического телескопа, взаимосвязь физико-химических характеристик звезд с использованием диаграммы «цвет — светимость», физические причины, определяющие равновесие звезд, источник энергии звезд и происхождение химических элементов, красное смещение с помощью эффекта Доплера;
  • характеризовать особенности методов познания астрономии, основные элементы и свойства планет Солнечной системы, методы определения расстояний и линейных размеров небесных тел, возможные пути эволюции звезд различной массы;
  • находить на небе основные созвездия Северного полушария, в том числе: Большая Медведица, Малая Медведица, Волопас, Лебедь, Кассиопея, Орион; самые яркие звезды, в том числе: Полярная звезда, Арктур, Вега, Капелла, Сириус, Бетельгейзе;
  • использовать компьютерные приложения для определения положения Солнца, Луны и звезд на любую дату и время суток для данного населенного пункта;
  • использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для понимания взаимосвязи астрономии с другими науками, в основе которых лежат знания по астрономии; отделения ее от лженаук; оценивания информации, содержащейся в сообщениях СМИ, Интернете, научно-популярных статьях.
  • использовать карту звездного неба для нахождения координат светила;
  • выражать результаты измерений и расчетов в единицах Международной системы;
  • решать задачи на применение изученных астрономических законов;
  • осуществлять самостоятельный поиск информации естественнонаучного содержания с использованием различных источников, ее обработку и представление в разных формах;

владеть компетенциями: коммуникативной, рефлексивной, личностного саморазвития, ценностно-ориентационной, смысло-поисковой, и профессионально-трудового выбора.

1.5. Рекомендуемое количество часов на освоение примерной программы учебной дисциплины:

максимальной учебной нагрузки студента 46 часов,

в том числе:

обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося  36 часов;

самостоятельной работы обучающегося  10 часов.


2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы

Объем
часов

Максимальная учебная нагрузка (всего)

46

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

36

в том числе:

 

     лабораторные  работы

-

     практические занятия

4

     контрольные работы

-

     курсовая работа (проект) (если предусмотрено)

-

     другие формы и методы организации образовательного процесса в соответствии с требованиями современных производственных и образовательных технологий

 

Самостоятельная работа студента (всего)

10

в том числе:

 

     подготовка и защита рефератов, сообщений и презентаций, выполнение индивидуальных проектов

 

Итоговая аттестация в форме дифференцированного зачета

2.2. Тематический план и содержание учебной дисциплины  «Астрономия»

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные  работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся, курсовая работа (проект) (если предусмотрены)

Объем
 часов

Уровень
освоения

1

2

3

4

РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ

2

 

Предмет астрономии.
Наблюдения - основа астрономии.

Астрономия, ее связь с другими науками. Структура и масштабы Вселенной. Особенности астрономии и её методов исследования. Телескопы.

Воспроизведение сведений по истории развития астрономии, ее связей с физикой и математикой. Использование полученных ранее знаний для объяснения устройства и принципа работы телескопа.

2

1

РАЗДЕЛ 2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АСТРОНОМИИ

6

 

Звезды и созвездия. Небесные координаты и звездные карты.

Звезды и созвездия. Видимая звездная величина. Небесная сфера. Особые точки небесной сферы. Небесные координаты. Звездные карты. Видимое движение звезд на различных географических широтах. Связь видимого расположения объектов на небе и географических координат наблюдателя. Кульминация светил.

Воспроизведение определений терминов и понятий (созвездие, высота и кульминация звезд). Объяснение наблюдаемых невооруженным глазом движения звезд на различных географических широтах.

2

2

Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика. Движение и фазы Луны.

Видимое годичное движение Солнца. Эклиптика. Видимое движение и фазы Луны. Затмения Солнца и Луны.

Воспроизведение определений терминов и понятий (кульминация Солнца, эклиптика). Объяснение наблюдаемых невооруженным глазом движения Солнца на различных географических широтах, движение и фазы Луны, причины затмений Луны и Солнца.

1

2

Время и календарь.

Время и календарь. Точное время и определение географической долготы.

Воспроизведение определений терминов и понятий (местное, поясное, летнее и зимнее время). Объяснение необходимости введения високосных лет и нового календарного стиля.

1

2

Самостоятельная работа студента

Выполнить реферат, сообщение или презентацию на темы: «Видимая звездная величина. Суточное движение светил», «Первые астрономические обсерватории», «Первые календари». 

Восприятие и на основе полученных знаний самостоятельное оценивание информации, содержащейся в сообщениях СМИ,  Интернете, научно-популярных статьях.

2

3

Практическая работа №1 Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты звёздного неба

Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты звёздного неба

Практическое применение звездной карты для поиска на небе определенных созвездий и звезд.

2

3

РАЗДЕЛ 3. СТРОЕНИЕ  СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

8

 

Развитие представлений о строении мира. Конфигурация планет.

Развитие представлений о строении мира. Геоцентрическая система мира. Становление гелиоцентрической системы мира. Конфигурации планет и условия их видимости. Синодический и сидерический (звездный) периоды обращения планет.

Воспроизведение исторических сведений о становлении и развитии гелиоцентрической системы мира. Воспроизведение определений терминов и понятий (конфигурация планет, синодический и сидерический периоды обращения планет, горизонтальный параллакс, угловые размеры объекта, астрономическая единица). Вычисление расстояния до планет по горизонтальному параллаксу, а их размеров — по угловым размерам и расстоянию.

2

2

Законы движения небесных тел. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе.

Законы Кеплера. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе. Горизонтальный параллакс. Движение небесных тел под действием сил тяготения. Определение массы небесных тел. Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов в Солнечной системе.

Формулирование законов Кеплера, определение массы планет на основе третьего (уточненного) закона Кеплера. Описание особенностей движения тел Солнечной системы под действием сил тяготения по орбитам с различным эксцентриситетом. Объяснение причин возникновения приливов на Земле и возмущений в движении тел Солнечной системы. Понимание особенности движения и маневров космических аппаратов для исследования тел Солнечной системы. Применение полученных знаний для решения задач на законы Кеплера.

2

2

Движение небесных тел под действием сил тяготения.

Закон всемирного тяготения. Возмущения в движении тел Солнечной системы. Масса и плотность Земли.  Определение массы небесных тел. Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов к планетам.

Описание особенностей движения тел Солнечной системы под действием сил тяготения по орбитам с различным эксцентриситетом. Объяснение причин возникновения приливов на Земле и возмущений в движении тел Солнечной системы. Понимание особенности движения и маневров космических аппаратов для исследования тел Солнечной системы.

2

2

Практическая  работа № 2 Законы Кеплера. Определение масс  небесных  тел

Законы Кеплера. Определение масс  небесных  тел».

Применение полученных знаний для решения задач на законы движения небесных тел.

2

3

РАЗДЕЛ 4. ПРИРОДА ТЕЛ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

8

2

Современные представления о строении, составе и происхождении Солнечной системы.

Солнечная система как комплекс тел, имеющих общее происхождение. Система Земля-Луна. Космические лучи. Исследования Луны космическими аппаратами. Пилотируемые полеты на Луну.

Формулирование и обоснование основных положений современной гипотезы о формировании всех тел Солнечной системы из единого газопылевого облака. Формулирование понятий (Солнечная система, планета, ее спутники). Описание природы Луны и объяснение причины ее отличия от Земли.

2

2

Самостоятельная работа студента.

2

 

Выполнить реферат, сообщение или презентацию на темы: «Первый искусственный спутник Земли, полет Ю. А. Гагарина», «Достижения современной космонавтики».

2

3

Планеты земной группы

Планеты земной группы. Природа Меркурия, Венеры и Марса. 

Формулирование понятий (планеты земной группы). Проведение сравнений Меркурия, Венеры и Марса с Землей по рельефу поверхности и составу атмосфер, указывать следы эволюционных изменений природы этих планет; объяснение механизма парникового эффекта и его значения для формирования и сохранения уникальной природы Земли.

2

2

Планеты-гиганты. Спутники и кольца планет гигантов.

Планеты-гиганты, их спутники и кольца.

Формулирование понятий (планеты-гиганты, кольца планет). Формулирование  существенных  различий в  природе двух групп планет и объяснение причин их возникновения. Описание характерных особенностей природы планет-гигантов, их спутников и колец.

2

2

Малые тела Солнечной системы. Карликовые планеты.

Малые тела Солнечной системы: астероиды, планеты-карлики, кометы, метеороиды. Метеоры, болиды и метеориты. Астероидная опасность.

Формулирование понятий (малые тела, астероиды, планеты-карлики, кометы, метеороиды, метеоры, болиды, метеориты). Описание природы малых тел Солнечной системы и объяснение причин их значительных различий. Описание явлений метеора и болида, объяснение процессов, которые происходят при движении тел, влетающих в атмосферу планеты с космической скоростью. Описание последствий падения на Землю крупных метеоритов. Объяснение сущности астероидно-кометной опасности, возможности и способов ее предотвращения.

2

2

РАЗДЕЛ 5. СОЛНЦЕ И ЗВЁЗДЫ

6

2

Солнце - ближайшая звезда

Излучение и температура Солнца. Состав и строение Солнца. Методы астрономических исследований; спектральный анализ. Физические методы теоретического исследования. Закон Стефана— Больцмана. Источник энергии Солнца. Атмосфера Солнца. Солнечная активность и ее влияние на Землю. Роль магнитных полей на Солнце. Солнечно-земные связи.

Объяснение физического состояния вещества Солнца и звезд и источников их энергии. Объяснение внутреннего строения Солнца и способов передачи энергии из центра к поверхности. Объяснение механизма возникновения на Солнце грануляции и пятен. Описание наблюдаемых проявлений солнечной активности и их влияния на Землю.

2

2

Расстояние до звёзд. Характеристики излучения звёзд

Звезды: основные физико-химические характеристики­ и их взаимосвязь. Годичный параллакс и расстояния до звезд. Видимая и абсолютная звёздные величины. Светимость, спектр, цвет и температура различных классов звезд. Эффект Доплера. Диаграмма «спектр — светимость» («цвет — светимость»). Массы и размеры звезд. Двойные и кратные звезды. Гравитационные волны. Модели звезд. Переменные и нестационарные звезды. Цефеиды — маяки Вселенной. Эволюция звезд различной массы. Закон смещения Вина.

Формулирование  понятий (звезда, модель звезды, светимость, парсек, световой год). Формулировать  основные отличительные особенности звезд различных последовательностей на диаграмме «спектр — светимость». Сравнение моделей различных типов звезд с моделью Солнца. Объяснение причины изменения светимости переменных звезд. Применение полученных знаний для решения задач на вычисление расстояния до звезд по годичному параллаксу.

2

2

Массы и размеры звёзд. Переменные и нестационарные звёзды

Двойные звёзды. Определение массы звёзд. Размеры звёзд. Плотность их вещества. Модели звёзд.

Описание механизма вспышек новых и сверхновых звёзд. Понимание  времени существования звезд в зависимости от их массы; объяснение этапов формирования и эволюции звезды; объяснение физических особенностей объектов, возникающих на конечной стадии эволюции звёзд: белых карликов, нейтронных звёзд и чёрных дыр.

2

2

 

Самостоятельная работа студента.

Выполнить реферат, сообщение или презентацию на темы: «Астероидная опасность»,  «Видимая звездная величина. Суточное движение светил»

2

3

РАЗДЕЛ 6. СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ

6

 

Наша Галактика

Наша Галактика. Ее размеры и структура. Звездные скопления и ассоциации. Спиральные рукава. Ядро Галактики. Межзвёздная среда: газ и пыль. Области звездообразования. Вращение Галактики. Проблема «скрытой» массы (темная материя).

Описание  основных параметров Галактики (размеры, состав, структура и кинематика). Применение полученных знаний для определения расстояний до звездных скоплений и галактик по цефеидам на основе зависимости «период — светимость».

2

2

Другие звёздные системы-галактики.

Основы современной космологии.

Разнообразие мира галактик. Квазары. Скопления и сверхскопления галактик. Основы современной космологии. «Красное смещение» и закон Хаббла. Эволюция Вселенной. Нестационарная Вселенная А. А. Фридмана. Большой взрыв. Реликтовое излучение. Ускорение расширения Вселенной. «Темная энергия» и антитяготение.

Формулирование понятий (космология, Вселенная, модель Вселенной, Большой взрыв, реликтовое излучение). Формулировка  типов  галактик (спиральные, эллиптические, неправильные). Обоснование справедливости модели Фридмана результатами наблюдений «красного смещения» в спектрах галактик. Формулировка  закона Хаббла; применение полученных знаний для определения расстояний до галактик на основе закона Хаббла; по светимости сверхновых; оценки  возраста  Вселенной на основе постоянной Хаббла; смысл  гипотезы горячей Вселенной по обнаруженному  реликтовому излучению. Формулирование основных периодов эволюции Вселенной с момента начала ее расширения — Большого взрыва.

2

1

Самостоятельная работа студента.

4

 

Выполнить реферат, сообщение или презентацию на темы:  «Наша Галактика – Млечный путь», «Проблема существования жизни во Вселенной», «Переменные и вспыхивающие звезды», «Коричневые карлики», «Космические аппараты»

Проработка материала конспекта и учебника. Подготовка к дифференцированному зачёту.

2

2

3

Жизнь и разум во Вселенной

Проблема существования жизни вне Земли. Условия, необходимые для развития жизни. Поиски жизни на планетах Солнечной системы. Сложные органические соединения в космосе. Современные возможности космонавтики и радиоастрономии для связи с другими цивилизациями. Планетные системы у других звезд. Человечество заявляет о своем существовании.

Систематизация  знаний о методах исследования и современном состоянии проблемы существования жизни во Вселенной.

1

1

Дифференцированный зачёт

Промежуточный контроль полученных знаний в форме тестирования.

1

3

Всего:

46

 

В том числе:

Обязательная аудиторная учебная нагрузка 36 час.

Самостоятельная работа студента 10 час.

   

1. – ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств);

2. – репродуктивный (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством)

3. – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач)

Примерный перечень наблюдений

Наблюдения невооруженным глазом

  1. Основные созвездия и наиболее яркие звезды осеннего, зимнего и весеннего неба. Изменение их положения с течением времени.
  2. Движение Луны и смена ее фаз.

Наблюдения в телескоп

  1. Рельеф Луны.
  2. Фазы Венеры.
  3. Марс.
  4. Юпитер и его спутники.
  5. Сатурн, его кольца и спутники.
  6. Солнечные пятна (на экране).
  7. Двойные звезды.
  8. Звездные скопления (Плеяды, Гиады).
  9. Большая туманность Ориона.
  10. Туманность Андромеды.

Темы рефератов (докладов). Примерный перечень

  1. Видимая звездная величина. Суточное движение светил
  2. Первые астрономические обсерватории
  3. Первые календари
  4. Первый искусственный спутник Земли, полет Ю. А. Гагарина
  5. Достижения современной космонавтики
  6. Астероидная опасность
  7. Видимая звездная величина. Суточное движение светил
  8. Наша Галактика – Млечный путь
  9. Проблема существования жизни во Вселенной
  10. Переменные и вспыхивающие звезды
  11. Коричневые карлики
  12. Космические аппараты
  13. Астрология
  14. Возраст (Земли, Солнца, Солнечной системы, Галактики, Метагалактики)
  15. Вселенная
  16. Гелиоцентрическая система мира
  17. Геоцентрическая система мира
  18. Магнитная буря
  19. Метеор, Метеорит, Метеорное тело, Метеорный дождь, Метеорный поток
  20. Затмение (лунное, солнечное, в системах двойных звезд)
  21. Проблема «Солнце — Земля»
  22. Черная дыра
  23. Эволюция (Земли и планет, Солнца и звезд, метагалактик и Метагалактики)

Темы проектов. Примерный перечень.

  1. Древнейшие культовые обсерватории доисторической астрономии.
  2. Прогресс наблюдательной и измерительной астрономии на основе   геометрии и сферической тригонометрии в эпоху эллинизма.
  3. Зарождение наблюдательной астрономии в Египте, Китае, Индии, Древнем Вавилоне, Древней Греции, Риме. Связь астрономии и химии (физики, биологии).
  4. Первые звездные каталоги Древнего мира.
  5. Крупнейшие обсерватории Востока.
  6. Дотелескопическая наблюдательная астрономия Тихо Браге.
  7. Создание первых государственных обсерваторий в Европе.
  8. Устройство, принцип действия и применение теодолитов.
  9. Угломерные инструменты древних вавилонян — секстанты и октанты.
  10.  Современные космические обсерватории.
  11.  Современные наземные обсерватории.
  12. История происхождения названий ярчайших объектов неба.
  13. Звездные  каталоги:  от  древности  до  наших дней.
  14. Прецессия земной оси и изменение координат светил с течением времени.
  15. Системы координат в астрономии и границы их применимости.
  16. Понятие «сумерки» в астрономии.
  17. Четыре «пояса» света и тьмы на Земле.
  18. Астрономические и календарные времена года.
  19. «Белые ночи» — астрономическая эстетика в литературе.
  20. Рефракция света в земной атмосфере.
  21. О чем может рассказать цвет лунного диска.
  22. Описания солнечных и лунных затмений в литературных и музыкальных произведениях.
  23. Хранение и передача точного времени.
  24. Атомный эталон времени.
  25. Истинное и среднее солнечное время.
  26. Измерение коротких промежутков времени.
  27. Лунные календари на Востоке.
  28. Солнечные календари в Европе.
  29. Лунно-солнечные календари.
  30. Обсерватория Улугбека.
  31. Система мира Аристотеля.
  32. Античные представления философов о строении мира.
  33. Наблюдение прохождения планет по диску Солнца и их научное значение.
  34. Объяснение петлеобразного движения планет на основе их конфигурации.
  35. Закон Тициуса—Боде.
  36. Точки Лагранжа.
  37. Научная деятельность Тихо Браге.
  38. Современные  методы  геодезических  измерений.
  39. Изучение формы Земли.
  40. Юбилейные события истории астрономии текущего учебного года.
  41. Значимые астрономические события текущего учебного года.
  42. История открытия Плутона.
  43. История открытия Нептуна.
  44. Клайд Томбо.
  45. Явление прецессии и его объяснение на основе закона всемирного тяготения.
  46. К. Э. Циолковский
  47. Первые  пилотируемые  полеты  —  животные в космосе.
  48. С. П. Королев.
  49. Достижения СССР в освоении космоса.
  50. Первая женщина-космонавт В. В. Терешкова.
  51. Загрязнение космического пространства.
  52. Динамика космического полета.
  53. Проекты будущих межпланетных перелетов.
  54. Полеты АМС к планетам Солнечной системы.
  55. Сфера Хилла.
  56. Теория происхождения Солнечной системы Канта—Лапласа.
  57. «Звездная история» АМС «Венера».
  58. «Звездная история» АМС «Вояджер».
  59. Реголит: химическая и физическая характеристика.
  60. Лунные пилотируемые экспедиции.
  61. Исследования Луны советскими автоматическими станциями «Луна».
  62. Проекты строительства долговременных научно-исследовательских станций на Луне.
  63. Проекты по добыче полезных ископаемых на Луне.
  64. Самые высокие горы планет земной группы.
  65. Фазы Венеры и Меркурия
  66. Сравнительная характеристика рельефа планет земной группы.
  67. Научные поиски органической жизни на Марсе.
  68. Органическая жизнь на планетах земной группы в произведениях писателей-фантастов.
  69. Атмосферное давление на планетах земной группы.
  70. Современные исследования планет  земной группы АМС.
  71. Научное и практическое значение изучения планет земной группы.
  72. Кратеры на планетах земной группы: особенности, причины.
  73. Роль атмосферы в жизни Земли.
  74. Современные исследования планет-гигантов АМС.
  75. Исследования Титана зондом «Гюйгенс».
  76. Современные исследования спутников планет-гигантов АМС.
  77. Современные способы космической защиты от метеоритов.
  78. Космические способы обнаружения объектов предотвращение их столкновений с Землей.
  79. История открытия Цереры.
  80. Открытие Плутона К. Томбо.
  81. Характеристики карликовых планет (Церера, Плутон, Хаумея, Макемаке, Эрида).
  82. Гипотеза Оорта об источнике образования комет.
  83. Загадка Тунгусского метеорита.
  84. Падение Челябинского метеорита.
  85. Особенности образования метеоритных кратеров.
  86. Следы метеоритной бомбардировки на поверхностях планет и их спутников в Солнечной системе.
  87. Результаты первых наблюдений Солнца Галилеем.
  88. Устройство и принцип действия коронографа.
  89. Исследования А. Л. Чижевского.
  90. История изучения солнечно-земных связей.
  91. Виды полярных сияний.
  92. История изучения полярных сияний.
  93. Современные научные центры по изучению земного магнетизма.
  94. Космический эксперимент «Генезис».
  95. Особенности затменно-переменных звезд.
  96. Образование новых звезд.
  97.  Диаграмма «масса — светимость».
  98. Изучение спектрально-двойных звезд.
  99. Методы обнаружения экзопланет.
  100. Характеристика обнаруженных экзопланет.
  101. Изучение затменно-переменных звезд.
  102. История открытия и изучения цефеид.
  103. Механизм вспышки новой звезды.
  104. Механизм взрыва сверхновой.
  105. Правда и вымысел: белые и серые дыры.
  106. История открытия и изучения черных дыр.
  107. Тайны нейтронных звезд.
  108. Кратные звездные системы.
  109. История исследования Галактики.
  110. Легенды народов мира, характеризующие видимый на небе Млечный Путь.
  111. Открытие «островной» структуры Вселенной
  112. Я. Струве.
  113. Модель Галактики В. Гершеля.
  114. Загадка скрытой массы.
  115. Опыты по обнаружению Weakly Interactive Massive Particles — слабо взаимодействующих массивных частиц.
  116. Исследование Б. А. Воронцовым-Вельяминовым и Р. Трюмплером межзвездного поглощения света.
  117. Исследования квазаров.
  118. Исследование радиогалактик.
  119. Открытие сейфертовских галактик.
  120. А. А. Фридман и его работы в области космологии.
  121. Значение работ Э. Хаббла для современной астрономии.
  122. Каталог Мессье: история создания и особенности содержания.
  123. Научная деятельность Г. А. Гамова.
  124. Нобелевские премии по физике за работы в области космологии.

3. Условия реализации ПРОГРАММЫ дисциплины

3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

Реализация учебной программы требует наличия учебного кабинета с возможностью свободного доступа в Интернет во время учебного занятия и в период внеучебной деятельности обучающихся.

Оборудование учебного кабинета:

  1. Посадочные места по количеству обучающихся.
  2. Рабочее место преподавателя.
  3. Многофункциональный комплекс преподавателя.
  4. Дидактические материалы (учебники, пособия, справочники, карточки-задания, тесты, мультимедийные программы)

Технические средства обучения:

  • мультимедиапроектор;
  • компьютер с лицензионным программным обеспечением;
  • телескоп;
  • спектроскоп;
  • модель небесной сферы;
  • звездный глобус;
  • подвижная карта звездного неба;
  • глобус Луны;
  • карта Луны;
  • карта Венеры;
  • карта Марса;
  • справочник любителя астрономии;
  • школьный астрономический календарь (на текущий учебный год).

Список наглядных пособий:

  • вселенная;
  • Солнце;
  • строение Солнца;
  • планеты земной группы;
  • Луна;
  • планеты-гиганты;
  • малые тела Солнечной системы;
  • звезды;
  • наша Галактика.
  • другие галактики

3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов,

ЛИТЕРАТУРА:

Для студентов

  1. Астрономия. Базовый уровень.11 класс: учебник /Б.А. Воронцов-Вельяминов, Е.К. Страут – 5-е изд., пересмотр.- М.: Дрофа, 2018.-238с, с: ил.,8 л. цв. вкл.- (Российский учебник).

Для преподавателя

  1. Письмо Минобрнауки РФ от 20.06.2017 г., ТС-194/08 "Об организации изучения учебного предмета "Астрономия".
  2. Приказ Минобрнауки РФ от 20.06.2017 г. №. 851" О внесении изменений в федеральный перечень учебников, рекомендуемых к использованию при реализации имеющих государственную аккредитацию образовательных программ начального общего, основного общего, среднего общего образования, утверждѐнный приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 31 марта 2014 г. №253."
  3. Астрономия. Базовый уровень.11 класс: учебник /Б.А. Воронцов-Вельяминов, Е.К. Страут – 5-е изд., пересмотр.- М.: Дрофа, 2018.-238с, с: ил.,8 л. цв. вкл.- (Российский учебник).
  4. Чаругин В.М. Астрономия 10-11.Учебник (базовый уровень),-М.:"Просвещение", 2018-144с.
  5. Страут Е.К. Программа: Астрономия. Базовый уровень. 11класс:Учебно-методическое пособие. М, Дрофа, 2018.
  6. Кунаш М.А. Астрономия.11класс. Методическое пособие к учебнику Б.А.Воронцова-Вельяминова, Е.К.Страута «Астрономия. Базовый уровень.11класс» М., Дрофа 2018.
  7. Страут, Е. К.Астрономия. Базовый уровень. 11 класс : рабочая программа к УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова, Е. К. Страута : учебно-методическое пособие / Е. К. Страут. — М. : Дрофа, 2017. — 39 с.
  8. Шевченко М.Ю. «Школьный астрономический календарь». – М.: Дрофа.

ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ

  1. http://www.infofiz.ru
  2. http://pentest.rusff.ru
  3. http://bookitut.ru
  4. http://www.myastronomy.ru
  5. http://www.astronews.ru
  6. http://www.sai.msu.ru/ ГАИШ МГУ
  7. http://www.izmiran.ru/ ИЗМИРАН
  8. http://www.sai.msu.su/EAAS/  АстрО
  9. http://www.myastronomy.ru/
  10. http://www.krugosvet.ru/ энциклопедия Кругосвет

4. Контроль и оценка результатов освоения УЧЕБНОЙ Дисциплины

Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических занятий и лабораторных работ, тестирования, а также выполнения обучающимися индивидуальных заданий, проектов, исследований.

Результаты обучения (освоенные умения, усвоенные знания)

Формы и методы контроля и оценки результатов обучения

Знания:

  • смысл понятий: геоцентрическая и гелиоцентрическая система, видимая звездная величина, созвездие, противостояния и соединения планет, комета, астероид, метеор, метеорит, метеороид, планета, спутник, звезда, Солнечная система, Галактика, Вселенная, всемирное и поясное время, внесолнечная планета (экзопланета), спектральная классификация звезд, параллакс, реликтовое излучение, Большой Взрыв, черная дыра;
  •  смысл физических величин: парсек, световой год, астрономическая единица, звездная величина;
  • смысл физического закона Хаббла;
  • основные этапы освоения космического пространства;
  • гипотезы происхождения Солнечной системы;
  • основные характеристики и строение Солнца, солнечной атмосферы;
  • размеры Галактики, положение и период обращения Солнца относительно   центра Галактики;

Умения:

  • приводить примеры: роли астрономии в развитии цивилизации, использования методов исследований в астрономии, различных диапазонов электромагнитных излучений для получения информации об объектах Вселенной, получения астрономической информации с помощью космических аппаратов и спектрального анализа, влияния солнечной активности на Землю;
  • описывать и объяснять: различия календарей, условия наступления солнечных и лунных затмений, фазы Луны, суточные движения светил, причины возникновения приливов и отливов; принцип действия оптического телескопа, взаимосвязь физико-химических характеристик звезд с использованием диаграммы «цвет — светимость», физические причины, определяющие равновесие звезд, источник энергии звезд и происхождение химических элементов, красное смещение с помощью эффекта Доплера;
  • характеризовать особенности методов познания астрономии, основные элементы и свойства планет Солнечной системы, методы определения расстояний и линейных размеров небесных тел, возможные пути эволюции звезд различной массы;
  • находить на небе основные созвездия Северного полушария, в том числе: Большая Медведица, Малая Медведица, Волопас, Лебедь, Кассиопея, Орион; самые яркие звезды, в том числе: Полярная звезда, Арктур, Вега, Капелла, Сириус, Бетельгейзе;
  • использовать компьютерные приложения для определения положения Солнца, Луны и звезд на любую дату и время суток для данного населенного пункта;
  • использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для понимания взаимосвязи астрономии с другими науками, в основе которых лежат знания по астрономии; отделения ее от лженаук; оценивания информации, содержащейся в сообщениях СМИ, Интернете, научно-популярных статьях.
  • использовать карту звездного неба для нахождения координат светила;
  • выражать результаты измерений и расчетов в единицах Международной системы;
  • решать задачи на применение изученных астрономических законов;
  • осуществлять самостоятельный поиск информации естественнонаучного содержания с использованием различных источников, ее обработку и представление в разных формах;
  • владеть компетенциями: коммуникативной, рефлексивной, личностного саморазвития, ценностно-ориентационной, смысло-поисковой, и профессионально-трудового выбора.

Текущий контроль:

- Презентация индивидуальных и групповых домашних экспериментальных заданий.

- Оценивание отчетов по выполнению практических  работ.

- Решение качественных и количественных задач.

- Индивидуальный опрос.

- Сообщение по теме.

Рубежный контроль:

- Фронтальный опрос.

- Тестирование по теме.

- Презентация учебных проектов.

- Подготовка рефератов, докладов, с использованием информационных технологий.

- Контрольная работа.

Промежуточный  контроль:

дифференцированный зачет


5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ТЕМАМ И РАЗДЕЛАМ

РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ

Введение в Астрономию

  1. Что изучает Астрономия?
  2. Какими способами изучают Вселенную?
  3. Из каких объектов состоит Вселенная?
  4. С какими современными телескопами вы познакомились?
  5. Расскажите о назначении телескопов.

РАЗДЕЛ 2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АСТРОНОМИИ

Звезды и созвездия. Небесные координаты и  звездные карты

  1. Что называется созвездием?
  2. Как обозначаются звёзды в созвездиях?
  3. От чего зависит звёздная величина?
  4. Что такое небесная сфера?
  5. Как определить ось мира и полюсы мира?
  6. Какие координаты светила называются экваториальными?
  7. Что такое эклиптика?
  8. В каких точках пересекаются эклиптика и небесный экватор?
  9. Что такое верхняя и нижняя кульминация светила?
  10. Почему на звёздной карте изображены только звёзды, но нет ни Солнца, ни Луны, ни Земли, ни планет?

Видимое движение планет и Солнца.

Движение Луны и затмения

  1. Почему планеты называют блуждающими звёздами?
  2. Опишите путь Солнца среди звёзд в течение года.
  3. Что такое сидерический месяц?
  4. Опишите фазы Луны.
  5. В каких пределах изменяется угловое расстояние Луны от Солнца?
  6. Почему затмения Луны и Солнца не происходят каждый месяц?
  1. Можно ли с обратной стороны Луны видеть полное солнечное затмение?
  2. Предскажите затмение Солнца. Полное затмение Солнца произошло 29 марта 2006 г. Когда обязательно наступит следующее такое затмение?

Время и календарь

  1. Что такое солнечные и звёздные сутки?
  2. Чем объясняется введение поясной системы счёта времени?
  3. Почему в качестве единицы времени используется атомная секунда?
  4. В чём заключаются трудности составления точного календаря?
  5. Чем отличается счёт високосных лет по старому и новому стилю?

РАЗДЕЛ 3. СТРОЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Развитие представлений о строении мира. Конфигурация планет.

  1. В чём различие геоцентрической и гелиоцентрической систем мира?
  2. Что называется конфигурацией планеты?
  3. Какие планеты считаются внешними , какие – внутренними?
  4. Какие планеты могут находиться в противостоянии? Какие не могут?
  5. Назовите планеты, которые могут наблюдаться рядом с Луной во время её полнолуния.

Законы движения планет Солнечной системы. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе.

  1. Как формулируются законы движения планет, полученные Кеплером по результатам наблюдений?
  2. Как меняется скорость планеты при её перемещении от афелия к перигелию?
  3. В какой точке орбиты планета обладает максимальной кинетической энергией; максимальной потенциальной энергией?
  4. Какие измерения, выполненные на Земле, свидетельствуют о её сжатии?
  5. Меняется ли и по какой причине горизонтальный параллакс Солнца в течение года?
  6. Каким методом определяется расстояние до ближайших планет в настоящее время?

Движение небесных тел под действием сил тяготения.

  1. Почему движение планет происходит не в точности по законам Кеплера?
  2. Как Ньютон изменил третий закон Кеплера?
  3. Как было установлено местоположение планеты Нептун?
  4. Какая из планет вызывает наибольшие возмущения в движении других тел Солнечной системы и почему?
  5. По каким траекториям движутся космические аппараты к Луне; к планетам?

РАЗДЕЛ 4. ПРИРОДА ТЕЛ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Современные представления о строении, составе и происхождении Солнечной системы.

  1. Каким образом произошло формирование Солнца согласно современным представлениям?
  2. Назовите объекты Солнечной системы.
  3. Каким образом произошло формирование планет?
  4. Каков состав пояса Койпера и облака Оорта?
  5. Каков возраст Солнечной системы?
  6. Что такое прецессия земной оси?
  7. Вследствие чего возникает прецессия земной оси?
  8. Каково внутреннее строение Земли?
  9. Какова природа Луны? Назовите основные формы рельефа Луны.
  10. Каким образом Луна вызывает приливы на Земле?
  11. Когда на Земле можно наблюдать максимальные приливы? Аргументируйте свой ответ.

Планеты земной группы.

  1. Что общего у планет земной группы? Чем это сходство обусловлено?
  2. В чём различия планет земной группы? Чем эти различия обусловлены?
  3. Чем объясняется отсутствие атмосферы у планеты Меркурий?
  4. В чём причина различий химического состава атмосфер планет земной группы?
  5. Какие формы рельефа поверхности обнаружены на поверхности планет земной группы с помощью космических аппаратов?
  6. Какие сведения о наличии жизни на Марсе получены автоматическими станциями?

Планеты-гиганты. Спутники и кольца планет гигантов.

  1. Каковы физические свойства Юпитера? Сатурна? Урана? Нептуна?
  2. Какова природа колец планет-гигантов?
  3. Чем объясняется наличие у Юпитера и Сатурна  плотных и протяжённых атмосфер?
  4. Почему атмосферы планет-гигантов отличаются по химическому составу от атмосфер планет земной группы?
  5. Каковы особенности внутреннего строения планет-гигантов?
  6. Каковы формы рельефа для поверхности большинства спутников планет?
  7. Каковы по своему строению кольца планет-гигантов?
  8. Какое уникальное явление обнаружено на спутнике Юпитера Ио?
  9. Какие физические процессы лежат в основе образования облаков на различных планетах?
  10. Почему планеты-гиганты по своей массе во много раз больше, чем планеты земной группы?

Малые тела Солнечной системы. Карликовые планеты.

  1. Что представляют собой и где расположены планеты карлики?
  2. Как отличит при наблюдениях астероид от звезды?
  3. Какова форма большинства астероидов?
  4. Каковы примерно их размеры?
  5. Чем обусловлено образование хвостов комет?
  6. В каком состоянии находится вещество ядра кометы; её хвоста?
  7. Может ли комета, которая периодически возвращается к Солнцу, оставаться неизменной?
  8. Какие явления наблюдаются при полёте тел в атмосфере с космической скоростью?
  9. Какие типы метеоритов выделяются по химическому составу?
  10. Как возникают метеорные потоки?

РАЗДЕЛ 5. СОЛНЦЕ И  ЗВЁЗДЫ

Солнце - ближайшая звезда

  1. Из каких химических элементов состоит Солнце и каково их соотношение?
  2. Каков источник энергии излучения Солнца?
  3. Какие изменения с его веществом происходит при этом?
  4. Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?
  5. Каково внутреннее строение Солнца? Назовите основные слои его атмосферы.
  6. В каких пределах изменяется температура на Солнце от его центра до фотосферы?
  7. Какими способами осуществляется перенос энергии из недр Солнца наружу?
  8. Чем объясняется наблюдаемая на Солнце грануляция?
  9. Какие проявления солнечной активности наблюдаются в различных слоях атмосферы Солнца?С чем связана основная причина этих явлений?
  10. Чем объясняется понижение температуры в области солнечных пятен?
  11. Какие явления на Земле связаны с солнечной активностью?

Расстояние до звёзд. Характеристики излучения звёзд

  1. Как определяют расстояния до звёзд?
  2. От чего зависит цвет звезды?
  3. В чём главная причина различия спектров звёзд?
  4. От чего зависит светимость звезды?

Массы и размеры звёзд. Переменные и нестационарные звёзды

  1. Чем объясняется изменение яркости некоторых двойных звёзд?
  2. Во сколько раз отличаются размеры и плотности звёзд-сверх-гигантов и карликов?
  3. Каковы размеры самых маленьких звёзд?
  4. Перечислите известные вам типы переменных звёзд.
  5. Перечислите возможные конечные стадии эволюции звёзд.
  6. В чём причина изменения блеска цефеид?
  7. Почему цефеиды называют «маяками Вселенной»?
  8. Что такое пульсары?
  9. Может ли Солнце вспыхнуть, как новая или сверхновая звезда? Почему?

РАЗДЕЛ 6. СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Наша Галактика

  1. Какова структура и размеры нашей Галактики?
  2. Какие объекты входят в состав Галактики?
  3. Как проявляет себя межзвёздная среда? Каков её состав?
  4. Какие источники радиоизлучения известны в нашей Галактике?
  5. Чем различаются рассеянные и шаровые звёздные скопления?

Другие звёздные системы-галактики.

  1. Как определяют расстояния до галактик?
  2. На какие основные типы можно разделить галактики по их внешнему виду и форме?
  3. Чем различаются по составу и структуре спиральные и эллиптические галактики?
  4. Чем объясняется «красное смещение» в спектрах галактик?
  5. Какие внегалактические источники радиоизлучения известны в настоящее время?
  6. Что является источником радиоизлучения в радиогалактиках?
  7. Какие факты свидетельствуют о том, что во Вселенной происходит процесс эволюции?
  8. Каково соотношение масс «обычной» материи, тёмной материи и тёмной энергии во Вселенной?

 Основы современной космологии. Жизнь и разум во Вселенной

  1. Какие факты свидетельствуют о том, что во Вселенной происходит процесс эволюции?
  2. Каково соотношение масс «обычной» материи, тёмной материи и тёмной энергии во Вселенной?

 Все формулы из АСТРОНОМИИ, которые изучаются в курсе физики.

Преподаватели    Дудко Елена Викторовна

Для всех специальностей 1 курса

Составлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования для всех специальностей СПО и  рабочей программой, рассмотренной на заседании ЦМК Математических и естественнонаучных дисциплин.

распределение часов по дисциплине на все виды обучения

КУРС

специальность

Общее кол-во часов

ИЗ   НИХ:

Теоретические занятия

Лабораторные

работы

Практические

работы

Контрольные

работы

Курсовые

проекты

I семестр

II семестр

I семестр

II семестр

семестр

II семестр

семестр

II семестр

I семестр

II семестр

1

А-11, СД-11, СЗ-11, СЗ-12, ОП-11, ОП-12, ЭК-11, ВМ-11, ГК-11, Э-11, ЭС-11

36

32

     

4

         

1

АМ-11, ГМ-11, МП-11, ПС-11,  СМ-11, ВС-11, Г-11 МД-11, СГ-11,  СГ-12, ТТ-11, И-11, П-11, ТО-11, ГС-11, ГС-12, Д-11,      ПИ-11, Р-11,      СП-11, ТМ-11,   БУ-11, Ф-11

   

 32

     

4

       

Всего часов на дисциплину

36

32

32

   

4

4

       

Предмет изучается в группах

Учебный год

Курс

Группы

2018\2019

1

Все группы 1 курса

Содержание календарно-тематического плана

№ зан.

Наименование разделов и тем

Кол. часов

Тип занятия

Наглядные пособия, ТСО, ЭВТ

Литература 
для студентов

Самостоятельная работа на курc
10 часов

 

РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ

2

       

1

Предмет  астрономии.

Наблюдения - основа астрономии.

2

Комбинир.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

Вельяминов-Воронцов, Страут §§1-2

 
 

РАЗДЕЛ 2

ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АСТРОНОМИИ

6

     

2

2

Звезды и созвездия. Небесные координаты и  звездные карты.

2

Урок усв.

 новых знаний

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§§3-4

 

3

Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика. Движение и фазы Луны.

Время и календарь.

1

1

Комбинир.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§§5-9

 

4

Практическая работа №1

Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты звёздного неба

2

Урок практич. направленности

Методические указания

Подвижная карта звёздного неба

Подготовка

реферата или презентации (2ч)

 

РАЗДЕЛ 3.

СТРОЕНИЕ  СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

8

       

5

Развитие представлений о строении мира.

Конфигурация планет.

2

Урок усвоения новых знаний

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§§10-11

 

6

Законы движения небесных тел.

Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе.

2

Комбинир.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§§12-13

 

7

Движение небесных тел под действием сил тяготения.

2

Комбин.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§14

 

8

Практическая  работа № 2

«Законы Кеплера. Определение масс  небесных  тел»

2

Урок практич. направленности

Методические указания

§12

 
 

РАЗДЕЛ 4

ПРИРОДА ТЕЛ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

8

     

2

9

Современные представления

о строении, составе и происхождении Солнечной системы.

2

Урок усвоения новых знаний

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§§15-17

 

10

Планеты земной группы

2

Комбин.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§18

 

11

Планеты-гиганты. Спутники и кольца планет гигантов.

2

Комбин.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§19

 

12

Малые тела Солнечной системы. Карликовые планеты.

2

Комбин.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§20

Подготовка

реферата или презентации (2ч)

 

РАЗДЕЛ 5

СОЛНЦЕ И ЗВЁЗДЫ

6

     

2

13

Солнце - ближайшая звезда

2

Урок усвоения новых знаний

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§21

 

14

Расстояние до звёзд. Характеристики излучения звёзд

2

Урок усвоения новых знаний

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§22

 

15

Массы и размеры звёзд. Переменные и нестационарные звёзды

2

Комбин.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§§23-24

Подготовка

реферата или презентации (2ч)

 

РАЗДЕЛ 6

СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ

6

     

4

16

Наша Галактика

2

Урок усвоения новых знаний

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§25

 

17

Другие звёздные системы-галактики.                                     Основы современной космологии.

2

Комбин.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§§26-27

Подготовка

реферата или презентации (2ч)

18/1

Жизнь и разум во Вселенной

1

Комбин.

урок

Интерактив. доска или ТВ-плазма,

презентация

§28

Проработка материалов конспектов лекций

и учебника (2ч)

18/2

Дифференцированный зачёт

1

Урок контроля знаний

     
 

ВСЕГО:

в т.ч.

-теоретических занятий 32 часов;

-практических занятий   4 часа

36

     

10

Литература:

Основная литература:

  1. Астрономия. Базовый уровень.11 класс: учебник /Б.А. Воронцов-Вельяминов, Е.К. Страут – 5-е изд., пересмотр.- М.: Дрофа, 2018.-238с, с: ил.,8 л. цв. вкл.- (Российский учебник).

Дополнительная литература:

  1. Письмо Минобрнауки РФ от 20.06.2017 г., ТС-194/08 "Об организации изучения учебного предмета "Астрономия".
  2. Приказ Минобрнауки РФ от 20.06.2017 г. №. 851" О внесении изменений в федеральный перечень учебников, рекомендуемых к использованию при реализации имеющих государственную аккредитацию образовательных программ начального общего, основного общего, среднего общего образования, утверждённый приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 31 марта 2014 г. №253."
  3. Чаругин В.М. Астрономия 10-11.Учебник (базовый уровень),-М.: "Просвещение", 2018-144с.
  4. Страут Е.К. Программа: Астрономия. Базовый уровень. 11класс: Учебно-методическое пособие. М, Дрофа, 2018.
  5. Кунаш М.А. Астрономия.11класс. Методическое пособие к учебнику Б.А. Воронцова-Вельяминова, Е.К. Страута «Астрономия. Базовый уровень.11класс» М., Дрофа, 2018.
  6. Страут, Е. К. Астрономия. Базовый уровень. 11 класс: рабочая программа к УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова, Е. К. Страута : учебно-методическое пособие / Е. К. Страут. — М.: Дрофа, 2017. — 39 с.
  7. Шевченко М.Ю. «Школьный астрономический календарь». – М.: Дрофа.

Интернет-ресурсы:

  1. http://infofiz.ru Инфофиз - Сайт преподавателя Дудко Е.В.
  2. pentest.rusff.ruviewtopic.php?id=29
  3. bookitut.ruKurs-obshhej-astronomii.html
  4. http://www.myastronomy.ru
  5. http://www.astronews.ru
  6. http://www.sai.msu.ru/ ГАИШ МГУ
  7. http://www.izmiran.ru/ ИЗМИРАН
  8. http://www.sai.msu.su/EAAS/  АстрО
  9. http://www.myastronomy.ru/
  10. http://www.krugosvet.ru/ энциклопедия Кругосвет

Вторая космическая скорость — наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту, масса которого пренебрежимо мала по сравнению с массой небесного тела, для преодоления его гравитационного притяжения, чтоб удалиться на бесконечно большое расстояние.

 

 

Полезная информация о второой космической скорости:

Вторая космическая скорость определяется радиусом и массой небесного тела, поэтому она своя для каждого небесного тела (для каждой планеты) и является его характеристикой.

Ниже приведена таблица второй космической скорости для некоторых планет нашей солнечной системы:

Параболической вторая космическая скорость называется потому, что тела, имеющие при старте скорость, в точности равную второй космической, движутся по дуге параболы относительно небесного тела. Однако, если энергии телу придано чуть больше, его траектория перестает быть параболой и становится гиперболой; если чуть меньше, то она превращается в эллипс.

У поверхности Земли вторая космическая скорость равна 11,2 км/с.

      При начальной скорости больше 7,9 км/с, но меньше 11,2 км/с космический аппарат движется вокруг Земли по криволинейной траектории - эллипсу. Чем больше начальная скорость, тем все более вытянут эллипс.

   При достижении некоторого значения скорости, называемого второй космической скоростью, эллипс превращается в параболу и космический корабль уходит от Земли безвозвратно. При скорости более второй космической тело движется по гиперболической траектории.

Так же есть:

Первая космическая скорость

Третья космическая скорость    

Обозначения:

 — Вторая космическая скорость

 — Гравитационная постоянная

 — Масса Земли

 — Радиус Земли

 — Высота тела над поверхностью Земли

g - Ускорение свободного падения у поверхности Земли

Второй закон Кеплера — каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади.

S - положение Солнца

Ki - одно из положений планеты 

   Применительное к нашей Солнечной системе, с этим законом связаны два понятия: перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты, и афелий — наиболее удалённая точка орбиты. Таким образом, из второго закона Кеплера следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии. Чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она движется по орбите.

   Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее; поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя афелий, движется медленно, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.

   Так же есть:

   Первый закон Кеплера: 

   Третий закон Кеплера: 

Обозначения:

 — Расстояние от планеты до Солнца

 — Расстояние от центра эллипса до края по большему радиусу

 — Расстояние от центра эллипса до солнца

 — Угол на который повернута планета

 — Период обращения планеты вокруг солнца

26 апреля 1962г. был выведен на орбиту первый отечественный разведывательный КА - "Зенит-2".

Параметры

Значения

Macca

3,3*1023кг. (0,055 массы Земли)

Диаметр

4870 км. (0,38 диаметра Земли)

Плотность

5,43 г/см3

Температура поверхности

максимум 430oC, минимум -180oC

Длина суток

58,65 земных суток

Расстояние от Cолнца(среднее)

0,387 а.е.,то есть 58 млн.км.

Период обращения по орбите(год)

88 земных суток

Скорость вращения по орбите

47,9 км/c

Ускорение свободного падения

3,7 м/c2

   Первая космическая скорость — это минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите.

 

Полезная информация о первой космической скорости:

У поверхности Земли первая космическая скорость равна 7,9 км/с.

   Если в момент выхода на орбиту космический аппарат имеет скорость равную первой космической скорости, перпендикулярно направлению на центр Земли, то его орбита (при отсутствии еще каких-нибудь сил) будет круговой.

   При скорости аппарата меньше, чем первая космическая скорость, его орбита ,будет иметь форму эллипса, причём точка выхода на орбиту будет расположена в апогее. Если эта точка находится на высоте около 160 км, то сразу же после момента выхода на орбиту спутник попадает в лежащие ниже плотные слои атмосферы и сгорит. То есть, если космическому аппарату сообщается скорость меньше первой космической, то он движется по траектории, которая пересекается с поверхностью земного шара, т.е. аппарат падает на Землю.Для указанной высоты первая космическая скорость является минимальной для того, чтобы космический аппарат стал спутником Земли.

   На больших высотах космический аппарат может стать спутником и при скорости, несколько меньших первой космической скорости, вычисленной для этой высоты. Так, на высоте 300 км космическому аппарату для этого достаточно иметь скорость на 45 м/сек меньшую, чем первая посмическая скорость.

   При начальной скорости больше 7,9 км/с, но меньше 11,2 км/с космический аппарат движется вокруг Земли по криволинейной траектории - эллипсу. Чем больше начальная скорость, тем все более вытянут эллипс.

   При достижении некоторого значения скорости, называемого второй космической скоростью, эллипс превращается в параболу и космический корабль уходит от Земли безвозвратно. У поверхности Земли вторая космическая скорость равна 11,2 км/с. При скорости более второй космической тело движется по гиперболической траектории.

Так же есть:

Вторая космическая скорость :   

Третья космическая скорость

Обозначения:

 — Первая космическая скорость

 — Гравитационная постоянная

 — Масса Земли

 — Радиус Земли

 — Высота тела над поверхностью Земли

g - Ускорение свободного падения у поверхности Земли

Первый закон Кеплера — Каждая планета Солнечной системы имеет эллиптическую орбиту (обращается по эллипсу), в одном из фокусов которой находится Солнце.

   

Первый закон Кеплера

S - Солнце

K - планета 

P - перигелий - ближайшая к Солнцу точка орбиты небесного тела, движущегося вокруг Солнца по одному из конических сечений — эллипсу, параболе или гиперболе. 

A афелий - точка орбиты планеты, кометы или какого-либо другого тела, обращающегося вокруг Солнца, наиболее удалённая от Солнца

Кеплер предположил, что орбита Марса эллиптическая, и увидел, что эта кривая хорошо описывает наблюдения, если Солнце поместить в один из фокусов эллипса. Затем Кеплер предположил, что все планеты движутся по эллипсам, в фокусе которых находится Солнце. А орбиту Луны он описал эллипсом, в фокусе которого расположена Земля.

Действительно, орбиты всех больших планет – эллипсы, причем у Венеры орбита наиболее округлая (эксцентриситет е = 0,0068), а у Плутона наиболее вытянута (е = 0,2485).

Так же есть:

Второй закон Кеплера :   

Обозначения:

 — Расстояние от планеты до Солнца

 — Расстояние от центра эллипса до края по большему радиусу

 — Расстояние от центра эллипса до солнца

 — Угол на который повернута планета

 — Период обращения планеты вокруг солнца

Источник: Энциклопедия Кругосвет. Солнечная система - Солнце и обращающиеся вокруг него небесные тела – 8 планет (Плутон признан в 2006 на 26 Ассамблее Международного астрономического союза карликовой планетой.), более 63 спутников, четыре системы колец у планет-гигантов, десятки тысяч астероидов, несметное количество метеороидов размером от валунов до пылинок, а также миллионы комет. В пространстве между ними движутся частицы солнечного ветра – электроны и протоны.

Источник: Энциклопедия Кругосвет. В центре Солнечной системы расположено Солнце – типичная одиночная звезда радиусом около 700 000 км и массой 2Ч1030 кг.

Третий закон Кеплера (гармонический закон) - Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет.

Справедливо не только для планет, но и для их спутников.

Ньютон установил, что гравитационное притяжение планеты определенной массы зависит только от расстояния до неё, а не от других свойств, таких, как состав или температура. Он показал также, что третий закон Кеплера не совсем точен — в действительности в него входит и масса планеты:

Поскольку движение и масса оказались связаны, эту комбинацию гармонического закона Кеплера и закона тяготения Ньютона используют для определения массы планет и спутников, если известны их орбиты и орбитальные периоды.

Обозначения:

и — периоды обращения двух планет вокруг Солнца

и — длины больших полуосей их орбит

— масса Солнца

и — массы планет

   Третья космическая скорость — минимальная скорость, которую необходимо придать находящемуся вблизи поверхности Земли телу, чтобы оно могло преодолеть гравитационное притяжение Земли и Солнца и покинуть пределы Солнечной системы.

где v3 — третья космическая скорость, а v1 и v2 — первая для Солнца и вторая для планеты космические скорости соответственно.

Полезная информация о третьей космической скорости:

   У поверхности Земли третья космическая скорость равна 16,7 км/с.

   При начальной скорости больше 7,9 км/с, но меньше 11,2 км/с космический аппарат движется вокруг Земли по криволинейной траектории - эллипсу. Чем больше начальная скорость, тем все более вытянут эллипс.

   При достижении некоторого значения скорости, называемого второй космической скоростью, эллипс превращается в параболу и космический корабль уходит от Земли безвозвратно. У поверхности Земли вторая космическая скорость равна 11,2 км/с. При скорости более второй космической тело движется по гиперболической траектории.

   При старте с Земли, наилучшим образом используя осевое вращение (≈0,5 км/с) и орбитальное движение планеты (≈29,8 км/с), космический аппарат может достичь третьей космической скорости уже при ~16,6 км/с относительно Земли. Для исключения влияния атмосферного сопротивления предполагается, что космический аппарат приобретает эту скорость за пределами атмосферы Земли. Наиболее энергетически выгодный старт для достижения третьей космической скорости должен осуществляться вблизи экватора, движение объекта должно быть сонаправлено осевому вращению Земли и орбитальному движению Земли вокруг Солнца. При этом скорость движения аппарата относительно Солнца составит 29,8 + 16,6 + 0,5 = 46,9 км/с.

   Траектория аппарата, достигшего третьей космической скорости, будет частью ветви параболы, а скорость относительно Солнца будет асимптотически стремиться к нулю.

   На 2012 год ещё ни один космический аппарат не покидал окрестностей Земли с третьей космической скоростью. Наибольшей скоростью покидания Земли обладал космический аппарат Новые горизонты — 16,21 км/с, но за счёт гравитационного маневра у Юпитера, он покинет Солнечную систему со скоростью около 30 км/с после окончания основной части своей миссии. Аналогичным образом ускорялись и другие космические аппараты, уже покинувшие Солнечную систему (Вояджер-1, Вояджер-2, Пионер-10 и Пионер-11). Все они покидали окрестности Земли со скоростями, существенно меньшими третьей космической.

Так же есть:

Первая космическая скорость: 

Вторая космическая скорость :   

Обозначения:

 — Первая космическая скорость

 — Вторая космическая скорость

 — Гравитационная постоянная

 — Масса Земли

 — Радиус Земли

 — Высота тела над поверхностью Земли

g - Ускорение свободного падения у поверхности Земли

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные  работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся

Объем часов

Уровень освоения

Звезды и созвездия. Небесные координаты и  звездные карты.

Звезды и созвездия. Видимая звездная величина. Небесная сфера. Особые точки небесной сферы. Небесные координаты. Звездные карты. Видимое движение звезд на различных географических широтах. Связь видимого расположения объектов на небе и географических координат наблюдателя. Кульминация светил.

Воспроизведение определений терминов и понятий (созвездие, высота и кульминация звезд). Объяснение наблюдаемых невооруженным глазом движения звезд на различных географических широтах.

2

2

Тема 2.1. Звезды и созвездия. Небесные координаты и  звездные карты.

2.1.1. Звезды и созвездия. Видимая звездная величина

Невооруженным глазом видно на небе большое количество звезд. Их так много, что, кажется, не сосчитать, однако звезд, которые видны невооруженным глазом, около трех тысяч. В общем случае на небе можно насчитать до 2500-3000 звезд (в зависимости от вашего зрения) – а всего видимых звезд около 6000.

Вероятно, еще на заре цивилизации люди, стремясь как-то разобраться во множестве звезд и запомнить их расположение, мысленно объединяли их в определенные фигуры. Тысячи лет назад люди глядели на небо, считали звезды и мысленно соединяли их в разнообразные фигуры (созвездия), называя их именами персонажей древних мифов и легенд, животных и предметов.

У разных народов имелись свои мифы и легенды о созвездиях, свои названия, разное их количество. Деления были чисто условны, рисунки созвездия редко соответствовали названной фигуре, однако это существенно облегчало ориентирование по небу. Даже босоногие мальчики в древней Халдее или Шумерах знали небо лучше любого из нас.

 Многие характерные «звездные фигуры» уже в глубокой древности получили имена героев греческих мифов и легенд, а также тех мифических существ, с которыми эти герои сражались. Так появились на небе Геркулес, Персей, Орион, Андромеда и т. д., а также Дракон, Телец, Кит и т. п. Некоторые из этих созвездий упоминаются в древнегреческих поэмах «Илиада» и «Одиссея». Их изображения можно видеть в старинных звездных атласах, на глобусах и картах звездного неба (рис. 2.1).

Звездное небо на старинных картах

Созвездия - это определенные участки звездного неба, разделенные между собой строго установленными границами. Созвездия - область неба с характерной группой звезд и всеми звездами, находящимися внутри его границ. Соседство звезд, кажущиеся, в проекции на небесную сферу.

Старейшие по названиям считаются созвездия зодиакальные – пояс, вдоль которого происходит годичное движение Солнца, а также видимые пути Луны и планет. Так созвездия Телец – было известно > 4000 лет назад, так как в это время в этом созвездии находилась точка весеннего равноденствия.

У разных народов и в разное время был разный принцип деления звезд.

  • 4 век до н.э. был список 809 звезд входящих в 122 созвездия.
  • 18 век – Монголия – было 237 созвездий.
  • 2 век – Птолемей (“Альмагеста”) – описано 48 созвездий.
  • 15-16 век – период великих морских путешествий – описано 48 созвездий южного неба.
  • В Русском звездном атласе Корнелия Рейссига, изданном в 1829г содержались 102 созвездия.

Были попытки переименовать установившиеся созвездия, но не одно название не прижилось у астрономов (так церковь в 1627г издала атлас созвездий «Христианское звездное небо», где им давались названия монархов – Георг, Карл, Людовик, Наполеон).

Многие звездные карты (атласы) 17-19 века содержали названия созвездий и рисунки фигур. Но прижился только один звездный атлас Яна Гевелия (1611-1687, Польша) изданный в 1690г и имеющий не только точное расположение звезд и впервые экваториальных координатах, но и прекрасные рисунки. (видеофильм «Звездный атлас Яна Гевелия»

Созвездия Южного полушария автор Гевелий Ян, Уранография 1690 год
Созвездия Южного полушария автор Гевелий Ян, Уранография 1690 год

Атласы звёздного неба XVII века
Атласы звёздного неба XVII века

Путаница с созвездиями прекращена в 1922г Международный астрономический союз разделил все небо на 88 созвездий, а границы окончательно установлены в 1928 году.

Среди всех 88 созвездий известное каждому Большая Медведица — одно из самых крупных.

Смотря на небо, нетрудно заметить, что звезды различны по яркости, или, как говорят астрономы, по блеску.

Видимые на небе невооруженным глазом звезды астрономы еще до нашей эры разделили на шесть величин. В 125г до НЭ Гиппарх (180-125, Греция) вводит деление звезд на небе по видимой яркости на звездные величины, обозначив самые яркие - первой звездной величины (1m), а еле видимые – 6m (т. е. разность в 5 звездных величин).

Звездная величина - видимая яркость (блеск) звезды. Звездная величина характеризует не размеры, а только блеск звезд. Чем слабее звезда, тем больше число, обозначающее ее звездную величину.

Когда ученые стали располагать приборами для измерения величины потока света, приходящего от звезд, оказалось, что от звезды первой величины света приходит в 2,5 раза больше, чем от звезды второй величины, от звезды второй величины в 2,5 раза больше, чем от звезды третьей величины, и т. д. Несколько звезд были отнесены к звездам нулевой величины, потому что от них света приходит в 2,5 раза больше, чем от звезд первой величины. А самая яркая звезда всего неба — Сириус (α Большого Пса) получила даже отрицательную звездную величину -1,5.

Было установлено, что поток энергии от звезды первой величины в 100 раз больше, чем от звезды шестой величины. К настоящему времени звездные величины определены для многих сотен тысяч звезд.

Звезды 1-й звездной величины - 1m, наиболее яркие назвали.

Звезды 2-й звездной величины - 2m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 1-й величины

Звезды 3-й звездной величины - 3m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 2-й величины

Звезды 4-й звездной величины - 4m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 3-й величины

Звезды 5-й звездной величины - 5m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 4-й величины

Звезды 6-й звездной величины - 6m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 5-й величины. Самые слабые по блеску из доступных невооруженному глазу Они слабее звезд 1-й звездной величины в 100 раз.

Всего на небе 22 звезды 1-й звездной величины, но блеск их не одинаков: одни из них несколько ярче 1-й величины, другие слабее. Так же обстоит дело со звездами 2-й, 3-й и последующих величин, поэтому для точного определения блеска той или иной пришлось ввести дробные числа. Измерения светового потока от звезд позволяют теперь определить их звездные величины с точностью до десятых и сотых долей.

Самая яркая звезда северного полушария неба Вега имеет блеск 0,14 звездной величины, а самая яркая звезда всего неба Сириус - минус 1,58 звездной величины, Солнце - минус 26,8.

Самые яркие звезды или наиболее интересные объекты из числа более слабых звезд получили собственные имена арабского и греческого происхождения (более 300 звезд имеют имена).

В 1603г Иоганн Байер (1572-1625, Германия) публикует каталог всех видимых звезд и впервые вводит их обозначение буквами греческого алфавита в порядке уменьшения блеска (наиболее яркие). Самые яркие – α, затем β, γ, δ, ε и т.д.

В каждом созвездии звезды обозначаются буквами греческого алфавита в порядке убывания их яркости. Наиболее яркая в этом созвездии звезда обозначается буквой α, вторая по яркости - β и т. д.

Поэтому звезды сейчас обозначаются: Вега (α Лиры), Сириус (α Большого Пса), Полярная (α М. Медведицы). Средняя звезда в ручке ковша Большой Медведицы называется Мицар, что по-арабски означает «конь». Эта звезда второй величины обозначается ζ Большой Медведицы. Рядом с Мицаром можно видеть более слабую звездочку четвертой величины, которую назвали Алькор - «всадник». По этой звезде проверяли качество зрения у арабских воинов несколько веков тому назад.

Звезды различаются не только по блеску, но и по цвету.

Они могут быть белыми, желтыми, красными. Чем краснее звезда, тем она холоднее. Солнце относится к желтым звездам.

С изобретением телескопа ученые получили возможность увидеть более слабые звезды, от которых приходит света гораздо меньше, чем от звезд шестой величины. Шкала звездных величин все дальше и дальше уходит в сторону их возрастания по мере того, как увеличиваются возможности телескопов. Так, например, хаббловский космический телескоп позволил получить изображение предельно слабых объектов - до тридцатой звездной величины.


2.1.2. Небесная сфера. Особые точки небесной сферы.

Люди в древности считали, что все звезды располагаются на небесной сфере, которая как единое целое вращается вокруг Земли. Уже более 2.000 лет тому назад астрономы стали применять способы, которые позволяли указать расположение любого светила на небесной сфере по отношению к другим космическим объектам или наземным ориентирам. Представлением о небесной сфере удобно пользоваться и теперь, хотя мы знаем, что этой сферы реально не существует.

Небесная сфера -  воображаемая шаровая поверхность произвольного радиуса, в центре которой находится глаз наблюдателя, и на которую мы проецируем положение небесных светил.

Понятием небесной сферы пользуются для угловых измерений на небе, для удобства рассуждений о простейших видимых небесных явлениях, для различных расчетов, например вычисления времени восхода и захода светил.

Построим небесную сферу и проведем из ее центра луч по направлению к звезде А (рис.1.1).

Там, где этот луч пересечет поверхность сферы, поместим точку А1 изображающую эту звезду. Звезда В будет изображаться точкой В1. Повторив подобную операцию для всех наблюдаемых звезд, мы получим на поверхности сферы изображение звездного неба – звездный глобус. Ясно, что если наблюдатель находится в центре этой воображаемой сферы, то для него направление на сами звезды и на их изображения на сфере будут совпадать.

  • Что является центром небесной сферы? (Глаз наблюдателя)
  • Каков радиус небесной сферы? (Произвольный)
  • Чем отличаются небесные сферы двух соседей по парте? (Положением центра).

Для решения многих практических задач расстояния до небесных тел не играют роли, важно лишь их видимое расположение на небе. Угловые измерения не зависят от радиуса сферы. Поэтому, хотя в природе небесной сферы и не существует, но астрономы для изучения видимого расположение светил и явлений, которые можно наблюдать на небе в течении суток или многих месяцев, применяют понятие Небесная сфера. На такую сферу и проецируются звезды, Солнце, Луна, планеты и т.д, отвлекаясь от действительных расстояний до светил и рассматривая лишь угловые расстояние между ними. Расстояния между звездами на небесной сфере можно выражать только в угловой мере. Эти угловые расстояния измеряются величиной центрального угла между лучами, направленными на одну и другую звезду, или соответствующими им дугами на поверхности сферы.

Для приближенной оценки угловых расстояний на небе полезно запомнить такие данные: угловое расстояние между двумя крайними звездами ковша Большой Медведицы (α и β) составляет около 5° (рис. 1.2), а от α Большой Медведицы до α Малой Медведицы (Полярной звезды) – в 5 раз больше – примерно 25°.

Простейшие глазомерные оценки угловых расстояний можно провести также с помощью пальцев вытянутой руки.

Только два светила – Солнце и Луну – мы видим как диски. Угловые диаметры этих дисков почти одинаковы – около 30' или 0,5°. Угловые размеры планет и звезд значительно меньше, поэтому мы их видим просто как светящиеся точки. Для невооруженного глаза объект не выглядит точкой в том случае, если его угловые размеры превышают 2–3'. Это означает, в частности, что наш глаз различает каждую по отдельности светящуюся точку (звезду) в том случае, если угловое расстояние между ними больше этой величины. Иначе говоря, мы видим объект не точечным лишь в том случае, если расстояние до него превышает его размеры не более чем в 1700 раз.

Отвесная линия Z,Z’, проходящая через глаз наблюдателя (точка С), находящегося в центре небесной сферы, пересекает небесную сферу в точках Z — зенит, Z’ — надир.

Зенит - эта наивысшая точка над головой наблюдателя.

Надир - противоположная зениту точка небесной сферы.

Плоскость, перпендикулярная отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью (или плоскостью горизонта).

Математическим горизонтом называется линия пересечения небесной сферы с горизонтальной плоскостью, проходящей через центр небесной сферы.

Невооруженным глазом на всем небе можно видеть примерно 6000 звезд, но мы видим лишь половину из них, потому что другую половину звездного неба закрывает от нас Земля. Движутся ли звезды по небосводу? Оказывается, движутся все и притом одновременно. В этом легко убедиться, наблюдая звездное небо (ориентируясь по определенным предметам).

Вследствие ее вращения вид звездного неба меняется. Одни звезды только еще появляются из-за горизонта (восходят) в восточной его части, другие в это время находятся высоко над головой, а третьи уже скрываются за горизонтом в западной стороне (заходят). При этом нам кажется, что звездное небо вращается как единое целое. Теперь каждому хорошо известно, что вращение небосвода — явление кажущееся, вызванное вращением Земли.

Картину того, что в результате суточного вращения Земли происходит со звездным небом, позволяет запечатлеть фотоаппарат.

На полученном снимке каждая звезда оставила свой след в виде дуги окружности (рис. 2.3). Но есть и такая звезда, передвижение которой в течение всей ночи почти незаметно. Эту звезду назвали Полярной. Она в течение суток описывает окружность малого радиуса и всегда видна почти на одной и той же высоте над горизонтом в северной стороне неба. Общий центр всех концентрических следов звезд находится на небе неподалеку от Полярной звезды. Эта точка, в которую направлена ось вращения Земли, получила название северный полюс мира. Дуга, которую описала Полярная звезда, имеет наименьший радиус. Но и эта дуга, и все остальные — независимо от их радиуса и кривизны — составляют одну и ту же часть окружности. Если бы удалось сфотографировать пути звезд на небе за целые сутки, то на фотографии получились бы полные окружности - 360°. Ведь сутки - это период полного оборота Земли вокруг своей оси. За час Земля повернется на 1/24 часть окружности, т. е. на 15°. Следовательно, длина дуги, которую звезда опишет за это время, составит 15°, а за полчаса - 7,5°.

Звезды в течение суток описывают тем большие окружности, чем дальше от Полярной звезды они находятся.

 

Ось суточного вращения небесной сферы называют осью мира (РР').

Точки пересечения небесной сферы с осью мира называют полюсами мира (точка Рсеверный полюс мира, точка Р' южный полюс мира).

Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира. Когда мы смотрим на Полярную звезду, точнее, на неподвижную точку рядом с ней — северный полюс мира, направление нашего взгляда совпадает с осью мира. Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы.

Плоскость ЕАWQ, перпендикулярная оси мира РР' и проходящая через центр небесной сферы, называется плоскостью небесного экватора, а линия пересечения ее с небесной сферой — небесным экватором.

Небесный экватор – линия окружности, полученная от пересечения небесной сферы с плоскостью проходящая через центр небесной сферы перпендикулярно к оси мира.

Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное и южное.

Ось мира, полюса мира и небесный экватор аналогичны оси, полюсам и экватору Земли, так как перечисленные названия связаны с видимым вращением небесной сферы, а оно является следствием действительного вращения земного шара.

 

Плоскость, проходящая через точку зенита Z, центр С небесной сферы и полюс Р мира, называют плоскостью небесного меридиана, а линия пересечения ее с небесной сферой образует линию небесного меридиана.

Небесный меридиан – большой круг небесной сферы, проходящий через зенит Z, полюс мира Р, южный полюс мира Р', надир Z'

В любом месте Земли плоскость небесного меридиана совпадает с плоскостью географического меридиана этого места.

Полуденная линия NS — это линия пересечения плоскостей меридиана и горизонта. N – точка севера, S – точка юга

Она названа так потому, что в полдень тени от вертикальных предметов падают по этому направлению.

  • Каков период вращения небесной сферы? (Равен периоду вращения Земли – 1 сутки).
  • В каком направлении происходит видимое (кажущееся) вращение небесной сферы? (Противоположно направлению вращения Земли).
  • Что можно сказать о взаимном расположении оси вращения небесной сферы и земной оси? (Ось небесной сферы и земная ось будут совпадать).
  • Все ли точки небесной сферы участвуют в видимом вращении небесной сферы? (Точки, лежащие на оси, покоятся).

Земля движется по орбите вокруг Солнца. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты на угол 66,5°. Вследствие действия сил тяготения со стороны Луны и Солнца ось вращения Земли смещается, в то время как наклон оси к плоскости земной орбиты остается постоянным. Ось Земли как бы скользит по поверхности конуса. (то же происходит с осью у обыкновенного волчка в конце вращения).

Это явление было открыто еще в 125 г. до н. э. греческим астрономом Гиппархом и названо прецессией.

Один оборот земная ось совершает за 25 776 лет – этот период называется платоническим годом. Сейчас вблизи Р – северного полюса мира находится Полярная звезда – α Малой Медведицы. Полярной называется та звезда, которая на сегодняшний день находится вблизи Северного полюса мира. В наше время, примерно с 1100 года, такой звездой является альфа Малой Медведицы – Киносура. Раньше титул Полярной поочередно присваивался π, η и τ Геркулеса, звездам Тубан и Кохаб. Римляне вовсе не имели Полярной звезды, а Кохаб и Киносуру (α Малой Медведицы) называли Стражами.

На начало нашего летоисчисление – полюс мира был вблизи α Дракона – 2000 лет назад. В 2100 г полюс мира будет всего в 28' от Полярной звезды – сейчас в 44'. В 3200г полярным станет созвездие Цефей. В 14000 г – полярной будет Вега (α Лиры).

Как найти в небе Полярную звезду?

Чтобы найти Полярную звезду, нужно через звезды Большой Медведицы (первые 2 звезды "ковша") мысленно провести прямую линию и отсчитать по ней 5 расстояний между этими звездами. В этом месте рядом с прямой мы увидим звезду, почти одинаковую по яркости со звездами "ковша" – это и есть Полярная звезда.

В созвездии, которое нередко называют Малый Ковш, Полярная звезда является самой яркой. Но так же, как и большинство звезд ковша Большой Медведицы, Полярная — звезда второй величины.

А вот так выглядит звездное небо на 15 сентября, 21 час.


Летний (летне-осенний) треугольник = звезда Вега (α Лиры, 25,3 св. лет), звезда Денеб (α Лебедя, 3230 св. лет), звезда Альтаир (α Орла, 16,8 св. лет)


2.1.3. Небесные координаты и звездные карты

Чтобы отыскать на небе светило, надо указать, в какой стороне горизонта и как высоко над ним оно находится. С этой целью используется система горизонтальных координат азимут и высота. Для наблюдателя, находящегося в любой точке Земли, нетрудно определить вертикальное и горизонтальное направления.

Первое из них определяется с помощью отвеса и изображается на чертеже (рис. 1.3) отвесной линией ZZ', проходящей через центр сферы (точку О).

Точка Z, расположенная прямо над головой наблюдателя, называется зенитом.

Плоскость, которая проходит через центр сферы перпендикулярно отвесной линии, образует при пересечении со сферой окружность – истинный, или математический, горизонт.

Высота светила отсчитывается по окружности, проходящей через зенит и светило, и выражается длиной дуги этой окружности от горизонта до светила. Эту дугу и соответствующий ей угол принято обозначать буквой h.

Высота светила, которое находится в зените, равна 90°, на горизонте – 0°.

Положение светила относительно сторон горизонта указывает его вторая координата – азимут, обозначаемый буквой А. Азимут отсчитывается от точки юга в направлении движения часовой стрелки, так что азимут точки юга равен 0°, точки запада – 90° и т. д.

Горизонтальные координаты светил непрерывно меняются с течением времени и зависят от положения наблюдателя на Земле, потому что по отношению к мировому пространству плоскость горизонта в данном пункте Земли вращается вместе с ней.

Горизонтальные координаты светил измеряют для определения времени или географических координат различных пунктов на Земле. На практике, например в геодезии, высоту и азимут измеряют специальными угломерными оптическими приборами – теодолитами.

Чтобы создать звездную карту, изображающую созвездия на плоскости, надо знать координаты звезд. Для этого нужно выбрать такую систему координат, которая вращалась бы вместе со звездным небом. Для указания положения светил на небе используют систему координат, аналогичную той, которая используется в географии, - систему экваториальных координат.

Система экваториальных координат сходна с системой географических координат на земном шаре. Как известно, положение любого пункта на земном шаре можно указать с помощью географических координат - широты и долготы.

Географическая широтаэто угловое расстояние пункта от земного экватора. Географическая широта (φ) отсчитывается по меридианам от экватора к полюсам Земли.

Долгота — угол между плоскостью меридиана данного пункта и плоскостью начального меридиана. Географическая долгота (λ) отсчитывается вдоль экватора от начального (Гринвичского) меридиана.

Так, например, Москва имеет следующие координаты: 37°30' восточной долготы и 55°45' северной широты.

Введем систему экваториальных координат, которая указывает положение светил на небесной сфере относительно друг друга.

Проведем через центр небесной сферы (рис. 2.4) линию, параллельную оси вращения Земли, - ось мира. Она пересечет небесную сферу в двух диаметрально противоположных точках, которые называются полюсами мира - Р и Р΄. Северным полюсом мира называют тот, вблизи которого находится Полярная звезда. Плоскость, проходящая через центр сферы параллельно плоскости экватора Земли, в сечении со сферой образует окружность, называемую небесным экватором. Небесный экватор (подобно земному) делит небесную сферу на два полушария: Северное и Южное. Угловое расстояние светила от небесного экватора называется склонением. Склонение отсчитывается по кругу, проведенному через светило и полюса мира, оно аналогично географической широте.

Склонение  - угловое расстояние светил от небесного экватора. Склонение обозначают буквой δ. В северном полушарии склонения считают положительными, в южном — отрицательными.

Вторая координата, которая указывает положение светила на небе, аналогична географической долготе. Эта координата называется прямым восхождением. Прямое восхождение отсчитывается по небесному экватору от точки весеннего равноденствия γ, в которой Солнце ежегодно бывает 21 марта (в день весеннего равноденствия). Оно отсчитывается от точки весеннего равноденствия γ против часовой стрелки, т. е. навстречу суточному вращению неба. Поэтому светила восходят (и заходят) в порядке возрастания их прямого восхождения.

Прямое восхождениеугол между плоскостью полукруга, проведенного из полюса мира через светило (круга склонения), и плоскостью полукруга, проведенного из полюса мира через лежащую на экваторе точку весеннего равноденствия (начального круга склонений). Прямое восхождение обозначается буквой α

Склонение и прямое восхождение (δ, α) называют экваториальными координатами.

Склонение и прямое восхождение удобно выражать не в градусах, а в единицах времени. Учитывая, что Земля делает один оборот за 24 ч, получаем:

360° — 24 ч,  1 ° — 4 мин;    

15° — 1 ч,  15' —1 мин,  15" — 1 с.

Следовательно, прямое восхождение, равное, например, 12 ч, составляет 180°, а 7 ч 40 мин соответствует 115°.

Если не нужна особая точность, то небесные координаты для звезд можно считать неизменными. При суточном вращении звездного неба вращается и точка весеннего равноденствия. Поэтому положения звезд относительно экватора и точки весеннего равноденствия не зависят ни от времени суток, ни от положения наблюдателя на Земле.

Экваториальная система координат изображена на подвижной карте звездного неба.

Принцип создания карты звездного неба весьма прост. Спроектируем сначала все звезды на глобус: там, где луч, направленный на звезду, пересечет поверхность глобуса, будет находиться изображение этой звезды. Обычно на звездном глобусе изображаются не только звезды, но и сетка экваториальных координат. По сути дела, звездным глобусом является модель небесной сферы, которая используется на уроках астрономии в школе. На этой модели нет изображений звезд, но зато представлены ось мира, небесный экватор и другие круги небесной сферы.

Пользоваться звездным глобусом не всегда удобно, поэтому в астрономии (как и в географии) широкое распространение получили карты и атласы.


Атлас звездного неба начинающего наблюдателя

Карту земной поверхности можно получить, если все точки глобуса Земли спроектировать на плоскость (поверхность цилиндра или конуса). Проведя ту же операцию со звездным глобусом, можно получить карту звездного неба.

Познакомимся с простейшей звездной картой, помещенной в Школьном астрономическом календаре.

Расположим плоскость, на которой мы хотим получить карту, так, чтобы она касалась поверхности глобуса в точке, где находится северный полюс мира. Теперь надо спроектировать все звезды и сетку координат с глобуса на эту плоскость. Получим карту, подобную географическим картам Арктики или Антарктики, на которых в центре располагается один из полюсов Земли. В центре нашей звездной карты будет располагаться северный полюс мира, рядом с ним Полярная звезда, чуть дальше остальные звезды Малой Медведицы, а также звезды Большой Медведицы и других созвездий, которые находятся неподалеку от полюса мира. Сетка экваториальных координат представлена на карте радиально расходящимися от центра лучами и концентрическими окружностями. На краю карты против каждого луча написаны числа, обозначающие прямое восхождение (от 0 до 23 ч). Луч, от которого начинается отсчет прямого восхождения, проходит через точку весеннего равноденствия, обозначенную γ. Склонение отсчитывается по этим лучам от окружности, которая изображает небесный экватор и имеет обозначение 0°. Остальные окружности также имеют оцифровку, которая показывает, какое склонение имеет объект, расположенный на этой окружности.

В зависимости от звездной величины звезды изображают на карте кружками различного диаметра. Те из них, которые образуют характерные фигуры созвездий, соединены сплошными линиями. Границы созвездий обозначены пунктиром.


 

2.1.4. Высота полюса мира над горизонтом

Рассмотрим, какова высота полюса мира над горизонтом по рисунку 2.5, где часть небесной сферы и земной шар изображены в проекции на плоскость небесного меридиана.

Пусть ОР — ось мира, параллельная оси Земли; OQ — проекция части небесного экватора, параллельного экватору Земли; OZ— отвесная линия. Тогда высота полюса мира над горизонтом hP = PON, а географическая широта φ =Q1O1O. Очевидно, что эти углы (PON и Q1O1O)равны между собой, поскольку их стороны взаимно перпендикулярны (ОО1ON, a OQOP). Отсюда следует, что высота полюса мира над горизонтом равна географической широте места наблюдения: hP = φ. Таким образом, географическую широту пункта наблюдения можно определить, если измерить высоту полюса мира над горизонтом.

В зависимости от места наблюдателя на Земле меняется вид звездного неба и характер суточного движения звезд.

Проще всего разобраться в том, что и как происходит, на полюсах Земли. Полюс такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной линией, а небесный экватор   с горизонтом (рис. 2.6).

Для наблюдателя, находящегося на Северном полюсе, Полярная звезда видна близ зенита. Здесь над горизонтом находятся только звезды Северного полушария небесной сферы (с положительным склонением). На Южном полюсе, наоборот, видны только звезды с отрицательным склонением. В обоих случаях, двигаясь вследствие вращения Земли параллельно небесному экватору, звезды остаются на неизменной высоте над горизонтом, не восходят и не заходят.

Отправимся с Северного полюса в привычные средние широты. Высота Полярной звезды над горизонтом будет постепенно уменьшаться, одновременно угол между плоскостями горизонта и небесного экватора будет увеличиваться.

Как видно из рисунка 2.7, в средних широтах (в отличие от Северного полюса) лишь часть звезд Северного полушария неба никогда не заходит. Все остальные звезды как Северного, так и Южного полушария восходят и заходят.

Продолжим наше воображаемое путешествие и отправимся из средних широт к экватору, географическая широта которого 0°.Здесь ось мира располагается в плоскости горизонта, а небесный экватор проходит через зенит. На экваторе в течение суток все светила побывают над горизонтом (рис. 2.9).

На полюсах Земли видна только половина небесной сферы. На экваторе Земли в течение года можно увидеть все созвездия. В средних широтах часть звезд является незаходящими, часть – невосходящими, остальные восходят и заходят каждые сутки.


 

2.1.5. Высота светила в кульминации

При своем суточном движении светило, вращаясь вокруг оси мира, за сутки дважды пересекает меридиан — над точками юга и севера. При этом оно один раз занимает самое высокое положение — верхняя кульминация, другой раз — самое низкое положение — нижняя кульминация.

В момент верхней кульминации над точкой юга светило достигает наибольшей высоты над горизонтом.

Кульминация — это явление  прохождения светила через меридиан, момент пересечения небесного меридиана.

    

Светило М в течение суток описывает суточную параллель – малый круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и проходит через глаз наблюдателя.

М1 - верхняя кульминация (h max; А= 0o), М2 – нижняя кульминация (h min; A =180o), М3 – точка восхода, М4 – точка захода,

По суточному движению светила делятся на:

  • невосходящие
  • восходяще - заходящие (восходящие и заходящие в течении суток)
  • незаходящие.
  • К каким относится Солнце, Луна? (ко 2)

На рисунке 2.8 показано положение светила в момент верхней кульминации.

Как известно, высота полюса мира над горизонтом (угол PON): hP = φ. Тогда угол между горизонтом (NS) и небесным экватором (QQ1) будет равен 180° - φ - 90° = 90° - φ. Угол MOS, который выражает высоту светила М в кульминации, представляет собою сумму двух углов: Q1OS  и MOQ1. Величину первого из них мы только что определили, а второй является не чем иным, как склонением светила М, равным δ.

Таким образом, мы получаем следующую формулу, связывающую высоту светила в кульминации с его склонением и географической широтой места наблюдения:

h = 90° - φ + δ.

Зная склонение светила и определив из наблюдений его высоту в кульминации, можно узнать географическую широту места наблюдения.

На рисунке изображена небесная сфера. Рассчитаем зенитное расстояние светила в данном пункте в момент верхней кульминации, если его склонение известно.

Вместо высоты h часто употребляют зенитное расстояние Z, равное 90°—h.

Зенитное расстояние — угловое расстояние точки М от зенита.

Пусть в момент верхней кульминации светило находится в точке М, тогда дуга QМ есть склонение δ светила, так как AQ — небесный экватор, перпендикулярный оси мира РР'. Дуга QZ равна дуге NP и равна географиче­ской широте местности φ. Очевидно, зенитное расстояние, изображаемое дугой ZM, равно z = φ — δ.

Если бы светило кульминировало к северу от зенита Z (т. е. точка М оказалась бы между Z и P), то z = δ— φ. По этим формулам можно рассчитать зенитное расстояние светила с известным склонением в момент верхней кульминации в пункте с известной географической широтой φ.

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные  работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся

Объем часов

Уровень освоения

Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика. Движение и фазы Луны.

Видимое годичное движение Солнца. Эклиптика. Видимое движение и фазы Луны. Затмения Солнца и Луны.

Воспроизведение определений терминов и понятий (кульминация Солнца, эклиптика). Объяснение наблюдаемых невооруженным глазом движения Солнца на различных географических широтах, движение и фазы Луны, причины затмений Луны и Солнца.

1

2

Время и календарь.

Время и календарь. Точное время и определение географической долготы.

Воспроизведение определений терминов и понятий (местное, поясное, летнее и зимнее время). Объяснение необходимости введения високосных лет и нового календарного стиля.
1 2

Тема 2.2.  Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика. Движение и фазы Луны.

2.2.1. Видимое годичное движение Солнца. Эклиптика.

Еще в глубокой древности, наблюдая за Солнцем, люди обнаружили, что его полуденная высота в течение года меняется, как меняется и вид звездного неба: в полночь над южной частью горизонта в различное время года видны звезды разных созвездий — те, которые видны летом, не видны зимой, и наоборот. На основе этих наблюдений был сделан вывод о том, что Солнце перемещается по небу, переходя из одного созвездия в другое, и завершает полный оборот в течение года. Круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца, назвали эклиптикой.

Круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца

Эклиптика (др.-греч. ἔκλειψις — ‘затмение’) — большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца.

Созвездия, по которым проходит эклиптика, получили название зодиакальных (от греческого слова «зоон» — животное). Каждое зодиакальное созвездие Солнце пересекает примерно за месяц. В XX в. к их числу добавилось еще одно — Змееносец.

Зодиакальные созвездия

Как вы уже знаете, перемещение Солнца на фоне звезд — явление кажущееся. Происходит оно вследствие годичного обращения Земли вокруг Солнца.

Поэтому эклиптика представляет собой тот круг небесной сферы, по которому она пересекается с плоскостью земной орбиты. За сутки Земля проходит примерно 1/365 часть своей орбиты. Вследствие этого Солнце перемещается на небе примерно на 1° за каждые сутки. Промежуток времени, в течение которого оно обходит полный круг по небесной сфере, назвали годом. 

Из курса географии вам известно, что ось вращения Земли наклонена к плоскости ее орбиты под углом 66°30'. Следовательно, земной экватор имеет по отношению к плоскости орбиты наклон, равный 23°30'. Таков наклон эклиптики к небесному экватору, который она пересекает в двух точках: весеннего и осеннего равноденствий.

Эклиптика

В эти дни (обычно — 21 марта и 23 сентября) Солнце находится на небесном экваторе и имеет склонение 0°. Оба полушария Земли освещаются Солнцем одинаково: граница дня и ночи проходит точно через полюса, и день равен ночи во всех пунктах Земли. В день летнего солнцестояния (22 июня) Земля повернута к Солнцу своим Северным полушарием. Здесь стоит лето, на Северном полюсе — полярный день, а на остальной территории полушария дни длиннее ночи. В день летнего солнцестояния Солнце поднимается над плоскостью земного (и небесного) экватора на 23°30'. В день зимнего солнцестояния (22 декабря), когда Северное полушарие освещается хуже всего, Солнце находится ниже небесного экватора на такой же угол 23°30'.

♈- точка весеннего равноденствия. 21 марта (день равняется ночи ).
Координаты Солнца: α ¤=0ч, δ ¤=0о
Обозначения сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии ОВНА → сейчас находится в созвездии РЫБ, В 2602г перейдет в созвездие ВОДОЛЕЯ.

♋ - день летнего солнцестояния. 22 июня (самый длинный день и самая короткая ночь).
Координаты Солнца: α¤=6ч, ¤=+23о26'
Обозначение созвездия Рака сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии Близнецов, затем была в созвездии Рака, а с 1988г перешла в созвездие Тельца.

♎ - день осеннего равноденствия. 23 сентября (день равен ночи).
Координаты Солнца: α ¤=12ч, δ t size="2" ¤=0о
Обозначение созвездия Весы сохранилось как обозначение символа правосудия при императоре Августе (63г до НЭ - 14г НЭ), сейчас в созвездии Девы, а в 2442г перейдет в созвездие Льва.

♑ - день зимнего солнцестояния. 22 декабря (самый короткий день и самая длинная ночь). 
Координаты Солнца: α¤=18ч, δ¤=-23о26'
Обозначение созвездия Козерог сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии Козерога, сейчас в созвездии Стрельца, а в 2272г перейдет в созвездие Змееносца.

В зависимости от положения Солнца на эклиптике меняется его высота над горизонтом в полдень — момент верхней кульминации. Измерив полуденную высоту Солнца и зная его склонение в этот день, можно вычислить географическую широту места наблюдения. Этот способ издавна использовался для определения местоположения наблюдателя на суше и на море.

Суточные пути Солнца в дни равноденствий и солнцестояний на полюсе Земли, на ее экваторе и в средних широтах показаны на рисунке.

Суточные пути Солнца в дни равноденствий и солнцестояний


 2.2.2. Видимое движение и фазы Луны. 

Луна — ближайшее к Земле небесное тело, ее единственный естественный спутник. Находясь на расстоянии около 380 тыс. км от Земли, Луна обращается вокруг нее в том же направлении, в котором Земля вращается вокруг своей оси. За каждые сутки она перемещается относительно звезд примерно на 13°, совершая полный оборот за 27,3 суток. Этот промежуток времени — период обращения Луны вокруг Земли в системе отсчета, связанной со звездами, — называется звездным или сидерическим (от лат. sidus — звезда) месяцем.

Собственного свечения Луна не имеет, а Солнце освещает только половину лунного шара. Поэтому по мере ее движения по орбите вокруг Земли происходит изменение вида Луны — смена лунных фаз. В какое время суток Луна бывает над горизонтом, каким мы видим обращенное к Земле полушарие Луны — полностью освещенным или освещенным частично — все это зависит от положения Луны на орбите (рис. 2.12).

 

Если она расположена так, что обращена к Земле своей темной, неосвещенной сторонойто мы не можем видеть Луну, но знаем, что она находится на небе где-то рядом с Солнцем. Эта фаза Луны называется новолунием. Двигаясь по орбите вокруг Земли, Луна примерно через трое суток придет в положение 2. В это время ее можно будет видеть по вечерам неподалеку от заходящего Солнца в виде узкого серпа, обращенного выпуклостью вправо (рис. 2.13). При этом нередко бывает видна и остальная часть Луны, которая светится значительно слабее, так называемым пепельным светом. Это наша планета, отражая солнечные лучи, освещает ночную сторону своего спутника.

День ото дня серп Луны увеличивается по ширине, и его угловое расстояние от Солнца возрастает. Через неделю после новолуния мы видим половину освещенного полушария Луны — наступает фаза, называемая первой четвертью (рис. 2.12).

В дальнейшем доля освещенного полушария Луны, видимая с Земли, продолжает увеличиваться до тех пор, пока не наступит полнолуние. В этой фазе Луна находится на небе в стороне, противоположной Солнцу, и видна над горизонтом всю ночь — от его захода до восхода. После полнолуния фаза Луны начинает уменьшаться. Сокращается и ее угловое расстояние от Солнца. Сначала на правом крае лунного диска появляется небольшой ущерб, который имеет форму серпа. Постепенно этот ущерб растет, а через неделю после полнолуния наступает фаза последней четверти. В этой фазе, как и в первой четверти, мы снова видим половину освещенного полушария Луны, но теперь уже другую, которая в первой четверти была неосвещенной. Луна восходит поздно и видна в этой фазе по утрам (рис. 2.14). В последующем ее серп, обращенный теперь выпуклостью влево, становится все более и более узким (рис. 2.12), постепенно сближаясь с Солнцем. В конце концов он скрывается в лучах восходящего Солнца — снова наступает новолуние.

Полный цикл смены лунных фаз составляет 29,5 суток. Этот промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами называется синодическим месяцем (от греч. synodos — соединение). Еще в  глубокой древности у многих народов месяц, наряду с сутками и годом, стал одной из основных календарных единиц.

Понять, почему синодический месяц длиннее сидерического, нетрудно, если вспомнить, что Земля движется вокруг Солнца. На рисунке 2.15 взаимное расположение Земли Т и Луны соответствуетноволунию. Через 27,3 суток Луна займет на небе прежнее положение относительно звезд и будет находиться в точке L1 . За это время Земля, перемещаясь на 1° в сутки, пройдет по орбите дугу в 27° и окажется в точке Т1. Луне, для того чтобы снова оказаться в новолунии L2, придется пройти по орбите такую же дугу (27°). На это потребуется немногим более двух суток, поскольку за сутки Луна смещается на 13°.

С Земли видна лишь одна сторона Луны, однако это не означает, что она не вращается вокруг своей оси. Проведем опыт с глобусом Луны, перемещая его вокруг глобуса Земли так, чтобы к нему всегда была обращена одна сторона лунного глобуса. Этого можно достичь лишь в том случае, если мы будем его поворачивать по отношению ко всем другим предметам, находящимся в классе. Полный оборот глобуса Луны вокруг оси завершится одновременно с тем, как завершится один оборот вокруг глобуса Земли. Это доказывает, что период вращения Луны вокруг своей оси равен сидерическому периоду ее обращения вокруг Земли — 27,3 суток.


2.2.3. Затмения Солнца и Луны.

Если бы плоскость орбиты, по которой Луна движется вокруг Земли, совпадала с плоскостью орбиты, по которой Земля обращается вокруг Солнца, то ежемесячно в момент новолуния происходило бы солнечное затмение, а в момент полнолуния — лунное. Этого не случается потому, что плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости орбиты Земли под углом около 5°.

Именно поэтому  тень Луны в новолуние может пройти выше Земли, а в полнолуние сама Луна может пройти ниже земной тени. В это время положение орбиты Луны таково, что она пересекает плоскость орбиты Земли в фазах первой и последней четверти. В каких же случаях затмения Солнца и Луны могут произойти?

Вы уже знаете, что направление оси вращения Земли в пространстве остается при движении нашей планеты вокруг Солнца неизменным. Практически не меняется в течение года и положение плоскости лунной орбиты. Рассмотрим, как это повлияет на возможность наступления затмений. За три месяца Земля пройдет четверть своего пути вокруг Солнца. Теперь плоскость лунной орбиты будет расположена так, что линия ее пересечения с плоскостью земной орбиты направлена на Солнце. Поэтому Луна будет пересекать плоскость орбиты Земли (или находиться близ нее) в новолуние и полнолуние. Иначе говоря, двигаясь по небу, Луна приходит в ту точку эклиптики, где в этот момент находится Солнце, и загораживает его от нас. В том случае, если Солнце целиком закрыто Луной, затмение называется полным. Если же случится так, что она закроет лишь часть Солнца, то затмение будет частным. Когда Луна пересекает эклиптику в точке, диаметрально противоположной Солнцу, она сама полностью или частично скрывается в тени Земли. Лунные затмения, как и солнечные, могут быть полными или частными.

     Условия, благоприятные для наступления затмений, сохраняются примерно на протяжении месяца. За это время может произойти по крайней мере одно солнечное затмение или два солнечных и одно лунное. Следующее необходимое для наступления затмений расположение лунной орбиты повторится снова лишь спустя примерно полгода (177— 178 суток), когда Земля пройдет половину своего пути вокруг Солнца. В течение года на Земле обычно происходит два-три солнечных затмения и одно — два лунных. Максимальное число затмений за год — семь.

Лунные затмения, хотя и происходят реже солнечных, но видны чаще. Луна, попавшая при затмении в земную тень, видна на всем полушарии Земли, где она в это время находится над горизонтом. Погружаясь в земную тень, Луна приобретает красноватую окраску различных оттенков. Цвет зависит от состояния земной атмосферы, которая, преломляя лучи Солнца и рассеивая их, все же пропускает красные лучи внутрь конуса тени. Несколько часов затрачивает Луна, чтобы пересечь тень Земли. Полная фаза затмения длится около полутора часов

Полное затмение Солнца можно наблюдать лишь там, где на Землю падает небольшое по размерам (диаметром не более 270 км) пятно лунной тени. Тень Луны со скоростью примерно 1 км/с движется по земной поверхности с запада на восток, поэтому в каждом пункте Земли полное затмение продолжается лишь несколько минут (на экваторе максимальная продолжительность составляет 7 мин 40 с). Путь, который проходит тень Луны, называется полосой полного солнечного затмения. В разные годы лунная тень пробегает по различным районам земного шара, поэтому полные солнечные затмения видны реже лунных. Так, например, в окрестностях Москвы в последний раз затмение было 19 августа 1887 г., а в следующий раз произойдет только 16 сентября 2126 г. Полутень Луны имеет диаметр значительно больше тени — около 6000 км. Там, куда попала полутень Луны, происходит частное затмение Солнца. Их можно видеть каждые два-три года.

Через каждые 6585,3 суток (18 лет 11 суток 8 часов) затмения повторяются в прежнем порядке. Таков промежуток времени, в течение которого плоскость лунной орбиты делает полный оборот в пространстве. Знание закономерностей движения Луны и Земли позволяет ученым с высокой степенью точности на сотни лет вперед вычислять моменты наступления затмений и знать, где на земном шаре они будут видны. Сведения о затмениях на ближайший год и условия их видимости содержатся, в частности, в «Школьном астрономическом календаре».

Располагая необходимыми данными о предстоящих затмениях, ученые получают возможность организовать экспедиции в полосу полного солнечного затмения. В момент полной фазы можно наблюдать внешние, наиболее разреженные слои атмосферы Солнца — солнечную корону, которая в обычных условиях не видна. В прошлом многие важные сведения о природе Солнца были получены именно во время полных затмений.


2.2.4. Время и календарь. Точное время и определение географической долготы.

Календарь

Система счета длительных промежутков времени, согласно которой устанавливается определенная продолжительность месяцев, их порядок в году и начальный момент отсчета лет, называется календарем. Календарь, которым мы пользуемся в настоящее время, создан в результате длительных поисков наиболее удобной для этих целей системы. На протяжении истории человечества существовало более 200 различных календарей.

Уже на первом этапе развития цивилизации некоторые народы стали пользоваться лунными календарями. В этих календарях чередовались месяцы продолжительностью 29 и 30 суток. Началом месяца всегда считалось новолуние. Но дело в том, что от одного новолуния до следующего проходит примерно 29,5 суток — такова периодичность смены фаз Луны, связанная с ее обращением вокруг Земли. При таком календаре не получается полного согласования с продолжительностью года, которая составляет приблизительно 365,25 суток. Ведь 12 лунных месяцев содержат всего 354 дня. Для устранения несогласованности между лунным и солнечным годом в различных лунных календарях были предложены необходимые поправки.

В солнечном календаре за основу берется продолжительность тропического года, который представляет собой промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Тропический год составляет 365 суток 5 часов 48 минут 46,1 секунды. Поскольку число суток в году не может быть дробным, во всех календарях большая часть лет содержит 365 суток и вводится правило, по которому определенные годы имеют продолжительность на сутки больше. В зависимости от этого средняя продолжительность года по тому или иному календарю в большей или меньшей степени приближается к продолжительности тропического года.

В Древнем Египте в V тысячелетии до н. э. был введен календарь, который состоял из 12 месяцев по 30 дней в каждом и дополнительных 5 дней в конце года. Такой календарь давал ежегодно отставание в 0,25 суток, или 1 год за 1460 лет.

Непосредственный предшественник современного календаря был разработан в Древнем Риме по приказу императора Юлия Цезаря и потому получил название юлианского. Год, согласно этому календарю, состоял из 12 месяцев и содержал 365 или 366 суток. Лишние сутки добавлялись каждые четыре года: такие годы, номер которых делится на четыре, получили название високосных.

Это название происходит от латинского слова bissextus (второй шестой). Отсюда пошло греческое слово «бисокос», которое в русском языке постепенно превратилось в «високос», «високосный». Дело в том, что тогда считали, сколько дней осталось до первого дня следующего месяца. Дополнительный день в високосном году добавлялся в феврале, после шестого дня перед началом марта и считался не пятым, а еще раз шестым.

С учетом високосных лет продолжительность года по юлианскому календарю (старому стилю) отличалась от продолжительности тропического года всего на 11 минут 14 секунд, что давало ошибку в 1 сутки за 128 лет, или 3 суток примерно за 400 лет. Юлианский календарь был принят в качестве христианского в 325 г. н. э., и ко второй половине XVIв. расхождение достигло уже 10 суток.

Для того чтобы исправить расхождение, папа римский Григорий XIIIв 1582 г. ввел новый стиль, календарь, названный по его имени григорианским. Для того чтобы уменьшить отличие календарного года от тропического, было решено каждые 400 лет выбрасывать из счета 3 суток путем сокращения числа високосных лет. Простыми, невисокосными условились считать все годы столетий, за исключением тех, у которых число столетий делится на 4 без остатка. Високосным считались 1600 и 2000 гг. В то же время 1700, 1800 и 1900 гг. были простыми.

В России новый стиль был введен только с 1 февраля 1918 г. К этому времени между ним и старым стилем накопилась разница в 13 дней. Эта разница сохранится до 2100 г., который по старому стилю должен был бы считаться високосным, а по новому — простым. Различие между старым и новым стилем обычно указывается, когда мы имеем дело с событиями, относящимися к прошлому. Так, например, мы говорим, что К. Э. Циолковский родился 5 (17) сентября 1857 г.

Год по григорианскому календарю оказывается в среднем на полминуты длиннее тропического, так что расхождение за 400 лет составляет всего 2 часа 53 минуты, или сутки за 3300 лет.

Нумерация лет как по новому, так и по старому стилю ведется от года Рождества Христова, наступления новой эры. В России новая эра была введена указом Петра I, согласно которому после 31 декабря 7208 г. «от сотворения мира» наступило 1 января 1700 г. от Рождества Христова.

Точное время и определение географической долготы

Солнце всегда освещает только половину земного шара: на одном полушарии — день, а на другом в это время ночь, соответственно всегда есть точки, где в данный момент полдень, и Солнце находится в верхней кульминации. По мере того как Земля вращается вокруг оси, полдень наступает в тех местах, которые лежат западнее. По положению Солнца (или звезд) на небе определяется местное время для любой точки земного шара. Местное время в двух пунктах 1 и Т2отличается ровно на столько, на сколько отличается их географическая долгота:

Ясно, что полдень наступает в данном пункте Земли позже, чем в другом, ровно на столько, сколько времени нужно планете, чтобы повернуться на угол, соответствующий разности их долгот. Так, например, в Санкт-Петербурге, который находится на 8°45' западнее Москвы, полдень наступает на 35 минут позднее.

Определив из наблюдений местное время в данном пункте и сравнив его с местным временем другого, географическая долгота которого известна, можно вычислить географическую долготу пункта наблюдения. Условились отсчитывать долготу от начального (нулевого) меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию. Местное время этого меридиана называют всемирным временем — Universal Time (UT). Тогда

Т1 = UT + λ1,

иначе говоря, местное время любого пункта равно всемирному времени в этот момент плюс долгота данного пункта от начального меридиана, выраженная в часовой мере.

Точный счет времени осложняется тем, что его прежний эталон — период вращения Земли — оказался не вполне надежным. Одной из основных единиц времени уже давно были избраны солнечные сутки — промежуток времени, который проходит от одной верхней кульминации Солнца до другой. Но по мере возрастания точности астрономических наблюдений стало очевидно, что продолжительность суток не остается постоянной. Скорость вращения нашей планеты меняется на протяжении года, а кроме того, происходит, хотя и очень медленно, замедление ее вращения. Поэтому понятно, что определение секунды как единицы времени, составляющей 1/86 400 часть суток, потребовало уточнения. Современное определение секунды вам известно из курса физики. Использование атомных часов, которыми располагают службы точного времени и государственный эталон времени и частоты, обеспечивает исключительно малую погрешность в счете времени (около 5 - 10 с за сутки). Транслируемые по радио сигналы точного времени передаются именно с атомных часов.

Принимая эти сигналы и определяя местное время по наблюдениям моментов кульминации звезд, можно вычислить точные координаты любого пункта земной поверхности. Эти пункты служат опорными точками при составлении карт, прокладке трасс газопроводов, автомобильных и железных дорог, строительстве крупных объектов и ряде других работ. Сигналы точного времени, наряду с другими средствами (радиомаяками, навигационными спутниками и т. п.) необходимы в авиационной и морской навигации.

Если бы в своей повседневной жизни мы пользовались местным временем, то по мере передвижения на запад или восток приходилось бы непрерывно передвигать стрелки часов. Возникающие при этом неудобства столь очевидны, что в настоящее время практически все население земного шара пользуется поясным временем.

Поясная система счета времени была предложена в 1884 г. Согласно этой системе весь земной шар был разделен по долготе на 24 часовых пояса (по числу часов в сутках), каждый из которых занимает примерно 15°. По сути дела, счет времени по этой системе ведется только на 24 основных меридианах, отстоящих друг от друга на 15° по долготе. Время на этих меридианах, которые расположены примерно посередине каждого часового пояса, отличается ровно на один час. Местное время основного меридиана данного пояса называется поясным временем. По нему ведется счет времени на всей территории, относящейся к этому часовому поясу. Поясное время, которое принято в конкретном пункте, отличается от всемирного на число часов, равных номеру его часового пояса:

Т = UT + п,

где UT — всемирное время, a п — номер часового пояса.


Границами часовых поясов являются линии,которые идут от Северного полюса Земли до Южного и отстоят приблизительно на 7,5° от основных меридианов. Эти границы далеко не всегда проходят строго по меридианам, а проведены по административным границам областей или других регионов так, чтобы на всей их территории действовало одно и то же время (рис. 2.18). Естественно, например, что Москва живет по времени одного (второго) часового пояса. Если же формально следовать принятому правилу деления на часовые пояса, то нужно было бы провести границу пояса так, что город оказался бы разделенным на две неравные части.

В нашей стране поясное время было введено с 1 июля 1919 г. С тех пор границы часовых поясов неоднократно пересматривались и изменялись.

С января 1992 г., когда в России часы были переведены на один час вперед, мы живем по так называемому декретному времени, которое было введено в СССР еще в 1930 г. В конце марта страна переходит на летнее время, стрелки часов переводятся еще на один час вперед. Отменяется летнее время в конце сентября, стрелки возвращают на один час назад. Дни, когда вводится и отменяется летнее время, ежегодно устанавливаются распоряжением правительства.

Московское декретное время, которое показывают часы не только в Москве, но также в Санкт-Петербурге и центральных областях России, отличается от всемирного времени на 3 часа зимой и на 4 часа летом. 

Практическая работа № 1

Тема: Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты звёздного неба

Цель: познакомиться с подвижной картой звёздного неба,

            научиться определять условия видимости созвездий

            научиться определять координаты звезд по карте

Ход работы:

Теория.

Вид звёздного неба изменяется из-за суточного вращения Земли. Изменение вида звёздного неба в зависимости от времени года происходит вследствие обращения Земли вокруг Солнца. Работа посвящена знакомству со звёздным небом, решению задач на условия видимости созвездий и определении их координат.

Подвижная карта звёздного неба изображена на рисунке.

Подвижная карта звездного неба

(Распечатать)

Перед началом работы распечатать подвижную карту звездного неба, овал накладного круга вырезать по линии, соответствующей географической широте места наблюдения. Линия выреза накладного круга будет изображать линию горизонта. Звёздную карту и накладной круг наклеить на картон. От юга к северу накладного круга натянуть нить, которая покажет направление небесного меридиана.

На карте:

  • звёзды показаны чёрными точками, размеры которых характеризуют яркость звёзд;
  • туманности обозначены штриховыми линиями;
  • северный полюс мира изображён в центре карты;
  • линии, исходящие от северного полюса мира, показывают расположение кругов склонения. На звёздной карте для двух ближайших кругов склонения угловое расстояние равно 1 ч;
  • небесные параллели нанесены через 30°. С их помощью можно произвести отсчёт склонение светил δ;
  • точки пересечения эклиптики с экватором, для которых прямое восхождение 0 и 12 ч., называются точками весеннего g и W равноденствий;
  • по краю звёздной карты нанесены месяцы и числа, а на накладном круге – часы;
  • зенит расположен вблизи центра выреза (в точке пересечения нити, изображающей небесный меридиан с небесной параллелью, склонение которой равно географической широте места наблюдения).

Подвижная карта звёздного неба

Для определения местоположения небесного светила необходимо месяц, число, указанное на звёздной карте, совместить с часом наблюдения на накладном круге.

Небесный экватор — большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного экватора. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное полушарие, с вершиной в северном полюсе мира, и южное полушарие, с вершиной в южном полюсе мира. Созвездия, через которые проходит небесный экватор, называют экваториальными. Различают созвездия южные и северные.

Созвездия Северного полушария: Большая и Малая Медведицы, Кассиопея, Цефей, Дракон, Лебедь, Лира, Волопас и др.

К южным относятся Южный Крест, Центавр, Муха, Жертвенник, Южный Треугольник.

Полюс мираточка на небесной сфере, вокруг которой происходит видимое суточное движение звёзд из-за вращения Земли вокруг своей оси. Направление на Северный полюс мира совпадает с направлением на географический север, а на Южный полюс мира — с направлением на географический юг. Северный полюс мира находится в созвездии Малой Медведицы с поляриссимой (видимая яркая звезда, находящаяся на оси вращения Земли) — Полярной звездой, южный — в созвездии Октант.

Туманностьучасток межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба. Ранее туманностями называли всякий неподвижный на небе протяжённый объект. В 1920-е годы выяснилось, что среди туманностей много галактик (например, Туманность Андромеды). После этого термин «туманность» стал пониматься более узко, в указанном выше смысле. Туманности состоят из пыли, газа и плазмы.

Эклиптикабольшой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца. Плоскость эклиптики — плоскость обращения Земли вокруг Солнца (земной орбиты).

В зависимости от места наблюдателя на Земле меняется вид звездного неба и характер суточного движения звезд. Cуточные пути светил на небесной сфере — это окружности, плоскости которых параллельны небесному экватору.

Рассмотрим, как изменяется вид звездного неба на полюсах Земли. Полюс — это такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной линией, а небесный экватор — с горизонтом.

Вид звездного неба на полюсах Земли

Для наблюдателя, находящегося на Северном полюсе Земли, Полярная звезда будет располагаться в зените, звёзды будут двигаться по кругам, параллельным математическому горизонту, который совпадает с небесным экватором. При этом над горизонтом будут видны все звёзды, склонение которых положительно (на Южном полюсе, наоборот, будут видны все звезды, склонение которых отрицательно), а их высота в течение суток не будет изменяться.

Переместимся в привычные для нас средние широты. Здесь уже ось мира и небесный экватор наклонены к горизонту. Поэтому и суточные пути звёзд также будут наклонены к горизонту. Следовательно, на средних широтах наблюдатель сможет наблюдать восходящие и заходящие звёзды.

Вид звездного неба в средних широтах Земли

Под восходом  понимается явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта, а под заходом — западной части этого горизонта.

Помимо этого, часть звёзд, располагающихся в северных околополярных созвездиях, никогда не будут опускаться за горизонт. Такие звёзды принято называть незаходящими.

А звёзды, расположенные около Южного полюса мира для наблюдателя на средних широтах будут являться невосходящими.

Отправимся дальше — на экватор, географическая широта которого равна нулю. Здесь ось мира совпадает с полуденной линией (то есть располагается в плоскости горизонта), а небесный экватор проходит через зенит.

Вид звездного неба на экваторе Земли

Суточные пути всех, без исключения, звёзд перпендикулярны горизонту. Поэтому находясь на экваторе, наблюдатель сможет увидеть все звёзды, которые в течение суток восходят и заходят.

Вообще, для того, чтобы светило восходило и заходило, его склонение по абсолютной величине должно быть меньше, чем  .

Если  pr1astr 7, то в Северном полушарии она будет являться незаходящей (для Южного — невосходящей).

Тогда очевидно, что те светила, склонение которых  , являются невосходящими для Северного полушария (или незаходящими для Южного).

Экваториальная система координатэто система небесных координат, основной плоскостью в которой является плоскость небесного экватора.

Экваториальные небесные координаты:

1. Склонение (δ) — угловое расстояние светила М от небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения. Обычно выражается в градусах, минутах и секундах дуги. Склонение положительно к северу от небесного экватора и отрицательно к югу от него. Объект на небесном экваторе имеет склонение 0°. Склонение северного полюса небесной сферы равно +90° Склонение южного полюса равно −90°.

2. Прямое восхождение светила (α) — угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от точки весеннего равноденствия до точки пересечения небесного экватора с кругом склонения светила.

Экваториальные небесные координаты

Последовательность выполнения практической работы:

Задачи практической работы:

Задача 1. Определите экваториальные координаты Альтаира (α Орла), Сириуса (α Большого Пса) и Веги (α Лиры).

Задача 2. Используя карту звёздного неба, найдите звезду по её координатам: δ = +35о; α = 1ч 6м.

Задача 3. Определите, какой является звезда δ Стрельца, для наблюдателя, находящего на широте 55о 15ʹ. Определить, восходящей или невосходящей является звезда двумя способами: с использованием накладного круга подвижной карты звездного неба и с использованием формул условия видимости звезд.

Практический способ. Располагаем подвижный круг на звездной карте и при его вращении определяем, является звезда восходящей или невосходящей.

Теоретичекий способ.

Используем формулы условия видимости звезд:

Если , то звезда является восходящей и заходящей.

Если pr1astr 7, то звезда в Северном полушарии является незаходящей

Если , то звезда в Северном полушарии является невосходящей.

Задача 4. Установить подвижную карту звёздного неба на день и час наблюдения и назвать созвездия, расположенные в южной части неба от горизонта до полюса мира; на востоке – от горизонта до полюса мира.

Задача 5. Найти созвездия, расположенные между точками запада и севера, 10 октября в 21 час. Проверить правильность определения визуальным наблюдением звёздного неба.

Задача 6. Найти на звёздной карте созвездия с обозначенными в них туманностями и проверить, можно ли их наблюдать невооруженным глазом глазом на день и час выполнения лабораторной работы.

Задача 7. Определить, будут ли видны созвездия Девы, Рака. Весов в полночь 15 сентября? Какое созвездие в это же время будет находиться вблизи горизонта на севере?

Задача 8. Определить, какие из перечисленных созвездий: Малая Медведица, Волопас, Возничий, Орион - для вашей широты будут незаходящими?

Задача 9. На карте звёздного неба найти пять любых перечисленных созвездий: Большая Медведица, Малая Медведица, Кассиопея, Андромеда, Пегас, Лебедь, Лира, Геркулес, Северная корона – и определить приближённо небесные координаты (склонение, и прямое восхождение) a-звёзд этих созвездий.

Задача 10. Определить, какие созвездия будут находиться вблизи горизонта на Севере, Юге, Западе и Востоке 5 мая в полночь.

Контрольные вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1. Что такое звёздное небо? (Звёздное небо - множество небесных светил, видимых с Земли ночью, на небесном своде. В ясную ночь человек с хорошим зрением увидит на небосводе не более 2—3 тысяч мерцающих точек. Тысячи лет назад древние астрономы разделили звездное небо на двенадцать секторов и придумали им имена и символы, под которыми они известны и поныне.)

2. Что такое созвездия? (Созвездия -  участки, на которые разделена небесная сфера для удобства ориентирования на звёздном небе. В древности созвездиями назывались характерные фигуры, образуемые яркими звёздами. )

3. Сколько на сегодняшний день созвездий? (Сегодня есть 88 созвездий. Созвездия различны по занимаемой площади на небесной сфере и количеству звезд в них.)

4. Перечислить основные созвездия или те, которые вы знаете. (Существуют большие созвездия и маленькие. К первым относятся Большая Медведица, Геркулес, Пегас, Водолей, Волопас, Андромеда. Ко вторым - Южный Крест, Хамелеон, Летучая Рыба, Малый Пёс, Райская Птица. Конечно, мы назвали лишь малую толику, наиболее известные.)

5. Что такое карта неба? ( Это изображение звёздного неба или его части на плоскости. Карту неба астрономы разделили на 2 части: южную и северную (по аналогии с полушариями Земли.)

6. Что такое небесный экватор? (Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного экватора.)

По окончанию практической работы студент должен представить отчет.

Отчёт должен включать ответы на все указанные пункты порядка выполнения работы и ответы на контрольные вопросы.

Список литературы

1. Воронцов-Вельяминов Б. А., Страут Е. К. «Астрономия. 11 класс». Учебник с электронным приложением — М.: Дрофа, 2017

2. Р. А. Дондукова «Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты» Руководство по проведению лабораторных работ М.: «Высшая школа» 2000

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные  работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся

Объем часов

Уровень освоения

Раздел 3. Строение Солнечной системы      

Тема 3.1. Развитие представлений о строении мира. Конфигурация планет.

Развитие представлений о строении мира. Геоцентрическая система мира. Становление гелиоцентрической системы мира.

Конфигурации планет и условия их видимости. Синодический и сидерический (звездный) периоды обращения планет.

Воспроизведение исторических сведений о становлении и развитии гелиоцентрической системы мира. Воспроизведение определений терминов и понятий (конфигурация планет, синодический и сидерический периоды обращения планет, горизонтальный параллакс, угловые размеры объекта, астрономическая единица). Вычисление расстояния до планет по горизонтальному параллаксу, а их размеров — по угловым размерам и расстоянию.

2

2

Тема 3.1.  Развитие представлений о строении мира. Конфигурация планет.

3.1.1 Развитие представлений о строении мира. Геоцентрическая система мира.

Солнечная система — это, прежде всего Солнце и девять больших планет, к числу которых относится и Земля.

Кроме больших планет со спутниками, вокруг Солнца обращаются малые планеты (астероиды), которых в настоящее время известно более 6000, и еще большее число комет. Диаметр самых крупных астероидов не превышает 1000 км, а ядра комет еще меньше. Вокруг Солнца движутся также тела размером в десятки и сотни метров, глыбы и камни, множество мелких камешков и пылинок. Чем меньше размеры этих частиц, тем их больше. Межпланетная среда — это крайне разреженный газ, состояние которого определяется излучением Солнца и растекающимися от него потоками вещества.

Движением всех больших и малых тел Солнечной системы управляет Солнце, масса которого в 333 000 раз превышает массу Земли и в 750 раз суммарную массу всех планет. 

Путь к пониманию положения нашей планеты и живущего на ней человечества во Вселенной был очень непростым и подчас весьма драматичным. В древности было естественным считать, что Земля является неподвижной, плоской и находится в центре мира. Казалось, что вообще весь мир создан ради человека. Подобные представления получили название антропоцентризма (от греч. antropos — человек).

Многие идеи и мысли, которые в дальнейшем отразились в современных научных представлениях о природе, в частности в астрономии, зародились в Древней Греции, еще за несколько веков до нашей эры. Трудно перечислить имена всех мыслителей и их гениальные догадки. Выдающийся математик Пифагор (VI в. до н. э.) был убежден, что «в мире правит число». Считается, что именно Пифагор первым высказал мысль о том, что Земля, как и все другие небесные тела, имеет шарообразную форму и находится во Вселенной без всякой опоры.

Другой не менее известный ученый древности, Демокрит — основоположник представлений об атомах, живший за 400 лет до нашей эры, — считал, что Солнце во много раз больше Земли, что Луна сама не светится, а лишь отражает солнечный свет, а Млечный Путь состоит из огромного количества звезд.

Обобщить все знания, которые были накоплены к IV в. до н. э., смог выдающийся философ античного мира Аристотель (384—322 до н. э.). Его деятельность охватывала все естественные науки — сведения о небе и Земле, о закономерностях движения тел, о животных и растениях и т. д. Главной заслугой Аристотеля как ученого-энциклопедиста было создание единой системы научных знаний.

На протяжении почти двух тысячелетий его мнение по многим вопросам не подвергалось сомнению.

Согласно Аристотелю, все тяжелое стремится к центру Вселенной, где скапливается и образует шарообразную массу — Землю. Планеты размещены на особых сферах, которые вращаются вокруг Земли. Такая система мира получила название геоцентрической (от греческого названия Земли — Гея). Аристотель не случайно предложил считать Землю неподвижным центром мира. Если бы Земля перемещалась, то, по справедливому мнению Аристотеля, было бы заметно регулярное изменение взаимного расположения звезд на небесной сфере. Но ничего подобного никто из астрономов не наблюдал. Только в начале XIX в. было наконец-то обнаружено и измерено смещение звезд (параллакс), происходящее вследствие движения Земли вокруг Солнца.

Многие обобщения Аристотеля были основаны на таких умозаключениях, которые в то время не могли быть проверены опытом. Так, он утверждал, что движение тела не может происходить, если на него не действует сила. Как вы знаете из курса физики, эти представления были опровергнуты только в XVII в. во времена Галилея и Ньютона.

Среди ученых древности выделяется смелостью своих догадок Аристарх Самосский, живший в III в. до н. э. Он первым определил расстояние до Луны, вычислил размеры Солнца, которое, по его данным, оказалось в 300 с лишним раз больше Земли по объему. Вероятно, эти данные стали одним из оснований для вывода о том, что Земля вместе с другими планетами движется вокруг этого самого крупного тела. В наши дни Аристарха Самосского стали называть «Коперником античного мира».

К сожалению, труды этого замечательного ученого до нас практически не дошли, и более полутора тысяч лет человечество было уверено, что Земля — это неподвижный центр мира. В немалой степени этому способствовало математическое описание видимого движения светил, которое разработал для геоцентрической системы мира один из выдающихся математиков древности — Клавдий Птолемей во II в. н. э. Наиболее сложной задачей оказалось объяснение петлеобразного движения планет (рис. 3.1).

Птолемей в своем знаменитом сочинении «Математический трактат по астрономии» (оно более известно как «Альмагест») утверждал, что каждая планета равномернодвижется по эпициклу — малому кругу, центр которого движется вокруг Земли по деференту — большому кругу (рис. 3.2). Тем самым ему удалось объяснить особый характер движения планет, которым они отличались от Солнца и Луны. Система Птолемея давала чисто кинематическое описание движения планет — иного наука того времени предложить не могла.


 

3.1.2 Становление гелиоцентрической системы мира.

Вы уже убедились, что использование модели небесной сферы при описании движения Солнца, Луны и звезд позволяет вести многие полезные для практических целей расчеты, хотя реально такой сферы не существует. То же справедливо и в отношении эпициклов и деферентов, на основе которых можно с определенной степенью точности рассчитывать положение планет. Однако с течением времени требования к точности этих расчетов постоянно возрастали, приходилось добавлять все новые и новые эпициклы для каждой планеты. Все это усложняло систему Птолемея, делая ее излишне громоздкой и неудобной для практических расчетов. Тем не менее, геоцентрическая система оставалась незыблемой еще около 1000 лет. Ведь после расцвета античной культуры в Европе наступил длительный период, в течение которого не было сделано ни одного существенного открытия в астрономии и многих других науках. 

Только в эпоху Возрождения начинается подъем в развитии наук, в котором астрономия становится одним из лидеров. В 1543 г. была издана книга выдающегося польского ученого Николая Коперника (1473—1543), в которой он обосновал новую — гелиоцентрическую — систему мира. Коперник показал, что суточное движение всех светил можно объяснить вращением Земли вокруг оси, а петлеобразное движение планет— тем, что все они, включая Землю, обращаются вокруг Солнца. На рисунке 3.3 показано движение Земли и Марса в тот период, когда, как нам кажется, планета описывает на небе петлю.

Создание гелиоцентрической системы ознаменовало новый этап в развитии не только астрономии, но и всего естествознания. Особо важную роль сыграла идея Коперника о том, что за видимой картиной происходящих явлений, которая кажется нам истинной, надо искать и находить недоступную для непосредственного наблюдения сущность этих явлений.

Гелиоцентрическая система мира, обоснованная, но не доказанная Коперником, получила свое подтверждение и развитие в трудах таких выдающихся ученых, как Галилео Галилей и Иоганн Кеплер.

Галилей (1564—1642), одним из первых направивший телескоп на небо, истолковал сделанные при этом открытия как доводы в пользу теории Коперника. Открыв смену фаз Венеры, он пришел к выводу, что такая их последовательность может наблюдаться только в случае ее обращения вокруг Солнца. Обнаруженные им четыре спутника планеты Юпитер также опровергали представления о том, что Земля является единственным в мире центром, вокруг которого может происходить вращение других тел. Галилей не только увидел горы на Луне, но даже измерил их высоту. Наряду с несколькими другими учеными он также наблюдал пятна на Солнце и заметил их перемещение по солнечному диску. На этом основании он заключил, что Солнце вращается и, следовательно, имеет такое движение, которое Коперник приписывал нашей планете. Так был сделан вывод о том, что Солнце и Луна имеют определенное сходство с Землей. Наконец, наблюдая в Млечном Пути и вне его множество слабых звезд, недоступных невооруженному глазу, Галилей сделал вывод о том, что расстояния до звезд различны и никакой «сферы неподвижных звезд» не существует. Все эти открытия стали новым этапом в осознании положения Земли во Вселенной. 


 

3.1.3. Конфигурации планет и условия их видимости.

Условия видимости планет меняются по-разному: если Меркурий и Венеру можно видеть только утром или вечером, то остальные — Марс, Юпитер и Сатурн — бывают видны также и ночью. По временам одна или несколько планет могут быть вовсе невидны, поскольку они располагаются на небе поблизости от Солнца. В этом случае говорят, что планета находится в соединении с Солнцем. Если же планета располагается на небе вблизи точки, диаметрально противоположной Солнцу, то она находится в противостоянии. В этом случае планета появляется над горизонтом в то время, когда Солнце заходит, а заходит она одновременно с восходом Солнца. Следовательно, всю ночь планета находится над горизонтом.

Соединениеи противостояние, а также другие характерные расположения планеты относительно Солнца называются конфигурациями. Внутренние планеты (Меркурий и Венера), которые всегда находятся внутри земной орбиты, и внешние, которые движутся вне ее (все остальные планеты), меняют свои конфигурации по-разному. Названия различных конфигураций внутренних и внешних планет, которые характеризуют расположение планеты относительно Солнца на небе приведены на рисунке 3.4.

Ясно, что условия видимости планеты в той или иной конфигурации зависят от ее расположения по отношению к Солнцу, которое планету освещает, и Земли, с которой мы ее наблюдаем. На рисунке 3.4 показано, каково при различных конфигурациях взаимное расположение Землипланеты и Солнца в пространстве.

Единственной конфигурацией, в которой может находиться любая планета, независимо от того, внутренняя она или внешняя, является верхнее соединение. В этом случае она находится на линии, соединяющей центры Солнца, Земли и планеты, за Солнцем — «выше» него. Поэтому Солнце, рядом с которым планета находится на небе, не дает возможности ее увидеть. Если же внутренняя планета расположена на той же линии между Землей и Солнцем, то происходит ее нижнее соединение с Солнцем.

Внешняя планета может находиться на любом угловом расстоянии от Солнца (от 0 до 180°). Когда оно составляет 90°, то говорят, что планета находится в квадратуре. Для внутренних планет максимально возможное угловое удаление от Солнца (в элонгации) невелико: для Венеры — до 48°, а для Меркурия — всего 28°. 


 

3.1.4. Синодический и сидерический (звездный) периоды обращения планет.

Конфигурации планеты периодически повторяются.

Промежуток времени между двумя последовательными одноименными конфигурациями планеты (например, верхними соединениями) называется ее синодическим периодом.

Еще в глубокой древности, когда считалось, что планеты обращаются вокруг Земли, для каждой из них на основе многолетних наблюдений был определен синодический период обращения.

Согласно гелиоцентрической системе, сама Земля обращается вокруг Солнца с периодом, равным году. Это ее движение необходимо учитывать, чтобы узнать периоды обращения планет в невращающейся инерциальной системе отсчета, или, как принято говорить, по отношению к звездам.

Период обращения планеты вокруг Солнца по отношению к звездам называется звездным (или сидерическим) периодом.

Очевидно, что по своей продолжительности синодический период планеты не совпадает ни с ее сидерическим периодом, ни с годом, который является звездным периодом обращения Земли.

Рассмотрим, как связан синодический период планеты со звездными периодами Земли и самой планеты. Пусть звездный период обращения внешней планеты равен Р, звездный период Земли — Т, а синодический период — SТогда угловые скорости их движения по орбитам будут равны соответственно 3600/P и 360°/Т. От момента какой-либо конфигурации (например, противостояния) до следующей такой же конфигурации планета пройдет дугу своей орбиты, равную . За этот же промежуток времени (за синодический период) Земля пройдет дугу на 3600  большую, которая равна . Тогда:

или 

Почти такой же будет формула для внутренней планеты:

Следовательно, зная синодический период планеты, можно вычислить ее звездный период обращения вокруг Солнца. 

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные  работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся

Объем часов

Уровень освоения

Законы движения небесных тел.

Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе.

Законы Кеплера. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе. Горизонтальный параллакс. 

Формулирование законов Кеплера. Воспроизведение формул для определения расстояний и размеров тел в Солнечной системе. Воспроизведение определений терминов и понятий (паралактическое смещение, горизонтальный параллакс). Применение полученных знаний для решения задач на законы Кеплера, на определение расстояний и линейных размеров тел.

2

2

Тема 3.2. Законы движения небесных тел. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе.

3.2.1. Законы движения небесных тел.

Важную роль в формировании представлений о строении Солнечной системы сыграли также законы движения планет, которые были открыты Иоганном Кеплером (1571—1630) и стали первыми естественнонаучными законами в их современном понимании. Работы Кеплера создали возможность для обобщения знаний по механике той эпохи в виде законов динамики и закона всемирного тяготения, сформулированных позднее Исааком Ньютоном. Многие ученые вплоть до начала XVII в. считали, что движение небесных тел должно быть равномерным и происходить по «самой совершенной» кривой— окружности. Лишь Кеплеру удалось преодолеть этот предрассудок и установить действительную форму планетных орбит, а также закономерность изменения скорости движения планет при их обращении вокруг Солнца.

В своих поисках Кеплер исходил из убеждения, что «в мире правит число», высказанного еще Пифагором. Он искал соотношения между различными величинами, характеризующими движение планет, — размеры орбит, период обращения, скорость. Кеплер действовал фактически вслепую, чисто эмпирически. Он пытался сопоставить характеристики движения планет с закономерностями музыкальной гаммы, длиной сторон описанных и вписанных в орбиты планет многоугольников Иоганн Кеплер и т. д.

Кеплеру необходимо было построить орбиты планет, перейти от экваториальной системы координат, указывающих положение планеты на небесной сфере, к системе координат, указывающих ее положение в плоскости орбиты. Он воспользовался при этом собственными наблюдениями планеты Марс, а также многолетними определениями координат и конфигураций этой планеты, проведенными его учителем Тихо Браге.Орбиту Земли Кеплер считал (в первом приближении) окружностью, что не противоречило наблюдениям. Для того чтобы построить орбиту Марса, он применил способ, который показан на рисунке 3.5.

Пусть нам известно угловое расстояние Марса от точки весеннего равноденствия во время одного из противостояний планеты — его прямое восхождение  α1, которое выражается углом Т1М1 где Т1 — положение Земли на орбите в этот момент, а М— положение Марса. Очевидно, что спустя 687 суток (таков звездный период обращения Марса) планета придет в ту же точку своей орбиты. Если определить прямое восхождение Марса на эту дату, то, как видно из рисунка 3.5, можно указать положение планеты в пространстве, точнее, в плоскости ее орбиты. Земля в этот момент находится в точке Т2и, следовательно, угол T2Mесть не что иное, как прямое восхождение Марса — α2. Повторив подобные операции для нескольких других противостояний Марса, Кеплер получил еще целый ряд точек и, проведя по ним плавную кривую, построил орбиту этой планеты.

Изучив расположение полученных точек, он обнаружил, что скорость движения планеты по орбите меняется, но при этомрадиус-вектор планеты за равные промежуткивремени описывает равные площади.Впоследствии эта закономерность получила название второго закона Кеплера.

Этот закон, который часто называют законом площадей, иллюстрируется рисунком 3.6. Радиус-вектором называют в данном случае переменный по своей величине отрезок, соединяющий Солнце и ту точку орбиты, в которой находится планета. АА1 ВВ1 и СС1 — дуги, которые проходит планета за равные промежутки времени. Площади заштрихованных фигур равны между собой.

Согласно закону сохранения энергии, полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют силы тяготения, остается неизменной при любых движениях тел этой системы. Поэтому сумма кинетической и потенциальной энергий планеты, которая движется вокруг Солнца, неизменна во всех точках орбиты и равна полной энергии. По мере приближения планеты к Солнцу возрастает ее скорость — увеличивается кинетическая энергия, но вследствие уменьшения расстояния до Солнца уменьшается энергия потенциальная.

Установив закономерность изменения скорости движения планет, Кеплер задался целью определить, по какой кривой происходит их обращение вокруг Солнца. Он был поставлен перед необходимостью сделать выбор одного из двух возможных решений:     1) считать, что орбита Марса представляет собой окружность, и допустить, что на некоторых участках орбиты вычисленные координаты планеты расходятся с наблюдениями (из-за ошибок наблюдений) на 8′; 2) считать, что наблюдения таких ошибок не содержат, а орбита не является окружностью. Будучи уверенным в точности наблюдений Тихо Браге, Кеплер выбрал второе решение и установил, что наилучшим образом положения Марса на орбите совпадают с кривой, которая называется эллипсом, при этом Солнце не располагается в центре эллипса. В результате был сформулирован закон, который называется первым законом Кеплера.

Каждая планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Первый закон Кеплера

Как известно, эллипсом называется кривая, у которой сумма расстояний от любой точки Р до его фокусов есть величина постоянная. На рисунке 3.6 обозначены: О - центр эллипса; F и F1 — фокусы эллипса; АВ — его большая ось. Половина этой величины (а), которую обычно называют большой полуосью, характеризует размер орбиты планеты. Ближайшая к Солнцу точка А называется перигелий, а наиболее удаленная от него точка В — афелий. Отличие эллипса от окружности характеризуется величиной его эксцентриситета: е = OS/OA. В том случае, когда эксцентриситет равен О, фокусы и центр сливаются в одну точку — эллипс превращается в окружность.

Примечательно, что книга, в которой в1609 г. Кеплер опубликовал первые два открытых им закона, называлась «Новая астрономия, или Физика небес, изложенная в исследованиях движения планеты Марс...».

Оба этих закона, опубликованные в 1609 г., раскрывают характер движения каждой планеты в отдельности, что не удовлетворило Кеплера. Он продолжил поиски «гармонии» в движении всех планет, и спустя 10 лет ему удалось сформулировать третий закон Кеплера.

Квадраты звездных периодов обращения планет относятся между собой, как кубы больших полуосей их орбит.

Формула, выражающая третий закон Кеплера, такова:

где Т1 и Т2 — периоды обращения двух планет; аи а большие полуоси их орбит.

Вот что писал Кеплер после открытия этого закона: «То, что 16 лет тому назад я решил искать, <...> наконец найдено, и это открытие превзошло все мои самые смелые ожидания...»

Действительно, третий закон заслуживает самой высокой оценки. Ведь он позволяет вычислить относительные расстояния планет от Солнца, используя при этом уже известные периоды их обращения вокруг Солнца. Не нужно определять расстояние от Солнца каждой из них, достаточно измерить расстояние от Солнца хотя бы одной планеты. Величина большой полуоси земной орбиты — астрономическая единица (а. е.) — стала основой для вычисления всех остальных расстояний в Солнечной системе.

Пример решения задач

Противостояния некоторой планеты повторяются через 2 года. Чему равна большая полуось ее орбиты?


3.2.2. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе.

Представление о Земле как о шаре, который свободно, без всякой опоры находится в космическом пространстве, является одним из величайших достижений науки древнего мира.

Считается, что первое достаточно точное определение размеров Земли провел греческий ученый Эратосфен (276— 194 до н. э.), живший в Египте. Идея, положенная в основу измерений Эратосфена, весьма проста: измерить длину дуги земного меридиана в линейных единицах и определить, какую часть полной окружности эта дуга составляет. Получив эти данные, можно вычислить длину дуги в 1°, а затем длину окружности и величину ее радиуса, т. е. радиуса земного шара. Очевидно, что длина дуги меридиана в градусной мере равна разности географических широт двух пунктов: φB – φA.

Для того чтобы определить эту разность, Эратосфен сравнил полуденную высоту Солнца в них в один и тот же день. Измерив высоту Солнца hB(рис. 3.8) в полдень 22 июня в Александрии, где он жил, Эратосфен установил, что Солнце отстоит от зенита на 7,2°. В этот день в полдень в городе Сиена (ныне Асуан) Солнце освещает дно самых глубоких колодцев, т. е. находится в зените hA.

Следовательно, длина дуги составляет 7,2°. Расстояние между Сиеной (А) и Александрией (В) около 5000 греческих стадий — l.

Стадией в Древней Греции считалось расстояние, которое проходит легко вооруженный греческий воин за тот промежуток времени, в течение которого Солнце, коснувшееся горизонта своим нижним краем, целиком скроется за горизонт.

Несмотря на кажущееся неудобство такой единицы и достаточную громоздкость словесного определения, ее введение выглядело вполне оправданным, учитывая, что строгая периодичность небесных явлений позволяла использовать их движение для счета времени.

Обозначив длину окружности земного шара через Lполучим такое выражение: 

откуда следует, что длина окружности земного шара равняется 250 000 стадий.

Точная величина стадии в современных единицах неизвестна, но, зная, что расстояние между Александрией и Асуаном составляет 800 км, можно полагать, что 1 стадия = 160 м. Это означает, что результат, полученный Эратосфеном, практически не отличается от современных данных, согласно которым длина окружности Земли составляет 40 000 км.

Эратосфен ввел в практику использование терминов «широта» и «долгота». Видимо, появление этих терминов связано с особенностями формы карт того времени: они повторяли по очертаниям побережье Средиземного моря, которое длиннее по направлению запад-восток (по долготе), чем с севера на юг (по широте).

Определить географическую широту двух пунктов оказывается гораздо проще, чем измерить расстояние между ними. Зачастую непосредственное измерение кратчайшего расстояния между этими пунктами оказывается невозможным из-за различных естественных препятствий (гор, рек и т. п.). Поэтому применяется способ, основанный на явлении параллактического смещения и предусматривающий вычисление расстояния на основе измерений длины одной из сторон (базиса — ВС) и двух углов В и С в треугольнике ABC(рис. 3.9).

Параллактическим смещением называется изменение направления на предмет при перемещении наблюдателя.

Чем дальше расположен предмет, тем меньше его параллактическое смещение, и чем больше перемещение наблюдателя (базис измерения), тем больше параллактическое смещение.

Для определения длины дуги используется система треугольников — способ триангуляции, который впервые был применен еще в 1615 г. Пункты в вершинах этих треугольников выбираются по обе стороны дуги на расстоянии 30 — 40 км друг от друга так, чтобы из каждого пункта были видны по крайней мере два других. Основой для вычисления длин сторон во всех этих треугольниках является размер базиса АС (рис. 3.10). Точность измерения базиса длиной в 10 км составляет около 1 мм. Во всех пунктах устанавливают геодезические сигналы — вышки высотой в несколько десятков метров. С вершины сигнала с помощью угломерного инструмента (теодолита) измеряют углы между направлениями на два-три соседних пункта. Измерив углы в треугольнике, одной из сторон которого является базис, геодезисты получают возможность вычислить длину двух других его сторон. Проводя затем измерение углов из пунктов, расстояние между которыми вычислено, можно узнать длину двух очередных сторон в треугольнике. Зная длину сторон этих треугольников, можно определить длину дуги АВ.

В какой степени форма Земли отличается от шара, выяснилось в конце XVIII в. Для уточнения формы Земли Французская академия наук снарядила сразу две экспедиции. Одна из них работала в экваториальных широтах Южной Америки в Перу, другая — вблизи Северного полярного круга на территории Финляндии и Швеции. Измерения показали, что длина одного градуса дуги меридиана на севере больше, чем вблизи экватора. Последующие исследования подтвердили, что длина дуги одного градуса меридиана увеличивается с возрастанием географической широты. Это означало, что форма Земли — не идеальный шар: она сплюснута у полюсов. Ее полярный радиус на 21 км короче экваториального.

Для школьного глобуса масштаба 1:50 000 000 отличие этих радиусов будет всего 0,4 мм, т. е. совершенно незаметно.

Отношение разности величин экваториального и полярного радиусов Земли к величине экваториального называется сжатием. По современным данным оно составляет 1/298 или 0,0034. Это означает, что сечение Земли по меридиану будет не окружностью, а эллипсом, у которого большая ось проходит в плоскости экватора, а малая совпадает с осью вращения.

В XX в. благодаря измерениям, точность которых составила 15 м, выяснилось, что земной экватор также нельзя считать окружностью. Сплюснутость экватора составляет всего 1/30 000 (в 100 раз меньше сплюснутости меридиана). Более точно форму нашей планеты передает фигура, называемая эллипсоидом, у которого любое сечение плоскостью, проходящей через центр Земли, не является окружностью.

В настоящее время форму Земли принято характеризовать следующими величинами:

  • экваториальный радиус - 6378,160 км;
  • полярный радиус - 6356,777 км;
  • сжатие эллипсоида - 1 : 298,25;
  • средний радиус - 6371,032 км;
  • длина окружности экватора - 40075,696 км.

13.2 Определение расстояний в Солнечной системе.

Горизонтальный параллакс

Измерить расстояние от Земли до Солнца удалось лишь во второй половине XVIII в., когда был впервые определен горизонтальный параллакс Солнца. По сути дела, при этом измеряется параллактическое смещение объекта, находящегося за пределами Земли, а базисом является ее радиус.

Горизонтальным параллаксом (р) называется угол, под которым со светила виден радиус Земли, перпендикулярный лучу зрения (рис. 3.11).

Из треугольника OASможно выразить величину — расстояние OS = D:

,

где R— радиус Земли. По этой формуле можно вычислить расстояние в радиусах Земли, а зная его величину, — выразить расстояние в километрах.

Очевидно, что чем дальше расположен объект, тем меньше его параллакс. Наибольшее значение имеет параллакс Луны, который меняется в связи с тем, что Луна обращается по эллиптической орбите, и в среднем составляет 57'. Параллаксы планет и Солнца значительно меньше. Так, параллакс Солнца 8,8Ѕ. Такому значению параллакса соответствует расстояние до Солнца, примерно равное 150 000 000 км. Это расстояние принимается за одну астрономическую единицу (1 а. е.) и используется при измерении расстояний между телами Солнечной системы.

Известно, что для малых углов sin p ≈ p, если угол р выражен в радианах. В одном радиане содержится 206 265Ѕ. Тогда, заменяя sin р на р и выражая этот угол в радианной мере, получаем формулу в виде, удобном для вычислений:

или (с достаточной точностью)

Во второй половине XX в. развитие радиотехники позволило определять расстояния до тел Солнечной системы посредством радиолокации. Первым объектом среди них стала Луна. Затем радиолокационными методами были уточнены расстояния до Венеры, Меркурия, Марса и Юпитера. На основе радиолокации Венеры величина астрономической единицы определена с точностью порядка километра. Столь высокая точность определения расстояний — необходимое условие для расчетов траекторий полета космических аппаратов, изучающих планеты и другие тела Солнечной системы. В настоящее время благодаря использованию лазеров стало возможным провести оптическую локацию Луны. При этом расстояния до лунной поверхности измеряются с точностью до сантиметров.

Пример решения задач.

На каком расстоянии от Земли находится Сатурн, когда его горизонтальный параллакс равен 0,9"?

13.4. Определение размеров светил

Зная расстояние до светила, можно определить его линейные размеры, если измерить его угловой радиус ρ (рис. 3.12).

Формула, связывающая эти величины, аналогична формуле для определения параллакса:

Учитывая, что угловые диаметры даже Солнца и Луны составляют примерно 30', а все планеты видны невооруженному глазу как точки, можно воспользоваться соотношением: sin ρ ≈ ρ. Тогда:

 и .

Следовательно,

.

Если расстояние Dизвестно, то

где величина ρ выражена в радианах.

Пример  решения задач

Чему равен линейный диаметр Луны, если она видна с расстояния 400 000 км под углом примерно 30'?

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные  работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся

Объем часов

Уровень освоения

Тема 3.3. Движение небесных тел под действием сил тяготения.

Закон всемирного тяготения. Возмущения в движении тел Солнечной системы. Масса и плотность Земли.  Определение массы небесных тел. Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов к планетам.

Описание особенностей движения тел Солнечной системы под действием сил тяготения по орбитам с различным эксцентриситетом. Объяснение причин возникновения приливов на Земле и возмущений в движении тел Солнечной системы. Понимание особенности движения и маневров космических аппаратов для исследования тел Солнечной системы.

2

2


3.3.1. Закон всемирного тяготения.

Согласно закону всемирного тяготения, изученному в курсе физики,

все тела во Вселенной притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: 

где т1 и т— массы тел; r — расстояние между ними; — гравитационная постоянная.

Открытию закона всемирного тяготения во многом способствовали законы движения планет, сформулированные Кеплером, и другие достижения астрономии XVII в. Так, знание расстояния до Луны позволило Исааку Ньютону (1643—1727) доказать тождественность силы, удерживающей Луну при ее движении вокруг Земли, и силы, вызывающей падение тел на Землю.

Ведь если сила тяжести меняется обратно пропорционально квадрату расстояния, как это следует из закона всемирного тяготения, то Луна, находящаяся от Земли на расстоянии примерно 60 ее радиусов, должна испытывать ускорение в 3600 раз меньшее, чем ускорение силы тяжести на поверхности Земли, равное 9,8 м/с. Следовательно, ускорение Луны должно составлять 0,0027 м/с2.

В то же время Луна, как любое тело, равномерно движущееся по окружности, имеет ускорение

где ω — ее угловая скорость, — радиус ее орбиты. Если считать, что радиус Земли равен6400 км, то радиус лунной орбиты будет составлять = 60 • 6 400 000 м = 3,84 •106 м. Звездный период обращения Луны Т = 27,32 суток, в секундах составляет 2,36 •106 с. Тогда ускорение орбитального движения Луны

Равенство этих двух величин ускорения доказывает, что сила, удерживающая Луну на орбите, есть сила земного притяжения, ослабленная в 3600 раз по сравнению с действующей на поверхности Земли.

Можно убедиться и в том, что при движении планет, в соответствии с третьим законом Кеплера, их ускорение и действующая на них сила притяжения Солнца обратно пропорциональны квадрату расстояния, как это следует из закона всемирного тяготения. Действительно, согласно третьему закону Кеплера отношение кубов больших полуосей орбит и квадратов периодов обращения T есть величина постоянная:

Ускорение планеты равно

Из третьего закона Кеплера следует

поэтому ускорение планеты равно

Итак, сила взаимодействия планет и Солнца удовлетворяет закону всемирного тяготения.


 

3.3.2. Возмущения в движении тел Солнечной системы.

Законы Кеплера строго выполняются, если рассматривается движение двух изолированных тел (Солнце и планета) под действием их взаимного притяжения. Однако в Солнечной системе планет много, все они взаимодействуют не только с Солнцем, но и между собой. Поэтому движение планет и других тел не в точности подчиняется законам Кеплера. Отклонения тел от движения по эллипсам называют возмущениями.

Возмущения эти невелики, так как масса Солнца гораздо больше массы не только отдельной планеты, но и всех планет в целом. Наибольшие возмущения в движении тел Солнечной системы вызывает Юпитер, масса которого в 300 раз превышает массу Земли. Особенно заметны отклонения астероидов и комет при их прохождении вблизи Юпитера.

В настоящее время возмущения учитываются при вычислении положения планет, их спутников и других тел Солнечной системы, а также траекторий космических аппаратов, запускаемых для их исследования. Но еще в XIX в. расчет возмущений позволил сделать одно из самых известных в науке открытий «на кончике пера» — открытие планеты Нептун.

Проводя очередной обзор неба в поиске неизвестных объектов, Вильям Гершель в 1781 г. открыл планету, названную впоследствии Ураном. Спустя примерно полвека стало очевидно, что наблюдаемое движение Урана не согласуется с расчетным даже при учете возмущений со стороны всех известных планет. На основе предположения о наличии еще одной «заурановой» планеты были сделаны вычисления ее орбиты и положения на небе. Независимо друг от друга эту задачу решили Джон Адамcв Англии и Урбен Леверье во Франции. На основе расчетов Леверье немецкий астроном Иоганн Галле 23 сентября 1846 г.обнаружил в созвездии Водолея неизвестную ранее планету — Нептун. Это открытие стало триумфом гелиоцентрической системы, важнейшим подтверждением справедливости закона всемирного тяготения. В дальнейшем в движении Урана и Нептуна были замечены возмущения, которые стали основанием для предположения о существовании в Солнечной системе еще одной планеты. Ее поиски увенчались успехом лишь в 1930 г.,когда после просмотра большого количества фотографий звездного неба была открыта самая далекая от Солнца планета — Плутон.

 


 

3.3.3. Масса и плотность Земли.

Закон всемирного тяготения позволил определить массу нашей планеты. Исходя из закона всемирного тяготения, ускорение свободного падения можно выразить так:

Подставим в формулу известные значения этих величин:

g = 9,8 м/с , G = 6,67 • 10-11 H • м2/кг2, R = 6370 км — и получим, что масса Земли М = 6 • 1024 кг

Зная массу и объем земного шара, можно вычислить его среднюю плотность: 5,5 • 103 кг/м3. С глубиной за счет увеличения давления и содержания тяжелых элементов плотность возрастает.


 

3.3.4. Определение массы небесных тел.

Более точная формула третьего закона Кеплера, которая была получена Ньютоном, дает возможность определить одну из важнейших характеристик любого небесного тела — массу. Выведем эту формулу, считая (в первом приближении) орбиты планет круговыми.

Пусть два тела, взаимно притягивающиеся и обращающиеся вокруг общего центра масс, имеющие массы m1 и m2, находятся от центра масс на расстоянии r1 и r2и обращаются вокруг него с периодом Т. Расстояние между их центрами r1 + r2. На основании закона всемирного тяготения ускорение каждого из этих тел равно:

Угловая скорость обращения вокруг центра масс составляет Тогда центростремительное ускорение выразится для каждого тела так:

Приравняв полученные для ускорений выражения, выразив из них r1 и r2и сложив их почленно, получаем:

откуда

Посколькув правой части этого выражения находятся только постоянные величины, оно справедливо для любой системы двух тел, взаимодействующих по закону тяготения и обращающихся вокруг общего центра масс, — Солнце и планета, планета и спутник. Определим массу Солнца, для этого запишем выражение:

где М — масса Солнца; m1 — масса Земли; т2 — масса Луны; T1 и a1 — период обращения Земли вокруг Солнца (год) и большая полуось ее орбиты; Ти а2 — период обращения Луны вокруг Земли и большая полуось лунной орбиты.

Пренебрегая массой Земли, которая ничтожно мала по сравнению с массой Солнца, и массой Луны, которая в 81 раз меньше массы Земли, получим:

Подставив в формулу соответствующие значения и приняв массу Земли за 1, мы получим, что Солнце примерно в 333 000 раз по массе больше нашей планеты.

Массы планет, не имеющих спутников, определяют по тем возмущениям, которые они оказывают на движение астероидов, комет или космических аппаратов, пролетающих в их окрестностях.


 

3.3.5. Причины возникновения приливов на Земле

Под действием взаимного притяжения частиц тело стремится принять форму шара. Если эти тела вращаются, то они деформируются, сжимаются вдоль оси вращения.

Кроме того, изменение их формы происходит и под действием взаимного притяжения, которое вызывают явления, называемые приливами. Давно известные на Земле, они получили объяснение только на основе закона всемирного тяготения.

Рассмотрим ускорения, создаваемые притяжением Луны в различных точках земного шара (рис. 3.13). Поскольку точки А, В находятся на различных расстояниях от Луны, ускорения, создаваемые ее притяжением, будут различны.

Разность ускорений, вызываемых притяжением другого тела в данной точке и в центре планеты, называется приливным ускорением.

Приливные ускорения в точках А и В направлены от центра Земли. В результате Земля, и в первую очередь ее водная оболочка, вытягивается в обе стороны по линии, соединяющей центры Земли и Луны. В точках А и В наблюдается прилив, а вдоль круга, плоскость которого перпендикулярна этой линии, на Земле происходит отлив. Тяготение Солнца также вызывает приливы, но из-за большей его удаленности они меньше, чем вызванные Луной. Приливы наблюдаются не только в гидросфере, но и в атмосфере и в литосфере Земли и других планет.

Вследствие суточного вращения Земля стремится увлечь за собой приливные горбы, в то же время вследствие тяготения Луны, которая обращается вокруг Земли за месяц, полоса приливов должна перемещаться по земной поверхности значительно медленнее. В результате между огромными массами воды, участвующей в приливных явлениях, и дном океана возникает приливное трение. Оно тормозит вращение Земли и вызывает увеличение продолжительности суток, которые в прошлом были значительно короче (5—6 ч). Вместе с тем приливы, вызываемые Землей на Луне, затормозили ее вращение, и она теперь обращена к Земле одной стороной. Такое же медленное вращение характерно для многих спутников Юпитера и других планет. Сильные приливы, вызываемые на Меркурии и Венере Солнцем, по-видимому, являются причиной их крайне медленного вращения вокруг оси.


 

3.3.6. Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов к планетам.

Возможность создания искусственного спутника Земли теоретически обосновал еще Ньютон. Он показал, что существует такая горизонтально направленная скорость  при которой тело, падая на Землю, тем не менее на нее не упадет, а будет двигаться вокруг Земли, оставаясь от нее на одном и том же расстоянии. При такой скорости тело будет приближаться к Земле вследствие ее притяжения как раз на столько, на сколько из-за кривизны поверхности нашей планеты оно будет от нее удаляться (рис. 3.14). Эту скорость, которую называют первой космической (или круговой), известна вам из курса физики:

Практически осуществить запуск искусственного спутника Земли оказалось возможно лишь через два с половиной столетия после открытия Ньютона — 4 октября 1957 г. За сорок с лишним лет, прошедшие с этого дня, который нередко называют началом космической эры человечества, во многих странах мира запущено около 4000 спутников различного устройства и назначения. Созданы орбитальные станции, на которых длительное время, сменяя друг друга, работают экипажи, состоящие из космонавтов разных стран. Американские астронавты неоднократно посещали Луну, автоматические межпланетные станции исследовали все планеты Солнечной системы, за исключением самой отдаленной планеты Плутон.

Космические аппараты (КА), которые направляются к Луне и планетам, испытывают притяжение со стороны Солнца и согласно законам Кеплера так же, как и сами планеты, движутся по эллипсам. Скорость движения Земли по орбите составляет около 30 км/с. Если геометрическая сумма скорости космического аппарата, которую ему сообщили при запуске, и скорости Земли будет больше этой величины, то КА будет двигаться по орбите, лежащей за пределами земной орбиты. Если меньше — внутри ее. В первом случае, когда он полетит к Марсу или другой внешней планете, энергетические затраты будут наименьшими, если КА достигнет орбиты этой планеты при своем максимальном удалении от Солнца— в афелии (рис. 3.15). Кроме того, необходимо так рассчитать время старта КА, чтобы к этому моменту в ту же точку своей орбиты пришла планета. Иначе говоря, начальная скорость и день запуска КА должны быть выбраны таким образом, чтобы КА и планета, двигаясь каждый по своей орбите, одновременно подошли к точке встречи. Во втором случае — для внутренней планеты — встреча с КА должна произойти в перигелии его орбиты (рис. 3.16). Такие траектории полетов называются полуэллиптическими. Большие оси этих эллипсов проходят через Солнце, которое находится в одном из фокусов, как и полагается по первому закону Кеплера.

Тема: Законы Кеплера. Определение масс  небесных  тел

Цель занятия: Освоить методику решения задач, используя законы движения планет.

                                                      Теоретические сведения

При решении задач неизвестное движение сравнивается с уже известным путём применения законов Кеплера и формул синодического периода обращения.

Первый закон Кеплера. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Первый закон Кеплера

Второй закон Кеплера. Радиус-вектор планеты описывает в равные времена равные площади.

Второй закон Кеплера

Третий закон Кеплера. Квадраты времен обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит:

Третий закон Кеплера

Для определения масс небесных тел применяют обобщённый третий закон Кеплера с учётом сил всемирного тяготения:

Обобщённый третий закон Кеплера,

где М1 и М2 -массы каких-либо небесных тел, а m1 и m2 - соответственно массы их спутников.

Обобщённый третий закон  Кеплера применим и к другим системам, например, к движению планеты вокруг Солнца и спутника вокруг планеты. Для этого сравнивают движение Луны вокруг Земли с движением спутника вокруг той планеты, массу которой определяют, и при этом массами спутников в сравнении с массой центрального тела пренебрегают. При этом в исходной формуле индекс надо отнести к движению Луны вокруг Земли массой , а индекс 2 –к движению любого спутника вокруг планеты массой . Тогда масса планеты вычисляется по формуле:

Обобщённый третий закон Кеплера,

где Тл и αл- период и большая полуось орбиты спутника планеты , М⊕ -масса Земли.

Формулы, определяющие соотношение между сидерическим (звёздным) Т и синодическим периодами S планеты и периодом обращения Земли , выраженными в годах или сутках,

а) для внешней планеты формула имеет вид:

б) для внутренней планеты:

Выполнение работы

Задание 1. За какое время Марс, находящийся от Солнца примерно в полтора раза, чем Земля, совершает полный оборот вокруг Солнца?

Задание 2. Вычислить массу Юпитера, зная, что его спутник Ио совершает оборот вокруг планеты за 1,77 суток, а большая полуось его орбиты – 422 тыс. км

Задание 3. Противостояния некоторой планеты повторяются через 2 года. Чему равна большая полуось её орбиты?

Задание 4. Определите массу планеты Уран (в массах Земли), если известно, что спутник Урана Титания обращается вокруг него с периодом 8,7 сут. на среднем расстоянии 438 тыс. км. для луны эти величины равны соответственно 27,3 сут. и 384 тыс. км.

Задание 5. Марс дальше от Солнца, чем Земля, в 1.5 раза. Какова продолжительность года на Марсе? Орбиты планет считать круговыми.

Задание 6. Синодический период планеты 500 суток. Определите большую полуось её орбиты и звёздный (сидерический) период обращения.

Задание 7.  Определить период обращения астероида Белоруссия если большая полуось его орбиты    а=2,4 а.е.

Задание 8. Звёздный период обращения Юпитера вокруг Солнца Т=12 лет. Каково среднее расстояние от Юпитера до Солнца?

Примеры решения задач 1-4

Задание 1. За какое время Марс, находящийся от Солнца примерно в полтора раза, чем Земля, совершает полный оборот вокруг Солнца?

За какое время Марс, находящийся от Солнца примерно в полтора раза, чем Земля, совершает полный оборот вокруг Солнца?

Задание 2. Вычислить массу Юпитера, зная, что его спутник Ио совершает оборот вокруг планеты за 1,77 суток, а большая полуось его орбиты – 422 тыс. км

Вычислить массу Юпитера, зная, что его спутник Ио совершает оборот вокруг планеты за 1,77 суток, а большая полуось его орбиты – 422 тыс. км

Задание 3. Противостояния некоторой планеты повторяются через 2 года. Чему равна большая полуось её орбиты?

Противостояния некоторой планеты повторяются через 2 года. Чему равна большая полуось её орбиты?

Задание 4. Определите массу планеты Уран (в массах Земли), если известно, что спутник Урана Титания обращается вокруг него с периодом 8,7 сут. на среднем расстоянии 438 тыс. км. для луны эти величины равны соответственно 27,3 сут. и 384 тыс. км.

Определите массу планеты Уран (в массах Земли), если известно, что спутник Урана Титания обращается вокруг него с периодом 8,7 сут. на среднем расстоянии 438 тыс. км. для луны эти величины равны соответственно 27,3 сут. и 384 тыс. км.

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные  работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся

Объем часов

Уровень освоения

Раздел 4. Природа тел Солнечной системы      

Тема 4.1. Современные представления о строении, составе и происхождении Солнечной системы.

.

Солнечная система как комплекс тел, имеющих общее происхождение. Система Земля-Луна. Космические лучи. Исследования Луны космическими аппаратами. Пилотируемые полеты на Луну.

Формулирование и обоснование основных положений современной гипотезы о формировании всех тел Солнечной системы из единого газопылевого облака. Формулирование понятий (Солнечная система, планета, ее спутники). Описание природы Луны и объяснение причины ее отличия от Земли.

2

2

 


4.1.1. Солнечная система как комплекс тел, имеющих общее происхождение.

Солнечная система — это всё космическое пространство и вся материя, находящаяся в сфере притяжения Солнца.

Согласно наиболее разработанной гипотезе, Солнечная система сформировалась в результате длительной эволюции огромного холодного газопылевого облака. Подобные идеи высказывались учеными еще в XVII в. В 40-х гг. XX в. эти идеи легли в основу гипотезы об образовании Земли и других планет из холодных твердых допланетных тел — планетезималей, выдвинутой академиком Отто Юльевичем Шмидтом.

В дальнейшем она получила развитие в работах его учеников в России, а также зарубежных ученых.

В пользу этой гипотезы свидетельствуют многие научные данные. Так, в последние годы вокруг нескольких звезд были обнаружены газопылевые облака, из вещества которых могут образовываться планеты. Исследования далекого прошлого Земли говорят о том, что наша планета никогда не была полностью расплавленной. Метеоритная «бомбардировка» планет по сути дела является продолжением того процесса, который в прошлом привел к их образованию. В настоящее время, когда в межпланетном пространстве метеоритного вещества остается все меньше и меньше, этот процесс идет значительно менее интенсивно, чем на начальных стадиях формирования планет.

Возраст наиболее древних пород, которые обнаружены в составе метеоритов, составляет примерно 4,5 млрд лет. Породы такой же древности обнаружены в доставленных на Землю образцах лунного грунта. Расчеты возраста Солнца дали близкую величину — 5 млрд лет. На основании этих данных принято считать, что все тела, которые в настоящее время составляют Солнечную систему, образовались примерно 4,5 — 5 млрд лет тому назад. Облако, из которого они образовались, представляло собой смесь частиц, которые относились к трем компонентам: скальному, ледяному и летучему. Именно из этих трех компонентов в различных соотношениях и состоят все тела Солнечной системы.

В течение нескольких миллиардов лет само облако и входящее в его состав вещество значительно изменялись. Разумеется, далеко не все детали процессов, которые произошли за это время, поддаются точным расчетам, тем не менее современная наука позволила составить общую картину формирования Солнечной системы.

Вначале сжатие облака гравитационными силами привело к образованию центрального горячего ядра — будущего Солнца. Оно захватило себе основную часть массы облака — примерно 90%. Тяготение образовавшегося Солнца воздействовало на форму оставшейся части облака: оно становилось все более и более плоским диском. Частицы этого диска, обращаясь вокруг Солнца по самым различным орбитам, сталкивались между собой. В результате одних столкновений частицы разрушались, а при других объединялись в более крупные. Возникали зародыши будущих планет и других тел. Считается, что число таких допланетных тел достигало многих миллионов. Но в конце концов эволюция облака привела к тому, что основная масса вещества оказалась сосредоточенной в немногих крупных телах — больших планетах.

Однако прежде, чем эти допланетные тела образовались и стали расти, произошло перераспределение вещества внутри облака, его дифференциация, и химический состав частиц в различных его частях стал неодинаковым. Под влиянием сильного нагрева из окрестностей Солнца улетучивались газы (в основном это самые распространенные во Вселенной — водород и гелий) и оставались лишь твердые тугоплавкие частицы. Из этого вещества впоследствии сформировались Земля, ее спутник — Луна, а также другие планеты земной группы.

Вдали от Солнца летучие вещества намерзали на твердые частицы, относительное содержание водорода и гелия оказалось повышенным. Объем периферийных частей облака был больше, а стало быть больше и масса вещества, из которого образовались далекие от Солнца планеты.

В ходе формирования планет и позднее на протяжении миллиардов лет в их недрах и на поверхности происходили процессы плавления, кристаллизации, окисления и другие физико-химические процессы. Это привело к существенному изменению первоначального состава и строения вещества, из которого образованы все ныне существующие тела Солнечной системы.

Однако не все вещество протопланетного облака вошло в состав планет и их спутников. Многие его сгустки остались как внутри планетной системы в виде астероидов и еще более мелких тел, так и за ее пределами в виде ядер комет. Согласно современным представлениям, образование протопланетного облака связано с процессом формирования звезд.

Солнце — это самый главный и самый массивный объект Солнечной системы, который занимает в ней центральное положение. Вокруг Солнца вращается огромное количество небесных тел. Но самыми значительными из них являются большие планеты. Они представляют собой тела, имеющие форму, близкую к сферической, движущиеся вокруг звезды в её гравитационном поле, светящиеся отражённым от звезды светом и расчистившие область своей орбиты от других мелких объектов.

Планеты — тела, имеющие форму, близкую к сферической, движущиеся вокруг звезды в её гравитационном поле, светящиеся отражённым от звезды светом и расчистившие область своей орбиты от других мелких объектов.

В настоящее время в Солнечной системе выделяют восемь больших планет, удалённых от Солнца в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

 Планеты Солнечной системы
Планеты Солнечной системы (фото Pixabay License)

Все большие планеты обращаются вокруг Солнца почти по круговым орбитам в одну и ту же сторону — с запада на восток. Такое направление движения в астрономии принято называть прямым движением.

Солнце вращается вокруг своей оси в ту же сторону, в какую движутся планеты вокруг Солнца. Вращение планет вокруг своих осей также совпадает с направлением их обращения вокруг Солнца. Исключение составляют Венера и Уран, которые вращаются в противоположную сторону. Причём ось вращения Урана почти лежит в плоскости орбиты планеты.

Но Солнечная система — это не только Солнце и 8 больших планет.

Между орбитами Марса и Юпитера была обнаружена большая зона, тянущаяся на 550 миллионов километров, в которой движутся малые плапнеты. Там они образуют своеобразный пояс малых планет — главный пояс астероидов.

Второй пояс астероидов был открыт сравнительно недавно на окраинах нашей планетной системы — это пояс Койпера. Он примерно в 20 раз шире и в 20—200 раз массивнее глакного пояса астероидов.

Пояса астероидов

Иногда на небе бывают видны хвостатые «звезды» — кометы, которые приходят к нам издалека и, как правило, появляются внезапно.

Комета — небольшое небесное тело, обращающееся вокруг Солнца по весьма вытянутой орбите.

Комета

Как считают учёные, на окраинах Солнечной системы существует гипотетическая сферическая область, состоящая из более ста миллиардов потенциальных кометных ядер, служащая источником долгопериодических комет. Эта область космического пространства была названа облаком Оорта, в честь нидерландского астронома Яна Оорта, который первым высказал предположение о его существовании.

Облако Оортагипотетическая сферическая область Солнечной системы, служащая источником долгопериодических комет.

Облако Оорта


4.1.2. Система Земля-Луна. 

Землю с ее спутником Луной нередко называют двойной планетой. Этим подчеркивается как общность их происхождения, так и редкостное для планет соотношение масс центрального тела и спутника. Масса Луны составляет 1/81 массы Земли. Спутники других планет (исключая Плутон) имеют по сравнению с самими планетами значительно меньшую массу. Вероятно, Луна образовалась примерно в то же время, что и Земля. Расстояние между ними было в несколько раз меньше, чем теперь. С той поры Луна постепенно удаляется от нашей планеты с очень малой скоростью (около 4 см за год).

Природа Земли достаточно подробно изучается в курсе географии. Напомним вкратце лишь те сведения, которые необходимы для ее сравнения с другими планетами.

Строение. Основными оболочками земного шара являются атмосфера, гидросфераи литосфера.Соответствующие этим оболочкам три агрегатных состояния вещества — газообразное, жидкое и твердое — являются привычными для нас, жителей Земли. Атмосферой обладает большинство больших планет Солнечной системы, твердая оболочка характерна для планет земной группы, спутников планет и астероидов. Гидросфера же Земли — уникальное явление в Солнечной системе, никакая другая из известных планет ею не располагает. Вода в жидком виде может существовать лишь при определенных значениях температуры и давления газовой среды. Будучи весьма распространенным во Вселенной химическим соединением, вода на других телах Солнечной системы встречается главным образом в твердой фазе: в виде снега, инея и льда.

Литосфера. На протяжении миллиардов лет существования Земли в твердом теле планеты происходили процессы, существенно изменившие первоначальный состав вещества и его распределение в литосфере. За счет энергии, выделяющейся при распаде радиоактивных элементов, происходило расплавление и дифференциация вещества. В результате легкие соединения, в основном силикаты, оказались наверху и образовали кору Земли, а более тяжелые остались в центральной части — ядре.

Толщина коры относительно невелика и меняется от 4—10 км под океанами до 30 — 70 км под материками. Радиус ядра составляет примерно половину радиуса планеты, причем в его внутренней части вещество находится в твердом состоянии, а во внешней — в жидком. Между ядром и корой располагается промежуточная оболочка— мантия. Плотность вещества по мере удаления от центра планеты уменьшается от 17 000 кг/м3 (в ядре) до 2700 кг/м (в коре).

Результаты исследований, выполненных с помощью космических аппаратов, показали, что внутреннее строение планет земной группы и Луны в общих чертах такое же.

Атмосфера. Определенное сходство свойственно также и атмосферам планет земной группы, среди которых атмосфера Земли выделяется своим уникальным химическим составом.

Атмосфера рассеивает и поглощает солнечное излучение, она во многом определяет тепловой баланс планеты благодаря так называемому парниковому эффекту. Так, нагретая солнечным излучением поверхность суши и океана Земли сама излучает инфракрасное излучение. Оно поглощается углекислым газом и парами воды земной атмосферы, которая тем самым удерживает тепло (рис. 4.3). На протяжении миллионов лет существования Земли установилось равновесие между потоком энергии, поступающей от Солнца, и потоком энергии, излучаемой планетой обратно в космическое пространство. Чем плотнее атмосфера планеты и чем больше в ней содержится углекислого газа и водяных паров, тем сильнее проявляется парниковый эффект и меньше амплитуда изменения температуры от дня к ночи. Эта закономерность хорошо прослеживается у планет земной группы. На Земле равновесие установилось при средней температуре около +15 °С (290 К), а на Венере — при значительно более высокой — около +470 °С (740 К). Не случайно высказываются опасения, что повышение содержания углекислого газа в земной атмосфере вследствие возрастания объема сжигаемого человечеством топлива может привести к росту температуры на Земле и изменению ее климата.

Проявление парникового эффекта можно наблюдать в пасмурную погоду. Облачность задерживает тепловое излучение, поэтому почва и воздух ночью охлаждаются не так интенсивно, как при ясном безоблачном небе, когда могут случиться ночные заморозки.

Нижний слой атмосферы, который называется тропосферой, в средних широтах имеет высоту 10—12 км, а в экваториальных — 16—17 км. В тропосфере содержится более 90% всей массы атмосферы и практически все водяные пары. Именно здесь в основном происходят явления, которые определяют погоду. По мере удаления от земной поверхности температура снижается и на верхней границе тропосферы составляет примерно -50 °С.

Над тропосферой до высоты 50—55 км простирается стратосфера, в которой находится слой озона (О3). Здесь, начиная с высоты около 25 км, температура атмосферы растет за счет поглощения озоном ультрафиолетового излучения Солнца. Выше — в мезосфере — температура снова уменьшается и на высоте около 75 км достигает абсолютного минимума - 90 °С.

Плотность атмосферы с высотой уменьшается: на высоте 6 км она вдвое меньше, чем у поверхности, а на высоте порядка 100 км в миллион раз меньше. Примерно до этих высот состав атмосферы остается неизменным — смесь газов, получившая название воздуха. На больших высотах, в термосфере (80 — 800 км) состав атмосферы существенно меняется. Основными ее компонентами становятся гелий и водород. За счет поглощения ультрафиолетового излучения Солнца температура значительно возрастает (до 1500 °С на высоте 600 км). Поглощение излучения вызывает диссоциацию молекул, а также ионизацию молекул и атомов с образованием свободных электронов. Таким образом, термосфера планеты является вместе с тем ее ионосферой. Самый внешний слой атмосферы называется экзосферой, откуда нейтральные частицы могут беспрепятственно ускользать в космическое пространство.

Магнитосфера Земли.На высотах более 1000 км поведение и распределение заряженных частиц неразрывно связано с магнитным полем Земли. В околоземном космическом пространстве существует область, которую называют магнитосферой, хотя по своей форме она вовсе не является сферой. Структура геомагнитного поля на дневной и ночной стороне Земли благодаря наличию «солнечного ветра» существенно отличается. Этот поток плазмы, непрерывно обдувающий Землю, имеет собственное магнитное поле, которое взаимодействует с геомагнитным полем и вызывает его значительную деформацию. При набегании потоков солнечного ветра на магнитное поле Земли они прежде всего тормозятся, и в результате возникает ударная волна. В целом магнитосфера принимает форму цилиндра с выпуклым в сторону Солнца дном. Она сжата с дневной стороны и вытянута в виде сигарообразного шлейфа с ночной. Этот шлейф диаметром немногим менее 250 тыс. км простирается за Землей на 5,6 млн км.

Небольшая часть захваченных геомагнитным полем заряженных частиц образует вокруг нашей планеты пояс радиации. Здесь находятся обладающие наиболее высокой энергией ионы (в основном протоны) и электроны. Эти частицы, попадая из радиационного пояса в верхние слои атмосферы в районе полюсов, заставляют светиться ее основные составляющие — азот и кислород, вызывая полярные сияния.

По своей природе Луна относится к телам планетного типа. Ее радиус составляет около 1700 км, масса в 81 раз меньше земной, а средняя плотность примерно 3300 кг/м.

Несмотря на общность происхождения, природа Луны существенно отличается от земной. Из-за того что сила тяжести на поверхности Луны в 6 раз меньше, чем на поверхности Земли, молекулам газа гораздо легче покинуть Луну. Для этого достаточно скорости примерно 2,4 км/с, поэтому на нашем спутнике нет и не было ни гидросферы, ни атмосферы. Луна не имеет также заметного магнитного поля.

Медленное вращение вокруг оси приводит к тому, что в течение дня поверхность Луны нагревается до +130 °С (400 К), а в течение ночи остывает до -170 °С (100 К). Из-за отсутствия атмосферы лунная поверхность подвержена непосредственному воздействию всех видов излучения, а также постоянной «бомбардировке» метеоритами и более мелкими частицами — микрометеоритами, которые падают на нее с космическими скоростями (десятки километров в секунду). В результате вся Луна покрыта слоем мелкораздробленного вещества — реголита, толщина которого в ряде случаев превышает 10—12м. Теплопроводность реголита очень мала (примерно в 10 раз меньше теплопроводности окружающего нас воздуха), поэтому уже на глубине нескольких десятков сантиметров колебания температуры практически отсутствуют.

Даже невооруженным глазом видно, что на Луне есть светлые области — материки и более темные — моря. Современные исследования показали, что они отличаются не только по внешнему виду, но также по рельефу, геологической истории и химическому составу покрывающего их вещества. Луна является единым материковым щитом, на котором в виде отдельных вкраплений располагаются пониженные участки поверхности, покрытые застывшей лавой, — моря. Они занимают примерно 40% площади видимой стороны Луны (рис. 4.4). Самая крупная равнина получила название Океан Бурь, следом идет Море Дождей, Море Холода, Море Спокойствия и др. Так их назвали еще в начале XVII в. Море Дождей окружают горные хребты высотой 3—5 км, получившие такие же названия, как и земные горные массивы, — Кавказ, Альпы, Апеннины и т. п. Все эти горы сбросового типа. Вероятно, складчатых гор, характерных для нашей планеты, на Луне нет. В различных частях Луны заметны такие формы рельефа, как борозды и трещины, по которым происходило смещение отдельных участков лунной коры по вертикали и горизонтали.

Наиболее характерными формами рельефа Луны являются кратеры самого различного размера. Они получили имена в честь известных ученых — Коперника, Кеплера, Птолемея и др. При наблюдениях с Земли в телескоп можно различить кратеры диаметром не менее 1 км. Их насчитывается около 300 тыс. Множество кратеров метрового и сантиметрового размеров видны на снимках лунной поверхности, полученных космическими аппаратами. На более древней поверхности материков на единицу площади приходится примерно в 30 раз больше кратеров, чем на относительно молодой поверхности морей. Именно поэтому поверхность материков выглядит такой неровной. Кратеры образуются при падении на Луну тел из космического пространства. При ударе о поверхность Луны этих тел, обладающих значительной кинетической энергией, происходит взрыв. В результате разрушаются и само тело, и лунные породы, их обломки и пыль разлетаются во все стороны, а на месте взрыва образуется углубление — кратер.

Самые крупные кратеры (100 км и более в диаметре) окружены возвышающимся на 2—3 км над окружающей местностью валом с пологими склонами. Глубина кратера обычно в 5—10 раз меньше его диаметра и немногим больше высоты вала. Дно крупных кратеров нередко бывает частично или полностью затоплено лавой, над которой возвышается центральная горка. Характерным примером является кратер Архимед диаметром около 80 км.

На поверхности Луны повсюду видны выброшенные при образовании кратеров камни различных размеров и форм (рис. 4.6). Некоторые из них при падении на Луну также образуют кратеры, которые называют вторичными. Вероятно, множество таких кратеров и мелкораздробленное вещество образуют светлые лучи, которые прослеживаются на поверхности вокруг некоторых кратеров иногда на расстоянии до 1500 км. Так далеко разлетаются продукты мощных взрывов вследствие малой силы тяжести и отсутствия атмосферы на Луне.


4.1.3 Космические лучи.

Космические лучи (космическое излучение) - частицы, заполяющие межзвездное пространство и постоянно бомбардирующие Землю.

Они были открыты в 1912 г. австрийским физиком В. Гессом с помощью ионизационной камеры на воздушном шаре.

Различают следующие типы космических лучей:

  1. Галактические космические лучи – космические частицы, приходящие на Землю из нашей галактики. В их состав не входят частицы, генерируемые Солнцем.
  2. Солнечные космические лучи – космические частицы, генерируемые Солнцем.

Космические лучи представляют собой потоки заряженных релятивистских частиц, начиная от протонов и ядер гелия и кончая ядрами более тяжёлых элементов вплоть до урана, рождённых и ускоренных до высоких и предельно высоких (вплоть до 1020 эВ) энергий вне пределов Земли. При этом в потоке частиц с энергией до 109 эВ доминирует вклад Солнца, а частицы более высоких энергий имеют галактическое (и, возможно, при самых высоких энергиях экстрагалактическое) происхождение. Естественно, что протоны и ядра не исчерпывают всего многообразия излучений, приходящих на Землю из космического пространства. Однако вопросы, связанные с исследованием других компонент, входящих в состав космического излучения: электронов, позитронов, антипротонов, нейтрино, гамма-квантов, а также различных электромагнитных излучений, здесь не освещаются.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ Взрывы сверхновых как основной источник галактических КЛ. Требования к энергетической мощности источников, генерирующих космические лучи, весьма высоки, так что обычные звёзды Галактики не могут им удовлетворять (мощность ГКЛ порядка 3·1040 эрг/сек). Однако такая мощность может быть получена от взрывов сверхновых (эта идея была высказана около 50 лет назад (Гинзбург и Сыроватский, 1963)). Если во время взрыва выделяется энергия ~1051 эрг, а взрывы происходят с частотой 1 раз в 30–100 лет, то мощность, генерируемая при взрывах сверхновых, составляет ~1042 эрг/сек и для обеспечения необходимой мощности космических лучей достаточно лишь нескольких процентов энергии вспышки

4.1.4. Исследования Луны космическими аппаратами. Пилотируемые полеты на Луну.

Исследования Луны с помощью космических аппаратов начались еще в 1959 г. Тогда советская автоматическая станция «Луна-3» впервые сфотографировала обратную сторону Луны. По традиции находящиеся на ней кратеры получили имена ученых — Джордано Бруно, Ломоносова, Жолио-Кюри, Королева и др., а также космонавтов — Гагарина, Комарова и др. Оказалось, что практически все моря находятся на видимой стороне Луны, а впадины, которые есть на ее обратной стороне (рис. 4.7), в большинстве своем не заполнены лавой. В последующем съемка лунной поверхности неоднократно проводилась советскими и американскими космическими аппаратами. К настоящему времени составлены подробные карты обоих полушарий Луны и ее отдельных регионов, на которых зафиксированы объекты размером до 10 м.

Важные исследования были проведены советскими автоматическими станциями серии «Луна» и американскими аппаратами «Сервейор» на ее поверхности. Первой была «Луна-9», совершившая мягкую посадку на Луну в феврале 1966 г.

Луна стала первым и пока единственным небесным телом, на которое в 1969 г. ступила нога человека, американского астронавта Нейла Армстронга. В дальнейшем в ходе реализации американской программы «Аполлон» на Луне побывало 12 астронавтов, которые пробыли там в общей сложности 300 ч (рис. 4.8). Длительное время работали на Луне советские самоходные аппараты «Луноход-1» и «Луноход-2», которые обследовали лунную поверхность на площади свыше 100 км. Покрывающий всю лунную поверхность реголит по своим физико-механическим свойствам (размеры частиц, прочность и т. п.) похож на влажный песок. Он представляет собой смесь мелких обломков горных пород, остеклованных и оплавленных частиц, возникающих при образовании кратеров. Средний размер частиц реголита около 1 мм, однако встречаются и более крупные. На многих частицах с помощью микроскопа можно различить мельчайшие кратерочки, образовавшиеся при ударах микрометеоритов.

Американские корабли «Аполлон» и советские автоматические станции доставили на Землю около 400 кг образцов лунных пород, которые были подвергнуты детальному химическому анализу в лабораторных условиях на Земле. Породы Луны похожи на земные изверженные породы, но обеднены по сравнению с ними летучими элементами, железом и водой. Набор минералов в их составе оказался беднее (около 50), чем в земных породах, где содержится более 2000 минералов. В лунных породах преобладают силикаты и оксиды, встречаются также фосфаты, сульфиды, карбиды и фосфиды. На Луне практически нет минералов, отличающихся от земных, но в то же время отсутствуют те из них, которые могут образовываться в водной среде и при наличии свободного кислорода. Никаких признаков жизни даже в виде микроорганизмов или органических соединений на Луне не обнаружено.

Доставленные на поверхность Луны сейсмометры позволили зарегистрировать большое число лунотрясений — до 3000 за год. Однако все они очень слабы — их сейсмическая энергия в миллиард раз меньше, чем на Земле. Так же как и на Земле, регистрация сейсмических колебаний позволила уточнить внутреннее строение Луны. Оказалось, что лунная кора значительно толще земной: от 60 км на видимом с Земли полушарии до 100 км на обратной стороне. Структура верхних слоев коры исследовалась посредством активных сейсмических экспериментов при падениях на Луну отработанных частей кораблей «Аполлон» и искусственных взрывах на поверхности Луны. Под реголитом лежит слой пород, выброшенных при образовании крупных кратеров. Его толщина меняется от нескольких десятков до сотен метров. Еще ниже до глубины примерно 1 км располагаются растрескавшиеся от многочисленных ударов базальтовые породы.

Определенный различными методами возраст пород, доставленных с Луны, как говорилось ранее, близок к возрасту Земли, что свидетельствует об их совместном происхождении. В то же время на лунной поверхности не было обнаружено более молодых пород, что говорит о давнем прекращении лавовых излияний и вулканической активности.

Отсутствие на Луне процессов размывания и выветривания позволяет считать ее своеобразным геологическим заповедником, где на протяжении миллионов и миллиардов лет сохраняются все возникавшие за это время формы рельефа. Таким образом, изучение Луны дает возможность понять геологические процессы, происходившие на Земле в далеком прошлом, от которого на нашей планете не осталось никаких следов.

В настоящее время существуют детально разработанные проекты создания на Луне крупной обитаемой базы (рис. 4.9), где смогут длительное время находиться участники экспедиций. Наличие такой базы позволит постоянно проводить наблюдения за нашей планетой, объектами ближнего и дальнего космоса, а также другие исследования, которые трудно осуществить на Земле или на орбитальных станциях. При реализации этих проектов предполагается максимально использовать ресурсы самой Луны.

1. Как называется область пространства, расположенная между орбитами Марса и Юпитера?

1) пояс астероидов  2) облако Оорта  3) главный пояс астероидов  4) пояс Койпера

2. Укажите планеты, относящиеся к земной группе

1) Меркурий  2) Нептун  3) Марс  4) Уран  5) Земля  6) Юпитер  7) Венера  8) Сатурн

3. Укажите порядок следования планет-гигантов, считая от Солнца

Уран, Юпитер, Сатурн, Нептун

4. Укажите виды метеоритов:

1) Пузыриты  2) Железные  3) Хондриты  4) Железно-каменные  5) Каменные

5. Как называют космические объекты, кроме карликовых планет, которые обращаются вокруг Солнца и не являются спутниками.

1) Малые тела Солнечной системы  2) Пыльные тела Солнечной системы  3) Средние тела Солнечной системы  4) Астероиды

6. Гипотетическая сферическая область Солнечной системы, служащая источником долгопериодических комет.

1) пояс астероидов  2) облако Оорта  3) главный пояс астероидов  4) пояс Койпера

7. Сопоставьте определения и понятия.

1) Кометы

2) Метеориты

3) Метеоритное тело

4) Астероид

5) Метеорный поток

  1. Каменное или железное небесное тело разнообразных размеров, форм и составов.
  2. Небольшое небесное тело Солнечной системы, имеющее неправильную форму и движущееся по орбите вокруг Солнца.
  3. Тела космического происхождения, упавшие на поверхность крупного небесного объекта.
  4. Непрочные тела, представляющие сгустки замёрзшего газа и пыли, которые вращаются вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам.
  5. Постоянные массы метеоров, появляющиеся в определённое время года, в определённой стороне неба.

8. Сопоставьте (укажите соответствие для всех 5 вариантов ответа):

1) Атмосфера

2) Гидросфера

3) Литосфера

4) Магнитосфера

  1. Пока уникальное явление в космосе
  2. Состоит из пяти слоёв
  3. Рассеивает и поглощает солнечное излучение.
  4. Твёрдая оболочка Земли, состоящая из земной коры и верхней части мантии.
  5. Область околоземного космического пространства, занимаемого магнитным полем Земли, контуры которой формируются непрерывным воздействием солнечного ветра.

9. Планета была названа в честь римского бога морей, а обнаружена она была благодаря математическим расчётам 23 сентября 1846 г.

Запишите ответ:____________

10. Укажите карликовые планеты

1) Макемаке  2) Хаумеа  3) Эрида  4) Нептун  5) Седна  6) Церера

11. Укажите планеты, у которых были обнаружены кольца

1) Юпитер   2) Нептун   3) Сатурн   4) Уран

12. Яркий огненный шар на небе, образовавшийся в результате вторжения метеоритного тела в атмосферу Земли.

Запишите ответ: ________

13. Укажите планеты в порядке удаления их от Солнца.

Земля  Марс  Уран  Венера  Сатурн  Меркурий  Юпитер  Нептун

14. Укажите какая (-ие) планета (-ы) вращается (-ются) ретроградно.

1) Марс  2) Венера  3) Земля  4) Меркурий

15. Небесное тело, открытое 18 февраля 1930 г. До 2006 г. оно считалось девятой планетой Солнечной системы.

Запишите ответ: _________

16. Тела, имеющие форму, близкую к сферической, движущиеся вокруг звезды в её гравитационном поле, светящиеся отражённым от звезды светом и расчистившие область своей орбиты от других мелких объектов, это

Запишите ответ: __________

17. Укажите, какие сведения касаются Земли, а какие Луны?

1) Земля     2) Луна

  1. диаметр равен 3476 км
  2. масса составляет 6 х 1024 кг
  3. период обращения по орбите 365,25 сут.
  4. период обращения по орбите 27,3 сут.
  5. скорость движения по орбите 30 км/с.

18. Закончите предложения, касающиеся общих характеристик планет Солнечной системы (укажите соответствие для всех 5 вариантов ответа):

1) Нептун

2) Юпитер

3) Меркурий

4) Венера

  1. Планета, у которой большая полуось орбиты наибольшая.
  2. Планета с самым большим периодом вращения вокруг оси.
  3. Планета из земной группы, которая имеет самый короткий период обращения вокруг Солнца
  4. Самая большая по размеру планета.
  5. Какая из планет-гигантов подходит на самое близкое расстояние к Земле.

19. Небесное тело, которое в древности рисовали в виде отрубленной головы, летящей по небу с развивающимися волосами.

Запишите ответ: __________

20. Солнечная система - это

1) вся материя, находящаяся в сфере притяжения Солнца  2) всё космическое пространство и вся материя, находящаяся в сфере притяжения Солнца

3) всё космическое пространство  4) всё видимое и невидимое космическое пространство

21. Укажите карликовые планеты, обладающие естественными спутниками.

1) Макемаке  2) Церера  3) Эрида  4) Хаумеа  5) Плутон

22. Самый крупный спутник Сатурна, который покрыт плотной атмосферой

1) Япет  2) Рея  3) Титан  4) Мимас  5) Энцелад

23. Укажите планеты, которые относятся к планетам-гигантам

1) Венера  2) Юпитер  3) Земля  4) Меркурий  5) Нептун  6) Сатурн   7) Марс  8) Уран

24. Сопоставьте планету с её описанием (укажите соответствие для всех 5 вариантов ответа):

1) Меркурий

2) Венера

3) Земля

4) Марс

  1. первая планета от Солнца и самая маленькая по размерам планета в Солнечной системе.
  2. четвёртая планета от Солнца.
  3. планета, на которой обнаружена жизнь.
  4. шестая по размерам планета Солнечной системы
  5. атмосфера состоит из сернистого газа и капель серной кислоты.

25. Укажите основные оболочки Земли

1) Термосфера  2) Атмосфера  3) Гидросфера  4) Радиационный пояс  5) Литосфера

26. Укажите планеты земной группы в порядке удаления их от Солнца.

Марс  Меркурий  Земля  Венера

27. Характерными особенностями Урана являются

1) водородно-гелиевая атмосфера  2) ретроградное вращение  3) наличие колец  4) ось вращения наклонена более чем на 90о к плоскости орбиты

28. Карликовая планета - небесное тело, которое:

1) не является спутником планеты

2) обращается по орбите вокруг Солнца

3) не может расчистить район своей орбиты от других объектов

4) имеет достаточную массу для того, чтобы под действием сил гравитации поддерживать близкую к сферической форму

5) расчистила район своей орбиты от других объектов

29. Каково общее количество всех спутников планет земной группы?

Запишите число:  _________

30. Укажите верные утверждения.

1) Большинство планет вращается вокруг своих осей в одном направлении, исключение составляют Венера и Уран

2) Основная масса Солнечной системы сосредоточена в больших планетах

3) Основная масса Солнечной системы сосредоточена в Солнце

4) Плоскости орбит планет не совпадают с плоскостью эклиптики

5) Плоскости орбит планет почти совпадают с плоскостью эклиптики

31. Вспомните, открытие каких небесных тел привело к открытию главного пояса астероидов.

1) Кербер    2) Юнона    3) Авось    4) Паллада    5) Церера    6) Веста

32. Какая из планет Солнечной системы обладает наименьшей плотностью (могла бы даже плавать в воде)?

Запишите ответ: _________

33. Закончите предложения, касающиеся общих характеристик планет Солнечной системы (укажите соответствие для всех 5 вариантов ответа):

1) Нептун

2) Юпитер

3) Меркурий

4) Венера

  1. Планета, у которой большая полуось орбиты наибольшая.
  2. Планета с самым большим периодом вращения вокруг оси.
  3. Планета из земной группы, которая имеет самый короткий период обращения вокруг Солнца
  4. Самая большая по размеру планета.
  5. Панета-гигант, которая подходит на самое близкое расстояние к Земле.

Лента.ру Ученые Университета науки и технологий в Саудовской Аравии придумали способ конвертации энергии инфракрасного излучения, испускаемого нагретой солнечными лучами Землей, в энергию электрического тока.

Все пилотируемые орбитальные космические полёты в хронологическом порядке.

В данную хронологию включены все орбитальные космические полёты.

Помощь в учебе

© 2023. Dudko Elena | Infofiz.ru 2011-2023 | Все права защищены | Все материалы взяты из открытых источников и представлены исключительно в ознакомительных целях, только на локальном компьютере. Все права на статьи, книги, видео и аудио материалы принадлежат их авторам и правообладателям. Любое распространение и/или коммерческое использование без разрешения законных правообладателей не разрешается. .
Яндекс.Метрика