Горизонтальна система координат

Р.

Опорні конспекти розроблені викладачами дисципліни «Астрономія»

Комар Н.Д., Голубковою І.М.

Розглянуто і затверджено цикловою комісією фізико-математичних дисциплін

Протокол №10 від “02” червня 2011 р.

Рівні засвоєння навчального матеріалу:

- п ерший рівень – початковий – відповідь студента при відтворенні навчального матеріалу – елементарна, фрагментарна, зумовлюється початковими уявленнями про предмет вивчення;

- другий рівень – середній – студент відтворює основний навчальний матеріал, здатний розв’язувати завдання за зразком, володіє елементарними вміннями навчальної діяльності (*);

- третій рівень – достатній – студент знає істотні ознаки понять, явищ, закономірностей зв’язків між ними, а також самостійно застосовує знання в стандартних ситуаціях, володіє розумовими операціями (аналізом, абстрагуванням, узагальненням тощо), уміє робити висновки, виправляти допущені помилки; відповідь повна, правильна, логічна, обгрунтована, хоча їй бракує власних суджень (**);

- четвертий рівень – високий – знання студента є глибокими, міцними, узагальненими, системними; студент уміє застосовувати знання творчо, його навчальна діяльність має дослідницький характер, позначена вмінням самостійно оцінювати різноманітні життєві ситуації, явища, факти, виявляє і відстоює особисту позицію (***).

ЗМІСТ

1. Розділ 1. Предмет астрономії. Астрономічні спостереження

1.1. Предмет астрономії. Розвиток астрономії.

та її значення в житті суспільства. 4

1.2. Методи і засоби астрономічних досліджень. 6

1.3. Сузір’я. Небесна сфера. Основні точки і лінії небесної сфери.

Небесні координати. 9

1.4. Сонячний та зоряний час. Календарі. Закони Кеплера. 12

1.5. Фази місяця. Затемнення. Небесна механіка. 16.

2. Розділ 2. Сонячна система та її будова

2.1. Планети земної групи. 17

2.2. Планети – гіганти та їх супутники. 19

2.3. Гіпотези про формування Сонячної системи. Сонце. 23

3. Розділ 3. Зорі та їх еволюція. Галактика

3.1. Класифікація зір. Розміри, світність та температура зір.

Моделі зір. 28

3.2. Подвійні зорі. 30

3.3. Фізичні змінні зірки. 31

4. Розділ 4. Будова, еволюція та життя у Всесвіті

4.1. Еволюція зір. 32

Тема: Предмет астрономії. Розвиток астрономії та її значення в житті суспільства.

План

1. Предмет астрономії. Основна структура астрономічної науки.

2. Астрономія (Історія створення, найдавніша наука XXI-XVII ст. до н.е.

3. Значення вчення Аристотеля, Птолемея, Бруно, Галілея, Коперника, Гершеля, Тіхо Браге, Кеплера, Ньютона для астрономії.

4. Об’єкти дослідження в астрономії.

1. Астрономія (від грец. ”астрон” – ”зоря”, ’’номос’’ - ”закон”) – наука про небесні світила, про закони їхнього руху, будови і розвитку, а також про будову і розвиток Всесвіту в цілому.

Основою астрономії є спостереження.

Для здійснення астрономічного спостереження потрібна:

ü Потужна світлоприймальна техніка;

ü Сукупність законів, ідей і методів теоретичної фізики;

ü Потужний математичний апарат.

Сучасна астрономія є настільки розвиненою наукою, що поділяється на окремі дисципліни:

§ Астрометрія (розробляє методи вимірювання положень небесних світил і кутових відстаней між ними та часу);

§ Небесна механіка (з’ясовує динаміку руху небесних тіл);

§ Зоряна астрономія (досліджує будову галактики та інших зоряних систем);

§ Астрофізика (вивчає фізичну природу, хімічний склад і внутрішню будову зір);

§ Космогонія (питання походження і розвитку небесних тіл);

§ Космологія (розвиток Всесвіту в цілому);

Сучасна астрономія, спираючись на висновки та відкриття давніх астрономів, пояснює рух та взаємодію небесних тіл, описує процеси в них, вивчає їх розвиток. Вона має інтегровані зв’язки з такими науками, як

· Математика

· Фізика

· Хімія

· Географія

· Геологія

· Космонавтика, тощо.

Астрономія дає уявлення про будову та розвиток Всесвіту в цілому та про місце людини у Всесвіті.

2. Витоки астрономії виходять ще до кам’яного віку, свідченням чого є знаменитий Стоунхедж в Англії. Намагалися пояснити рух зір і в Давній Греції, Єгипті, ближньому Сході (Месопотамії). Починаючи з ростих спостережень, астрономія досягла сучасного розвитку саме тому, що її досягнення зразу ж використовувались в практичній діяльності людини, а саме:

· Введення календаря, системи підрахунку часу;

· Визначення точного положення місця спостереження (орієнтація на місцевості);

· Передбачення початку розливу Нілу жерцями давнього Єгипту за виглядом Сиріусу;

· Введення одиниці вимірювання кутів: 1⁰ – кут, що відповідає зміщенню Сонця на величину його диску (халдейська 60-річна система числення)

3. Народжена в Давньому Світі, астрономія отримала розвиток в епоху еллінізму (в Давній Греції). З цим пов’язані імена:

· Аристарх Самосський вважав, що Земля обертаєтьсяя навколо Сонця.

· Аристотель мав геоцентричні погляди, вважаючи Землю центром Всесвіту.

· Гіппарх склав перший зоряний каталог (зоряні таблиці).

· Кладій Птоломей описав у творі „Альмагест” рух планет з погляду геоцентричної системи

На Давньому Сході поет, математик, медик та астроном Омар Хайям проводить реформу календаря, а самаркандський правитель Улугбек будує першу обсерваторію, в якій вивчає положення зірок та створює найточніші астрономічні таблиці зі 1018 зір.

Найвизначніші астрономи давнини:

· Миколай Копернік (1473-1543рр) – син краківського купця, доктор канонічного права, медик, математик, астроном, канонік Вармійської єпархії стає засновником геліоцентричної системи світу, в якій планети і Земля серед них обертаються навколо Сонця, яку викладає в книзі „Об обращении небесных сфер” (1543р).

· Тихо Браге (15465 – 1601 рр) – датський дворянин, створив обсерваторію на острові Вен, в якій протягом 20 років проводив астрономічні спостереження з метою спростувати теорію Коперніка.

· Йоганн Кеплер (1571 -???рр) – помічник Тіхо Браге, використав таблиці Браге для підтвердження теорії Коперніка в роботі „Гармонія світу”.

· Галілео Галілей (1564 – 1642рр) – флорентійський дворянин, викладач математики та механіки в Пізі та Падуб, створив телескоп, за допомогою якого першим спостерігав поверхню Місяця,

будову Молочного Шляху,

чотири супутники Юпітера,

кільця у Сатурна,

фази Венери,

плями на Сонці

· Джордано Бруно – італійський монах, спалений в Римі в 1600р. На площі Квітів за єретичні погляди про численність свтів, подібних до земного.

· Ісаак Ньютон (1642 – 1727рр) – англійський фізик, математик, астроном. Його Закон Всесвітнього тяжіння покладений в основу всієї небесної механіки.

· Вільям Гершель (18 – 19 ст.) створив модель нашої Галактики.

· Йозеф Фраунгофер (18 – 19 ст.) вперше використав спектральний аналіз в астрономії.

· Едвін Габбл (19 – 20 ст.) довів існування інших Галактик та що цей світ Галактик розширюється.

· Альберт Ейнштейн (20 ст.) створив теорію відносності – основу космології.

Контрольні питання:

1. Що таке астрономія, астрологія?

2. Чому, на вашу думку, астрологія не є наукою?

3. Який із стимулів розвитку астрономії для Вас найпереконливіші? Чому?

4. Які практичні питання астрономія допомогла вирішувати?

5. Розкажіть про геоцентричну та геліоцентричну модель світу.

6. Яке ваше уявлення про Всесвіт?

Література:

1. Климишин І.А., Крячко І.П. Астрономія: Підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладів. – К.: Знання України, 2002р §1, 2.

Тема: Методи і засоби астрономічних досліджень.

План

1. Астрономічні одиниці вимірювання.

2. Класифікація електромагнітних хвиль і їх властивості.*

3. Обсерваторії. Оптичні телескопи, класифікація.

4. Радіотелескопи та радіоінтерферометри.

5. Допоміжні прилади.**

1. Астрономічні одиниці вимірювання.

1 а.о. = 149 600 000 км. (відстань від Сонця до Землі).

1 а.о. = 1,5* м.

1 св.р. – відстань, яку проходить світло за один рік

1 св.р. = 3* *365*24*3600=9,5* м.

1 пк (парсек) – відстань, з якої середній радіус земної орбіти видно під кутом 1”.

Горизонтальний паралакс

Р-горизонтальний паралакс – це кут між напрямом на світило кута будь якої точки Землі і напрямом кута центру.

Річний паралакс зорі

Річний паралакс зорі – це кут, під яким із зорі було б видно радіус земної орбіти.

1 пк = 3,26 св.р. = 3* м.

Висновок: 1 пк > 1 св.р. > 1 а.о.

1.2.Зоряні величини

Видима зоряна величина – (m).

Найяскравіші зорі виділяються у групу зір 1-ї величини, трохи слабші – 2-ї, а ледве помітні – 6-ї величини.

Зв'язок між зоряною величиною та освітленістю:

Зорі у 100 слабкіші від . Найяскравіші зорі з величинами яскравіше налічується усього 13, від до - 27, а всіх зір до - близько 6000. Видима зоряна величина Сонця становить - .

Абсолютна зоряна величина – це така зоряна величина, яку б мала зоря, якби перебувала від нас на відстані 10 пк (32,6 св.р.).

Де r – відстань до зорі, виміряна в парсеках.

Важливою характеристикою зорі є її світність L – повна кількість енергії, яку випромінює зоря з усієї своєї поверхні за одиницю часу в усіх напрямках.

Де =1 і = - відповідні параметри Сонця.

2. Класифікація електромагнітних хвиль і їх властивості.

-

Космічні промені складаються головним чином з протонів – ядер водню, а також з електронів, ядер гелію і ядер важчих хімічних елементів.

Нейтрино – це частинка, яка має неймовірну проникну здатність, бо майже не взаємодіє з речовиною.
З другої половини 20 ст. астрономія стала всехвильовою.

3. Перші державні астрономічні обсерваторії (АО):Паризької (1671 р.), Гринвіцької (1675 р.) тощо. Українські обсерваторії знаходяться під Харковом, в Криму (1950 р.), Львів (1769 р.), Київ (1845 р.), Одеса (1871 р.).

Будова радіотелескопа (РТ): антена, чутливий приймач, опромінював, самописний електронний прилад.

Схема роботи: Антена – опромінював – приймач – самопис.

Найбільша в світі радіоастрономічна антена встановлена на острові Пуерто-Ріко та має діаметр 305 м.; 100 м. - ФРН, США; 64 м. – Австралія; 22 м. – Крим біля Євпаторії.

Сукупність декількох РТ-радіоінтерферометри утворюють певну форму (Y).

Телескопи:

ü Оптичні телескопи;

o Телескопи-рефрактори (використовується лінза та відбувається заломлення);

o Телескопи-рефлектори (використовуються дзеркала та відбувається відбивання);

4.Радіотелескопи;

Будова телескопа:об’єктив (збирає промені і будує зображення), тубус(з’єднує об’єктив з приймальним пристроєм),окуляр (задає зображення в око), монтування (тримає трубу та забезпечує її наведення на небо).

Недоліки телескопів-рефракторів (застосовуються в астрометрії):

ü Дають розмите або забарвлене зображення;

ü Мають малі розміри об’єктива (менше 102 см.);

Перший телескоп-рефлектор створив Ньютон з діаметром дзеркала 2,5 см.

Система Кассегрена – система в якій головне дзеркало – увігнуте параболічне, а допоміжне – опукле гіперболічне.

Головні дзеркала мають сферичну або параболічну форму. Спочатку дзеркала виготовляли з бронзи, а потім посріблені та алюмініюють (вони були громіздкі).

Система Річі-Кретьєна – система в якій головне дзеркало за формою дещо відрізняється від параболоїда, а допоміжне – від гіперболоїда.

5.Допоміжні прилади:

§ Електронно-оптичні перетворювачі (ЕОП: інфрачервоне зображення стає видиме);

§ Телевізійний метод;

§ Нейтринний телескоп;

§ Прилади з зоряним зв’язком (при попаданні фотонів в напівпровідник в реакції внутрішнього фотоефекту вивільняються електрони, які зберігаються і накопичуються в пік селях.

§ ФЕМ.

Контрольні питання:

1. Які спектральні діапазони традиційно виділяють в астрономії?

2. Які типи телескопів використовують в астрономії і хто першим сконструював кожен із них?

3. Що таке радіоінтерферометри і за яким принципом він збудований?

4. У чому принципова різниця між фотографічними і фотоелектричним методами спостережень?

5. Як працює електронно – оптичний перетворювач?

6. Що таке детектор нейтрино?

Література:

1. Климишин І.А., Крячко І.П. Астрономія: Підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладів. – К.: Знання України, 2002р, §3, 11, 12

Тема: Сузір’я. Небесна сфера. Основні точки і лінії небесної сфери. Небесні координати.

План

1. Сузір’я. Класифікація зір.

2. Небесна сфера. Основні точки та лінії.

3. Система зоряних координат. Горизонтальні та екваторіальні.**

4. Карта зоряного неба.*

1. Сузір’я. Класифікація зір.

Сузір’я – певна ділянка зоряного неба з чітко окресленими межами, що охоплює всі належні їй світила і яка має власну назву.

З 1922 року – 88 сузір’їв (Велика ведмедиця, Мала ведмедиця, Оріон, Кассіопея, Великий пес, ….).

Класифікація зір за яскравістю .

Для зір змінені з часом яскравістю K, S, … Z.

Приклад - Вега (суз. Ліри) -Денеб (суз. Лебедя)

- Полярна зірка - Арктур (суз. Волопаса) -Антарес (суз. Скорп.)

(Мала Ведмедиця) - Регул (суз. Лева) -Спіка (суз. Діва)

- Альтаїр(суз. Орел) -Сіріус (суз. Вел. Пса)

( - Поллукс - Кастор із Близнят)

2. Небесна сфера. Основні точки та лінії.

Небесна сфера – це уявна сфера довільного радіуса, в центрі якої знаходиться спостерігач і на яку спроектовано всі світила так, як він бачить їх у певний момент часу з певної точки простору.

Z - зеніт (вершина), Z – надир (напрям ноги).

Зеніт – це верхня точка перетину прямовисної лінії з небесною сферою, надир – нижня точка (протилежна зеніту).

N – північ, S – південь, SN – полуденна лінія, PP’ – вісь світу, P – північний полюс, P’ – південний полюс, Q – вища точка небесного екватора, W – захід, E – схід.

3. Система зоряних координат. Горизонтальні та екваторіальні.

Горизонтальна система координат.

Основною точкою у цій системі є площина горизонту SN, а початком – точка півдня S. Як азимут А, так і висоту h світила вимірюють у градусах: азимут від 0 до 360 градусів, висоту – від 0 до 360 (над горизонтом) і від 0 до -90 (під горизонтом) градусів. Недоліки цієї дуже простої системи координат є те, що кожна з координат світила безперервно змінюється внаслідок обертання небесної сфери.

3.2. Екваторіальна систем координат.

Точка відліку Q (найвища точка небесного екватора), а основною площиною в цій системі є площина.

- схилення градус від 0 до 90 градусів (Північний);

від 0 до 90 градусів (Південий);

t – годинниковий кут [t]=год від 0 до

Тому, використовуючи ці координати, не можна побудувати зоряні карти або скласти каталог зір для постійного користування. Ця обставина є недоліком зазначеної системи координат, але її перевагою є порівняно легке вимірювання.

3.3.Друга екваторіальна система координат.

У цій системі системі використовують такі координати: пряме піднесення – а світила М і його схилення .

і а не змінні при обертанні небесної сфери.

a + t = S – Зоряний час

Пряме піднесення світила М відлічують від точки весняного рівнодення вздовж небесного екватора назустріч видому обертанню небесної сфери до кола схилення світила.

Умови видимості світила.

S=t* - годинний кут точки весняного рівнодення.

h= - нахил вісі світу до горизонту.

4. Карта зоряного неба.

Контрольні питання:

1. Що таке небесна сфера?

2. Скільки сузір’їв налічується на небесній сфері і коли уточнено межі?

3. Що означає запис “об’єкт М31”, об’єкт NGC224”?

4. Скільки основних точок небесної сфери Вам відомо?

5. Що таке зоряна доба і зоряний час?

6. Чому дорівнюють азимут А точки заходу і точки сходу?

Література:

1. Климишин І.А., Крячко І.П. Астрономія: Підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладів. – К.: Знання України, 2002р, § 3-5.

Тема: Сонячний та зоряний час. Календарі. Закони Кеплера.

План

1. Одиниці вимірювання часу

2. Зоряна доба і зоряний час. *

3. Системи лічби часу: всесвітній, поясний і декретний час*

4. Основні типи календарів.

5. Всесвітній календар.*

6. Закони Кеплера.**

Одиниці вимірювання часу.

В основу визначення одиниці часу покладено періодичне явище в природі — добу — проміжок часу, протягом якого Земля робить повний оберт навколо своєї осі. Добове обертання Землі, визначаючи закономірність зміни дня та ночі, циклічність багатьох процесів на Землі, розпорядок життя та діяльності людей, є найбільш доцільною і зручною основою для вимірювання часу, яка дана самою природою, і якою споконвіку користується людство. Тривалість доби можна визначити за допомогою світила або точки, фіксуючи моменти двох послідовних кульмінацій, якщо відомі їх положення на зоряному небі.

Доба і її частки служать для вимірювання коротких проміжків часу, а для тривалих проміжків часу використовують поняття року. Проміжок часу між двома послідовними проходженнями справжнього Сонця через точку весняного рівнодення називається тропічним роком.

Т_тр.р.=365d,2422 с.с.д. (середньої сонячної доби).

Проміжок часу за який Земля зробить один повний оберт навколо Сонця відносно нерухомих зір називається зоряним роком.

Т_з.р.=365d,2568 с.с.д.

Зоряна доба і зоряний час

Визначення зоряної доби випливає з видимого обертання навколо Землі точки весняного рівнодення. Верхня кульмінація цієї точки береться за початок доби. Проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями, точки весняного рівнодення на тому самому меридіані називається зоряною добою.

Зоряну добу поділяють на 24 зоряні години, зоряну годину — на 60 зоряних хвилин, зоряну хвилину — на 60 зоряних секунд. Час, що проходить від моменту верхньої кульмінації точки весняного рівнодення до її положення в певний момент, виражений у частках зоряної доби, називається зоряним часом. Позначається латинською буквою s.

Годинний кут точки весняного рівнодення, виражений годинною мірою, чисельно дорівнює зоряному часу в даний момент. Час що пройшов від початку доби, дорівнює годинному куту точки весняного рівнодення. Для його визначення користуються зорями з точно визначеними координатами.

Цією залежністю користуються для визначення зоряного часу з спостережень моментів кульмінації зір за допомогою пасажного інструменту. Зоряним часом зручно користуватися в наукових і деяких інженерних роботах, але повсякденно життя пов’язане з сонячною добою, яка більша від зоряної, тому введено сонячний час

Системи лічби часу: всесвітній, поясний і декретний час

Різні обставини життя і діяльності людей примушували не тільки користуватися різними одиницями часу, але спонукали ввести і різні системи лічби часу.

Всесвітнім, або світовим, часом називається місцевий середній час грінвічського меридіану. Позначається він через Т₀. Ним користуються для обчислення моментів початку і закінчення важливих астрономічних явищ і даних, які потрібні в астрономічній практиці, геодезії, мореплавстві та авіації. Вони публікуються в астрономічних календарях, астрономічних щорічниках і довідниках.

Місцевий час зв’язаний з всесвітнім часом формулою

Тм = Т₀ + λ (5),

де λ - довгота, визначена відносно грінвічського меридіану.

Поясний час. У 1885 р. Міжнародна конференція 26 держав прийняла систему поясного часу. За нею всю земну кулю було поділено на 24 годинні пояси з нумерацією від нуля до XXIII. Годинний пояс простягається по довготі на 150. Місцевий час середнього меридіана поясу, яким користуються в усьому поясі, називається поясним часом. Межі поясів проходять по державних кордонах, по межах великих адміністративних областей та з урахуванням фізико-географічних об’єктів (гірських хребтів, великих рік і т.п.)

Літній час був введений з метою раціональної організації виробничого і суспільного життя великих індустріальних і адміністративних центрів, рівномірного використання потужностей електростанцій протягом доби, денного освітлення для роботи і т. п. 16 червня 1930 р. Декретом Ради Народних Комісарів стрілки годинників в усіх годинних поясах СРСР були переведенні на одну годину вперед.