Урок №5

Тема: МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ АСТРОНОМІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ.

Мета:

навчальна: ознайомити учнів з методами пізнання Всесвіту; показати застосування знань з фундаментальних законів фізики для дослідження віддалених об’єктів; ввести поняття всехвильової астрономії та ознайомити учнів з різноманітними приладами, апаратами, за допомогою яких проводять спостереження у різних діапазонах, шкалою електромагнітних хвиль; узагальнити астрофізичні поняття про методи астрономії та способи реєстрації електромагнітного випромінювання космічних тіл;
розвивальна: розширити уявлення учнів про методи пізнання безмежного Всесвіту; продовжити формування наукового світогляду на основі розкриття причинової обумовленості явищ і процесів, що відбуваються на небесних тілах і в космічному просторі;
виховна: продовжити формування патріотичної свідомості шляхом показу досягнень вітчизняної науки в галузі астрофізичних досліджень; раціональної — шляхом розкриття суперечливостей у підході науки і релігії до пояснення причин і характеру небесних явищ.

Фотони — джерело інформації

Світлова хвиля, як і будь-яка електромагнітна, рухається зі швидкістю світла — 300 000 км/с. Світлову хвилю можна розглядати як потік фотонів. Саме вони приносять нам інформацію про далекі Сонця.

Відомий філософ Огюст Кант казав (1798–1857): «Ми нічого не можемо дізнатися про зорі, крім того, що вони існують. Навіть температура їх назавжди залишиться невизначеною... Ну і, звичайно, не варто займатися астрономією, тому що це порожнє витрачання часу, що не дає ні корисних, ні цікавих результатів...»

Сьогодні ці висловлення ми згадуємо з посмішкою. Адже виявилося, що людина може пізнати закони будови й розвитку як окремих зір, так і Всесвіту загалом. І цьому сьогодні є численні підтвердження. І розповідають про це людині фотони, кванти світла, ці дивні вісники далеких світів.

За іронією долі Кант не дожив усього три роки до відкриття спектрального аналізу, що став потужною зброєю астрономів у їхніх дослідженнях Всесвіту. Вивчаючи світлове випромінювання, що приходить до Землі від далеких зір і галактик, астрономи визначають температуру поверхонь зір, їхні маси і розміри, хімічний й ізотопний склад атмосфери, розподіл густини й температури в надрах, намічають схеми розвитку зір протягом мільярдів років.

У фотона найбільш яскраво виражена подвійність основних ознак елементарних частинок: фотон поширюється як електромагнітна хвиля. Кожний фотон переносить окрему порцію (квант) енергії, що дорівнює h=hν, h = 6,62·10−34Дж·с.

Світлове випромінювання, що сприймає наше око, - це лише незначна частина надзвичайно широкого діапазону електромагнітних хвиль. В атмосферах зір і космічному просторі виникають і поширюються електромагнітні хвилі (фотони) з найрізноманітнішими довжинами хвиль. Зазвичай довжини хвиль вимірюють в ангстремах (1Ȧ=10-8 см)

Світло

Діапазон довжин хвиль видимого світла міститься між 4000 Ȧ (фіолетовий колір) і 7000 Ȧ (червоний колір).

З усіх видів космічного електромагнітного випромінювання до поверхні Землі крізь її атмосферу проходять, практично не слабшаючи, тільки видиме світло, близьке (короткохвильове) інфрачервоне випромінювання і частина спектра радіохвиль.

До 1609 року небесні тіла вивчали неозброєним оком. 1609 року Г. Галілей уперше застосував оптичний телескоп для дослідження небесних тіл і зробив ряд відкриттів. Але перші телескопи Галілея були зовсім не досконалі: перша труба телескопа давала всього лише трикратне збільшення. Після вдосконалення телескопа Галілей отримав трубу 30-кратного збільшення.

Завдання телескопа — «вловити» слабкий світловий потік від зір. Щоби вловити світло далеких зір, необхідно було збільшити площу зіниці — у цьому полягало первинне завдання телескопа.

Тож найважливішим у телескопі був так званий «вхідний отвір» для світла зір — об’єктив відповідного діаметра ( D). Об’єктив — та частина телескопа, яка «дивиться» на об’єкт. Ту частину телескопа, до якої спостерігач прикладає око, називають окуляром (від слова «око»). Об’єктив будує зображення об’єкта (Місяця, планет) або ділянок зоряного неба у фокальній площині. Окуляр, що виконує роль лупи, дозволяє наблизитися до зображення цього об’єкта і розглядати його під більшим кутом, ніж сам об’єкт. Ще одна важлива властивість телескопа — збільшити кут, під яким ми спостерігаємо небесне тіло. Збільшення (nx ) телескопа залежить від фокусної відстані об’єктива ( F) і фокусної відстані використовуваного

окуляра ( f ): nх=F/f.

Або його можна визначити як відношення кутових відстаней: nх=ρ/β

де ρ — кутова відстань між двома зорями, які розглядають у телескоп, і β — та сама відстань між зорями під час спостереження неозброєним оком.

Космічні телескопи було створено після 1957 року.

Розглянемо 5 видів астрономічного спостережень

Обсерваторії в Україні

Першу в Україні астрономічну обсерваторію було засновано 1821 р. адміралом А. С. Грейсом. Обсерваторія була збудована у Миколаєві та мала призначення обслуговувати Чорноморський флот. Другою в Україні була обсерваторія Київського університету, будівництво якої було закінчено 1845 року. Потім було відкрито обсерваторії в Одесі (1871) та Харкові (1888), 1900 року створено обсерваторію Львівського університету. У Сімеїзі (Крим) 1908 року було організовано астрофізичний відділ Пулковської обсерваторії, який за радянських часів входив до складу Кримської астрофізичної обсерваторії АН СРСР. У Полтаві 1926 року було створено гравіметричну обсерваторію, основним завданням якої є вивчення рухів земних полюсів і припливів у земній корі. 1945 року в Голосієві, під Кієвом, було створено астрономічну обсерваторію АН УРСР. Значні астрометричні роботи виконали в Україні І. Є. Кортацці, Б. П. Остащенко-Кудрявцев, Л. І. Семенов (Миколаїв), В. І. Фабріціус, М. П. Диченко (Київ), М. В. Ціммерман, Б. В. Новопашенний (Одеса), Г. В. Левицький, Л. О. Струве, М. М. Євдокимов (Харків), О. Я Орлов, Є. П. Федоров (Полтава). М. Ф. Хандріков був визначним організатором Київської школи теоретичної астрономії. Важливі дослідження виконав у Києві А. О. Яковін. У галузі астрофізики значних успіхів досягли С. К. Всехсвятський (Київ), О. К. Кононович і В. П. Цесевич (Одеса), В. Г. Фесенков, М. П. Барабашов (Харків), Г. М. Неуймін, Г. А. Шайн, Е. Р. Мустель (Крим), Е. В. Рибка, В. Б. Степанов, М. В. Ейгенсон (Львів) і багато інших.

Головна астрономічна обсерваторія НАНУ — заснована 17 липня 1944 з ініціативи Олександра Яковича Орлова. Розташована за 12 км на південь від центра Києва в Голосіївському лісі (звідси походить її неофіційна назва — Голосіївська). Координати Обсерваторії — 2h02m східної довготи, 50°21'9'' північної широти, висота над рівнем моря — 186 м.

Кримська астрофізична обсерваторія — обсерваторія Національної академії наук України. Основна частина обсерваторії розташована в Бахчисарайському районі Криму, у селищі Науковому, за 25 км від Сімферополя та 12 км від Бахчисарая, на висоті 600 м над рівнем моря. Почала свою роботу 30 червня 1945 року.

Основні напрямки наукових досліджень включають дослідження активних ядер галактик і джерел космічних променів; спостереження космічних об’єктів методом радіоінтерферометрії; будова, хімічний склад, магнетизм і нестаціонарність зір, фізика Сонця й сонячна активність; планети, малі тіла Сонячної системи й астероїди; глобальні рухи материків і полюсів Землі, а також розробка наземних і космічних оптичних телескопів.

У період від 1966 по 1992 рік в обсерваторії було відкрито 1285 малих планет. Станом на 26 серпня 2010 обсерваторія посідає 15-те місце серед обсерваторій світу за кількістю відкритих малих планет, хоча від 1992 року не було відкрито жодної нової малої планети.

В обсерваторії з 1960 року працює один з найбільших у Європі рефлекторів, другий за величиною оптичний телескоп на території країн СНД і найбільший в Україні — Дзеркальний телескоп Шайна.

Висновки

Радіотелескоп — астрофізичний прилад для прийняття власного електромагнітного випромінювання космічних об’єктів у діапазоні несучих частот від десятків МГц до десятків ГГц і дослідження його характеристик: координат джерел, просторової структури, інтенсивності випромінювання, спектра і поляризації.
Дзеркала радіотелескопів дуже великі за розмірами — метрові і навіть десятиметрові.
Упродовж 50-річної історії радіоастрономії з космосу на хвилі довжиною 21 см прийнято енергії менше 10−7__ .
Принцип дії радіотелескопа заснований на прийомі й обробці радіохвиль і хвиль інших діапазонів електромагнітного спектра від різних джерел випромінювання.
Обсерваторія — наукова установа, у якій за допомогою спеціальних інструментів проводять астрономічні (астрономічна обсерваторія), магнітні (магнітна обсерваторія), сейсмологічні, метеорологічні та інші спостереження, а також обробляють одержані результати.
Обсерваторії України — Миколаїв (1821), обсерваторія Київського університету (1845), Одеса (1871), Харків (1888), обсерваторія Львівського університету (1900), Сімеїз (Крим, 1908), Полтава (1926), Київ–Голосієве (1945) — астрономічна обсерваторія АН УРСР.
Основні напрями досліджень у галузі нейтринної астрофізики — дослідження внутрішньої будови Сонця; дослідження нейтринних осциляцій, що використовують як джерела атмосферні нейтрино або сонячні нейтрино; пошук нейтрино у надрах Землі (геонейтріно); дослідження темпу формування масивних зір у ранні епохи за дифузним потоком нейтрино від усіх гравітаційних колапсів.

У Китаї 25 вересня офіційно відкрили найбільший у світі радіотелескоп FAST. Про це повідомляє китайське агентство Синьхуа.

Апарат встановлений в горах південної провінції Китаю Гуйчжоу.

Діаметр рефлектора китайського телескопа становить 500 метрів. На його створення було витрачено близько 180 млн доларів США. До цього найбільшим вважався радіотелескоп, який знаходиться обсерваторії Аресібо в Пуерто-Ріко. Його діаметр - 305 метрів. За допомогою FAST китайці будуть шукати ознаки позаземного життя.