11-А

Тема уроку: « Небесні світила й небесна сфера. Сузір’я. »

І. Що вивчає астрономія?

Астрономія − наука про небесні світила, про закони їхнього руху, будови і розвитку, а також про будову і розвиток Всесвіту в цілому.

Які ви знаєте одиниці вимірювання відстані в астрономії?

Астрономічна одиниця та світловий рік.

Яких ви знаєте видатних вчених, які зробили великий внесок в розвиток астрономії?

Птолемей, Коперник, Галілей, Кеплер, Габбл (Хаббл).

Хто з цих вчених збудував перший наземний телескоп?

Галілео Галілей.

Скільки планет в сонячній системі? Назвіть їх в послідовності.

Вісім планет сонячної системи: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун.

ІІ. Зоряне небо!.. Напевне, немає людини, яку б не вражала його витончена довершеність, його незбагненна краса і таємничість. Недаремно давні греки дали всьому зоряному Всесвіту назву космос, що означає − оздоба, прикраса. І в цьому немає нічого дивного! Свого часу М. Коперник висловився з захопленням: «...Бо що може бути чарівнішим від небосхилу, який вміщує у собі все прекрасне?»

Розмірковуючи над будовою зоряного Всесвіту, філософ Арістотель (384-322 рр. до н. е.) стверджував: «Всесвіт − досконалий, а тому сферичний, бо сфера − єдина досконала фігура». Згідно з його розрахунками, радіус Всесвіту, тобто відстань до сфери зір, має бути у дев'ять разів більшою, ніж відстань від Землі до Сонця, а Земля, за його уявленнями, займає центральне положення у Всесвіті, адже «усі важкі тіла прямують до центра Землі, а оскільки будь-яке тіло прямує до центра всесвіту, то Земля мусить перебувати нерухомо в цьому центрі». Щоправда, інший відомий грецький філософ Демокріт (460-370 рр. до н. е.), а ближче до наших часів Галілей доводили протилежне: «Всесвіт − безмежний, зорі перебувають на різних відстанях від Землі, але ця різниця у відстанях на око не сприймається, тому і здається, що зорі знаходяться на внутрішній поверхні деякої сфери.» Це виявилось і справді так!

Сьогодні ми знаємо, що немає сфери над нашими головами, знаємо, що зорі дуже далекі від нас, та поняття небесної сфери залишилось, бо виявилося дуже зручним при вивченні видимих рухів світил та визначенні їхніх взаємних розташувань на небі.

Небесна сфера − 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.

Небесну сферу можна уявити у вигляді велетенського глобуса (довільного радіуса), схожого на глобус Землі, але розглядається він зсередини. Центр небесної сфери збігається з оком кожного окремого спостерігача. Як і на земному глобусі, на небесній сфері можна намалювати уявні лінії і певні точки, що дає змогу ввести систему небесних координат.

Перше враження від спостереження зоряного неба − це незліченність зір і хаотичність їхнього розташування на небосхилі. Насправді ж зір, які можна побачити неозброєним оком, на небі Землі близько 6 000.

Видиме розташування зір на небі змінюється надзвичайно повільно. Без точних вимірів помітити його впродовж сотень і навіть тисяч років неможливо. Ця обставина дозволила за незапам'ятних часів намалювати по найяскравіших зорях перші характерні «зоряні візерунки» − сузір'я.

Більшість їхніх назв, які використовуються й сьогодні - це спадок від давніх греків. Так, у творі «Альмагест» Птолемея перелічено 48 сузір'їв. Нові сузір'я з'явилися на небі після перших подорожей у південну півкулю Землі під час великих географічних мандрівок ХVІ-ХVІІ ст., а також після винайдення телескопа.

На початку XX ст. налічувалося 108 сузір'їв. Але на конгресі Міжнародного Астрономічного Союзу 1922 р. їхню кількість було зменшено до 88. Тоді ж було встановлено також нові межі сузір'їв, що існують і досі.

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

У деяких сузір'ях виділяють менші групи зір, наприклад Плеяди та Пади в сузір'ї Тельця, Ківш у сузір'ї Великої Ведмедиці тощо.

Поряд із загальноприйнятими в астрономії назвами для окремих сузір'їв вживають і народні назви. Так, в Україні Велика Ведмедиця − це «Великий Віз», Мала Ведмедиця − «Малий Віз», Кассіопея − «Борона» чи «Пасіка», Дельфін − «Криниця», Пояс Оріона − «Косарі», Орел − «Дівчина з відрами», зоряне скупчення Пади, що утворюють голову Тельця, − «Чепіги», а зоряне скупчення Плеяди − «Стожари».

Про кожну істоту, яку давні люди уявляли у візерунку конкретної групи зір і ім'ям якої називали це сузір'я, було складено певну легенду. Наприклад: син грецького бога морів Посейдона, Оріон, був хоробрим і вправним мисливцем. Не було звіра, якого він не міг би вполювати. Розлючена богиня Артеміда, охоронниця звірів, підіслала до Оріона отруйного Скорпіона, від укусу якого він загинув. Та Зевс, головний у пантеоні грецьких богів, забрав на небо і Оріона, перетворивши його на зимове сузір'я, і Скорпіона, помістивши його на літньому небі, щоб той ніколи не наздогнав Оріона.

Позначення і назви зір. Астрономи минулого задовольнялися тим, що визначали положення окремих зір на малюнку істоти, яку вони «бачили» у візерунку тієї чи іншої їхньої групи (наприклад, зоря Серце Скорпіона).

Згодом найяскравіші зорі отримали власні назви (їх налічується 275). Із них лише 15 % − грецькі назви і 5 % − латинські, а 80 % − це арабські назви. Перекладаючи трактати арабських астрономів, європейські вчені, очевидно, спеціально залишали їх для використання. Наприклад, в арабських списках зорі сузір'я Лебідь названі прийнятим у ті часи способом: Денеб − «Яскрава на хвості», Садр − «Груди». Так вони називаються і зараз. Назва найближчої до нас зорі Проксима перекладається з грецької як «найближча».

Майже 500 років тому зорі в кожному сузір'ї було позначено літерами грецького алфавіту а (альфа), Р (бета), у (гамма) і т. д. в міру зменшення їхньої яскравості. Щоправда, в окремих випадках порядок позначень «переплутаний», і подекуди переставлені літери для слабкіших і яскравіших зір. Наприклад, у сузір'ї Близнят найяскравіша зоря Поллукс позначена літерою р, тоді як слабкіша − Кастор − літерою а.

Для зір, яскравість яких змінюється з часом, запроваджені позначення літерами латинського алфавіту: К, 8 ... 2, далі КК, А2. Якщо в сузір'ї змінних зір більше, ніж 334 (стільки комбінацій можна утворити з однієї і двох літер), то такі змінні зорі позначають так: У335, 336... (наприклад, У335 Лебедя).

Окремі зорі названо іменами вчених, що їх вивчали. Наприклад, є зоря Барнарда, яка знаходиться в сузір'ї Змієносця. Вона цікава тим, що за 180 років зміщується на небі на величину діаметра Місяця. Є зоря Тіхо Браге − залишок спалаху Наднової зорі 1572 р., яку вивчав відомий астроном Тіхо Браге.

Назва нашої зорі − Сонце − походить від індоєвропейського кореня «сау» - «світити».

Визначення відстаней до небесних світил. Те, що відстань до Місяця дорівнює 60 радіусам Землі, за тривалістю його проходження через тінь Землі при повному місячному затемненні встановив ще грецький вчений Гіппарх біля 150 р. до н. е.

Відстані до планет Сонячної системи вдалося визначити лише у XVII ст. через вимірювання горизонтального паралаксу.

Горизонтальний паралакс − це кут між напрямом на світило з якої-небудь точки земної поверхні і напрямом з центра Землі.

Відстані до близьких зір визначають за допомогою вимірювання їхнього річного паралаксу.

Річний паралакс л − кут, під яким із зорі було б видно радіус земної орбіти.

Оскільки відстані між астрономічними об'єктами дуже великі, то користуватися звичними одиницями довжини (метр, кілометр) незручно. Тому в астрономії використовують особливі одиниці для вимірювання відстаней: астрономічна одиниця (а. о.), яка дорівнює середній відстані Землі від Сонця (149 600 000 км), і парсек (пк), від слів «паралакс» і «секунда» - відстань, з якої середній радіус земної орбіти видно під кутом 1" (секунда дуги). Часто використовують похідні одиниці: кілопарсек (1 кпк = 1 000 пк) і мегапарсек (1 Мпк = 1 000 000 пк).

Інколи використовується одиниця довжини світловий рік (св. р.). Це така відстань, яку проходить світло за один рік, поширюючись зі швидкістю 300 000 км/с.

Між одиницями довжини, що використовуються в астрономії, існують такі співвідношення:

1 пк = 3,26 св. р. = 206 265 а.о. = 3∙10 ^16 м;

1 св. р. = 0,3066 пк = 63 240 а. о. = 9,5∙10 ^15 м.

Домашнє завдання: §1 ст. 202, дати відповіді на запитання в кінці параграфа.

Тема: «Видимий рух Сонця. Видимі рухи планет. Закони Кеплера.»

Що називають небесним меридіаном.

Велике коло, що проходить через полюси світу і зеніт, називають небесним меридіаном

Що таке кульмінація?

Явище проходження світила через небесний меридіан називається кульмінацією.

Зоряна доба – це…

Зоряна доба − це проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями точки весняного ріводення.

Зоряний час – це …

Зоряний час − це час 8, що минув від верхньої кульмінації точки весняного рівнодення.

Абсолютна зоряна величина називається?

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

Що таке світність?

: Світність L − повна кількість енергії, яку випромінює зоря з усієї своєї поверхні за одиницю часу в усіх напрямках.

Вивчення нового матеріалу.

Нижні та верхні планети. За особливостями свого видимого руху на небесній сфері планети поділяються на дві групи: нижні (Меркурій, Венера) і верхні (Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун). Рух верхніх і нижніх планет небесною сферою відбувається по-різному.

Конфігурацією планет називають характерні взаємні положення планет відносно Землі й Сонця.

Меркурій і Венера перебувають на небі або в тих же сузір'ях, що й Сонце, або в сусідніх. При цьому вони можуть знаходитись як на захід, так і на схід від нього, але не далі 28° (Меркурій) і 48° (Венера).

Найбільше кутове відхилення планети від Сонця на схід називається найбільшою східною елонгацією (з лат. − «віддаляюся»), на захід − найбільшою західною елонгацією

При східній елонгації планету видно на заході у променях вечірньої заграви незабаром після заходу Сонця через деякий час вона також заходить. Потім, переміщуючись зворотним рухом (зі сходу на захід, проти видимого руху Сонця), спочатку повільно, а потім все швидше планета починає наближатися до Сонця, ховається в його променях і стає невидимою. В цей час планета проходить між Землею та Сонцем і настає її нижнє сполучення із Сонцем.

Через деякий час після нижнього сполучення планета знову стає видимою, але вже на сході, в променях ранкової зорі, незадовго перед появою Сонця. Далі, продовжуючи переміщення зворотним рухом, планета досягає найбільшої західної елонгації, зупиняється на деякий час і знову продовжує рух, але вже прямий, у напрямку до Сонця.

Повернувшись до Сонця, планета незабаром зникає в його променях і знову стає невидимою. В цей час вона проходить за Сонцем, і відбувається її верхнє сполучення, після якого через деякий час вона знову стає видимою на заході в променях вечірньої заграви. Далі цикл повторюється.

Таким чином, нижні планети, подібно до маятника, «коливаються» відносно Сонця.

Інакше відбувається видимий рух верхніх планет. Коли верхню планету видно після заходу Сонця на західному небосхилі, вона переміщується серед зір прямим рухом, тобто з заходу на схід, як і Сонце. Але швидкість її руху менша, ніж у Сонця, тому Сонце наздоганяє планету, і вона на деякий час перестає бути видимою.

Потім, коли Сонце обжене планету, вона стає видимою на сході перед появою Сонця. Швидкість її прямого руху поступово зменшується, планета зупиняється, потім починає переміщення зворотним рухом зі сходу на захід, причому її траєкторія нагадує петлю.

Протистояння – планету видно із Землі цілу ніч у протилежному від Сонця напрямку.

Таблиця. Параметри руху планет.

Планета

Меркурій

Венера

Земля

Марс

Юпітер

Сатурн

Уран

Нептун

Т,рік

0,24

0,62

1

1,88

11,86

29,46

84,1

164,79

R,а.о.

0,39

0,72

1

1,52

5,2

9,54

19,18

30,06

Йохан Кеплер відкривав свої закони, спираючись на роботи датського вченого Тихо Браге (1546р.−1601р.) і свої багатолітні спостереження. Результатом його праці стали три основних закони небесної механіки:

1. Всі планети обертаються навколо Сонця по еліптичним орбітам, в одному з фокусів яких знаходиться Сонце;

2. Радіус-вектор планети за рівні проміжки часу «замітає» однакові площі;

3. Відношення квадратів періодів обертання планет дорівнює відношенню кубів великих напівосей:

(1)

Важливою гіпотезою великого І. Ньютона була та, що і інші тіла обертаються по еліптичним орбітам навколо центрів тяжіння, наприклад, супутники навколо планет, а вільне падіння тіла і його обертання по еліптичній траєкторії за своєю природою однакові. Гіпотеза привела до відкриття закону всесвітнього тяжіння:

F = G· (2),

де М – маса планети, m – маса супутника, R – відстань між взаємодіючими тілами. Цей закон не міг бути відкритим без спадщини Й. Кеплера.

Для подальшої роботи на уроці знадобиться використання відомого кінематичного рівняння рівномірного обертального руху:

φ(t) = φ₀+Wt,

де φ – кути в радіанах,W – кутова швидкість обертання.

Постановка задачі.

Міжпланетні подорожі – давня мрія людства. Основні питання, що ставляться для її здійснення: яким способом здійснити переліт і скільки для цього знадобиться часу? Для вирішення цих задач учені спираються на закони Й.Кеплера і І. Ньютона.

Німецький учений В. Гоман запропонував використовувати еліптичні траєкторії (гомановські траєкторії) для таких подорожей, оскільки сама природа підказала їх вигляд з точки зору мінімізації енергетичних витрат. Український учений Ю.В. Кондратюк (О. Г. Шаргей 1897р.- 1941р.) у січні 1929 р. опублікував свою книгу «Завоювання міжпланетних просторів», в якій детально описав спосіб здійснення міжпланетної подорожі так званою «трасою Кондратюка».

Основні ідеї використання таких траєкторій полягають у тому, щоб з мінімальними витратами енергії довести літальний апарат по еліптичній траєкторії до точки простору, де він зустрінеться з іншою планетою, яка опиниться там завдяки своєму природному руху.

На малюнку наведена схема міжпланетного перельоту. Планети 1 і 2 мають свої траєкторії руху навколо Сонця С. Літальний апарат має еліптичну траєкторію, яка перетинає траєкторії планет. Цілком зрозуміло, з малюнку, що еліпс, який є траєкторією руху літального апарату, має свою велику напіввісь:

(3),

де R₁ і R₂ відповідні напівосі обертання планет навколо Сонця. Залишається тільки стартувати в потрібний час з планети 1.

Елонгація – видима з поверхні Землі кутова відстань між планетою та Сонцем.

Розв’язування задач.

Задача. Середня відстань від Сонця до Марса в 1,52 рази більша, ніж середня відстань від Сонця до Землі. У скільки разів більше триває марсіанський рік, ніж земний?

Розв’язання

Відповідь: 1,9 разів.

Домашнє завдання: почитати §3 (ст. 209), вивчити конспект, дати відповіді на запитання в кінці параграфа, знайти новини з астрономії.