Малые тела в солнечной системе.

ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ

по дисциплине «АСТРОНОМИЯ»

Для всех специальностей 1-го курса

 

Магнитогорск, 201 8

Оглавление

Введение                                                                                                         3

1. Небесная сфера. Основные точки, линии и круги на небесной сфере.  4

2. Горизонтальные координаты                                                                   5

3. Экваториальные координаты                                                                   5

4. Строение Солнечной системы                                                                 6

5. Характеристика планет земной группы                                                  7

6. Характеристика планет-гигантов                                                           10

7. Малые тела Солнечной системы                                                            12

8. Законы Кеплера                                                                                       15

9. Солнце (внутреннее строение, характеристики, строение атмосферы) 16

10.  Наша Галактика                                                                                      17

11. Эволюция звёзд                                                                                       18

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ                                 20

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Издавна внимание людей привлекает космос. Планеты Солнечной системы астрономы начали изучать еще в средние века, рассматривая их в примитивные телескопы. Но тщательную классификацию, описание особенностей строения и движения небесных тел стало возможно сделать только в 20 веке. С появлением мощного оборудования, оснащенных по последнему слову техники обсерваторий и космических кораблей было открыто несколько ранее неизвестных объектов. Теперь каждый школьник может перечислить все планеты Солнечной системы по порядку. Почти на все из них опускался космический зонд, а человек пока побывал только на Луне

Можно выделить физические явления двух видов объектов:

1) находящихся в «пределах» Земли;

2) значительно удалённых от Земли.

Изучение обоих видов явлений взаимосвязано – закон всемирного тяготения был сформулирован в результате наблюдения за небесными телами, а гравитационная постоянная определена в лабораторных условиях, изучение спектров Солнца и звёзд привело к открытию новых химических элементов на Земле, успехи «лабораторной» ядерной физики и химии позволяют точнее изучить процессы в звёздах, кометах и других небесных телах.

Вселенная – безграничный материальный мир во всех его формах.

Астрономия – наука о Вселенной.

· Астрономия – древнейшая наука, имеющая практическую ценность в навигации, геодезии и картографии, хронометрии и пр.

Космогония – учение о происхождении и развитии небесных тел.

Изучение Вселенной помогает глубже понять происходящие в ней процессы, её зарождение и развитие, место Человека в ней.

1. Небесная сфера. Основные точки,  линии и круги на небесной сфере

Небесной сферой называют сферу любого радиуса с центром в произвольной точке пространства. За ее центр, в зависимости от постановки задачи, принимают глаз наблюдателя, центр инструмента, центр Земли и т. д.

 

· C-центр небесной сферы. Через центр небесной сферы проведем отвесную линию. Точки пересечения отвесной линии со сферой называют зенитом Z и надиром Z¹.Зенит есть наивысшая точка над головой наблюдателя. 

· Плоскость, проходящую через центр небесной сферы перпендикулярно отвесной линии, называют плоскостью истинного горизонта. Эта плоскость, пересекаясь с небесной сферой, образует окружность большого круга, называемую истинным горизонтом.

· Прямую, проходящую через центр небесной сферы параллельно земной оси, называют осью мира.

· Точки пересечения оси мира с небесной сферой называются полюсами мира. Один из полюсов, соответственно полюсам Земли, называют северным полюсом мира и обозначают P, другой — южным полюсом мира – Р¹.

· Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира (на расстоянии около 1°). Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы. Вблизи него никакой яркой звезды нет.

· Большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира, зенит и надир, называют небесным меридианом. Меридиан пересекается с истинным горизонтом в двух точках: точке севера N и точке юга S. Прямую, соединяющую точки севера и юга, называют полуденной линией.

· Круги небесной сферы, проходящие через точки зенита и надира, называют вертикалами. Вертикал, проходящий через точки востока и запада, называют первым вертикалом.

· Ось мира с плоскостью истинного горизонта составляет угол, равный географической широте места.

2. Горизонтальные координаты

Мгновенное положение светила относительно горизонта и небесного меридиана определяется двумя координатами: высотой (h) и азимутом (A). Эти координаты называют горизонтальными.

Высота светила – это угловое расстояние от горизонта, измеряется в градусах, минутах, секундах дуги в пределах от 0° до 90°. Еще высоту заменяют равноценной ей координатой – z – зенитным расстоянием.

Z=90° - h

Вторая координата в горизонтальной системе А – угловое расстояние вертикала светила от точки юга. Определяется в градусах минутах и секундах от 0° до 360°.

3. Экваториальные координаты

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

 Этот небесный экватор пересекается с истинным горизонтом в двух точках: востока (Е) и запада (W). Все суточные параллели расположены параллельно экватору.

Склонение светила – это одна из экваториальных координат.

Проведем круг через полюсы мира и наблюдаемое светило. Получился круг – круг склонения. Угловое расстояние светила от плоскости небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения, называется склонением светила (δ). Склонение выражается в градусах, минутах и секундах. Так как небесный экватор делит небесную сферу на два полушария (северное и южное), то склонение звезд северного полушария могут изменяться от 0° до 90°, а южного полушария – от 0° до -90°.

Вторая координата в этой системе – прямое восхождение (α). Она аналогична географической долготе. Отсчет прямого восхождения ведут от точки весеннего равноденствия. В точке весеннего равноденствия бывает Солнце 21 марта. Прямое восхождение отсчитывается вдоль небесного экватора в сторону противоположную суточному вращению небесной сферы. Прямое восхождение выражается в часах, минутах и секундах времени (от 0 до 24 ч) или в градусах, минутах и секундах дуги (от 0° до 360°). Так как при движении небесной сферы положение звезд относительно экватора не изменяется, то экваториальные координаты используются для создания карт, атласов и каталогов.

4. Строение Солнечной системы

Со́лнечная систе́ма — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд. лет назад.

Бо́льшая часть массы объектов Солнечной системы приходится на Солнце; остальная часть содержится в восьми относительно уединённы планетах, имеющих почти круговые орбиты и располагающихся в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики.

Шесть планет из восьми и четыре карликовые планеты имеют естественные спутники. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун окружены кольцами пыли и других частиц.

В Солнечной системе существуют две области, заполненные малыми телами. Пояс астероидов, находящийся между Марсом и Юпитером, схож по составу с планетами земной группы, поскольку состоит из силикатов и металлов. В Солнечной системе существуют и другие популяции малых тел, такие как планетные квазиспутники и троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды, а также перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль.

Ученые высказали предположение, что Солнечная система образовалась после возникновения Солнца. Его огромное поле притяжения захватило газопылевое облако, из которого в результате постепенного охлаждения образовались частички твердого вещества. Со временем из них сформировались небесные тела. Считается, что Солнце сейчас пребывает на середине своего жизненного пути, поэтому существовать оно будет еще несколько миллиардов лет. Все небесные тела удерживаются сильным полем притяжения Солнца, которое составляет более 99 % объема Солнечной системы. Крупные небесные тела вращаются вокруг светила и вокруг своей оси в одном направлении и в одной плоскости, которую называют плоскостью эклиптики.

Планеты Солнечной системы по порядку. В современной астрономии принято считать небесные тела, начиная от Солнца. В 20 веке была создана классификация, в которую входит 9 планет Солнечной системы. Но последние исследования космоса и новейшие открытия подтолкнули ученых к пересмотру многих положений в астрономии. И в 2006 году на международном конгрессе, из-за своих маленьких размеров (карлик, в диаметре не превышающий трех тыс. км), Плутон был исключен из числа классических планет, и их осталось восемь. Теперь Солнечная система включает в себя четыре планеты земной группы: Меркурий, Венеру, Землю и Марс, потом идет пояс астероидов, после него следуют четыре планеты-гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. На окраине Солнечной системы тоже проходит пояс астероидов, который ученые назвали поясом Койпера. Именно в нем и расположен Плутон. Эти места еще мало изучены из-за своей отдаленности от Солнца

Рис.  Расположение планет относительно Солнца

По современным данным, обитаема только Земля, хотя на других планетах есть атмосферы и возможно будут обнаружены формы жизни, отличные от земных.

Помимо больших, Солнечная система насчитывает около 2000 малых планет (астероидов) диаметром от нескольких км до 1 км. Они состоят в основном из железа и силикатов и движутся, как правило, между орбитами Марса и Юпитера.

Более мелкие тела в телескоп не видны, их обнаруживают при падении на Землю в виде метеоритов, по составу они подобны астероидам.

Малыми телами Солнечной системы считают также многочисленные кометы. По массе они в миллиарды раз меньше Земли, состоят из замёрзших пыли и газов, обращаются по очень большим орбитам за пределами орбит больших планет. Иногда комета проходит мимо Солнца и часть её превращается в хвост из пыли и газа, сопровождающий твёрдую часть – ядро.

Плотность вещества в хвосте кометы ничтожно мала.

Основная часть массы Солнечной системы (99,86%) сосредоточена в Солнце, остальное – масса всех планет, комет, астероидов, атмосфер, и пр.

 

5. Характеристика планет  земной группы

Четыре ближайшие к Солнцу планеты, называемые планетами земной группы, — Меркурий, Венера, Земля и Марс — состоят в основном из силикатов и металлов. Характеристики внутренних планет:

· относительно небольшие размеры;

· твердая поверхность, высокая плотность и схожий состав (кислород, кремний, алюминий, железо, магний и прочие тяжелые элементы);

· наличие атмосферы;

· одинаковое строение: ядро из железа с примесями никеля, мантия, состоящая из силикатов, и кора из силикатных пород (кроме Меркурия - у него коры нет);

· малое количество спутников - всего 3 на четыре планеты;

· довольно слабое магнитное поле.

1. Меркурий. Расположен он ближе всех к Солнцу. С его поверхности Солнце выглядит в три раза большим, нежели с Земли. Этим же объясняются сильные перепады температур: от -180 до +430 градусов. Меркурий очень быстро движется по орбите. Здесь практически нет атмосферы, и небо всегда черное, но Солнце светит очень ярко. Впрочем, на полюсах есть места, куда его лучи не попадают никогда. Этот феномен можно объяснить наклоном оси вращения. Воды на поверхности не нашли. Аномально высокая дневная температура  и низкая ночная вполне объясняют факт отсутствия жизни на планете.                     Рис. Меркурий

1. Венера.  Ее люди могли наблюдать на небе еще в древности, но, поскольку показывалась она только утром и вечером, считалось, что это 2 разных объекта. Это третий по яркости объект в нашей Солнечной системе. Раньше люди называли ее утренней и вечерней звездой, ведь лучше всего она видна перед восходом и закатом Солнца. Венера и Земля очень похожи по строению, составу, размерам и силе тяжести. Вокруг своей оси эта планета движется очень медленно, делая полный оборот за 243.02 земных суток. Конечно, условия на Венере сильно отличаются от земных. Она находится в два раза ближе к Солнцу, поэтому там очень жарко. Исследования показали, что атмосфера Венеры плотная, содержит» 97% углекислого газа, остальное – водяной пар, азот и др.; температура поверхности» 500⁰С.

Высокая температура объясняется еще и тем, что густая облачность из серной кислоты и атмосфера из углекислого газа создают на планете парниковый эффект. Кроме того, давление у поверхности больше, чем на Земле, в 95 раз. Поэтому первый корабль, посетивший Венеру в 70-е годы 20 века, выдержал там не более часа.

Особенностью планеты является еще и то, что вращается она в противоположном направлении, по сравнению с большинством планет. Больше астрономам об этом небесном объекте пока ничего не известно.

                    Рис. Венера

2. Земля. Единственное место в Солнечной системе, да и во всей известной астрономам Вселенной, где существует жизнь, - это планета Земля. В земной группе она имеет самые большие размеры. Каковы еще ее отличительные особенности? Самая большая гравитация среди планет земной группы. Очень сильное магнитное поле. Высокая плотность. Она единственная среди всех планет обладает гидросферой, что способствовало образованию жизни. Она имеет самый большой, по сравнению со своими размерами, спутник, который стабилизирует ее наклон относительно Солнца и влияет на природные процессы.

Земля окружена слоем воздуха, который удерживается силой тяготения. Этот слой (атмосфера) включает 78% азота, 21% кислорода, остальное – углекислый газ, водяной пар и др. Атмосфера создаёт парниковый эффект, уменьшая суточные и сезонные колебания температуры. С ростом высоты плотность атмосферы убывает и в ней повышается концентрация легких газов (гелий, водород). Атмосфера Земли отличается от атмосфер других планет.               Рис. Земля со спутником-Луной

3. Марс. Это одна из самых маленьких планет нашей Галактики Атмосфера у нее сильно разреженная, а давление на поверхности почти в 200 раз меньше, чем на Земле. По этой же причине наблюдаются очень сильные перепады температур. Планета Марс мало изучена, хотя издавна привлекала внимание людей. По мнению ученых, это единственное небесное тело, на котором могла бы существовать жизнь. Ведь в прошлом на поверхности планеты была вода. Такой вывод можно сделать на основании того, что на полюсах существуют большие ледяные шапки, а поверхность покрыта множеством борозд, которые могли быть высохшими руслами рек. Кроме того, на Марсе существуют некоторые минералы, образование которых возможно только в присутствии воды. Еще одной особенностью четвертой планеты является наличие двух спутников. Необычность их в том, что Фобос постепенно замедляет свое вращение и приближается к планете, а Деймос, наоборот, отдаляется.       Рис. Планета Марс

6. Характеристика  планет-гигантов

Четыре более удалённые от Солнца планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (также называемые газовыми гигантами) — намного более массивны, чем планеты земной группы. Крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, состоят главным образом из водорода и гелия; меньшие газовые гиганты, Уран и Нептун, помимо водорода и гелия, содержат в составе своих атмосфер метан и угарный газ. Такие планеты выделяются в отдельный класс «ледяных гигантов». Им присущи такие схожие характеристики:

· большие размеры и массы;

· они не имеют твердой поверхности и состоят из газов, в основном это гелий и водород (поэтому их еще называют газовыми гигантами);

·  жидкое ядро, состоящее из металлического водорода;

· высокая скорость вращения;

· сильное магнитное поле, чем объясняется необычность многих процессов, протекающих на них;

· в этой группе 98 спутников, большинство из которых принадлежат Юпитеру;

· самая характерная особенность газовых гигантов - это наличие колец. Они есть у всех четырех планет, правда, не всегда заметны.             Рис. Планеты-гиганты

5. Юпитер является самой большой планетой. В объем Юпитера поместилось бы 1300 Земель, а масса его в 317 раз больше земной. Как и у всех газовых гигантов, его структура водородно-гелиевая, напоминающая состав звезд. Юпитер - самая интересная планета, которая имеет много характерных особенностей: это третье по яркости небесное тело после Луны и Венеры; на Юпитере самое сильное магнитное поле среди всех планет; полный оборот вокруг оси он совершает всего за 10 земных часов - быстрее, чем другие планеты; интересной особенностью Юпитера является большое красное пятно - так виден с Земли атмосферный вихрь, вращающийся против часовой стрелки; как и все планеты-гиганты, он имеет кольца, правда, не такие яркие, как у Сатурна; эта планета имеет самое большое большое количество спутников. Их у него 63. Самые известные - это Европа, на которой нашли воду, Ганимед - самый большой спутник планеты Юпитер, а также Ио и Калисто; еще одна особенность планеты - это то, что в тени температура поверхности выше, чем в местах, освещенных Солнцем. –                                                   Рис. Юпитер

6. Сатурн. Это второй по величине газовый гигант, также названный в честь античного бога. Он состоит из водорода и гелия, но на его поверхности были обнаружены следы метана, аммиака и воды. Ученые выяснили, что Сатурн - это самая разреженная планета. Ее плотность меньше, чем у воды. Вращается этот газовый гигант очень быстро - один оборот совершает за 10 земных часов, в результате чего планета сплющивается с боков. Огромные скорости на Сатурне и у ветра – до 2000 километров в час. Это больше скорости звука. У Сатурна есть еще одна отличительная особенность - он держит в поле своего притяжения 60 спутников. Самый крупный из них - Титан - является вторым по величине во всей Солнечной системе. Уникальность данного объекта заключается в том, что, исследуя его поверхность, ученые впервые обнаружили небесное тело с условиями, схожими с теми, что существовали на Земле около 4 миллиардов лет назад. Но самая главная особенность Сатурна - это наличие ярких колец. Они опоясывают планету вокруг экватора и отражают больше света, чем она сама. Четыре кольца Сатурна - это самое удивительное явление в Солнечной системе. Необычно то, что внутренние кольца движутся быстрее, чем наружные.                                     Рис. Сатурн

7. Уран. Седьмая от Солнца планета - Уран. Она самая холодная из всех - температура опускается до -224 °С. Кроме того, ученые не обнаружили в ее составе металлического водорода, а нашли модифицированный лед. Потому Уран относят к отдельной категории ледяных гигантов. Удивительная особенность данного небесного тела в том, что вращается оно, лежа на боку. Необычна также смена времен года на планете: целых 42 земных года там царит зима, и Солнце не показывается совсем, лето также длится 42 года, и Солнце в это время не заходит. Весной же и осенью светило появляется каждые 9 часов. Как и у всех планет-гигантов, у Урана есть кольца и много спутников. Целых 13 колец вращается вокруг него, но они не такие яркие, как у Сатурна, а спутников планета удерживает всего 27. Если сравнивать Уран с Землей, то он в 4 раза больше ее, в 14 раз тяжелее и находится от Солнца на расстоянии, в 19 раз превышающем путь к светилу от нашей планеты.                           Рис. Уран

8. Нептун. После того, как Плутон исключили из числа планет, последним от Солнца в системе стал Нептун. Расположен он в 30 раз дальше от светила, чем Земля, и с нашей планеты не виден даже в телескоп. Открыли его ученые, так сказать, случайно: наблюдая за особенностями движения ближайших к нему планет и их спутников, они сделали вывод, что за орбитой Урана должно быть еще одно крупное небесное тело. После обнаружения и исследования выяснились интересные особенности этой планеты: из-за наличия в атмосфере большого количества метана цвет планеты из космоса кажется сине-зеленым; орбита Нептуна почти идеально круглая; вращается планета очень медленно - один круг совершает за 165 лет; Нептун в 4 раза больше Земли и в 17 раз тяжелее, но сила притяжения почти такая же, как и на нашей планете; самый большой из 13 спутников этого гиганта - Тритон. Он всегда повернут к планете одной стороной и медленно к ней приближается. По этим признакам ученые предположили, что он был захвачен притяжением Нептуна.                                                                          Рис. Нептун

 

Рис. Комета на звёздном    небе                      Рис. Орбита кометы Галлея

Вдали от Солнца кометы имеют вид очень слабых туманных пятен. По мере приближения к нему у кометы появляется и постепенно увеличивается хвост, направленный в противоположную от Солнца сторону. У наиболее ярких комет хорошо заметны все три составные части: голова, ядро и хвост. При удалении от Солнца яркость кометы и её хвост уменьшаются. Она снова превращается в туманное пятно, а затем ослабевает настолько, что становится недоступной для наблюдений.

Кроме необычного внешнего вида, кометы обращали на себя внимание неожиданностью появления. Среди комет немало таких, которые наблюдались всего один раз и могут вернуться только через несколько столетий. Сближение комет с планетами позволяет определить их массу, которая не превышает тысячных долей массы земной атмосферы и в сотни миллионов раз меньше массы земного шара.

Ежегодно наблюдается 15—20 комет, большинство которых видны только в телескоп. Некоторые из них оказываются новыми, неизвестными ранее. Предполагается, что общее число комет в Солнечной системе превышает десятки миллиардов.

4. Метеоры, болиды и метеориты. Метеоры, которые в старину называли «падающими звёздами», можно видеть практически в любую ясную ночь, если только не мешает свет Луны. Явление метеора вызывается метеорными телами или метеороидами — мелкими камешками и песчинками, влетающими в атмосферу Земли со скоростями в десятки километров в секунду. В спектре вспыхнувшего метеора наблюдаются линии кремния, кальция, железа и других металлов. Теряя скорость при торможении в атмосфере, метеороиды разогреваются, испаряются и практически полностью разрушаются, не долетев до поверхности Земли. На своём пути они ионизуют молекулы воздуха. Благодаря этому светящийся метеорный след отражает радиоволны, что позволяет с помощью радиолокаторов наблюдать метеоры не только ночью, но и днём.

Рис. След метеора на звёздном небе

Метеорные тела, догоняющие Землю, влетают в её атмосферу со скоростью не менее 11 км/с, а летящие навстречу — 60—75 км/с. Они имеют массу от миллиграммов до нескольких граммов. Оставшаяся после разрушения этих тел мелкая пыль постепенно оседает на поверхность Земли.

Когда в атмосферу Земли попадает из космического пространства крупное тело, наблюдается явление, называемое болидом. Болиды имеют вид огненного шара и оставляют после своего полёта след, который иногда можно наблюдать в течение 15—20 мин. Наиболее яркие болиды видны даже днём.

В отдельных случаях тело, вызвавшее появление болида, не успевает до конца испариться в атмосфере и падает на поверхность Земли в виде метеорита. Считается, что в течение года на Землю выпадает около 2000 метеоритов. По химическому составу различают каменные, железные и железокаменные метеориты. Железные метеориты состоят в основном из никелистого железа, содержащего 90% железа и 9% никеля.

Законы Кеплера.

I закон Кеплера

Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Следовательно, орбиты всех планет имеют общий фокус, расположенный в центре Солнца.

Эллипс – геометрическое место точек, сумма расстояний которых от двух заданных, называемых фокусами, есть величина постоянная и равная 2а, где а – большая полуось эллипса.

а – большая полуось,
b – малая полуось,
F₁, F₂ – фокусы,                        
r – радиус вектор,
А – афелий,
П – перигелий.

III закон Кеплера

Квадраты периодов обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит.

Т₁, а₁ – звездный период обращения и большая полуось одной планеты, а Т₂, а₂ – другой планеты.

Большая полуось земной орбиты принята за астрономическую единицу расстояний: 1 а. е. = 149000000000 м.

Звездный период Земли 1 год = 365 суток.

 

· Этот закон имеет огромное значение для определения относительных расстояний от Солнца, так как звездный период нетрудно вычислить по известному синодическому периоду.

· Кеплер лишь описал, как движутся планеты, но не объяснил причин движения. Это удалось сделать лишь во второй половине 17 века Ньютону. Итак, сила взаимодействия планет и Солнца удовлетворяет закону всемирного тяготения.

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.

Наша Галактика.

Галактика – скопление звёзд, образующих единую звёздную систему.

Нашу Галактику – Млечный Путь, мы наблюдаем как светлую полосу, пересекающую всё небо. В неё, помимо Солнца, входит около 150 млрд. звёзд, в которых сосредоточено около 98% её массы, 2% – межзвёздное вещество (газ и пыль в соотношении 100:4), плотность которого обычно 1 частица в 1 см3.

Схема строения нашей Галактики:

1 – галактический экватор (средняя линия Млечного Пути, его ось симметрии); 2 – звёзды; 3 – скопления звёзд; 4 – положение Солнечной системы; 5 – ядро Галактики; 6 – ось вращения Галактики.

Размеры Галактики – около 30 тыс. парсек (пк); (1 пк = =3×1016 м).

Звёзды образуют скопления (рассеянные и шаровые), спиралевидно расходящиеся от центра Галактики. Все объекты, составляющие Галактику, обращаются вокруг оси, проходящей через её центр, и удерживаются полем тяготения (период обращения Солнца – около 200 млн. лет при скорости около 220 км/с).

Звёздные скопления расположены более плотно в области ядра Галактики и образуют сферическую систему. Каждое скопление имеет размеры в десятки пк и включает десятки и сотни тысяч звёзд.

На карте звёздного неба ядро Галактики расположено недалеко от созвездия Стрельца.

Бесконечность Вселенной. Планеты, звёзды, созвездия, галактики, сверхгалактики, метагалактики – составные части Вселенной. Их размеры бесконечно велики в сравнении со средой обитания человека и бесконечно малы в сравнении с размерами Вселенной. По современным представлениям, Вселенная безгранична и состоит из бесчисленного множества небесных тел и их объединений (галактики и пр.). Вселенная состоит из материи, безграничной во времени – она была всегда и будет всегда; постоянно меняет свою форму, отжившие миры сменяются новыми, которые проходят свой цикл жизни и распадаются.

Учёные полагают, что на определённом этапе развития форма материи усложняется и достигает своего высшего выражения – появления разумных существ.

По мере развития науки раздвигаются и рамки наших представлений о бесконечности Вселенной, её устройстве и эволюции.

Фундаментальные законы, открытые в физике, достоверны и объективны (как и явления природы), не нарушаются ни при каких условиях, познание этих законов позволяет Человеку исключить веру в потусторонние силы и сознательно строить свою жизнь и отношения с Природой.

Вместе с тем приходится признать, что многие вопросы (например, какова физическая суть единства мира; почему частицы имеют те или иные значения заряда, массы и пр.) остаются открытыми, многие знания о природе носят исключительно экспериментальный характер. По-видимому, процесс познания бесконечен и одной из задач Человека является его непрерывное осуществление.

Эволюция звезд.

По вопросам возникновения и эволюции звёзд существует ряд гипотез, общепринятая из которых опирается на заключение учёных ХХ в. о том, что процесс возникновения звёзд непрерывный, он происходит сегодня так же, как и сотни миллионов лет назад.

Суть гипотезы в том, что в некоторых областях пространства межзвёздная пыль и газ сгущаются в плотные образования, которые под действием гравитации сильно сжимаются и нагреваются до свечения и возникновения термоядерных реакций. Давление горячих газов уравновешивает силы гравитации. Всё описанное выше занимает по времени от нескольких млн. до нескольких сотен млн. лет. Стадия термоядерного свечения звезды зависит от её массы и длится от нескольких млн. (звёзды-гиганты) до 10–15 млрд. лет (Солнце и т. п.), причём, чем больше масса звёзды, тем быстрее она сгорает.

Основная реакция – протонно-протонный цикл (п.9.1.3). Происходит выгорание водорода, термоядерная реакция идёт только в наружной части ядра и не препятствует его гравитационному сжатию. При этом возрастает плотность ядра, светимость и радиус звезды, она превращается в красный гигант (её температура уменьшается).

В результате сильного сжатия температура ядра (теперь из гелия) вновь поднимается (до 100–150 млн. К), начинается термоядерная реакция превращения гелия в углерод. Расчёты показали, что Солнце превратится в красный гигант через 8 млн. лет и будет им в течение нескольких сот млн. лет, при этом его светимость увеличится в сотни раз, а радиус – в десятки раз по сравнению с современным.

Красные гиганты быстро истощают запасы ядерного топлива, теряют часть массы и на заключительной стадии развития превращаются в белые карлики (по массе сравнимые с Солнцем), представляющие собой центральную плотную часть звезды, в которой уже прекратились термоядерные реакции. Они постепенно остывают, их размеры меньше размеров Земли и при такой массе они в миллионы раз плотнее воды.

Помимо вышеизложенного, существуют катастрофические процессы эволюции звезды – в её недрах происходит взрывная вспышка сверхновой звезды с образованием особых туманностей, испускающих радиоизлучение большой мощности. Если масса оставшейся части звезды превышает 1,5 массы Солнца, то она не может стать белым карликом – гравитационные силы сжимают её до значительно меньших размеров (около 10 км в диаметре) и плотности около 1018 кг/м3 (выше плотности атомного ядра). При такой плотности протоны и электроны сливаются в нейтроны и образуется нейтронная звезда. Если на последней стадии эволюции (после завершения термоядерной реакции) масса звезды превышает 3 массы Солнца, то она будет сжиматься с огромной скоростью. При очень малых размерах и огромной массе гравитационное поле такой звезды начинает втягивать в себя окружающую материю, звезда ничего не испускает, поглощает всё – даже свет и становится чёрной дырой.

· Согласно расчётам, если бы Земля превратилась в чёрную дыру, то её радиус был бы 0,9 см.

ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ

по дисциплине «АСТРОНОМИЯ»

Для всех специальностей 1-го курса

 

Магнитогорск, 201 8

Оглавление

Введение                                                                                                         3

1. Небесная сфера. Основные точки, линии и круги на небесной сфере.  4

2. Горизонтальные координаты                                                                   5

3. Экваториальные координаты                                                                   5

4. Строение Солнечной системы                                                                 6

5. Характеристика планет земной группы                                                  7

6. Характеристика планет-гигантов                                                           10

7. Малые тела Солнечной системы                                                            12

8. Законы Кеплера                                                                                       15

9. Солнце (внутреннее строение, характеристики, строение атмосферы) 16

10.  Наша Галактика                                                                                      17

11. Эволюция звёзд                                                                                       18

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ                                 20

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Издавна внимание людей привлекает космос. Планеты Солнечной системы астрономы начали изучать еще в средние века, рассматривая их в примитивные телескопы. Но тщательную классификацию, описание особенностей строения и движения небесных тел стало возможно сделать только в 20 веке. С появлением мощного оборудования, оснащенных по последнему слову техники обсерваторий и космических кораблей было открыто несколько ранее неизвестных объектов. Теперь каждый школьник может перечислить все планеты Солнечной системы по порядку. Почти на все из них опускался космический зонд, а человек пока побывал только на Луне

Можно выделить физические явления двух видов объектов:

1) находящихся в «пределах» Земли;

2) значительно удалённых от Земли.

Изучение обоих видов явлений взаимосвязано – закон всемирного тяготения был сформулирован в результате наблюдения за небесными телами, а гравитационная постоянная определена в лабораторных условиях, изучение спектров Солнца и звёзд привело к открытию новых химических элементов на Земле, успехи «лабораторной» ядерной физики и химии позволяют точнее изучить процессы в звёздах, кометах и других небесны<