Контрольна робота з "Астрономії"

Контрольна  робота з астрономії

 

1. Астрономія як наука. Об’єкти дослідження в астрономії

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.

Астрономія вивчає всю  сукупність небесних світил: планети  та їхні супутники, комети і метеорні тіла, Сонце, зорі, зоряні скупчення, туманності, галактики, а також речовину та поля, які заповнюють простір між світилами.

Основа астрономії — спостереження. Вивчаючи потоки електромагнітних хвиль від небесних світил, астрономи не тільки змогли визначити відстані до них, дослідити фізичні умови в їхніх надрах, встановити хімічний склад їхніх атмосфер, з'ясувати внутрішню будову, але й накреслити шляхи їхньої еволюції впродовж мільярдів років.

Можна сказати, що сучасна  астрономія утримується на трьох  «китах»:

по-перше, це потужна світло приймальна техніка, тобто телескопи з найрізноманітнішими допоміжними приладами та світло реєструвальними пристосуваннями;

по-друге, вся сукупність законів, ідей і методів теоретичної фізики, встановлених і розроблених за останні  триста років;

по-третє, весь складний і різноманітний математичний апарат у поєднанні з можливостями сучасної обчислювальної техніки.

Сучасна астрономія є  настільки розвиненою наукою, що поділяється  на понад десять окремих дисциплін, в кожній з яких використовуються лише їй властиві методи досліджень, типи інструментів, поняттєвий апарат. Так, астрометрія розробляє методи вимірювання  положень небесних світил і кутових відстаней між ними, вона ж розв'язує проблеми вимірювання часу. Небесна механіка з'ясовує динаміку руху небесних тіл. Астрофізика вивчає фізичну природу, хімічний склад і внутрішню будову зір. Зоряна астрономія досліджує будову нашої Галактики та інших зоряних систем. Питаннями походження і розвитку небесних тіл займається космогонія, а розвитком Всесвіту в цілому — космологія (від грец. «космос» — «Всесвіт», «гоне» — «походження», «логос» — «вчення»).

Астрономія - одна з найдавніших наук. Перші астрономічні записи, знайдені в давньоєгипетських гробницях, датуються ХХІ-ХVII ст. до н.е. Так, відомо, що вже за 3000 років до н.е. єгипетські жерці за першою ранковою появою найяскравішої зорі земного зоряного неба Сіріус визначали час настання розливу річки Ніл. В давньому Китаї за 2000 років до н. е. видимі рухи Сонця та Місяця були так добре вивчені, що китайські астрономи передбачали настання сонячних та місячних затемнень.

Було принаймні три  причини, що обумовили і стимулювали зародження і розвиток астрономії.

Перший і, безумовно, найдавніший  стимул - це практичні потреби людей. Для первісних кочових племен, які займалися мисливством, дуже важливою обставиною було чергування темних безмісячних та світлих місячних ночей, що вимагало спостережень за зміною фаз Місяця.

З ритмічною зміною пір  року пов'язаний річний цикл життя землеробів. Для народів Межиріччя, Єгипту, Китаю  дуже важливим було завбачення розливів великих річок, у долинах яких вони жили. А це вимагало як спостережень за висотою Сонця над обрієм упродовж року, так і зіставлення подій на Землі з виглядом зоряного неба. Спираючись на ці спостереження, люди вже з давніх давин розробили певні системи лічби часу - календарі.

Для встановлення напрямку вночі люди запам'ятовували розташування на небі яскравих зір та їхніх окремих характерних груп, з'ясовували умови видимості світил на небі впродовж року.

Другим стимулом для  ретельних спостережень зоряного неба, а загалом - для нагромадження  астрономічних знань і розвитку астрономії, були астрологічні завбачення.

Вже в III тис. до н. е. давні вавилоняни уважно слідкували за рухом так званих «блукаючих світил», які, на відміну від нерухомих зір, не займали постійних положень на небі, а рухались, переміщаючись із сузір'я в сузір'я. Від давніх греків до нас дійшла їхня загальна назва - планети, від римлян - власні назви: Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн. До числа планет у ті часи відносили ще й Сонце та Місяць, бо вони також «блукали» небом по сузір'ях.

Третім, напевно, найголовнішим стимулом для розвитку астрономії було нестримне бажання людської думки проникнути в суть речей, усвідомити справжнє положення Землі й людини у Всесвіті, пізнати закони, за якими рухаються світила і які визначають їхнє народження, будову та подальший розвиток. Тобто астрономія задовольняла потребу людини в поясненні походження та розвитку навколишнього світу.

Відіграючи величезну  світоглядну роль, астрономія завжди посідала чільне місце в духовному  житті людства.

Сучасна астрономія, залишаючись фундаментальною наукою, має величезне прикладне значення і безпосередньо пов'язана з науково-технічним прогресом людства. Вивчення різноманітних небесних тіл, які можуть перебувати в умовах і дуже високих, і дуже низьких температур, густин і тисків, збагачує важливими даними «земні» науки - фізику, хімію тощо. Закони небесної механіки покладено в основу теорії руху космічних апаратів, а практичну космонавтику уявити без астрономії взагалі неможливо. Дослідження Місяця і планет дозволяють значно краще вивчати нашу Землю.

Крім того, астрономія є однією з найголовніших наук, завдяки яким створюється наукова  картина світу - система уявлень  про найзагальніші закони будови і розвитку Всесвіту та його окремих  частин. І ця наукова картина світу, більшою чи меншою мірою, стає елементом світогляду кожної людини.

 

 

2. Загальна  характеристика Сонячної системи

 

      З астрономічної точки зору Сонячна система - це незначна частина Всесвіту в галактиці Чумацький (Молочний) Шлях, яка включає в себе всі небесні тіла, які рухаються по своїх орбітах навколо  жовтої середньої зірки - Сонця. До таких небесних тіл належать: планети, комети, астероїди, метеорити. 
   Визначимо поняття використані в цьому визначенні:

Планети - холодні небесні тіла, що відбивають світіння зірок.

Комети - небесні тіла, що складаються з голови й "хвоста", який являє собою суміш пилу й газів.

Астероїди - це маленькі планети діаметром до 100 км

Метеорити - уламки астероїдів, що падають на поверхню планет. Якщо ж метеорити згорають від тертя в атмосфері, то їх називають метеорами.

До складу Сонячної системи  входять 9 планет: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон (Плутон нещодавно був позбавлений звання планети).

Перші 4 належать до планет земної групи, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун - це планети-гіганти.

Плутон - це дуже крихітна планета. ЇЇ маса в 10 разів менша за масу Землі. Такі аномальні характеристики Плутона дозволяють вченим розглядати його як колишній супутник Нептуна.

В Сонячній системі близько 2300 астероїдів, більшість з яких утворюють так зване астероїдне кільце між Марсом і Юпітером.

Всі планети обертаються  навколо Сонця в напрямку руху Землі - з заходу на схід. Так званий прямий рух.

Всі планети Сонячної системи обертаються навколо  Сонця по еліптичних орбітах, в одному з фокусів яких і знаходиться Сонце. Під час руху по еліптичній орбіті планети то наближаються то віддаляються від Сонця. Точка, в якій планета знаходиться найближче до Сонця називається перигелієм, а в якій найдальше  - афелієм.

Рухом планет керує сила тяжіння, яка створюється центральною масою Сонця. Саме ця сила не дає планетам розлетітися, а тримає їх в зв`язаній системі орбіт, по яких планети й рухаються.

Між Землею та Місяцем  також виникає сила тяжіння, яка  й викликає припливи та відпливи.

 

 

 

Планети Сонячної системи

Планета	Відстань  до Сонця, а. о	Маса,  1024 кг	Густина,  г/см3	Період обертання навколо  своєї осі,  земних діб	Період обертання  навколо Сонця,  земних діб
Меркурій	0,4	0,33	5,43	58,65	87,96
Венера	0,7	4,87	5,25	243,022	224,7
Земля	1	5,976	5,52	1	365,26
Марс	1,5	0,642	3,95	1,02	686,98
Юпітер	5,2	1900	6,84	0,41	4333
Сатурн	9,5	568,8	5,85	0,42	10759
Уран	19,2	86,87	5,55	0,72	30685
Нептун	30	102	5,6	0,76	60189
Плутон	39,6	0,013	0,9	6,387	90465

 

 

    Описуючи будову Сонячної системи, слід також згадати про супутники планет - невеликі астероїди, які пов`язані з планетою силою тяжіння. Меркурій і Венера супутників не мають, Земля має 1 природній супутник - Місяць, Марс - 2. Юпітер має більше 16 супутників, головні з яких - Іо, Європа, Ганімед. Сатурн має за різними даними від 15 до 18 супутників, які утворюють кільце. Найбільшим супутником Сатурна є Титан. Уран має 15 супутників, а Нептун - 8, серед яких і найбільший супутник в Сонячній системі - Тритон. У Плутона також є один супутник.

 

3. Планета Земля  ії будова

Земля — третя по відстані від Сонця більша планета Сонячної системи. Маса Землі рівна 5976*1021 кг, що становить ¹/₄₄₈ частку маси більших планет і ¹/₃₃₀₀₀₀ маси Сонця. Під дією притягання Сонця Земля, як і інші тіла Сонячної системи, обертається навколо нього по еліптичній орбіті.

Природній супутник Землі — Місяць обертається навколо Землі по еліптичній орбіті на середній відстані 384 400 км. Маса Місяця становить 1:81,5 частку маси Землі (73,5*1021 кг). Обоє тіла — Земля й Місяць — обертаються навколо центру мас системи. Відношення маси Місяця до маси Землі — найбільше серед усіх планет і їх супутників у Сонячній системі, тому систему Земля — Місяць часто розглядають як подвійну планету.

Магнітосфера

Самою зовнішньою й протяжною оболонкою Землі є магнітосфера — область навколоземного простору, фізичні властивості якої визначаються магнітним полем Землі і його взаємодією з потоками заряджених часток.

Дослідження, проведені за допомогою  космічних зондів і штучних супутників Землі, показали, що Земля постійно перебуває в потоці корпускулярного випромінювання Сонця. Він утворюється завдяки безперервному розширенню (витіканню) плазми сонячної корони складається із заряджених часток (протонів, ядер і іонів гелію, а також більш важких позитивних іонів і електронів).

Магнітосфера реагує на прояви сонячної активності, помітні зміни в сонячному вітрі і його магнітнім полі. Виникає складний комплекс явищ, що одержав назва магнітні бурі. При бурах спостерігається безпосереднє вторгнення в магнітосферу часток сонячного вітру, відбувається нагрівання й посилення іонізації верхніх шарів атмосфери, прискорення заряджених часток, збільшення яскравості полярних сяйв, виникнення електромагнітних шумів, порушення радіозв'язку на коротких хвилях і т.д. В області замкнених ліній геомагнітного поля існує магнітна пастка для заряджених часток. Нижня її границя визначається поглинанням захоплених у пастку часток атмосферою на висоті кілька сот км, верхня практично збігається із границею магнітосфери на денній стороні Землі, трохи знижуючись на нічній стороні. Потоки захоплених у пастку часток високих енергій ( головним чином протонів і електронів) утворюють т.зв. Радіаційний пояс Землі. Частки радіаційного пояса представляють значну радіаційну небезпеку при польотах у космос.

Атмосфера

Атмосферою, або повітряною оболонкою Землі, називають газове середовище, що оточує «тверду» Землю  й обертову разом з нею. Маса атмосфери  становить ~5,15*1018 кг. Середній тиск атмосфери на поверхню Землі на рівні моря дорівнює 101 325 н/м² (це відповідає 1 атмосфері або 760 мм рт. ст.). Щільність і тиск атмосфери швидко убувають із висотою. Атмосфера має шарувату будову, шари різняться своїми фізичними й хімічними властивостями (температурою, хімічним складом, іонізацією молекул і ін.).

Прийнятий розподіл атмосфери на шари засноване головним чином на зміні  в ній температури з висотою, оскільки воно відбиває баланс основних енергетичних процесів в атмосфері.

Нижня частина атмосфери, що містить близько 80% усієї її маси, називається тропосферою. Вона поширюється до висоти 16—18 км в екваторіальному поясі й до 8—10 км у полярних широтах. Температура тропосфери знижується з висотою в середньому на 0,6 С на кожні 100 м. Над тропосферою до висоти 55 км розташована стратосфера, у якій укладено майже 20% маси атмосфери. Від тропосфери вона відділена перехідним шаром — тропопаузою, з температурою 190—220 С. До висоти ~25 км температура стратосфери трохи падає, але далі починає рости, досягаючи максимуму (~270 С) на висоті 50—55 км. Цей ріст зв'язаний головним чином зі збільшенням у верхніх шарах стратосфери концентрації озону, що інтенсивно поглинає ультрафіолетове випромінювання Сонця. Над стратосферою розташовані мезосфера ( до 80 км), термосфера ( від 80 км до 800—1000 км) і екзосфера (вище 800—1000 км). Загальна маса всіх цих шарів не перевищує 0,5% маси атмосфери. У мезосфері, відділеної від стратосфери стратопаузою, озон зникає, температура знову падає до 180—200 С поблизу її верхньої границі (мезопаузи). У термосфері відбувається швидкий ріст температури, зв'язаний головним чином з поглинанням у ній сонячного короткохвильового випромінювання. Ріст температури спостерігається до висоти 200—300 км. Вище, приблизно до 800—1000 км, температура залишається постійної (~1000 С), тому що тут розріджена атмосфера слабко поглинає сонячне випромінювання.

Верхній шар атмосфери  — екзосфера — украй розріджений (у його нижньої границі число  протонів в 1 м³ становить ~ 1011) і зіткнення часток у ньому відбуваються рідко. Швидкості окремих часток екзосфери можуть перевищувати критичну швидкість втікання. Ці частки, якщо їм не перешкодять зіткнення, можуть, подолавши притягання Землі, покинути атмосферу й піти в міжпланетний простір. Так відбувається розсіювання атмосфери. Тому екзосферу називають також сферою розсіювання. Вислизають із атмосфери в міжпланетний простір головним чином атоми водню й гелію.