АСТРОНОМІЯ – ДИТЯЧА ЕНЦИКЛОПЕДІЯ – ФОЛІО 2005
Як ми вже мали нагоду впевнитися, астрономія — це наука дуже великих чисел. Саме тому простір у космічних масштабах незручно вимірювати звичайними одиницями. Достатньо сказати, що навіть найближча відстань, з якою можуть оперувати астрономи — відстань від Землі до Місяця — сягає приблизно 380 000 кілометрів.
Давайте порівняємо. Середньостатистична людина (наприклад, саме ви) може пішки пройти за годину близько п’яти кілометрів. Звичайно, відстані, які ви покриваєте на автомобілі або інших засобах пересування, ви навряд чи будете вимірювати у метрах, бо саме метр є одиницею виміру відстані за інтернаціональною системою СІ.
Астрономія має справу з реєстрацією світла та інших різновидів електромагнітного випромінювання, що приходить від віддалених об’єктів. За ту ж годину світло у вакуумі проходить
1 080 000 000 кілометрів! І навіть Сонце ми бачимо таким, яким воно було понад 8 хвилин тому. Тож з метою полегшення обчислень та зручнішого уявлення відстаней у Всесвіті створено цілу систему похідних позасистемних одиниць виміру.
Відстані в межах Сонячної системи найчастіше вимірюють за допомогою так званої астрономічної одиниці (скорочено — а. о.). Одна астрономічна одиниця дорівнює середній відстані від Землі до Сонця, що в числовому вираженні сягає 149 600 000 кілометрів. Звичайно, зручність використання такої одиниці закінчується з перетинанням уявної межі планетарної Сонячної системи, бо навіть хмара Оорта простягається на відстані близько 60 000 астрономічних одиниць!
Наступним за величиною йде світловий рік. Дуже розповсюджена хибна думка про те, що світловими роками вимірюють якісь фантастично довгі періоди часу. Важливо не плутати це поняття зі звичайним роком, що є дійсно одиницею вимірювання часу. Світловими роками астрономи вимірюють досить великі відстані, наприклад, віддалення між зірками: між Сонцем і найближчою зіркою Проксимою Центавра — трохи більше 4 світлових років. Фізичне значення світлового року дуже просте: це та відстань, яку проходить світло у вакуумі за один рік. Ми знаємо, що швидкість світла у вакуумі складає близько 300000 км/с. Тоді один світловий рік дорівнюватиме 9 460 000 000 000 кілометрів! (Або за стандартною схемою запису, що прийнята у наукових обчисленнях,
9,46х10 12 км). Найчастіше світловий рік використовується для представлення відстаней між зірками у межах однієї галактики та розмірів самих галактик.
Проте і це ще не все. Для вимірювання міжгалактичних відстаней широко використовується ще більша одиниця довжини — парсек (позначається — пк). Це — скорочення від більш наукового та менш зручного терміна паралакс-секунда. Один парсек — це та відстань, з якої орбіту Землі буде видно під кутом зору в одну кутову секунду. Він дорівнює 3,09-10 13 кілометрів, або приблизно 3,26 світлового року. Також існують похідні від цих одиниць. Так, наприклад, для вимірювання дуже великих відстаней у Всесвіті використовують кілопарсек (1 кпк = 1 000 пк) та мегапарсек (1 Мпк = 1 000 000 пк).
Один парсек — це відстань, з якої орбіту Землі видно під кутом 1″
Найбільший астрономічний об’єкт у Всесвіті зареєстрований у зоряних каталогах на початку 80-х років XX століття і має позначення ЗС 345. Цей квазар віддалений на 5 мільярдів світлових років від Землі. Німецькі астрономи за допомогою 100- метрового радіотелескопа та приймача радіочастоти принципово нового типу отримали змогу виміряти такий далекий об’єкт космосу. Результати досліджень були надто непередбачуваними, і вчені спочатку сумнівалися, чи можна їм довіряти. Це більше скидалося на жарт, бо квазар мав у поперечнику 78 мільйонів світлових років! Незважаючи на дуже велике віддалення, при спостереженні цей об’єкт удвічі більший за місячний диск.
Використовуючи сайт ви погоджуєтесь з правилами користування
Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.
Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.
Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.
Ми приєднуємось до закону про авторське право в цифрову епоху DMCA прийнятим за основу взаємовідносин в площині вирішення питань авторських прав в мережі Інтернет. Тому підтримуємо загальновживаний механізм “повідомлення-видалення” для об’єктів авторського права і завжди йдемо на зустріч правовласникам.
Копіюючи матеріали во повинні узгодити можливість їх використання з авторами. Наш сайт не несе відподвідальність за копіювання матеріалів нашими користувачами.
2. Визначення відстаней до небесних тіл. Небесні координати
Визначення відстаней методом горизонтального паралакса. Радіолокаційний метод. Визначення відстаней до тіл Сонячної системи засновано на вимірюванні їх горизонтальних паралаксів. Кут p, під яким зі світила видний радіус Землі, перпендикулярний до променя зору, називають горизонтальним паралаксом (рис. 2. 1). Чим більшою є відстань до світила, тим меншим є кут p. Припустимо, що потрібно виміряти відстань L від центра Землі O до світила S. За базис беруть радіус Землі R⊕ і вимірюють кут ∠ASO = p — горизонтальний паралакс світила, тому що одна сторона прямокутного трикутника — катет AS є горизонтом для точки A. З прямокутного трикутника OAS визначаємо гіпотенузу OS:
Рис. 2.1. Горизонтальний паралакс p світила
Для того щоб визначити горизонтальний паралакс світила S, потрібно двом спостерігачам одночасно з точок A і B виміряти небесні координати цього світила. Ці координати, які вимірюють одночасно з двох точок — A і B, трохи відрізнятимуться. На основі цієї різниці координат визначають величину горизонтального паралакса.
Чим далі від Землі спостерігається світило, тим менше буде значення паралакса. Наприклад, найбільший горизонтальний паралакс має Місяць, коли він перебуває найближче до Землі: p = 1°01′.
Горизонтальний паралакс планет набагато менший, і він не залишається сталим, адже відстані між Землею та планетами змінюються. Серед планет найбільший паралакс має Венера — 31″, а найменший паралакс 0,21″ — Нептун.
Зорі розташовані в мільйони разів далі, ніж Сонце, тому горизонтальні паралакси зір відповідно в мільйони разів менші.
Для визначення відстаней до тіл Сонячної системи користуються найбільш точним методом вимірювання — радіолокаційним. Вимірявши час t, необхідний для того, щоб радіолокаційний імпульс досяг небесного тіла, відбився й повернувся на Землю, обчислюють відстань L до цього тіла за формулою
де с — швидкість світла ≈ 3·10 8 м/с.
За допомогою радіолокації визначені найбільш точні значення відстаней до тіл Сонячної системи, уточнені відстані між материками Землі.
Уявна небесна сфера довільного радіуса допомагає визначити координати небесних світил
Небесні координати — числа, за допомогою яких зазначають положення об’єкта на небесній сфері
Небесні координати. В астрономії положення світил на небі визначають за відношенням до точок і кіл небесної сфери. Ці небесні координати подібні до географічних, які використовують для орієнтування на поверхні Землі. Небесні координати відраховують дугами великих кіл або центральними кутами, що охоплюють ці дуги.
На небесній і земній сферах можна провести деякі кола, за допомогою яких визначаються небесні координати світил (2.4а). На земній сфері існують дві особливі точки — географічні полюси, де вісь обертання Землі перетинає поверхню планети (N, S — відповідно Північний та Південний полюси). Площина земного екватора, яка ділить нашу планету на Північну та Південну півкулі, проходить через центр Землі перпендикулярно до її осі обертання.
Рис. 2.4. Основні точки і лінії системи координат: а — земної (географічної), б — небесної
Меридіани на Землі проходять через географічні полюси та точки спостереження. Початковий (нульовий) меридіан проходить поблизу місцезнаходження колишньої Гринвіцької обсерваторії.
Якщо продовжити вісь обертання Землі в космос, то на небесній сфері ми отримаємо дві точки перетину (рис. 2.4б): Північний полюс P1 (у сучасну епоху біля Полярної зорі) і Південний полюс (у сузір’ї Октант). Площина земного екватора перетинається з небесною сферою, і в перерізі ми отримаємо небесний екватор. Але існує одна суттєва відмінність між полюсами й екватором на земній кулі та полюсами світу і небесним екватором. Географічні полюси реально існують як точки на поверхні Землі, де вісь обертання Землі перетинається з поверхнею планети, і до них можна долетіти чи доїхати так само, як і до екватора. Полюсів світу як реальних точок у космічному просторі немає, адже радіус небесної сфери є невизначеним, тому ми можемо позначити тільки напрямок, у якому вони спостерігаються.
Екваторіальна система небесних координат і карти зоряного неба. Під час укладання зоряних каталогів та зоряних карт за основне коло небесної сфери беруть коло небесного екватора (рис. 2.5). Таку систему координат називають екваторіальною. В її основі лежить небесний екватор — проекція земного екватора на небесну сферу.
Рис. 2.5. Екваторіальна система небесних координат: δ — схилення світила; α — пряме сходження.
Основними площинами в цій системі координат є площини небесного екватора та кола схилень. Для визначення екваторіальних небесних координат світила Mпроводять коло схилення через полюси світу PN і PS, яке перетинає небесний екватор у точці C (рис. 2.6). Перша координата α має назву пряме сходження (пряме піднесення) і відлічується по дузі небесного екватора від точки весняного рівнодення ♈ проти ходу годинникової стрілки, якщо дивитися з Північного полюса, та вимірюється годинами. Друга координата δ — схилення визначається дугою кола схилень CM від екватора до даного світила і вимірюється градусами.
Рис. 2.6. Екваторіальна система небесних координат
На північ від екватора схилення додатне, на південь — від’ємне. Межі визначення екваторіальних координат такі: 0 год ≤ α ≤ 24 год; -90° ≤ δ ≤ +90°
Карта зоряного неба у формі прямокутника є певною проекцією небесної сфери на площину, на якій позначені екваторіальні координати а, б (рис. 2.7). Ці координати не залежать від місця спостереження на Землі, тому картою зоряного неба можна користуватись у будь-якій країні.
Рис. 2.7. Карта зоряного неба екваторіальної зони. Дати, коли ці сузір’я кульмінують у вечірній час, позначені внизу карти. Відшукайте їх після заходу Сонця в південній частині небосхилу
Контрольні запитання
- 1. Як можна визначити відстань до світила, знаючи його горизонтальний паралакс?
- 2. У чому полягає радіолокаційний метод визначення відстаней до небесних тіл?
- 3. Опишіть екваторіальну систему координат. Які координати використовують у цій системі?
- 4. Як можна на Північному полюсі Землі визначити напрямок на південь?
- 5. За допомогою рухомої карти зоряного неба визначте сузір’я, що ніколи не заходять для спостерігача, який перебуває на території України.
- 6. Чому в астрономії використовують різні системи координат?
Тема для дискусії
Чи можна користуватися нашою картою зоряного неба на поверхні інших планет Сонячної системи? Під час міжпланетних польотів? На планетах, які обертаються навколо інших зір?
Завдання для спостереження
Знайдіть Полярну зорю та визначте напрямок меридіана з півночі на південь відносно вашого будинку. Намалюйте схему розташування вашого будинку щодо меридіана та визначте кут між меридіаном і будь-якою стіною вашого будинку.
Дізнайтеся про орієнтування на місцевості.