Od davnina, čovječanstvo je bilo zainteresirano za vidljiva kretanja nebeskih tijela: Sunca, Mjeseca i zvijezda. Teško je zamisliti da se naš solarni sistem čini prevelikim, proteže se više od 4 triliona milja od Sunca. U međuvremenu, Sunce je samo stoti deo od milijarde drugih zvezda koje čine galaksiju Mlečni put.
mliječni put
Sama galaksija je ogroman točak koji se okreće, sačinjen od gasa, prašine i više od 200 milijardi zvezda. Između njih leže bilioni milja praznog prostora. Sunce je usidreno na periferiji galaksije, u obliku spirale: odozgo, Mliječni put izgleda kao ogroman rotirajući uragan zvijezda. U poređenju sa veličinom galaksije, Sunčev sistem je izuzetno mali. Ako zamislimo da je Mliječni put veličine Evrope, tada Sunčev sistem neće biti veći od oraha.
Solarni sistem
Sunce i njegovih 9 satelitskih planeta su raštrkani u jednom smjeru od centra galaksije. Baš kao što se planete okreću oko svojih zvijezda, zvijezde se također okreću oko galaksija.
Suncu će biti potrebno oko 200 miliona godina pri brzini od 588.000 milja na sat da izvrši revoluciju oko ovog galaktičkog vrtuljka. Naše Sunce se ni po čemu posebno ne razlikuje od ostalih zvijezda, osim što ima satelit, planetu koja se zove Zemlja, na kojoj živi život. Planete i manja nebeska tijela zvana asteroidi kruže oko Sunca u svojim orbitama.
Prva zapažanja svjetiljki
Čovjek posmatra vidljiva kretanja nebeskih tijela i kosmičke pojave najmanje 10.000 godina. Prvi put su se pojavili zapisi u hronikama o nebeskim tijelima drevni Egipat i Sumer. Egipćani su mogli da razlikuju tri tipa tela na nebu: zvezde, planete i „zvezde sa repovima“. U isto vrijeme otkrivena su i nebeska tijela: Saturn, Jupiter, Mars, Venera, Merkur i, naravno, Sunce i Mjesec. Vidljiva kretanja nebeskih tijela su kretanje ovih objekata koji se opažaju sa Zemlje u odnosu na koordinatni sistem, bez obzira na dnevnu rotaciju. Pravo kretanje je njihovo kretanje u svemiru, određeno silama koje djeluju na ta tijela.
Vidljive galaksije
Gledajući u noćno nebo, možete vidjeti našeg najbližeg susjeda - - u obliku spirale. Mliječni put, uprkos svojoj veličini, samo je jedna od 100 milijardi galaksija u svemiru. Bez upotrebe teleskopa možete vidjeti tri galaksije i dio naše. Dva od njih se zovu Veliki i Mali Magelanski oblaci. Prvi put su viđeni u južnim vodama 1519. godine od strane ekspedicije portugalskog istraživača Magellana. Ove male galaksije kruže okolo mliječni put, dakle, naši su najbliži kosmički susjedi.
Treća galaksija vidljiva sa Zemlje, Andromeda, udaljena je otprilike 2 miliona svjetlosnih godina od nas. To znači da su svjetlosti zvijezda s Andromede potrebni milioni godina da se približi našoj Zemlji. Dakle, razmatramo ovu galaksiju kakva je bila prije 2 miliona godina.
Osim ove tri galaksije, noću možete vidjeti dio Mliječnog puta, predstavljen mnogim zvijezdama. Prema starim Grcima, ova grupa zvijezda je mlijeko iz grudi boginje Here, otuda i ime.
Vidljive planete sa Zemlje
Planete su nebeska tijela koja kruže oko Sunca. Kada posmatramo Veneru kako sija na nebu, to je zato što je obasjana Suncem i reflektuje deo sunčeva svetlost. Venera je Evening Star ili Morning Star. Ljudi ga drugačije zovu jer je na različitim mjestima uveče i ujutro.
Kako se planeta Venera okreće oko Sunca i mijenja svoju lokaciju. Tokom dana dolazi do vidljivog kretanja nebeskih tijela. Nebeski koordinatni sistem ne samo da pomaže u razumijevanju lokacije svjetiljki, već vam omogućava i sastavljanje mapa zvijezda, navigaciju noćnim nebom po sazvježđima i proučavanje ponašanja nebeskih objekata.
Zakoni kretanja planeta
Kombinacijom zapažanja i teorija o kretanju nebeskih tijela, ljudi su zaključili obrasce naše galaksije. Otkrića naučnika su pomogla dešifrovanju vidljivih kretanja nebeskih tela. otkriveni su bili među prvim astronomskim zakonima.
Njemački matematičar i astronom postao je pionir ove teme. Kepler je, proučavajući Kopernikovo delo, najviše izračunao bolji oblik, koji objašnjava vidljiva kretanja nebeskih tijela - elipse, i iznio je na vidjelo obrasce kretanja planeta poznatih u naučni svet poput Keplerovih zakona. Dvije od njih karakteriziraju kretanje planete u orbiti. Čitaju:
Svaka planeta rotira u elipsi. Sunce je prisutno u jednom od svojih fokusa.
Svaki od njih se kreće u ravni koja prolazi kroz sredinu Sunca, dok u istim periodima vektor radijusa između Sunca i planete ocrtava jednaka područja.
Treći zakon povezuje orbitalne podatke planeta unutar sistema.
Donje i gornje planete
Proučavajući vidljiva kretanja nebeskih tijela, fizika ih dijeli u dvije grupe: donje, koje uključuju Veneru, Merkur, i gornje - Saturn, Mars, Jupiter, Neptun, Uran i Pluton. Kretanje ovih nebeskih tijela u sferi odvija se na različite načine. U procesu posmatranog kretanja nižih planeta doživljavaju promjenu faza poput Mjeseca. Kada pomičete gornje planete, možete primijetiti da one ne mijenjaju faze, već se stalno suočavaju sa ljudima svojom svijetlom stranom.
Zemlja, zajedno sa Merkurom, Venerom i Marsom, pripada grupi takozvanih unutrašnjih planeta. Oni se okreću oko Sunca po unutrašnjim orbitama, za razliku od glavne planete, koji rotiraju u vanjskim orbitama. Na primjer, Merkur, koji je 20 puta manji u svojoj unutrašnjoj orbiti.
Komete i meteoriti
Pored planeta, oko Sunca se okreću milijarde ledenih blokova koji se sastoje od smrznutog čvrstog gasa, malog kamenja i prašine – kometa koje ispunjavaju Sunčev sistem. Vidljiva kretanja nebeskih tijela, predstavljena kometama, mogu se vidjeti samo kada se približe Suncu. Tada njihov rep počinje da gori i svijetli na nebu.
Najpoznatija od njih je Halejeva kometa. Svakih 76 godina napusti svoju orbitu i približi se Suncu. U ovom trenutku se može posmatrati sa Zemlje. Čak i na noćnom nebu možete posmatrati meteorite u obliku letećih zvijezda - to su nakupine materije koje se kreću po svemiru ogromnom brzinom. Kada padnu u Zemljino gravitaciono polje, skoro uvek izgore. Zbog ekstremne brzine i trenja o zračnom omotaču Zemlje, meteoriti postaju vrući i raspadaju se na male čestice. Proces njihovog sagorevanja može se posmatrati na noćnom nebu u obliku svetleće vrpce.
Nastavni plan i program astronomije opisuje prividna kretanja nebeskih tijela. 11. razred već poznaje obrasce po kojima se dešava složeno kretanje planeta, promjena lunarne faze i zakone pomračenja.
II OSNOVE NEBESKE MEHANIKE.
LEKCIJA br. 10. ZAKONI KRETANJA NEBESKIH TELA.
4. Keplerovi zakoni.
6. Konusni presjeci.
7. Revizija Keplerovih zakona.
1. Razvoj ideja o Sunčevom sistemu.
Prvi naučni geocentrični sistem sveta počeo je da se oblikuje u delima Aristotela i drugih naučnika antičke Grčke. Svoj završetak je dobio u djelima starogrčkog astronoma Ptolomeja. Prema ovom sistemu, Zemlja se nalazi u centru svijeta, pa otuda i naziv geocentrična. Univerzum je ograničen kristalnom sferom na kojoj se nalaze zvijezde. Planete, Sunce i Mjesec kreću se između Zemlje i sfere. Drevni ljudi su vjerovali u tu uniformu Roundabout Circulation- ovo je idealno kretanje, i da se nebeska tela kreću upravo ovim putem. Ali promatranja su pokazala da se Sunce i Mjesec kreću neravnomjerno, a da bi se otklonila ova očigledna kontradikcija, bilo je potrebno pretpostaviti da se kreću u krugovima, čiji se centri ne poklapaju ni sa centrom Zemlje ni jedan s drugim. Još složenije petljasto kretanje planeta moralo se predstaviti kao zbir dva kružna ujednačenim pokretima. Takav sistem je omogućio proračun sa dovoljnom preciznošću za posmatranja međusobnog dogovora planete za budućnost. Kretanje planeta u obliku petlje je mirno dugo vremena ostao misterija i svoje objašnjenje našao je samo u učenju velikog poljskog astronoma Nikole Kopernika
Godine 1543. objavljena je njegova knjiga “O rotaciji nebeskih sfera”. Ocrtavao je novi heliocentrični sistem svijeta. Prema ovom sistemu, Sunce je u centru sveta. Planete, uključujući i Zemlju, kruže oko Sunca po kružnim orbitama, a Mjesec se okreće oko Zemlje i istovremeno oko Sunca. Preciznost u određivanju položaja planeta nije se mnogo povećala, ali je Kopernikanski sistem omogućio jednostavno objašnjenje kretanja planeta u obliku petlje. Kopernikovo učenje zadalo je težak udarac geocentričnom sistemu sveta. Ona je daleko prevazišla okvire astronomije i dala snažan podsticaj razvoju svih prirodnih nauka.
2. Petljasto kretanje planeta.
Golim okom možemo posmatrati pet planeta - Merkur, Veneru, Mars, Jupiter i Saturn. Planete su među onim svjetiljkama koje ne samo da učestvuju u svakodnevnoj rotaciji nebeske sfere, već se i pomiču u pozadini sazviježđa zodijaka, dok se okreću oko Sunca. Ako pratite godišnje kretanje planete, označavajući njen položaj na zvjezdanoj karti svake sedmice, možda ćete otkriti glavna karakteristika vidljivo kretanje planete: planeta opisuje petlju na pozadini zvjezdanog neba, što se objašnjava činjenicom da kretanje planeta ne posmatramo sa nepokretne Zemlje, već sa Zemlje koja se okreće oko Sunca.
3. Johannes Kepler i Isaac Newton.
Dva najveća naučnika, daleko ispred svog vremena, stvorili su nauku zvanu nebeska mehanika, odnosno otkrili su zakone kretanja nebeskih tela pod uticajem gravitacije, pa čak i da su njihova dostignuća ograničena na ovo, ipak bi ušao u panteon velikana ovoga svijeta. Desilo se da se nisu ukrstili na vrijeme. Samo trinaest godina nakon Keplerove smrti rođen je Njutn. Obojica su bili pristalice heliocentričnog kopernikanskog sistema. Proučavajući kretanje Marsa dugi niz godina, Kepler je eksperimentalno otkrio tri zakona kretanja planeta, više od pedeset godina prije nego što je Newton otkrio zakon univerzalne gravitacije. Još ne razumijem zašto se planete kreću na način na koji se kreću. Bio je to težak rad i briljantna predviđanja. Ali Newton je koristio Keplerove zakone da testira svoj zakon gravitacije. Sva tri Keplerova zakona su posledice zakona gravitacije. A Njutn ga je otkrio sa 23 godine. U to vrijeme, 1664 - 1667, u Londonu je bjesnila kuga. Triniti koledž, na kojem je Njutn predavao, raspušten je na neodređeno vreme kako se ne bi pogoršala epidemija. Newton se vraća u svoju domovinu i za dvije godine pravi revoluciju u nauci, čineći tri važna otkrića: diferencijalni i integralni račun, objašnjenje prirode svjetlosti i zakona univerzalne gravitacije. Isak Njutn je svečano sahranjen u Vestminsterskoj opatiji. Iznad njegovog groba stoji spomenik sa bistom i natpisom „Ovdje leži Sir Isaac Newton, plemić koji je s bakljom matematike u ruci prvi dokazao, s bakljom matematike u ruci, kretanje planete, staze kometa i plime i oseke okeana... Neka se smrtnici raduju što postoji takav ukras ljudske rase.”
4. Keplerovi zakoni.
Glavni zadatak nebeske mehanike je proučavanje kretanja nebeskih tijela pod utjecajem univerzalnih gravitacijskih sila. Naime, izračunavanje orbita planeta, kometa, asteroida, veštačkih Zemljinih satelita, svemirska letjelica, zvijezde u binarnim i višestrukim sistemima. Svi problemi u matematičkom smislu su veoma teški i, uz rijetke izuzetke, mogu se riješiti samo numeričkim metodama uz korištenje najvećih kompjutera. Međutim, problemi modela u kojima se tijela smatraju materijalnim tačkama, a utjecaj drugih tijela se može zanemariti mogu se riješiti u opšti pogled, tj. dobiti formule za orbite planeta i satelita. Najjednostavnijim problemom smatraju se dva tijela, kada je jedno mnogo veće od drugog i referentni okvir je povezan s tim većim tijelom.
Upravo je za ovaj slučaj tri zakona kretanja planeta u odnosu na Sunce empirijski dobio Johannes Kepler. Kako je to uradio? Kepler je znao: koordinate Marsa na nebeskoj sferi sa tačnošću od 2” prema zapažanjima njegovog učitelja Tycho Brahea; relativne udaljenosti planeta od Sunca; sinodički i siderički periodi planetarne revolucije. Onda je ovako nešto zaključio.
Položaj Marsa tokom opozicije je poznat (vidi sliku). U trouglu ABC
pismo A
označava poziciju Marsa, IN
- Zemlja, WITH
- Sunce. Nakon vremenskog perioda jednakog sideričkom periodu okretanja Marsa (687 dana), planeta će se vratiti u tačku A
, a za to vrijeme Zemlja će se pomaknuti do tačke IN'
. Pošto su poznate ugaone brzine kretanja Zemlje tokom godine (jednake su ugaonim brzinama prividnog kretanja Sunca duž ekliptike), možemo izračunati ugao DIA'
. Odredivši koordinate Marsa i Sunca u trenutku kada Zemlja prolazi kroz tačku IN'
, možemo, znajući 2 ugla u trokutu, koristiti teorem sinusa da izračunamo omjer stranice SV'
To AC
. Nakon još jedne rotacije Marsa, Zemlja će doći u poziciju IN"
i biće moguće utvrditi odnos NE"
na isti segment AC
itd. Tako se, tačku po tačku, može dobiti predstava o pravom obliku Zemljine orbite, utvrđujući da je to elipsa, u čijem je fokusu Sunce. Može se utvrditi da ako je vrijeme kretanja duž luka M3M4 = vrijeme kretanja duž luka M1M2, tada je Pl. SM3M4 = Kvadrat SM1M2.
F1 i F2 su fokusi elipse, c je žižna daljina, a je velika poluosa elipse i prosječna udaljenost od planete do Sunca.
5. Newtonov zakon univerzalne gravitacije.
Isaac Newton je bio u stanju da objasni kretanje tijela u svemiru pomoću zakon univerzalne gravitacije . Do svoje teorije došao je kao rezultat dugogodišnjeg istraživanja kretanja Mjeseca i planeta. Ali pojednostavljeni zaključak zakona univerzalne gravitacije može se izvući iz Keplerovog trećeg zakona.
Neka se planete kreću po kružnim putanjama, njihova centripetalna ubrzanja su jednaka: 
, Gdje T– period okretanja planete oko Sunca, R- radijus orbite planete. Iz Keplerovog III zakona ili. Stoga je ubrzanje bilo koje planete, bez obzira na njenu masu, obrnuto proporcionalno kvadratu polumjera njene orbite: 
.
Prema Newtonovom II zakonu, sila F, koji daje ovo ubrzanje planeti, jednak je: https://pandia.ru/text/78/063/images/image010_95.gif" width="125" height="51 src=">, gdje je M– masa Sunca. Zbog F = F', =https://pandia.ru/text/78/063/images/image013_78.gif" width="161" height="54">, gdje G= 6,67∙10–11 N∙m2/kg2 – gravitaciona konstanta ..gif" width="109" height="51">. Gravitaciona sila između Sunca i planete je proporcionalna proizvodu njihovih masa i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Ovaj zakon vrijedi za bilo sfernog simetrična tijela, a približno vrijedi za bilo koja tijela ako je udaljenost između njih velika u odnosu na njihove veličine. Ubrzanje koje, prema drugom Newtonovom zakonu, doživljava tijelo m, nalazi se na udaljenosti r iz tela M, jednako: https://pandia.ru/text/78/063/images/image017_68.gif" width="47" height="47">, gdje je masa Zemlje, je udaljenost do njenog centra U blizini površine Zemlje, ubrzanje slobodnog pada je jednako g= 9,8 m/s2. Složenost Zemlje i njena rotacija dovode do razlike u sili gravitacije na ekvatoru i blizu polova: ubrzanje gravitacije u točki posmatranja može se približno izračunati pomoću formule g = 9,78 ∙ (1 + 0,0053 grijeh φ ), Gdje φ – geografska širina ove tačke.
Gravitacija se ponaša neobično unutar Zemlje. Ako se uzme da je Zemlja homogena sfera, sila gravitacije raste proporcionalno udaljenosti r od centra sfere.
6. Konusni presjeci.
Konusni presjeci nastaju kada pravi kružni konus siječe ravan. Konusni presjeci uključuju krivulje drugog reda: elipsa , parabola I hiperbola . Sve su one lokus tačaka, udaljenosti od kojih do date bodove (trikovi) ili do date prave linije (direktrise) postoji konstantna vrijednost. Na primjer, elipsa je definirana kao lokus tačaka za koji je zbir udaljenosti od dvije date tačke (žarišta F1 i F2) konstantna vrijednost i jednaka je dužini glavne ose: F1M+F2M=2a=const . Stepen izduženja elipse karakterizira njen ekscentricitet e. Ekscentricitet e = c/a. Kada se žarišta poklope sa centrom e = 0, a elipsa se pretvara u krug . Glavna osovina A je prosječna udaljenost od fokusa do elipse. Tačka elipse najbliža fokusu naziva se periapsis, a najudaljenija se naziva apcentar. Udaljenost od fokusa do periapse je PF1 = a (1 – e), u apocentar – F1A = a (1 + e).
7. Revizija Keplerovih zakona.
Tako je Kepler empirijski otkrio svoje zakone. Newton je izveo Keplerove zakone iz zakona univerzalne gravitacije. Kao rezultat toga, prvi i treći zakon su pretrpjeli izmjene. Prvi Keplerov zakon je generalizovan i njegova moderna formulacija je sledeća: Putanja kretanja nebeskih tela u centralnom gravitacionom polju su konusni preseci: elipsa, kružnica, parabola ili hiperbola, u čijem je jednom od žarišta centar mase sistema. Oblik putanje određen je ukupnom energijom tijela koje se kreće, a sastoji se od kinetičke energije TO tjelesne mase m, krećući se brzinom v i potencijalnu energiju U tijelo koje se nalazi u gravitacionom polju na udaljenosti r iz tijela sa masom M. U ovom slučaju vrijedi zakon održanja ukupne energije tijela. E=K +U = konst; K =mv2 /2, U=- GMm/ r.
Zakon održanja energije može se prepisati kao: (2).
Konstantno h pozvao konstantna energija
. Ona je direktno proporcionalna ukupnoj mehaničkoj energiji tijela E i zavisi samo od početnog radijus vektora r0 i početnu brzinu v 0. At h < 0 кинетической энергии тела недостаточно для преодоления гравитационной связи. Величина радиус-вектора тела ограничена сверху и имеет место обращение по замкнутой, эллиптической орбите. Такое движение можно уподобить движению маятника – тот же самый переход кинетической энергии в потенциальную во время подъема и обратный – при опускании. Подобное движение называется konačan
, odnosno zatvoreno. Za h= 0, s neograničenim povećanjem radijus vektora tijela, njegova brzina se smanjuje na nulu - ovo je parabolično kretanje. Ovakav pokret beskonačno
, neograničen u prostoru. At h> 0 kinetička energija tijela je dovoljno velika, a na beskonačnoj udaljenosti od centra privlačenja tijelo će imati brzinu udaljavanja od nje različitu od nule - to je kretanje duž hiperbole. Dakle, možemo reći da se tijelo kreće u odnosu na centar privlačenja samo duž orbita koje su konusni presjeci. Kao što slijedi iz formule (2), približavanje tijela privlačećem centru uvijek treba biti praćeno povećanjem orbitalne brzine tijela, a njegovo uklanjanje smanjenjem u skladu s drugim Keplerovim zakonom. Keplerov drugi zakon nije revidiran, ali je treći rafiniran i glasi ovako: odnos kocke velike poluose. planetarna orbita na kvadrat perioda okretanja planete oko Sunca jednaka je zbiru masa Sunca i planete, g
de (3)
M
Q
I m
mase Sunca i planete; A
I T
– velika poluosa i period revolucije planete. Za razliku od prva dva, Keplerov treći zakon se odnosi samo na eliptične orbite.
U generaliziranom obliku, ovaj zakon se obično formuliše ( 4)
ovako: Proizvod zbroja masa nebeskih tijela i njihovih satelita s kvadratima njihovih sideričnih perioda okretanja povezani su kao kocke velikih poluosi njihovih orbita, gdje M 1 i M 2 - mase nebeskih tijela, m 1 i m 2 - odnosno mase njihovih satelita, A 1 i A 2 - velike poluose njihovih orbita, T 1 i T 2 - zvezdani periodi cirkulacije. Potrebno je razumjeti da Keplerov zakon povezuje karakteristike kretanja komponenti bilo kojeg proizvoljnih i nezavisnih svemirskih sistema.
Ova formula može istovremeno uključiti Mars sa satelitom, i Zemlju sa Mjesecom, ili Sunce sa Jupiterom.
Ako ovaj zakon primijenimo na planete Sunčevog sistema i zanemarimo mase planeta M1 i M 2 u poređenju sa masom Sunca M☼ (tj. M 1 << M☼, M 2 << M☼), tada dobijamo formulaciju trećeg zakona koju je dao sam Kepler.
8. Određivanje masa nebeskih tijela.
https://pandia.ru/text/78/063/images/image026_47.gif" width="157" height="53 src=">. Zamjenjujući ovdje vrijednosti velikih poluosi Zemlje i Mjesec i njihovi periodi okretanja, to dobijamo M U=3,3·10-6 M☼. Pa, apsolutnu masu Sunca je prilično lako izračunati. Koristeći direktno formulu (3), za par Sunce-Zemlja, odbacujući masu Zemlje zbog njene malenosti u poređenju sa masom Sunca, dobijamo za M☼=2·1030 kg.
Keplerov treći zakon nam omogućava da izračunamo ne samo masu Sunca, već i mase drugih zvijezda. Istina, to se može učiniti samo za binarne sisteme; masa pojedinačnih zvijezda se ne može odrediti na ovaj način. Mjerenjem relativnih položaja dvostrukih zvijezda tokom dužeg vremenskog perioda, često je moguće odrediti njihov orbitalni period T i saznati oblik njihovih orbita. Ako su poznate udaljenosti R do dvojne zvijezde i maksimalne αmax i minimalne αmin ugaone dimenzije orbite, tada se može odrediti velika poluos orbite a= R (α max+ α min)/2 , tada pomoću jednačine (3) možemo izračunati ukupnu masu binarne zvijezde. Ako na osnovu zapažanja odredimo udaljenost od zvijezda do centra mase x1 I x2, odnosno stav x1/x2, koja ostaje konstantna, tada se pojavljuje druga jednadžba x 1 / x 2 = m 2 / m 1 , što omogućava određivanje mase svake zvijezde posebno.
D.Z. § 8,9, 10. Problemi 7,8 str.47.
Brza anketna pitanja
1. Kako se zove tačka orbite planete koja je najbliža Suncu?:
2. Kako se zove najudaljenija tačka Mjesečeve orbite?
3. Kako se mijenja brzina kretanja komete dok se kreće od perihela do afela?
5. Kako sinodički period vanjskih planeta ovisi o udaljenosti do Sunca?
6. Zašto pokušavaju da grade kosmodrome bliže ekvatoru?
7. Kako se mijenja gravitacijsko polje unutar Zemlje?
8. Formulirajte Keplerove zakone.
9. Koliki je prosječni polumjer orbite planete?
Tema 3. Sunčev sistem i kretanje nebeskih tijela.
§1. Solarni sistem
Sunčev sistem uključuje Sunce, 9 velikih planeta sa svoja 34 satelita, više od 100.000 malih planeta (asteroida), oko 1011 kometa, kao i bezbroj malih, tzv. meteorskih tijela (od 100 m u prečniku do zanemarljivih čestica prašine) .
Sunce zauzima centralnu poziciju u Sunčevom sistemu. Njegova masa je 750 puta veća od mase svih drugih tijela uključenih u ovaj sistem. Gravitaciono proširenje Sunca glavna je sila koja određuje kretanje svih tijela Sunčevog sistema koja kruže oko njega. Prosječna udaljenost od Sunca do planete Pluton, koja je najudaljenija od njega, iznosi 6 milijardi km, što je vrlo malo u poređenju sa udaljenostima do najbližih zvijezda.
Sve glavne planete - Merkur, Venera, Zemlja, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun i Pluton - kruže oko Sunca u istom smjeru (u smjeru aksijalne rotacije samog Sunca), u gotovo kružnim orbitama. Ravan Zemljine orbite, ekliptika, uzima se kao glavna ravan kada se računaju nagibi orbita planeta i drugih tijela koja se okreću oko Sunca.
Zahvaljujući gotovo kružnom obliku planetarnih orbita i velikim razmacima između njih, isključena je mogućnost bliskog susreta planeta. Ovo osigurava dugoročno postojanje planetarnog sistema.
Planete također rotiraju oko svoje ose, a za sve planete osim Venere i Urana rotacija se odvija u smjeru naprijed, odnosno u istom smjeru kao i njihova revolucija oko Sunca. Izuzetno spora rotacija Venere događa se u suprotnom smjeru, a Uran rotira kao da leži na boku.
Većina satelita kruži oko svojih planeta u istom smjeru kao i aksijalna rotacija planete. Orbite takvih satelita obično su kružne i leže blizu ravni planeta ekvatora, čineći smanjeni privid planetarnog sistema. Takav je, na primjer, sistem satelita Urana i Jupitera. Sateliti koji se nalaze daleko od planete imaju obrnuto kretanje.
Saturn, Jupiter i Uran, pored pojedinačnih satelita primjetne veličine, imaju mnogo malih satelita, kao da se spajaju u neprekidne prstenove. Ovi sateliti se kreću u orbitama toliko blizu planete da ih njihova plimna sila sprečava da se udruže u jedno tijelo.
Velika većina orbita trenutno poznatih malih planeta leži između orbite Marsa i Jupitera. Sve manje planete kruže oko Sunca u istom smjeru kao i velike planete, ali su njihove orbite obično izdužene i nagnute prema ravni ekliptike
Komete se kreću uglavnom u orbitama blizu paraboličkih. Neke komete imaju izdužene orbite relativno malih veličina. Za ove komete, zvane periodične, preovlađuju direktna kretanja, odnosno kretanja u pravcu rotacije planeta.
Planete su podijeljene u dvije grupe, koje se razlikuju po masi, hemijskom sastavu, brzini rotacije i broju satelita. Četiri planete najbliže Suncu su zemaljske planete , sastoje se od guste kamenite materije i metala. Džinovske planete - Jupiter, Saturn, Uran i Neptun su mnogo masivniji, sastoje se uglavnom od lakih materija i stoga, uprkos ogromnom pritisku u njihovim dubinama, imaju malu gustinu. Za Jupiter i Saturn, glavni dio njihove mase su vodonik i helijum. Za Uran i Neptun, led i kamenite supstance čine većinu njihove mase.
Unutrašnjost planeta i nekih velikih satelita (na primjer, Mjesec) su u vrućem stanju.
Venera, Zemlja i Mars imaju atmosferu koja se sastoji od gasova ispuštenih iz njihovih dubina. Atmosfere džinovskih planeta direktan su nastavak njihove unutrašnjosti: ove planete nemaju čvrstu ili tečnu površinu. Kada se urone unutra, atmosferski plinovi postepeno prelaze u kondenzirano stanje.
Jezgra kometa su po hemijskom sastavu slične planetama divovima: sastoje se od vodenog leda i leda raznih gasova sa primesom kamenih materija. Gotovo sve male planete u svom sastavu pripadaju stjenovitim planetima zemaljske grupe.
Krhotine sa malih planeta koje nastaju kada se međusobno sudaraju ponekad padaju na Zemlju u obliku meteorita. Mjerenja starosti meteorita su pokazala da oni, a samim tim i cijeli Sunčev sistem, postoje oko 5 milijardi godina.
Dinamičke i fizičke karakteristike strukture Sunčevog sistema ukazuju na to da su planete nastale od materije gasa i prašine koja je nekada formirala planetarni oblak oko Sunca. Zemaljske planete su nastale kao rezultat akumulacije čvrstih stenovitih čestica, a za planete divove formiranje je počelo akumulacijom čestica kamenog leda, a zatim je dopunjeno dodavanjem gasova (uglavnom vodika i helijuma).
§2. Keplerovi zakoni
Proučavajući rezultate višegodišnjeg posmatranja planete Mars od strane danskog astronoma T. Brahea, njemački naučnik Johannes Kepler otkrio je da orbita Marsa nije krug, već ima oblik izdužene elipse. Elipsa ima dvije takve tačke F1 i F2 (slika 1), zbir udaljenosti ( r1 I r2 ) iz bilo koje tačke B elipse je konstantna vrijednost.
https://pandia.ru/text/78/111/images/image002_190.gif" width="77 height=57" height="57">
Prava koja povezuje bilo koju tačku elipse sa jednim od njenih žarišta naziva se radijus vektor ovu tačku.
Kepler je proučavao kretanja svih planeta poznatih u to vrijeme i zaključio 3 zakona kretanja planeta:
Prvo, orbite svih planeta (ne samo Marsa) su elipse sa zajedničkim fokusom na kojem se nalazi Sunce. Stepen elongacije orbita različitih planeta je različit. Zemljin ekscentricitet je vrlo mali i Zemljina orbita se malo razlikuje od kružnice. Najizduženije orbite su Merkur i Pluton.
Drugo, svaka planeta se kreće u svojoj orbiti na takav način da se njen radijus vektor opisuje u jednakim vremenskim intervalima jednake površine(površine sektora A1A2F i B1B2F su jednake). To znači da što je planeta bliže Suncu, to je veća njena orbitalna brzina.
Astronomija" href="/text/category/astronomiya/" rel="bookmark">astronomska jedinica), zatim, određivanjem iz posmatranja perioda okretanja planete u godinama ( T), lako je dobiti vrijednost velike poluose ove planete (α) koristeći formulu:
Na primjer, T Mars = 1,88 godina, tada prema formuli α orbita Marsa = 1,52 a. e.
Dakle, Mars je skoro jedan i po puta udaljeniji od Sunca od Zemlje.
Zakoni kretanja planeta koje je ustanovio Kepler još jednom jasno pokazuju da je svijet planeta harmoničan sistem kojim upravlja jedna sila, čiji je izvor Sunce.
§3. Konfiguracije
Konfiguracije su karakteristični položaji planeta Sunčevog sistema u njihovim orbitama u odnosu na Sunce i Zemlju.
One se razlikuju za niže (unutrašnje) planete, koje su bliže Suncu od Zemlje (Merkur, Venera) i za gornje (spoljašnje) planete, čije se orbite nalaze izvan orbite Zemlje (ostale planete ).
Trenutak u kojem donja planeta prelazi pravu liniju koja spaja centre Sunca i Zemlje naziva se njezin donji priključak . U blizini donje konjunkcije, planeta je vidljiva kao uski polumjesec. Direktno u trenutku inferiorne konjunkcije, planeta nije vidljiva, jer je okrenuta prema Zemlji sa svojom hemisferom koja nije osvijetljena Suncem. Međutim, u ovom trenutku može doći do fenomena prolaska planete preko solarnog diska, kada se planete - Venera ili Merkur - mogu promatrati u obliku crnog kruga koji se kreće duž solarnog diska.
Nastavljajući se kretati u orbiti, donja planeta za zemaljskog posmatrača dostiže određenu najveću kutnu udaljenost od Sunca, nakon čega mu se ponovo počinje približavati. Pozicija najvećeg kutnog pomaka se naziva izduženje . Merkur pri elongaciji je oko 28°, Venera je oko 48° od Sunca. Postoje izduženja istočno, kada se planeta posmatra uveče nakon zalaska sunca, i Western kada je vidljivo ujutro, prije izlaska sunca.
Trenutak kada donja planeta prođe direktno iza Sunca naziva se gornja veza . U blizini gornje konjunkcije, planeta se posmatra kao kompletan disk.
Za gornje planete razlikuju se momenti konfrontacija , Zapadne i istočne kvadrature i veze . Nasuprot tome, gornja planeta je vidljiva na strani neba suprotnoj od Sunca, dok je udaljenost između nje i Zemlje najmanja. Ovaj period je najpovoljniji za astronomska posmatranja njegove površine. u kvadraturama, ugao između pravaca prema planeti i Suncu je 90°. U konjunkciji, gornja planeta, baš kao i donja, ide iza Sunčevog diska i gubi se u njegovim zracima. Tokom ovog perioda, udaljenost od Zemlje do planete je najveća.
Mjesec se u svojoj revoluciji oko Zemlje pojavljuje ili između Sunca i Zemlje, kao donja planeta, ili dalje od Sunca, poput gornje planete. Stoga, u odnosu na Mjesec, astronomi češće koriste posebnu terminologiju, iako je u suštini trenutak mladog mjeseca sličan inferiornoj konjunkciji, trenutak punog mjeseca je analogan opoziciji.
§4. Elementi planetarnih orbita
Orijentaciju orbite u prostoru, njenu veličinu i oblik, kao i položaj nebeskog tijela u orbiti određuje 6 veličina tzv. orbitalni elementi .
Neke karakteristične tačke orbita nebeskih tijela imaju svoja imena: perihel – tačka putanje nebeskog tela koje se kreće oko Sunca najbliže Suncu; afelija – tačka eliptične orbite koja je najudaljenija od Sunca.
Ako se uzme u obzir kretanje tijela u odnosu na Zemlju, tada se tačka orbite koja je najbliža Zemlji naziva perigej , a najudaljeniji je vrhunac .
U više zajednički zadaci, kada centar za privlačenje može značiti različita nebeska tijela, koriste se nazivi: periapsis – tačka najbliža centru orbite; apocenter – tačka najudaljenija od centra orbite.
Orbitalni elementi– 6 veličina koje određuju oblik i dimenzije orbite nebeskog tijela ( a, e), njegov položaj u prostoru ( i, Ω , ω ), kao i položaj samog nebeskog tijela u orbiti:
1) Određuje se oblik i dimenzije orbite velika poluos orbite (a = OP) i orbitalni ekscentricitet e .
https://pandia.ru/text/78/111/images/image007_87.gif" align="left" width="257" height="113 src=">Za eliptičnu orbitu, vrijednost e leži unutar 0 ≤ e< 1.
At e= 0 orbita ima oblik kruga; što bliže e na jedinstvo, to je orbita izduženija. Kada je e = 1, orbita više nije zatvorena i ima oblik parabole; za e > 1 orbita je hiperbolična.
2) Orijentacija orbite u prostoru se određuje u odnosu na određenu ravan koja se uzima kao glavna. Za planete, komete i druga tijela Sunčevog sistema takva ravan služi ravan ekliptike. Položaj orbitalne ravni određen je sa dva orbitalna elementa: geografska dužina uzlaznog čvoraΩ I orbitalni nagibi.
Geografska dužina uzlaznog čvora Ω - ovo je ugao na Suncu između linije preseka orbitalne i ekliptičke ravni i pravca do tačke Ovna. Ugao se meri duž ekliptike od tačke prolećne ravnodnevnice u smeru kazaljke na satu do uzlaznog čvora orbite Ω, tj. tačke u kojoj telo prelazi ekliptiku, krećući se od južne hemisfere ka severnoj. Suprotna tačka se zove silazni čvor , a linija koja povezuje čvorove je linija čvorova .
0° ≤ Ω ≤ 360°
Q
– ravan orbite planete
P – ravan ekliptike
3) Položaj orbite u ravni Q određena argumentom perihela ω , što je ugaona udaljenost orbitalnog perihela od uzlaznog čvora ω = Ω P.
4) Kao šesti element koji određuje položaj nebeskog tijela u orbiti u bilo kojem trenutku, koristite momenta prolaska kroz perihel To .
Ugao kod Sunca, mjeren od smjera perihela do smjera tijela, naziva se prava anomalija ν . Prava anomalija kada se tijelo kreće duž orbite mijenja se neravnomjerno: u skladu s Keplerovim drugim zakonom, tijelo se kreće brže u blizini perihela P i sporije u afelu A. Prava anomalija se izračunava pomoću formula kroz prosječnu anomaliju.
§5. Koncept poremećenog kretanja
Planete u svom kretanju ne privlače samo Sunce, već i jedna drugu. U zvjezdanim jatima, svaku zvijezdu privlače sve ostale. Na kretanje umjetnih Zemljinih satelita utječu sile uzrokovane nesferičnim oblikom zemlje i otporom zemljine atmosfere, kao i privlačenjem Mjeseca i Sunca. Ove dodatne sile se nazivaju uznemirujuće , a efekti koje izazivaju u kretanju nebeskih tijela su smetnje . Zbog poremećaja, orbite nebeskih tijela kontinuirano se sporo mijenjaju.
Proučavanje kretanja nebeskih tijela uzimajući u obzir uznemirujuće sile provodi posebna nauka - nebeska mehanika.
Metode razvijene u nebeskoj mehanici omogućavaju vrlo precizno određivanje položaja bilo kojeg tijela u Sunčevom sistemu mnogo godina unaprijed. Za proučavanje kretanja vještačkih nebeskih tijela koriste se složenije računske metode.
§6. Očigledno dnevno kretanje svjetiljki
Tokom dana, svaka zvijezda napravi punu revoluciju duž svoje dnevne paralele. Na sl. prikazana je dnevna paralela zvijezde σ .
https://pandia.ru/text/78/111/images/image011_62.gif" align="left" width="252" height="132 src=">a) Na ekvatoru se nalaze polovi svijeta na horizontu i poklapaju se sa tačkama severa i juga.Dnevne paralele zvezda u ovom slučaju su u vertikalnim ravnima.
b) Na sjevernom polu svjetska os je usmjerena okomito prema gore, tj. sjeverni nebeski pol P poklapa se sa zenitom z. Dnevni putevi svih zvijezda su u ravnima paralelnim s horizontom.
Položaj meridijana postaje neizvjestan. Bilo koji smjer od ove tačke na zemljinoj površini bit će južni.
§7. Izduženje zvijezda
Azimut" href="/text/category/azimut/" rel="bookmark">azimut tokom kretanja duž dnevne paralele fluktuira unutar ±A od sjeverne tačke, sa |A| ≤ 90°.
Izduženje oni nazivaju položaj zvijezda kada njihov azimut poprima ekstremne vrijednosti. U zavisnosti od toga na kojoj strani nebeske sfere se javljaju, razlikuju se istočna i zapadna elongacije. Na sl. zvijezda 1 ima istočno izduženje E E i zapadna elongacija E W. Zvijezda nema 2 elongacije.
§8. Efemeride
Efemeride su tabele koje sadrže informacije o položaju nebeskih tijela na nebu, brzini njihovog kretanja, zvjezdanim veličinama i drugim podacima potrebnim za astronomska promatranja. Efemeride se sastavljaju za buduća vremena na osnovu rezultata prethodno obavljenih opservacija.
Prilikom izračunavanja efemerida koriste se teorije kretanja nebeskih tijela i zakoni promjene njihove svjetlosti.
Ovisno o preciznosti korištenih materijala, efemeride se računaju unaprijed različiti periodi vrijeme. Dakle, efemeride malih planeta, koje sadrže njihove nebeske koordinate, sastavljaju se godinu ili više unaprijed. Efemeride veštačkih Zemljinih satelita, na čije kretanje utiču određene sile koje se ne mogu tačno objasniti (na primer, otpor atmosfere čija se gustina stalno menja), mogu se sastaviti sa potrebnom tačnošću samo 1-2 meseca unaprijed.
Efemeride također mogu sadržavati uglove postavljanja teleskopa, mjesečeve faze i druge informacije koje pomažu u racionalnom zapažanju. Na primjer, posmatranja Polarne zvijezde mogu se vršiti ne samo noću, već i tokom dana; Da biste to učinili, potrebno je unaprijed sastaviti posebnu tablicu približnih horizontalnih koordinata (radne efemeride) - azimut A i visine h Polar. Orijentacijom uređaja prema njihovim vrijednostima možete pronaći sliku Sjevernjače u vidnom polju cijevi.
Kompilacija efemerida Polyarnaya (tj. postupak za izračunavanje približnih horizontalnih koordinata - visina h i azimut a u očekivanim trenucima posmatranja):
od AE izaberite φ ; lokalno sideralno vrijeme s pronađeno do porodiljskog vremena D .
Visina nebeskog pola jednaka je geografskoj širini h str = φ
Iz trougla zσk strane zk I zσ mogu se, uz neku pretpostavku, smatrati jednakima jedni drugima: 90°-φ-χ = 90°- h ,
gdje φ+χ = h .
U astronomskim tabelama vrijednost χ obično se označava sa ƒ , Onda h = φ+ƒ
Stoga, za određivanje h Polar, potrebna je vrijednost ƒ lokalno sideralno vrijeme s i dodajte ga φ .
Polarni azimut a uzima se iz istih tabela po argumentima s I φ . Zatim se izračunava radna efemerida Polyarnaya u određenom trenutku promatranja sa datim intervalom (na primjer, 30m).
Tema 4. Rotacija Zemlje i Mjeseca. Faktori izazivaju promjenu koordinate zvijezda.
§1. Osobine orbitalnog i rotacionog kretanja Zemlje
Zemlja je jedna od planeta u Sunčevom sistemu. Kao i druge planete, on se kreće oko Sunca po eliptičnoj orbiti, čija je velika poluos (tj. prosječna udaljenost između centara Zemlje i Sunca) usvojena u astronomiji kao jedinica dužine (au) za mjerenje udaljenosti između nebeskih tijela unutar Solarni sistem. Udaljenost od Zemlje do Sunca u različitim tačkama orbite nije ista; u perihelu (3. januara) je otprilike 2,5 miliona km manja, a u afelu (3. jula) isto toliko veća od prosječne udaljenosti , što je 149,6 miliona km.
Kako se naša planeta kreće po svojoj orbiti oko Sunca, ravan Zemljinog ekvatora (nagnuta prema ravni orbite pod uglom od 23°27') kreće se paralelno sa samom sobom na način da se u nekim dijelovima orbite Zemljina kugla je svojom sjevernom hemisferom nagnuta prema Suncu, au drugim – južnom.
Dnevna rotacija globusa odvija se gotovo konstantno ugaona brzina sa periodom od 23h56m04.1s, odnosno za jedan zvezdani dan. Osa Zemljine dnevne rotacije usmjerena je svojim sjevernim krajem približno prema zvijezdi alfa Ursa Minor , koja se stoga naziva zvijezda Sjevernjača.
§2. Kretanje Zemljinih polova
Osa rotacije Zemlje ne zauzima stalan položaj u telu Zemlje, koje kao da se njiše oko svoje ose, usled čega Zemljini polovi opisuju složenu krivulju na zemljinoj površini, ne udaljavajući se od određena prosječna pozicija za više od 0,3-0,4”. Zbog lutanja pola po površini Zemlje, geografske koordinate tačaka koje se nalaze na površini Zemlje - geografska širina i dužina - moraju se promijeniti.
Jedna od karakteristika Zemlje je njeno magnetno polje, zahvaljujući kojem možemo koristiti kompas. Zemljin magnetni pol, na koji je privučen sjeverni kraj igle kompasa, ne poklapa se sa Sjevernim geografskim polom, već se nalazi u tački s koordinatama ≈ 76° N. w. i 101° W. d) Magnetni pol, koji se nalazi na južnoj Zemljinoj hemisferi, ima koordinate 66° južno. w. i 140° E. d. (na Antarktiku).
§3. Pokret Mjeseca
Mesec je nebesko telo najbliže Zemlji, prirodni satelit naše planete. Kruži oko Zemlje na udaljenosti od oko 400 hiljada km. Prečnik Meseca je samo 4 puta manji od prečnika Zemlje, jednak je 3476 km. Za razliku od Zemlje, koja je sabijena na polovima, Mjesec je po obliku mnogo bliži pravilnoj sferi.
Kada se posmatra sa Sjevernog pola, Mjesec, kao i sve planete i sateliti Sunčevog sistema, kruži oko Zemlje u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Za jednu revoluciju oko Zemlje potrebno je 27,3 dana. Vrijeme jedne revolucije Mjeseca oko Zemlje tačno je jednako vremenu jedne revolucije oko svoje ose. Stoga je Mjesec stalno okrenut prema Zemlji istom stranom. Pretpostavlja se da u rani periodi Tokom svoje istorije, Mesec je rotirao oko svoje ose nešto brže i stoga se okrenuo prema Zemlji u različitim dijelovima njegovu površinu. Ali zbog blizine masivne Zemlje, značajni plimni talasi nastali su u čvrstom telu Meseca. Oni su djelovali na Mjesec koji se brzo rotira. Proces usporavanja Mjeseca se nastavio sve dok nije bio stalno okrenut prema Zemlji samo jednom stranom. Ovdje se pojavljuju koncepti vidljivog i poleđina Mjeseci. Ukupno se sa Zemlje može vidjeti 59% površine Mjeseca.
§4. Precesija i nutacija
Kada se vrh rotira, njegova osa praktički nikada nije stacionarna. Pod uticajem gravitacije, u skladu sa zakonima rotaciono kretanje, os vrha se pomiče, opisujući konusnu površinu. Zemlja je veliki vrh. I njegova osa rotacije, pod uticajem gravitacione sile Meseca i Sunca na ekvatorijalni višak (izgleda da ekvator ima više materije od polova zbog spljoštenosti Zemlje), takođe polako rotira.
Zemljina os rotacije opisuje stožac sa uglom od 23,5° u blizini ose ekliptike, usled čega se nebeski pol kreće oko pola ekliptike u malom krugu, čineći jedan obrt u otprilike 26.000 godina. ovaj pokret se zove precesija .
Posledica precesije je postepeno pomeranje tačke prolećnog ekvinocija prema prividnom kretanju Sunca za 50,3” godišnje. iz tog razloga, Sunce svake godine uđe u prolećnu ravnodnevnicu 20 minuta ranije nego što napravi punu revoluciju na nebu.
Promjena položaja nebeskog ekvatora i nebeskog pola, kao i pomicanje tačke Ovna uzrokuje promjenu ekvatorijalnih i ekliptičkih nebeskih koordinata. Stoga, kada daju koordinate nebeskih tijela u katalozima ili ih prikazuju na kartama, oni moraju naznačiti „epohu“, odnosno trenutak u vremenu za koji su pri određivanju koordinatnog sistema uzeti položaji ekvatora i tačke Ovna.
U velikoj mjeri do precesije dolazi pod utjecajem gravitacijskih sila Mjeseca. Sile koje uzrokuju precesiju, zbog promjene položaja Sunca i Mjeseca u odnosu na Zemlju, stalno se mijenjaju. Stoga se uz kretanje Zemljine ose rotacije duž stošca uočavaju njene male vibracije tzv. nutacija . Pod uticajem precesije i nutacije, nebeski pol opisuje složenu talasastu krivulju među zvezdama.
Brzina promjene koordinata zvijezda uslijed precesije ovisi o položaju zvijezda na nebeskoj sferi. Deklinacije različitih zvijezda variraju tokom godine od +20” do -20” u zavisnosti od pravog uspona. Prave ascenzije se mijenjaju na složeniji način zbog precesije, a njihove korekcije zavise i od pravih ascenzija i od deklinacija zvijezda. Tabele precesije se objavljuju u astronomskim godišnjacima.
Precesija i nutacija samo menjaju orijentaciju Zemljine ose rotacije u svemiru i ne utiču na položaj ove ose u Zemljinom telu. Zbog toga se ni geografska širina ni dužina mjesta na zemljinoj površini ne mijenjaju zbog precesije i nutacije i ove pojave ne utiču na klimu.
§5. Aberacija svetlosti
Svjetlosna aberacija je prividno odstupanje nebeskih tijela od njihovog pravog položaja na nebeskom svodu, uzrokovano relativnim kretanjem nebeskog tijela i posmatrača.
Fenomen aberacije može se uporediti sa onim što osoba doživljava na kiši. Čovjek koji stoji na kiši drži kišobran iznad glave. Ali kada hoda, prisiljen je, ako želi da ostane suv, da nagne kišobran naprijed, i što brže hoda, mora više da naginje kišobran. I iako kapi kiše i dalje padaju pravo dole, čoveku se čini da dolaze sa tačke ka kojoj je nagnuo kišobran.
Slično, posmatraču koji se kreće, čini se da svjetlost nebeskog tijela ne dolazi iz tačke na kojoj se tijelo nalazi, već iz druge tačke, pomjerene u odnosu na prvu u smjeru kretanja posmatrača. Neka zvijezda bude na polu ekliptike. Njegova svjetlost pada na Zemlju okomito na smjer brzine kretanja Zemlje po svojoj orbiti. Međutim, astronom koji svoj teleskop uperi u pol ekliptike neće vidjeti zvijezdu u središtu vidnog polja: zraku svjetlosti koji ulazi u sočivo takvog teleskopa potrebno je vrijeme da prođe kroz cijelu njegovu cijev, a za to vrijeme kada će se cijev kretati zajedno sa Zemljom i slika zvijezde neće pasti u centar vidnog polja.
Dakle, da bi se promatralo nebesko tijelo u centru vidnog polja, teleskop mora biti nagnut pod određenim uglom prema naprijed u skladu sa kretanjem posmatrača.
§5. Paralaksa
Kada se vozite u vozu, ispred prozora bljeskaju stubovi koji stoje uz šine. Zgrade koje se nalaze nekoliko desetina metara dalje vraćaju se sporije. željeznica. I vrlo polako, nevoljko, kuće i gajevi, smješteni negdje blizu horizonta, zaostaju za vozom. Brzina kojom se smjer objekta mijenja kada se posmatrač kreće manja je, što je objekt udaljeniji od posmatrača. A iz ovoga proizilazi da je veličina kutnog pomaka objekta, koja se zove paralaktički pomak ili jednostavno paralaksa , možete okarakterizirati udaljenost do objekta.
Nemoguće je detektovati paralaktičko pomeranje zvezde kretanjem duž zemljine površine: zvezde su predaleko, a paralakse pri takvim kretanjima daleko su izvan mogućnosti njihovog merenja.
https://pandia.ru/text/78/111/images/image015_43.gif" align="left" width="240" height="192">
U ovom slučaju, paralaksa se izračunava za imaginarnog posmatrača koji se kreće od centra Zemlje do tačke ekvatora u kojoj se zvezda nalazi na horizontu.
Svakodnevno kretanje Sunca (kao i drugih nebeskih tijela) po nebu posljedica je rotacije Zemlje oko svoje ose, koja je usmjerena od zapada prema istoku, pa se shodno tome i prividno kretanje Sunca događa od istok prema zapadu. Međutim, zbog prisustva nagiba zemljine ose na orbitalnu ravan oko Sunca, tačke izlaska/zalaska Sunca dok se Zemlja okreće oko Sunca se stalno pomeraju, i kao rezultat toga, izlazak/zalazak sunca na istoku/zapadu se dešava samo blizu ekvinocija, koji padaju na početak 20. marta i septembra. Ljeti je sjeverna Zemljina hemisfera okrenuta prema Suncu, odnosno na srednjim geografskim širinama tačka izlaska Sunca se pomiče na sjeveroistok, a tačka zalaska na sjeverozapad, a zimi Zemlja izlaže južnu hemisferu Suncu i izlazak sunca se javlja na jugoistoku, a zalazak sunca na jugozapadu.
Godišnja putanja Sunca u odnosu na zvijezde povezana je sa okretanjem Zemlje oko Sunca. Naravno, zbog činjenice da su zvezde nevidljive tokom dana, teško je pratiti ovo kretanje Sunca, iako se tokom dana, zbog ovog kretanja, Sunce pomera u odnosu na pozadinu zvezda za čitav stepen (tj. za dvije njegove vidljive veličine). Međutim, prisustvo ovog kretanja ukazuje na pojavu zvjezdanog neba koji se mijenja s godišnjim dobima, a posebno posmatrana sazviježđa. Na primjer, sazviježđe Orion se može promatrati na tamnom nebu od jeseni do sredine proljeća, ali u ostatku godine Sunce je preblizu ovom sazviježđu (iako ne prolazi direktno kroz njega), a danju na nebu zvijezde koje čine ovo sazviježđe se mogu vidjeti golim okom ne izgleda moguće. Sunce, kada se posmatra sa Zemlje tokom cele godine, kreće se nebom duž linije koja se zove ekliptika, koja označava ravan Zemljine orbite (više precizna definicija− ravan orbite centra mase sistema Zemlja-Mjesec) i prolazi kroz 13 sazviježđa (Ovan, Bik, Blizanci, Rak, Lav, Djevica, Vaga, Škorpija, Zmijonik, Strijelac, Jarac, Vodolija i Ribe). Budući da se Zemlja okreće oko Sunca po eliptičnoj orbiti, orbitalna brzina je promjenjiva vrijednost, što prirodno utiče na prividno kretanje Sunca duž ekliptike. Prividno kretanje je također neravnomjerno - Sunce sporije prolazi jednu polovinu ekliptike (kada je Zemlja udaljenija od svjetiljke), a drugu - brže, zbog toga su na sjevernoj hemisferi proljeće i ljeto nešto duže nego jesen i zima. Kada je ljeto na sjevernoj hemisferi, Zemlja je najudaljenija od Sunca i najsporije se kreće u svojoj orbiti, a kada je zima, najbliža je i kreće se brže (na južnoj hemisferi je i dalje obrnuto).
Prividno kretanje Mjeseca
Ravan lunarne orbite ima nagib od 5 stepeni u odnosu na ravan Zemljine orbite oko Sunca, tako da prividno kretanje Meseca u odnosu na zvezde prolazi blizu linije ekliptike. Ali brzina ovog kretanja je mnogo veća od brzine Sunca. Ako se Sunce kreće u odnosu na zvijezde preko neba za iznos jednak njegovom prividnom prečniku za pola zemaljskog dana, tada Mjesec pređe istu udaljenost za oko 1 sat, a pošto se Mjesec može posmatrati na tamnom nebu, on nije teško pratiti ovaj pomak na pozadini zvijezda. Mjesec se kreće u svojoj orbiti u istom smjeru u kojem Zemlja rotira oko svoje ose (u smjeru suprotnom od kazaljke na satu kada se gleda sa sjevernog pola), tako da će se prividno kretanje Mjeseca na pozadini zvijezda odvijati od zapada prema istoku. Zbog još veće eliptičnosti mjesečeve orbite od Zemljine, prividno kretanje Mjeseca će biti neravnomjernije. Mjesec putuje u odnosu na zvijezde (i oko Zemlje) za 27 dana, 7 sati, 43 minuta, 11,5 sekundi. Za vrijeme mladog mjeseca, Mjesec je u istom smjeru na nebu kao i Sunce (tj. između Zemlje i Sunca) i stoga je okrenut na neosvijetljenu stranu. Međutim, postupno se pomičući sve dalje i dalje od zvijezde prema istoku, rub mjesečevog diska obasjan Suncem počinje da raste, i tako sve do punog mjeseca. Pun Mjesec izlazi na istočnom nebu i otprilike prati dnevnu putanju Sunca prije šest mjeseci. Dakle, na sjevernoj hemisferi u ljetnim mjesecima, kada Sunce izlazi na sjeveroistoku, diže se visoko i zalazi na sjeverozapadu - Mjesec, pak, izlazi na jugoistoku, ne diže se visoko iznad horizonta i zalazi u jug ujutro, zapad (kao Sunce tokom dana na sjevernoj hemisferi zimi). Prisustvo ukrštanja ravni lunarne i zemljine orbite daje nam priliku da posmatramo fenomene poput pomračenja Sunca i Meseca. Međutim, do njih dolazi samo ako su istovremeno ispunjeni sljedeći uvjeti, neovisni jedan o drugom - Mjesec na svom putu u odnosu na zvijezde mora biti blizu tačke sjecišta ove putanje sa ekliptikom, a mora postojati i nova mjesec (za pomračenje Sunca) ili pun mjesec (za pomračenje Mjeseca).
Prividno kretanje planeta
Orbitalne ravni planeta imaju nagib ne više od nekoliko stepeni u odnosu na ravan Zemljine orbite, stoga njihova prividna putanja u odnosu na zvijezde prolazi blizu ekliptike, ali putanja ovog kretanja je mnogo složenija od ono Sunca i Meseca. U početku se krećući u istom smjeru kao i Mjesec i Sunce (od zapada prema istoku (gibanje naprijed)), planete u nekom trenutku počinju usporavati, zaustavljaju se, a zatim se kreću neko vrijeme od istoka prema zapadu (retrogradno kretanje), nakon čega ponovo usporavaju i ponovo prelaze na direktno kretanje. Putanja kretanja pri promjeni smjera ima oblik petlje.
Kretanje planeta bliže Suncu od Zemlje (niže planete) se donekle razlikuje od kretanja planeta koje su dalje od Zemlje (gornje planete). Venera se kreće po nebu brže od Sunca u smjeru naprijed, sustiže ga, a zatim se zaustavlja ne više od 47 stepeni od Sunca (ovo je tačka najveće ugaone udaljenosti od svjetiljke (istočna elongacija)), nakon čega prelazi na retrogradno kretanje i ponovo prolazi pored Sunca i ponovo se zaustavlja ne dalje od 47 stepeni od svetila (zapadno elongacija) pa ponovo prelazi na direktno kretanje. Merkur se takođe kreće, samo će veličina petlje biti manja, pošto je Merkur bliži Suncu i njegova ugaona udaljenost od Sunca je veoma mala, maksimalno 28 stepeni. U slučaju Marsa i drugih viših planeta, kretanje u smjeru naprijed će biti sporije od kretanja Sunca, pa će planete postepeno zaostajati za njim, dok će biti sve zapadnije od Sunca. Kada je planeta u suprotnom smjeru od Sunca, njeno kretanje na pozadini zvijezda će se usporiti, te će se prebaciti na kretanje unazad, koje će ubrzo usporiti i ponovo krenuti u kretanje naprijed, nakon čega planeta će se početi približavati Suncu na nebu. Što je gornja planeta udaljenija, to će biti manja veličina petlje pri promjeni smjera kretanja.
Promjene u smjeru kretanja uzrokovane su nejednakom orbitalnom brzinom planeta. Retrogradno kretanje Venere i Merkura nastaje kada oni prestignu Zemlju, krećući se po svojoj orbiti i u isto vrijeme nalazeći se na istoj strani Sunca sa Zemljom. A u slučaju gornjih planeta, naprotiv, Zemlja ih prestiže i zbog toga dobijaju retrogradno kretanje. Petlje se dobijaju zbog činjenice da orbite planeta ne leže u istoj ravni, ali imaju, iako male, nagibe u odnosu na ravninu zemljine orbite.
Prividno kretanje zvijezda
Kada se razmatralo prividno kretanje tijela Sunčevog sistema, vrlo se često spominjala fraza „kretanje u odnosu na zvijezde“, što može dati utisak da su zvijezde potpuno nepomične. U stvarnosti, to nije slučaj, samo su brzine zvijezda toliko male u odnosu na udaljenosti do njih da je gotovo nemoguće primijetiti njihovo kretanje golim okom, čak i desetljećima. Kretanje se najbolje vidi kod onih zvijezda koje imaju visoke stvarne brzine preko vidnog polja posmatrača i istovremeno su i dalje u relativnoj blizini Sunca, tako da je ta brzina barem nekako uočljiva, jer kada se udalji od stotina svetlosnih godina, čak i pri poprečnim brzinama od stotine km/s, položaj zvezde će se menjati izuzetno sporo . Među zvijezdama (osim Sunca), Barnardova zvijezda ima najveće vlastito kretanje na nebu - veoma prigušeni crveni patuljak, koji, uprkos udaljenosti od 6 svjetlosnih godina od Sunca, nije vidljiv golim okom. Ali, ipak, ova zvijezda se kreće po nebu za 10 lučnih sekundi godišnje, što je više od 180 puta manje od njenog prividnog prečnika puni mjesec. Nije teško pretpostaviti da je potrebno otprilike isto toliko godina da se zvijezda pomakne u odnosu na pozadinu udaljenijih zvijezda na nebu do udaljenosti jednake veličini Mjeseca. Ali ovo je samo jedna zvijezda s tako velikim vlastitim kretanjem; za druge zvijezde ova kretanja su mnogo sporija.
Istraživanje svemira je odavno prevazišlo maštu:
– svake godine astronauti odu izvan Zemlje;
– ljudi lansiraju satelite, od kojih su neki već prešli Sunčev sistem;
– ogromni teleskopi posmatraju zvijezde sa orbite naše planete.
Ko je bio prvi pionir na nebu? Koje nevjerovatne teorije stoje iza naših svemirskih dostignuća? Šta nam budućnost donosi? Ova knjiga će vam ukratko i jasno reći najviše važna otkrića u oblasti astronomije, o ljudima koji su ih napravili.
Budite u toku sa naučnim otkrićima - za samo sat vremena!
knjiga:
| <<< Назад
|
Naprijed >>> |
Zapažanja i mjerenja Tychoa Brahea omogućili su njegovom učeniku, njemačkom naučniku Johanesu Kepleru, da napravi sljedeći korak u razvoju astronomije.
Geocentrično Ptolomejev svjetski sistem i kopernikanski heliocentrični sistem
Izračunavajući orbitu Marsa, Kepler je otkrio da to nije krug, kako su vjerovali Kopernik i drugi naučnici, već elipsa. U početku ovaj zaključak nije proširio na druge planete, ali je kasnije shvatio da ne samo Mars, već i sve planete imaju elipsoidnu orbitu.Tako je otkriven prvi Keplerov zakon o kretanju planeta. IN moderna formulacija zvuči ovako: svaka planeta Sunčevog sistema okreće se u elipsi, u jednom od fokusa kojih se nalazi Sunce.
Drugi zakon planetarnog kretanja bio je logična posljedica prvog. Još prije formulacije prvog zakona, posmatrajući kretanje Marsa, Kepler je primijetio da se planeta kreće sporije što je dalje od Sunca. Eliptični oblik orbite u potpunosti objašnjava ovu osobinu kretanja. U jednakim vremenskim periodima, prava linija koja povezuje planetu sa Suncem opisuje jednaka područja - ovo je drugi Keplerov zakon.
Drugi zakon objašnjava promjenu brzine planete, ali ne daje nikakve proračune. Formula za izračunavanje brzine rotacije planeta i vremena potrebnog za obilazak Sunca je Keplerov treći zakon.
Keplerovo istraživanje stavilo je tačku na spor između svjetskih sistema Ptolomeja i Kopernika. On je ubedljivo dokazao da je Sunce, a ne Zemlja, u centru našeg sistema. Nakon Keplera, u naučnom svijetu više nije bilo pokušaja da se oživi geocentrični sistem.
Tačnost tri zakona planetarnog kretanja koje je otkrio Kepler potvrđena je brojnim astronomska posmatranja. Ipak, osnova i razlozi ovih zakona ostali su nejasni sve do kraja 17. vijeka. Njutnov genij se nije manifestovao.
Svi znaju priču o tome kako je Newton otkrio zakon univerzalne gravitacije: jabuka mu je pala na glavu, a Newton je shvatio da je jabuka privučena Zemljom. U proširenoj verziji ove legende nalazi se i Mesec, koji je naučnik posmatrao dok je sedeo ispod drveta jabuke.
Nakon što je jabuka pala, Njutn je shvatio da su sila koja je izazvala pad jabuke i sila koja je držala Mesec u Zemljinoj orbiti bile iste prirode.
U stvarnosti, naravno, sve je bilo daleko od tako jednostavnog.Njutn je pre otkrića čuvenog zakona posvetio mnogo godina proučavanju mehanike, zakona kretanja i interakcije između tela. On nije bio prvi koji je sugerisao postojanje gravitacionih sila. O tome je govorio Galileo Galilei, ali je vjerovao da privlačnost prema Zemlji djeluje samo na našoj planeti i da se proteže samo na Mjesec. Kepler, koji je otkrio zakone planetarnog kretanja, bio je siguran da oni rade isključivo u svemiru i da nemaju nikakve veze sa zemaljskom fizikom. Njutn je uspeo da kombinuje ova dva pristupa – on je to prvi shvatio fizički zakoni, prvenstveno zakon univerzalne gravitacije, univerzalni su i primjenjivi na sva materijalna tijela.
Suština zakona univerzalne gravitacije svodi se na činjenicu da postoji privlačnost između apsolutno svih tijela u Univerzumu. Sila privlačenja zavisi od dvije glavne veličine - mase tijela i udaljenosti između njih. Što je tijelo teže, to jače privlači lakša tijela. Zemlja privlači Mjesec i drži ga u svojoj orbiti. Mesec takođe ima određeni uticaj na našu planetu (izaziva plimu), ali je gravitaciona sila Zemlje, zbog njene veće mase, veća.
Pored zakona univerzalne gravitacije, Newton je formulisao tri zakona kretanja. Prvi od njih se zove zakon inercije. Ona kaže: ako se na tijelo ne primjenjuje sila, ono će ostati u stanju mirovanja ili uniforme pravolinijsko kretanje. Drugi zakon uvodi pojam sile i ubrzanja, a ove dvije veličine, kako je Njutn dokazao, zavise od mase tijela. Što je veća masa, to će biti manje ubrzanje za određenu primijenjenu silu. Njutnov treći zakon opisuje interakciju dva materijalna objekta. Njegova najjednostavnija formulacija kaže: akcija je jednaka reakciji.
Otkrića koja je napravio Isaac Newton i formule koje je izveo dali su astronomiji moćno oruđe koje je omogućilo da se ova nauka napreduje daleko naprijed. Mnogi fenomeni koji ranije nisu imali objašnjenje otkrili su svoju prirodu. Postalo je jasno zašto se planete okreću oko Sunca, a sateliti oko planeta, a da ne lete u svemir: drže ih sila gravitacije. Brzina planeta ostaje ujednačena zbog zakona inercije. Okrugli oblik nebeskih tijela također je dobio svoje objašnjenje: stječe se gravitacijom, privlačenjem masivnijeg centra.
| <<< Назад
|
Naprijed >>> |
