Движение звезд как доказательство развития вселенной доклад
Обновлено: 03.07.2024
Еще итальянский философ Дж. Бруно (1548—1600), отождествляя физическую природу Солнца и звезд, утверждал, что все они движутся в беспредельном пространстве. Вследствие этого движения видимые положения звезд на небе постепенно изменяются. Однако из-за колоссального удаления звезд эти изменения настолько малы, что даже у наиболее близких звезд могут быть обнаружены невооруженным глазом лишь через тысячи и десятки тысяч лет. Но, как известно, такими возможностями ни один человек не обладает. Поэтому единственный способ обнаружения смещения звезд на небе — это сравнение их видимых положений, разделенных большими интервалами времени.
Галлей установил, что почти за 2000 лет, разделяющих оба каталога, звезды Сириус ( α Большого Пса) и Процион ( α Малого Пса) сместились примерно на 0,7°, а Арктур ( α Волопаса) более чем на 1° Такие большие смещения, превышающие видимый диаметр Луны (0,5°), не оставляли сомнения в пространственном движении звезд.
В настоящее время собственные движения звезд изучаются по фотографиям звездного неба, полученным с интервалом времени в несколько десятков лет, начало и конец которого именуются эпохами наблюдений. Полученные негативы совмещают, т. е. накла дывают друг на друга, и тогда на них сразу выявляются сместившиеся звезды. Эти смещения измеряют с точностью до 1 мкм и по масштабу негатива переводят в секунды дуги.
Хотя наблюдения проводят с Земли, но в конечном итоге всегда вычисляют пространственную скорость звезд относительно Солнца. Пусть в некоторый день года t1 (первая эпоха наблюдений) звезда N1 видна на небе в точке n1. Она находится от Солнца на расстоянии r и движется относительно него в пространстве со скоростью v (рис. 79). Проекция пространственной скорости v на луч зрения r представляет собой лучевую скорость v(r) звезды, а перпендикулярная к ней проекция V(t) называется тангенциальной скоростью. Через несколько десятков лет, ко второй эпохе наблюдений t2, звезда переместится в пространстве в точку N2 и будет видна на небе в точке n2, т. е. за разность эпох (t2 — t1) звезда сместится по небу на дугу n1n2, видимую с Земли под малым углом σ, который измеряется на совмещенных негативах. Из-за колоссального удаления звезд точно такое же смещение σ будет и относительно Солнца.
называется собственным движением звезды и выражается в секундах в год ("/год). (В астрономических календарях и справочниках указываются только секунды дуги, а единица знаменателя подразумевается, о чем нужно твердо помнить.)
За разность эпох наблюдений (t2 —t1) звезда в направлении тангенциальной скорости пройдет в пространстве путь
Но расстояния r до звезд выражают в парсеках (пк), а μ — в секундах в год ("/год) Нам необходимо знать v1 в километрах в секунду (км/с). Помня, что 1 пк = 206 265 а. е. =206 265 X 1,496*10^8 км, а 1 год содержит 3,156*10^7с, найдем
Но расстояния r до звезд вычисляются по их измеренным годичным параллаксам п, а по формуле (5.2) r = 1/п.
Лучевая скорость звезд определяется по смещению линий в их спектрах. Найденная по спектрограммам лучевая скорость звезд является скоростью относительно Земли и включает в себя ее орбитальную скорость, направление которой из-за движения вокруг Солнца непрерывно меняется (за пол года — на 180°). Вследствие этого на протяжении года лучевая скорость звезд испытывает периодичес кие изменения в определенных пределах (это тоже служит одним из доказательств обращения Земли вокруг Солнца). Поэтому в найденные по спектрограммам лучевые скорости вносят поправки, учитывающие значение и направление скорости Земли в дни фотографирования спектров, и по ним вычисляют лучевую скорость звезды v(r) относительно Солнца. Тогда пространственная скорость звезды, часто называемая гелиоцентрической скоростью,
При удалении звезды от Солнца ее лучевая скорость v(r)>0, а при приближении v(r) = 2,284"), α Большого Пса (μ= 1,324") и α Малого Пса (μ= 1,250"). Наибольшим собственным движением ц= 10,27" обладает сравнительно близкая к Солнцу слабая звезда — красный карлик 9,7^m в созвездии Змееносца (ее п = 0,547"), обнаруженная в 1916 г. американским астрономом Э. Барнардом (1857—1923) и поэтому прозванная Летящей звездой Барнарда. Ее лучевая скорость v(r) = -111 км/с, а пространственная скорость v = 142 км/с, причем она направлена под углом 38° к направлению на Солнце. Большинство же звезд движется относительно Солнца со скоростью в несколько десятков километров в секунду.
Сведения о лучевых скоростях, собственных движениях и годичных параллаксах звезд позволяют решать не только задачи на. определение их пространственной скорости и принадлежности к определенной группе звезд, но и выяснять условия видимости звезд в далеком прошлом и будущем.
Изучив собственные движения звезд какого-либо созвездия, можно представить себе его вид в далеком прошлом и в не менее близком будущем. В частности, изменение вида созвездий Большой Медведицы и Лебедя показано на рисунках 81 и 82.
Изучение собственных движений звезд помогло обнаружить движение Солнечной системы в пространстве. Впервые эту задачу решил В. Гершель в 1783 г., использовав собственные движения всего лишь 7 звезд, а несколько позже—13 звезд. Он нашел, что Солнце вместе со всем множеством тел, обращающихся вокруг него, движется в направлении к звезде λ Геркулеса (4,5^m). Точку неба, в направлении которой происходит это движение, Гершель назвал солнечным апексом (от лат apex — вершина).
В дальнейшем астрономы неоднократно определяли положение солнечного апекса по большому числу звезд с известными собственными движениями. При этом они основывались на том, что если бы Солнечная система покоилась в пространстве, то собственные движения звезд во всех областях неба имели бы самые различные направления. В действительности же в области созвездий Лиры и Геркулеса собственные движения большинства звезд направлены так, что создается впечатление, будто звезды разбегаются в разные стороны. В диаметрально противоположной области неба, в созвездиях Большого Пса, Зайца и Голубя собственные движения большинства звезд направлены примерно друг к другу, т. е. звезды как бы сближаются между собой. Эти явления объяснимы лишь дви жением Солнечной системы в пространстве в направлении к созвездиям Лиры и Геркулеса. Действительно, каждый наблюдал, что во время движения окружающие предметы, видимые в направлении движения, как бы расступаются перед нами, а находящиеся позади — смыкаются.
В 20-х годах нашего столетия началось массовое вычисление лучевых скоростей звезд относительно Солнца. Это дало возможность не только определить положение солнечного апекса, но и узнать скорость движения Солнечной системы в пространстве. Крупные исследования в этом направлении были проведены в 1923—1936 гг. в астрономических обсерваториях нескольких стран, в том числе в 1923— 1925 гг. московскими астрономами под руководством В. Г Фесенкова. Исследования показали, что у большинства звезд, расположенных вблизи солнечного апекса, лучевая скорость близка к —20 км/с, т. е. эти звезды приближаются к Солнцу, а звезды, находящиеся в противоположной области неба, удаляются от Солнца со скоростью около +20 км/с. Совершенно очевидно, что эта скорость свойственна самой Солнечной системе.
В настоящее время окончательно установлено, что Солнечная система движется относительно окружающих ее звезд со скоростью около 20 км/с (точнее, 19,5 км/с) в направлении к солнечному апексу, расположенному вбли зи слабой звезды v Геркулеса (m=4,5^m) недалеко от границы этого созвездия с созвездием Лиры. Экваториальные координаты солнечного апекса: прямое восхождение αА =270° (18ч00м) и склонение δА =+30 °.
В 1844 г. немецкий астроном Ф. Бессель (1784—1846) обнаружил такие отклонения в смещениях Сириуса и Проциона и предсказал существование у них невидимых массивных спутников. А почти через 18 лет, 31 января 1862 г., американский оптик А. Кларк, испытывая изготовленный им линзовый объектив диаметром 46 см, обнаружил спутник Сириуса — звезду 8,4^m, отстоящую от главной звезды на 7,6" В 1896 г. Дж. Шеберле открыл в 4,6" от Проциона его спутник — звезду 10,8^m. Оба спутника, как выяснилось впоследствии, оказались белыми карликами.
Невидимые спутники имеются и у Летящей звезды Барнарда, но они пока не открыты. Из анализа ее движения установлено, что у нее должно быть три спутника, по-видимому, планеты. Всего сейчас известно около 10 звезд, вокруг которых обращаются пока невидимые спутники.
Как вы думаете, почему происходит движение звезд по небу? Давайте вместе разбираться.
В результате вращения Земли вокруг своей оси возникает видимое суточное движение звезд по небесной сфере. Причем наша планета кружится с запада на восток, поэтому окружающие её объекты космоса имеют такое же направление.
Между прочим, если смотреть на небо всю ночь, то можно заметить плавное движение звезд и всей небесной сферы в пространстве. Такое перемещение по оси относительно места наблюдения называется суточным движением.
Суточное вращение звёзд
Как скорость влияет на движение звезд по небу
На самом деле, движение звезд практически незаметно. Поскольку их скорость передвижения намного меньше расстояния, которое лежит между Землей и ими. Собственно говоря, чем больше скорость, тем больше видимое движение звезд.
Какая звезда обладает наивысшей скоростью собственного движения
Если, конечно, не считать Солнце, по этому показателю выделяется звезда Барнарда. По оценке учёных, светило меняет свои угловые координаты на небе на 10 секунд в год. И это, несмотря на то, что это довольно тусклый карлик, расположенный на расстоянии 6 световых лет от нашей главной звезды.
Звезда Барнарда
Правда, другие звёздные объекты не могут похвастаться таким высоким собственным движением. Вероятно, от этого и зависит обманчивое впечатление их неподвижности.
Видимое движение звезд на различных географических широтах
Прежде всего, важно понимать, что с разных точек наблюдения мы всё видим по-разному. Конечно, такой эффект получается из-за совокупности факторов. Например, играет роль расположение объекта, угол обзора и т.д.
Как известно, по светилам люди научились ориентироваться. Одним из простых способов определить географическую широту является измерение высоты полюса мира над линией горизонта. Поскольку угловая высота мирового полюса равна географической широте местности.
Высота полюса мира
Стоит отметить, что на разной географической широте, с которой проводят наблюдение, изменяется ось вращения сферы неба по отношению к линии горизонта.
Отсюда следует, что видимое движение звезд на различных географических широтах также разное.
К примеру, если наблюдения проводят на полюсе Земли, то светила являются незаходящими и невосходящими. Потому как их круговое движение всегда параллельно горизонту. Иначе говоря, они не поднимаются и не опускаются от границы неба и земной поверхности. То есть их высота над Землёй постоянная.
А вот со средних широт можно увидеть восходящие, заходящие и околополярные звёзды. Если они находятся от северного полюса мира, то в определённое время поднимаются на горизонтом. И наоборот, если они располагаются южнее, то никогда не взойдут выше горизонтной линии.
Звёздноке небо
Движение звезд по небу, действительно, не слишком заметно. Когда мы смотрим на ночное небо, нам кажется, что звезда неподвижна. Но, например, тысячу лет назад созвездия имели другие границы нежели сейчас.
Поскольку у каждого светила своя собственная скорость и темп, положение в пространстве, а также разные расстояния до них, то их видимое перемещение для нас совсем незначительно. Лишь с течением времени, а это могут быть тысячи и тысячи лет, нам становятся заметными какие-либо изменения.
Итак, объясняет движение звезд небу вращение нашей родной планеты вокруг своей оси. Помимо этого, не стоит забывать о том, что она кружится вокруг Солнца. Кстати, часто именно из-за Солнца мы не можем увидеть многие звёзды. Оно просто перекрывает наш обзор.
— Хотел бы я знать, зачем звезды светятся… Наверно, затем, чтобы рано или поздно каждый мог вновь отыскать свою.
Антуан де Сент-Экзюпери. Маленький принц.
Начиная с 70-х годов прошлого столетия, астрофизики стали считать, что темная материя составляет основу Вселенной. Вера Рубин, американский астроном, поняла необходимость введения данного термина, чтобы аргументировать высокую скорость вращения газа, находящегося на окраине галактик.
Немного позже идею Рубин подхватил и голландский астроном Альберт Босма, дополнив предположение коллеги тем, что темная материя имеет куда более обширную область собственного влияния. Почти через 10 лет, американский астроном Марк Ааронсон выявил влияние темной материи и на малые галактики, которые окружают Млечный Путь.
Прошло немало времени и были открыты новые малые галактики рядом с Млечным Путем, исследованы траектории звезд и определена их скорость перемещения, оказавшаяся очень высокой, что не может быть объяснено лишь гравитационной силой видимой массы. Выдвигалось немало теорий по данному вопросу, но установить баланс в этом вопросе решили с помощью темной материи. Теоретические расчеты показали, что в карликовых галактиках может скрывать в тысячи раз больше темной материи чем обычного вещества! Если это действительно было бы так, то гравитационные силы Млечного Пути оказались крайне малы, но эта несостыковка не особо волновала ученых, потому что они смогли объяснить высокую скорость движения звезд.
Гравитационные силы
Как известно, малые галактики включают в себя всего лишь несколько тысяч светил и анализируя свойства таких галактик, французко-китайская команда исследователей зафиксировала аномально мощную взаимосвязь между материей в карликах с гравитационными силами Млечного Пути. Говоря другими словами, астрономы вообще не взяли во внимание невидимую материю и объяснили взаимосвязь между объектами за счет одной гравитации.
Наблюдения показывают, что Млечный Путь и в самом деле влияет на движение звезд в малых галактиках по средствам собственной гравитации. При помощи компьютерного моделирования было доказано, что если звезды карликовых галактик повстречаются с гало Млечного Пути, то они полностью перейдут под влияние гравитации нашей галактики и для этого даже не нужно воздействие невидимой материи.
Объяснение
Если же темной материи в тысячи раз больше, чем обычной, то почему же карликовые и крупные галактики могут взаимодействовать банально за счет притяжения? Объясняется это тем, что малые галактики насыщены остывшим газом, а Млечный Путь - горячим. Встречаясь, они начинают взаимодействовать и наступает процесс дестабилизации движения звезд. Это говорит о том, что до встречи с нашей галактикой, звезды небольших галактик были неуравновешенными и теперь, зная расстояние от Млечного Пути до карликовой галактики, можно предсказать движение звезд в последних.
Заключение
Данное исследование меняет наше представление о темной материи вцелом. Теоретические расчеты допускали, что карликовые галактики перенасыщены темной материей, а у Млечного Пути слабая сила притяжения, чтобы оказывать воздействие на те или иные формирования во Вселенной. Однако прямые наблюдения убедили астрономов в том, что Млечный Путь не только оказывает влияние, но и всецело контролирует перемещение звездных потоков и в этом нет заслуги, если так можно сказать, темной материи.
Несмотря на то, что темная материя является гипотетической субстанцией, не стоит ее "пихать" везде где только можно и пытаться объяснять каждое малоизученное явление с ее помощью. Темная материя должна иметь доказательную базу если речь идет о ее присутствии в том или ином месте.
Человечище, если тебе было интересно, то поддержи проект THE SPACEWAY простой подпиской и лайком! Это абсолютно бесплатно :) Спасибо тебе большое!
Данное исследование позволяет получить наиболее полное представление целостной картины мира при изучении физики.
Научно-исследовательская работа
Подготовили: Лубков Иван Олегович и
Шамина Алена Павловна, ученики 8 класса
Руководитель работы:
Сидаш Светлана Андреевна, учитель физики
МКОУ «Толпинская средняя
Научный руководитель: Сидаш Светлана Андреевна - учитель физики
Гипотеза: Мы предполагаем, что с помощью визуального наблюдения можно увидеть вращения звезд.
Цель данного исследования: выяснить движутся ли звезды по небосклону.
1. Изучить способ наблюдения звезд по небу.
2. Выработать план для проведения исследования (выбрать созвездие для исследования).
3. Подобрать оборудование для выполнения исследования.
4.Получить знания о движении звезд на небе.
5.Проанализировать полученные результаты.
Методы исследования: Обзор литературы; наблюдение; практический;
Объект исследования: звездное небо
Предмет исследования: созвездие Большой Медведицы
Практическое значение исследования состоит в том, что оно может быть использовано для получения наиболее полного представления целостной картины мира при изучении физики.
1. Основная часть
1.1.Сведения о движении звездного неба и о движении звезд по нему 4-7 стр.
2. Практическая часть. 7 -11 стр.
2.1. Описание исследования……………. …………….……… 7 - 11 стр.
Основная часть.
В ясную, безоблачную ночь внимание человека всегда привлекает небо, усыпанное звездами. Множество ярких звезд, мерцая, блестит белым или чуть голубоватым светом. А сколько еще на небе слабых, еле заметных звездочек. Около многих из них существуют свиты планет, возможно даже обитаемых, населенных неведомыми существами. Перед глазами встает величественная картина неизмеримой бездны Вселенной. То, что мы видим невооруженным глазом – это лишь бесконечно малая часть звездного неба.
1.1.Сведения о движении звездного неба и о движении звезд по нему
[5] Наиболее известное нам созвездие Большая Медведица, занимающее на небосводе в своем движении вокруг Полярной звезды различные положения, может быть использовано как условные звездные часы. Для этого надо мысленно разделить небосвод на 12 равных частей, каждая из которых будет соответствовать одному условному часу (рис. 48).
Когда созвездие Большая Медведица находится внизу и занимает относительно Полярной звезды условное шестичасовое положение, стрелка звездных часов показывает 6 условных часов. Через 6 настоящих наших часов созвездие сделает четверть оборота, а стрелка звездных часов примет горизонтальное положение, соответствующее 3 условным часам. Еще через 6 наших часов стрелка звездных часов примет вертикальное положение вверх и будет показывать 12 условных часов, затем примет горизонтальное положение и покажет 9 условных часов.
Солнце – ближайшая к нам звезда и мы наблюдаем его различное положение на небе. Оно восходит, поднимается все выше и выше, потом начинает опускаться и заходит. Все эти наблюдения позволяют убедиться, что звезды перемещаются по небосводу. Все ли звезды движутся по небосводу? Оказывается, все, и притом одновременно. Можно сказать, что все небо с находящимися на нем звездами как бы вращается каждые сутки вокруг нас.
Практическая часть
Изучение карты звездного неба
Нахождение созвездий на вечернем небе таких как, Большая Медведица, Малая Медведица, Кассиопеи, Дракона.
Для выполнения работы мы выбрали объект исследования - созвездие Большой Медведицы.
2.1. Описание исследования
Прежде чем приступить к исследованию нами была изучена карта звездного неба, с целью изучения созвездий видимых в нашей местности. Мы выбрали для отыскания на звездном небе такие созвездия: Большая и Малая Медведица, Кассиопея и Дракон.
Научились находить эти созвездия, на ночном небе вспоминая их расположение на карте звездного неба.
[9]
Для изучения вращения звездного неба выбрали созвездие Большой Медведицы.
Проводили по 2 наблюдения в течение одного вечера через 2 часа в одно и то же число месяца в сентябре, октябре и ноябре.
Положение созвездия в дни наблюдений показаны в таблице, созвездие ориентировали по стене сарая.
Дата, время наблюдения
11.09.2017г 20 часов 30 минут
11.09.2017г 22 часа 30 минут
11.10.2017г 20 часов 30 минут
11.10.2017г 22 часа 30 минут
11.11.2017г 20 часов 30 минут
11.11.2017г 22 часа 30 минут
Проанализировав результаты наблюдений, сделали выводы:
•Вращение созвездия Большая Медведица происходит с запада на восток;
•Положение созвездия в один и тот же час суток через месяц практически не меняется, что свидетельствует о том, что все звезды движутся одинаково.
8 Наша матушка-планета
(Мы, конечно, знаем это!)
Каждый день и каждый год
Совершает оборот.
А с Земли при наблюдении
Создается впечатленье,
Что кружится не она,
А все звезды и Луна.
В будущем мы планируем продолжить работу над данной темой. Для этого мы должны будем выяснить на какой угол поворачиваются звезды за 2 часа.
В 9 классе свою работу представим как индивидуальный итоговый проект по физике.
Список литературы и интернет ресурсы:
Читайте также: