Методы исследования небесных тел реферат

Обновлено: 07.07.2024

Астрономические исследования проводятся в научных институтах, университетах и обсерваториях. Пулковская обсерватория под Ленинградом (рис. 36) существует с 1839 г. и знаменита составлением точнейших звездных каталогов. Ее в прошлом веке называли астрономической столицей мира. К крупнейшим на постсоветском пространстве обсерваториям следует отнести Специальную астрофизическую обсерваторию на Северном Кавказе, обсерватории Крымскую (вблизи Симферополя), Бюраканскую (вблизи Еревана), Абастуманскую (вблизи Боржоми), Голосеевскую (в Киеве), Шемахинскую (вблизи Баку). Из астрономических институтов России крупнейшие - Астрономический институт имени П. К. Штернберга при МГУ и Институт теоретической астрономии Академии наук СССР в Ленинграде.

Основным астрономическим прибором является телескоп.

Назначение телескопа — собрать как можно больше света от исследуемого объекта и (при визуальных наблюдениях) увеличить его видимые угловые размеры.

Основной оптической частью телескопа служит объектив, который собирает свет и создает изображение источника.

Если объектив телескопа представляет собой линзу или систему линз, то телескоп называют рефрактором, а если вогнутое зеркало — то рефлектором.

Большим прорывом в конструировании телескопов стало изобретение советским оптиком Д. Д. Максутовым менискового телескопа. Мениск — тонкая выпукло-вогнутая линза малой кривизны, которая устанавливается в верхней части тубуса для исправления недостатков главного зеркала. В качестве дополнительного зеркала используется напыленное на поверхность мениска круглое алюминиевое пятно.

Собираемая телескопом световая энергия зависит от размеров объектива. Чем больше площадь его поверхности, тем более слабые светящиеся объекты можно наблюдать в телескоп.

В рефракторе лучи, пройдя через объектив, преломляются и образуют изображение объекта в фокальной плоскости. В рефлекторе лучи от вогнутого зеркала отражаются и потом также собираются в фокальной плоскости.

Рис.54. Схема устройства телескопов:

а) рефрактор; б) рефлектор; в) менисковый телескоп.

Изображение небесного объекта, построенное объективом, можно либо рассматривать через линзу, называемую окуляром, либо фотографировать.

Для высокоточных измерений энергии световых потоков используют фотоэлектрические фотометры. В них свет от звезды, собираемый объективом телескопа, направляется на светочувствительный слой электронного вакуумного прибора - фотоумножителя, в котором возникает слабый ток, усиливаемый и регистрируемый специальными электронными приборами. Пропуская свет через специально подобранные различные светофильтры, астрономы количественно и с большой точностью оценивают цвет объекта.

Рис.55. Изображение галактики, сделанное оптическим телескопом.

После того как было обнаружено космическое радиоизлучение, для его приема были созданы радиотелескопы различных систем. Антенны некоторых радиотелескопов похожи на обычные рефлекторы. Они собирают радиоволны в фокусе металлического вогнутого зеркала. Это зеркало можно сделать решетчатым и громадных размеров - диаметром в десятки метров.

Рис.56. Радиотелескоп обсерватории Аресибо (Пуэрто-Рико)

Есть радиотелескопы, состоящие из системы отдельных антенн, удаленных друг от друга (иногда на многие сотни километров), при помощи которых производятся одновременные наблюдения космического радиоисточника. Такой способ позволяет узнать структуру исследуемого радиоисточника и измерить его угловой размер, даже если он во много раз меньше одной угловой секунды.

Рис.57. Радиотелескоп в пустыне Атакама (Чили).

К числу крупнейших в мире радиотелескопов относится и РАТАН-600. Этот радиотелескоп был построен в 1974 году близ станицы Зеленчукская в Карачаево-Черкессии, на высоте 970 м над уровнем моря.

Важнейшим источником информации о большинстве небесных объектов является их излучение. Наиболее ценные и разнообразные сведения о телах позволяет получить спектральный анализ их излучения. Этим методом можно установить качественный и количественный химический состав светила, его температуру, наличие магнитного поля, скорость движения по лучу зрения и многое другое.

Спектральный анализ, как вы знаете, основан на явлении дисперсии света. Если узкий пучок белого света пустить на боковую грань трехгранной призмы, то, преломляясь в стекле по-разному, составляющие его лучи дадут на экране радужную полоску, называемую спектром. В спектре все цвета расположены всегда в определенном порядке.

Рис.59. Образование спектра.

Как известно, свет распространяется в виде электромагнитных волн. Каждому цвету соответствует определенная длина электромагнитной волны. Длина волны света уменьшается от красных лучей к фиолетовым примерно от 0,7 до 0,4 мкм. За фиолетовыми лучами в спектре лежат ультрафиолетовые лучи, не видимые глазом, но действующие на фотопластинку. Еще меньшую длину волны имеют рентгеновские лучи. За красными лучами находится область инфракрасных лучей. Они невидимы, но воспринимаются приемниками инфракрасного излучения, например, специальными фотопластинками.

Рис.60. Шкала электромагнитных излучений.

Для получения спектров применяют приборы, называемые спектроскопом и спектрографом. В спектроскоп спектр рассматривают, а спектрографом его фотографируют. Фотография спектра называется спектрограммой.

Существуют следующие виды спектров земных источников и небесных тел.

а) Сплошной, или непрерывный, спектр в виде радужной полоски дают непрозрачные раскаленные тела (уголь, нить электролампы) и достаточно протяженные плотные массы газа.

б) Линейчатый спектр излучения дают разреженные газы и пары при сильном нагревании. Каждый газ излучает свет строго определенных длин волн и дает характерный для данного химического элемента линейчатый спектр. Сильные изменения состояния газа или условий его свечения, например, нагревание или ионизация, вызывают определенные изменения в спектре данного газа. Составлены таблицы с перечнем линий каждого газа и с указанием яркости каждой линии. Например, в спектре паров натрия особенно ярки две желтые линии.

в) Линейчатый спектр поглощения дают газы и пары, когда за ними находится яркий источник, дающий непрерывный спектр. Спектр поглощения представляет собой непрерывный спектр, перерезанный темными линиями, которые находятся в тех самых местах, где должны быть расположены яркие линии, присущие данному газу. Например, две темные линии поглощения паров натрия расположены в желтой части спектра.

Рис.61. Виды спектров.

Изучение спектров позволяет производить анализ химического состава газов, излучающих или поглощающих свет. Количество атомов или молекул, излучающих или поглощающих энергию, определяется по интенсивности линий. Чем заметнее линия данного элемента в спектре излучения или поглощения, тем больше таких атомов (молекул) на пути луча света.

Солнце и звезды окружены газовыми атмосферами. Непрерывный спектр их видимой поверхности перерезан темными линиями поглощения, возникающими при прохождении излучения через атмосферу звезд. Поэтому спектры Солнца и звезд - это спектры поглощения.

Рис.62. Спектры: 1) Солнца; 2) водорода; 3) гелия; 4) Сириуса (белая звезда);

5) Бетельгейзе, или α Ориона (красная звезда)

4. Внеземная астрономия

Исследования с помощью космической техники занимают особое место в методах изучения небесных тел и космической среды. Начало этому было положено запуском в СССР в 1957 г. первого в мире искусственного спутника Земли. Быстро развиваясь, космонавтика сделала возможным:

1) создание внеатмосферных искусственных спутников Земли;

2) создание искусственных спутников Луны и планет;

3) перелет и спуск приборов, управляемых с Земли, на Луну и планеты;

4) создание управляемых с Земли автоматов, доставляющих с планет пробы грунта и записи разных измерений;

5) полеты в космос лабораторий с людьми и высадку их на Луну.

Космические аппараты позволили проводить исследования во всех диапазонах длин волн электромагнитного излучения. Поэтому современную астрономию часто называют всеволновой. Внеатмосферные наблюдения дают возможность принимать в космосе излучения, поглощаемые или сильно изменяемые земной атмосферой: далекие ультрафиолетовые, рентгеновские и инфракрасные лучи, радиоизлучения некоторых длин волн, не доходящих до Земли, а также корпускулярные излучения Солнца и других тел.

Гамма-лучи излучаются сверхновыми, нейтронными звёздами, пульсарами и чёрными дырами.

Рентгеновские лучи испускают скопления галактик, чёрные дыры, активные ядра галактик, остатки сверхновых, звёзды, звёзды в паре с белым карликом (катастрофические переменные звёзды), нейтронные звезды или чёрные дыры (рентгеновские двойные).

Объекты, излучающие ультрафиолетовое излучение, включают Солнце, другие звёзды и галактики.

Оптические телескопы используются для наблюдения звезд, галактик, планетарных туманностей и протопланетных дисков.

В инфракрасном свете можно рассматривать холодные звезды (в том числе коричневые карлики), туманности, и очень далекие галактики.

В основе нейтринного телескопа лежит концептуальная идея, которая высказана была академиком Марковым в 1960 году. Она заключается в том, чтобы регистрировать заряженные частицы глубоко под водой, в озерах или океанах, посредством регистрации возникающего свечения особого рода (эффект Вавилова – Черенкова). Это довольно мощный источник, который можно регистрировать.

В 1993 году началось строительство байкальского нейтринного телескопа НТ-200. Он содержал 196 оптических модулей, поэтому цифра 200. И на этой установке уже в 1994 году были получены первые результаты. С 1995 по 2000 год на Южном полюсе была создана установка AMANDA — это детектор первого поколения, такой же, как и байкальский. А следующий шаг был сделан в 2008 году, когда в Средиземном море была поставлена уже подводная установка, ANTARES, она работает до сих пор в Тулонской бухте около Франции. В 2011 году заработала установка на Южном полюсе, называется она IceCube, и содержит около 5 тысяч фотодетекторов, распределенных в кубическом километре льда на глубине от 1500 до 2500 метров.

Рис. 63. Внеземные телескопы. Слева направо:

Много информации о природе наиболее далеких от нас тел и их систем также получено благодаря исследованиям, выполненным при помощи приборов, установленных на различных космических аппаратах.

Результаты астрофизических исследований за последние десятилетия показывают, что в окружающем нас мире происходят значительные изменения, которые затрагивают не только отдельные объекты, но и всю Вселенную в целом.

Глава 16. Солнце.

Солнце — центральное и самое массивное тело Солнечной системы. Его масса в 333 000 раз больше массы Земли и в 750 раз превышает массу всех других планет, вместе взятых. Солнце — мощный источник энергии, постоянно излучаемой им во всех участках спектра электромагнитных волн — от рентгеновских и ультрафиолетовых лучей до радиоволн. Это излучение оказывает сильное воздействие на все тела Солнечной системы: нагревает их, влияет на атмосферы планет, дает свет и тепло, необходимые для жизни на Земле.

Вместе с тем, Солнце — ближайшая к нам звезда, у которой, в отличие от всех других звезд, мы можем наблюдать диск, и при помощи телескопа изучать на нем мелкие детали, размером даже до нескольких сотен километров. Солнце — типичная звезда, а потому его изучение помогает понять природу звезд вообще.

Видимый угловой диаметр Солнца незначительно меняется из-за эллиптичности орбиты Земли. В среднем он составляет около 32', или 1/107 радиана, т. е., диаметр Солнца равен 1/107 а. е., или приблизительно 1 400 000 км, что в 109 раз превышает диаметр Земли. Мощность полного излучения Солнца (его светимость) составляет около 4 • 10 кВт. Так излучает тело солнечных размеров, нагретое до температуры около 6000 К (эффективная температура Солнца). Земля получает от Солнца примерно 1/2 000 000 000 часть излучаемой им энергии.

Солнце — раскаленный газовый шар. В основном оно состоит из водорода с примесью 10% (по числу атомов) гелия. Число атомов всех остальных элементов, вместе взятых, примерно в 1000 раз меньше. Однако масса этих более тяжелых элементов составляет 1—2% массы Солнца. На Солнце вещество сильно ионизовано, т. е. атомы потеряли свои внешние электроны и вместе с ними стали свободными частицами ионизованного газа—плазмы.

Средняя плотность солнечного вещества ρ =1400 кг/м 3 . Это значение соизмеримо с плотностью воды и в тысячу раз больше плотности воздуха у поверхности Земли. Однако в наружных слоях Солнца плотность в миллионы раз меньше, а в центре — в 100 раз больше, чем средняя плотность.

Под действием сил гравитационного притяжения, направленных к центру Солнца, в его недрах создается огромное давление.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

2. Особенности астрономических наблюдений

3. Основной инструмент астрономических наблюдений

4. Разделы наблюдательной астрономии

5. Методы наблюдений в астрономии

6. Условия для проведения астрономических наблюдений

8. Список используемых источников

Введение. Со всех сторон нашу Землю окружает необъятный мир небесных тел. Его называют Вселенной или космосом. Лишь некоторые из небесных тел можно наблюдать невооружённым глазом. Но во Вселенной бесчисленное множество тел, которые не видны даже в самые мощные телескопы. Все эти тела изучает астрономия. Астрономические наблюдения- это основной способ исследования небесных тел и событий. Именно с помощью них регистрируется то, что происходит в ближнем и дальнем космосе. Астрономические наблюдения-главный источник знания, полученного экспериментальным путем. Астрономические наблюдения и обработка их данных проводятся в астрономических обсерваториях. Первая российская обсерватория была построена в Пулково, под Санкт-Петербургом. Современные обсерватории оснащены телескопами, светоприемной и анализирующей аппаратурной, различными вспомогательными приборами, высокопроизводительными ЭВМ.

Особенности астрономических наблюдений

1. Наблюдения весьма инертны, поэтому для них требуются достаточно длительные сроки. Активное влияние на космические объекты, за редкими исключением, которые даёт пилотируемая и непилотируемая космонавтика, затруднено. Многие явления могут быть зафиксированы лишь благодаря наблюдениям на протяжении многих тысяч лет.

2. Процесс наблюдения происходит с земной поверхности, Земля осуществляет сложное движение, поэтому наблюдатель видит только определенный участок звёздного неба.

3. Угловые измерения, выполняемые на основе наблюдений, являются основой для расчетов, определяющих линейные размеры объектов и расстояний до них. Угловые размеры заезд и планет, измеряемые с помощью оптики, не зависят от расстояний до них, расчеты могут быть довольно неточными.

Основной инструмент астрономических наблюдений

Основной инструмент астрономических наблюдений- оптический телескоп. Оптический телескоп обладает принципом действия, определяемым его типом. Но независимо от его вида, главная цель телескопа-сбор максимального количества света, испускаемого светящимися объектами, для создания их изображений. Виды оптических телескопов: рефракторы( линзовые), рефлекторы ( зеркальные), зеркально- линзовые. В рефракторном телескопе изображение достигается результатом преломления света в линзе объектива. Недостаток- ошибка в результате размытости изображения. Особенность рефлекторов-использование в астрофизике. В них главное не то, как свет преломляется, а как отражается. Они совершеннее линзовых и более точны. Зеркально-линзовые телескопы сочетают в себе функции рефлекторов и рефракторов.

Разделы наблюдательной астрономии

В наблюдательной астрономии деление на разделы связано с разбиением электромагнитного спектра на диапазоны. Оптическая астрономия способствует наблюдениям в районе видимой части спектра. В наблюдательных аппаратах применяются зеркала, линзы, твердотельные детекторы. При этом область видимого изучения лежит в середине диапазона исследуемых волн. Длина волн видимого излучения лежит в диапазоне от 400нм до 700нм. Инфракрасная астрономия основана на поиске и исследовании инфракрасного излучения. При этом длина волн превышает предельное значение для наблюдений с кремниевыми детекторами: около 1мкм. Для изучения выбранных объектов в данной части диапазона основном исследователями применяются телескопы-рефлекторы. Радиоастрономия основана на наблюдениях излучения с длиной волны от миллиметров до десятков миллиметров. Принципом своей работы приемники, использующие радиоизлучение, сопоставимы с теми приемниками, которые используются в трансляции радиопередач. Но приемники радиоизлучения обладают большей чувствительностью. Рентгеновская астрономия, гамма-астрономия и ультрафиолетовая астрономия входят в астрономию высоких энергий.

Методы наблюдений в астрономии

Получение искомых данных возможно при проведении астрономами регистрации электромагнитных излучений. Исследователи проводят наблюдения нейтрино, гравитационных волн, космических лучей. Оптическая и радиоастрономия в своей деятельности используют наземные обсерватории. Причиной этого является то, что на длинах волн данных диапазонов атмосфера нашей планеты имеет относительную прозрачность. Обсерватории в основном расположены на больших высотах. Это связано с уменьшением поглощения и искажений, которые создаёт атмосфера. Ряд волн инфракрасного диапазона существенно поглощается молекулами воды. Из-за этого обсерватории часто строят в сухих местах, на большой высоте или в космосе. Аэростаты или космические обсерватории в основном используются при работе в областях рентгеновской, гамма- и ультрафиолетовой астрономии. Наблюдая атмосферные ливни, можно обнаружить создавшее их гамма-излучение. Изучение космических лучей в настоящее время является быстро развивающейся сферой астрономической науки. Расположенные близко к Солнцу и к Земле объекты можно видеть и измерять при их наблюдении на фоне иных объектов. Такие наблюдения использовались для построения орбит планет, для определения из относительных масс и гравитационных возмущений. Результатом стало открытие Урана, Нептуна, Плутона. Радиоастрономия-развитие этой области астрономии стало результатом открытия радиоизлучения. Дальнейшее развитие этой области привело к открытию такого явления как космические фоновое излучение. Нейтринная астрономия- данная область астрономической науки использует в совсем арсенале нейтринные детекторы, расположенные под землёй. Средства нейтринной астрономии помогают получать сведения о процессах, которые исследователи не могут наблюдать в телескопы. Примером могут служить процессы, происходящие в ядре нашего Солнца. Приемники гравитационных волн имеют возможность регистрировать следы даже таких явлений, как столкновение столь массивных объектов, как нейтронные звёзды и черные дыры. Космические автоматически аппараты активно используются в астрономических наблюдениях за планетами Солнечной системы. С помощью них активно изучается геология и метеорология планет. Также небесные тела исследуются с помощью космических летательных аппаратов(КЛА) и с помощью орбитальных космических телескопов.

Условия для проведения астрономических наблюдений

Для лучшего наблюдения астрономических объектов важны следующие условия:

1. Исследования в основном проводятся в видимой части спектра при использовании оптических телескопов.

2. Наблюдения в основном проводятся в ночное время, поскольку качество получаемых исследователями данных зависит от прозрачности воздуха и условий видимости. Условия видимости зависят от турбулентности и наличия тепловых потоков в воздухе.

3. Отсутствие полной Луны даёт преимущество в наблюдениях за астрономическими объектами. Если есть полная Луна на небе, то это даёт дополнительную засветку и осложняет наблюдения за слабыми объектами.

4. Для оптического телескопа наиболее подходящим местом наблюдения является открытый космос. В космическом пространстве возможно проводить наблюдения, которые не зависят от капризов атмосферы, за отсутствием таковой в космосе. Недостаток-высокая финансовая стоимость.

5. Пики гор- подходящее место для наблюдения за космическим пространством. Горные пики имеют большое количество безоблачных дней и меню ю имеют качественные условия видимости, связанные с хорошим качеством атмосферы.

6. Создаваемое человеческой деятельностью искусственное освещение мешают качественному наблюдению слабых астрономических объектов. Помочь проблеме помогает использование плафонов вокруг уличных фонарей. В результате количество света поступающего на поверхность земли увеличивается, а излучение направленное в сторону неба уменьшается.

7. Для получения лучшего изображения используют телескопы с дополнительной коррекцией размытия картинки. Также используется адаптивная оптика, спеклитерферометрия, апертурный синтез или размещение телескопов в космосе.

В данном реферате мы рассмотрели методы астрономических наблюдений, условия для проведения астрономических наблюдений. Мы выяснили, что методы астрономических наблюдений весьма разнообразны. Одни из них применяются для определения положения космических тел на небесной сфере, другие применяются при изучении из движения, третьи-при исследовании физических характеристик космических тел. Различными методами, соответственно, различными инструментами ведутся наблюдения Солнца, туманностей, метеоров, планет, искусственных спутников Земли. В соответствии с этим астрономия делится на ряд разделов. Суть наблюдательной астрономии заключается в получении необходимой информации об объектах в космосе с помощью применения таких приборов, как телескопы и иное оборудование. Наблюдения в астрономии позволяют отслеживать закономерности в свойствах тех или иных изучаемых объектов. Полученные результаты изучения одних объектов можно распространить на иные объекты, обладающие схожими свойствами.

Методы исследования небесных тел, расположенных на огромных расстояниях от Земли. Электромагнитные волны как носители информации. Первые зрительные трубы и появление автоматического зеркального телескопа. Суть дифракции света и "просветления" оптики.

Рубрика	Астрономия и космонавтика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	23.07.2010
Размер файла	286,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Телескоп -- оружие астронома

1. Небесные тела далеко

Прежде чем познакомиться с работой астрономов, совершим небольшую экскурсию в физическую лабораторию.

Мы в просторном помещении с многочисленными столами, уставленными разнообразными приборами и аппаратурой. Вот один из сотрудников занимается изучением свойств какого-то нового сплава. Он помещает образцы в различные измерительные приборы, нагревает их и охлаждает, пропускает через них электрический ток, воздействует магнитными нолями, подвергает удару и растяжению. Другими словами, физик вызывает всевозможные изменения изучаемого объекта и наблюдает их последствия. В результате постепенно вырисовывается картина физических свойств нового вещества.

Примерно то же самое мы увидели бы в химической и биологической лабораториях. И здесь объект исследования, как правило, находится в непосредственном распоряжении ученого.

Иное дело астрономия. Среди всех небесных тел одни только метеориты могут быть подвергнуты лабораторному исследованию. Все остальные объекты, интересующие астрономов, расположены па огромных расстояниях от Земли.

В обычной жизни мы видим все события в тот самый момент, когда они совершаются в действительности. И даже тогда, когда, находясь в Москве, мы смотрим телевизионную передачу из далекого Владивостока, которая транслируется через искусственный спутник Земли, события в дальневосточной студии и на экране происходят фактически одновременно. Никакого запаздывания в поступлении сигналов практически не наблюдается.

Это и понятно, если вспомнить, что электромагнитные волны, несущие телевизионное изображение, распространяются с колоссальной скоростью -- около 300 000 км/сек. Такая скорость позволяет им мгновенно преодолевать любые земные расстояния.

Иное дело расстояния космические. Для их преодоления даже такому стремительному гонцу, как световой луч, требуются весьма ощутимые промежутки времени. Уже от Луны, ближайшего небесного тела, свет идет к нам больше секунды, а от Солнца -- восемь минут восемнадцать секунд. Для того чтобы пробежать расстояние от Солнца до самой далекой планеты солнечной системы -- Плутона, световая волна затрачивает 5'/2 часов, а ближайшей звезды Проксимы Центавра она достигнет только через 4'Д года.

Но любой предмет мы видим только тогда, когда свет, излученный им или отраженный его поверхностью, попадает в наш глаз. Следовательно, Луну мы видим такой, какой она была секунду тому назад, Солнце -- каким оно было 8 минут 18 секунд, а Проксиму Центавра-- какой она была 4Д года тому назад. Таким образом, световой год -- это не только единица длины, но и своеобразная единица времени.

Направив свой взор на небо, мы заглядываем в прошлое Вселенной, и каждая звезда, которую мы наблюдаем,-- это как бы одна из страниц истории. Вот, например, хорошо знакомая всем путеводная Полярная звезда, расположенная над Северным полюсом нашей планеты. Она находится на расстоянии 460 световых лет. Это значит, что свет, который сегодня пришел на Землю от Полярной звезды, начал свой путь 460 лет назад. Если бы эта звезда по какой-то причине перестала существовать, то люди, живущие на Земле, продолжали бы видеть эту фактически уже несуществующую звезду еще на протяжении последующих 460 лет. И только по истечении этого времени они увидели бы то, что случилось с Полярной в наши дни. Точно так же наблюдатель, который находился бы в данную минуту в районе Полярной звезды, видел бы нашу Землю такой, какой она была в начале XVI столетия, т. е. еще до открытия Коперником гелиоцентрической системы мира, Итак, планеты, звезды, звездные миры мы видим в прошлом. Это, между прочим, единственный в нашей жизни случай, когда своими собственными глазами мы можем непосредственно наблюдать события давным-давно минувших времен.

Итак, небесные тела расположены на огромных расстояниях от пашей планеты, вдалеке от земных лабораторий. И уже по одному этому (хотя р не только поэтому) для изучения космических объектов необходимы особые способы, особые методы исследования. Не располагая такими методами, мы мало что смогли бы узнать о небесных телах.

Поэтому наш рассказ о наиболее интересных вопросах современной астрономии мы начнем именно с методов.

У древнегреческого философа Платона есть любопытное рассуждение. Человечество приковано на цепь внутри глубокой пещеры. Люди ничего не знают о том, что происходит снаружи. Они могут судить о внешнем мире лишь по теням, которые отбрасывают его предметы в лучах Солнца на заднюю стену. А эти тени способны дать лишь самое смутное, поверхностное представление о реальных событиях.

И Платон, и Конт были идеалистами. Они считали, что окружающий нас мир непознаваем. Однако развитие естествознания показало, что научному исследованию доступны не только явления, происходящие непосредственно вокруг нас, но и то, что совершается в далеких уголках Вселенной. Оказалось, что большие расстояния отнюдь не могут служить непреодолимым препятствием для научного познания.

Но вложить информацию в электромагнитное излучение может не только человек -- это сплошь и рядом делает сама природа. Космические тела являются источниками всевозможных электромагнитных волн. Свойства этих волн тесно связаны с источниками излучения, с их природой и физическим состоянием, с протекающими на них процессами.

Однако для того, чтобы воспользоваться этой богатейшей информацией, необходимо, во-первых, уловить и зарегистрировать интересующее нас космическое излучение, а во-вторых, разгадать тот код, с помощью которого природа зашифровала своп тайны.

2. Телескоп -- оружие астронома

Итак, первая задача -- уловить излучение небесных тел и прежде всего световое.

В какой-то мере эту задачу способен выполнить наш глаз. Глаз человека -- великолепный оптический прибор, созданный природой. С помощью зрения человек воспринимает около 80--85% всей внешней информации. Академик С.И. Вавилов пришел к выводу, что глаз человека способен улавливать ничтожные порции света -- всего около десятка фотонов. С другой стороны, глаз может выдерживать воздействие мощных световых потоков, например, от Солнца, прожектора или электрической дуги. Кроме того, человеческий глаз представляет собой весьма совершенную широкоугольную оптическую систему с большим полем зрения. Тем не менее, у глаза с точки зрения требований астрономических наблюдений имеются и весьма существенные недостатки. Главный из них состоит в том, что он собирает слишком мало света. Поэтому, глядя па небо невооруженным глазом, мы видим далеко не все. Мы различаем, например, всего немногим более двух тысяч звезд, в то время как их там миллиарды миллиардов.

Поэтому в астрономии произошла настоящая революция, когда на помощь глазу пришел телескоп.

Первые зрительные трубы были созданы в самом начале XVII столетия. Уже в 1609 г. Галилео Галилей направил такую трубу на небо. Он сделал целый ряд выдающихся открытий и положил начало телескопическим наблюдениям Вселенной.

Телескоп -- это инструмент, собирающий свет далеких небесных тел. Чем больше площадь объектива, тем большее количество света он собирает. Даже, простейший телескоп Галилея собирал света в 144 раза больше, чем глаз человека, а крупнейший до настоящего времени телескоп современности -- пятиметровый рефлектор на горе Паламар в США -- собирает света в миллион раз больше, чем глаз.

Чувствительность современных мощных телескопов столь велика, что с их помощью можно увидеть пламя свечи, удаленной на несколько тысяч километров.

Поскольку телескопические наблюдения занимают чрезвычайно важное место в изучении Вселенной, современная конструкторская мысль непрерывно работает над созданием все более мощных оптических инструментов и всемерным расширением их возможностей.

В нашей стране создан самый крупный в Европе зеркальный телескоп с поперечником 260 см. С этим инструментом, которому присвоено имя академика Шайпа, уже в течение нескольких лет успешно работают на Крымской астрофизической обсерватории. Телескоп представляет собой внушительное сооружение высотой около 18 м и весом свыше 60 т. В настоящее время создан еще один инструмент такого же типа для Бюраканской обсерватории в Армении. Со временем подобными телескопами будут оснащены и другие советские обсерватории.

Кроме того, советскими учеными в Ленинграде ведутся работы по созданию гигантского телескопа с зеркалом, имеющим в поперечнике шесть метров. Это будет величайший астрономический инструмент в мире.

Телескопы наших дней, как небо от Земли, отличаются от своих, далеких предков времен Галилея, Ньютона и Гер шел я: Это -- сложнейшие высокоточные устройства,· управление которыми до предела автоматизировано. Так, например, большой крымский телескоп оборудован 160 электрическими машинами различного назначения, пультами управления, счетно-решающими устройствами, следящими системами и т. п.

Однако наблюдателю приходится самому наводить телескоп в определенную точку неба -- такое положение сегодня уже не удовлетворяет астрономов. Ведь иногда подобную кропотливую и требующую высокой точности операцию в течение ночи приходится производить много раз. На это уходит много драгоценного времени, которое можно было бы использовать для наблюдений.

Новый телескоп сможет работать сам, без всякого участия человека. Для этого надо только ввести в электронный мозг инструмента заранее составленную программу, записанную па магнитную пленку. После этого автоматические устройства в нужный момент направят телескоп в определенную точку неба и произведут все необходимые измерения, а затем обработают полученные данные. Окончательные результаты машина будет выдавать либо на магнитной пленке, либо печатать с помощью специального автоматического приспособления.

Конструкторы телескопа предусмотрели также возможность отключения автоматики и управления инструментом с пульта, расположенного в особом застекленном помещении.

Но и в этом случае ученый, работающий на новом телескопе, будет находиться в значительно лучших условиях, чем во время наблюдений на обычных инструментах. Он сможет производить все измерения, оставаясь у пульта и не приближаясь к телескопу, а управляя им с помощью специальных кнопок. Здесь же на пульте разместится контрольный телевизионный экран, на котором астроном сможет видеть тот самый участок неба, на который в данный момент направлен телескоп.

Новый телескоп предполагается построить в двух экземплярах -- для Крымской и Абастуманской обсерваторий. С помощью этих инструментов будут проводиться наблюдения световых потоков звезд. Эти исследования имеют важное значение для науки -- они позволяют полнее выявить физические характеристики звезд и тем самым ближе подойти к ответу на волнующий вопрос о строении этих небесных тел.

В принципе современные крупные телескопы способны давать колоссальные увеличения в тысячи и даже в десятки тысяч раз. Но практически астрономы никогда такими увеличениями не пользуются. /Даже у самых мощных инструментов уже 800-кратные увеличения оказываются бесполезными.

Чем больше увеличение, тем меньше поле зрения и тем ниже яркость изображения. Астрономическим наблюдениям мешает и наличие атмосферы (об этом мы еще будем говорить дальше). Но одним из главных препятствий к достижению больших телескопических увеличений является так называемая дифракция света. Это явление связано с тем, что свет обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Когда световая электромагнитная волна проходит через сравнительно небольшое отверстие, то в результате взаимодействия с его краями направление ее распространения несколько отклоняется от прямой линии. Это и есть дифракция.

Качество телескопа в значительной степени зависит и от того, насколько велики в нем световые потери.

Любой предмет мы видим лишь потому, что он отражает некоторую часть падающих на него световых лучей. Если бы, например, кусок стекла полностью пропускал весь световой поток, он был бы невидим. Обычное стекло отражает около 4% падающего света. Это явление и приводит к потерям в телескопических системах.

Как это часто бывает в науке, способ борьбы с подобными потерями был найден благодаря счастливой случайности. Было замечено, что старый, потускневший от времени объектив пропускает значительно больше света, чем новый.

Использованная литература

Подобные документы

Жизненный путь Галилео Галилея - итальянского физика, механика, астронома, философа и математика, оказавшего значительное влияние на науку своего времени. Испытание телескопа для наблюдения небесных тел. Годы пребывания в Падуе. Создание новой механики.

презентация [868,3 K], добавлен 04.02.2015

Початок ери телескопічної астрономії. Недосконалість телескопа Галілея. Основне призначення і конструкція телескопа. Характеристика рефлектора з параболічним дзеркалом. Основні характеристики телескопа: діаметр та фокусна відстань. Монтування телескопа.

реферат [22,5 K], добавлен 26.02.2009

Некоторые характеристики Большого телескопа азимутального. Реставрация главного зеркала. Оптические системы, используемые в БТА. Конструкция шестиметрового телескопа БТА на альт-азимутальной монтировке. Построение его примерной структурной схемы.

реферат [1,1 M], добавлен 08.04.2015

Изобретение телескопа Галилеем, конструкции Гевелия, Гюйгенса, Кеплера и Парижской обсерватории. Рефлекторы Ньютона—Гершеля. Однолинзовые длинные рефракторы. Этапы развития ахроматических телескопов. Разработка рефлекторов третьего и четвёртого поколений.

реферат [26,4 K], добавлен 06.04.2015

История создания первого телескопа, после того как Галилео Галилей, разработал особый способ шлифовки линз специально для астрономических наблюдений. Строение инструментов с гибкими сегментированными зеркалами, зажигающих в небе искусственные звезды.

реферат [19,1 K], добавлен 29.11.2011

С Земли Фобос и Деймос видны только в большой телескоп как очень слабые светящиеся точки вблизи яркого марсианского диска. Сфотографировать их с помощью наземного телескопа удается, лишь закрыв изображение яркого Марса специальной маской.

реферат [107,4 K], добавлен 30.03.2003

Горизонтальная система небесных координат. Экваториальная система небесных координат. Эклиптическая система небесных координат. Галактическая система небесных координат. Изменение координат при вращении небесной сферы. Использование различных систем коорд

ГОСТ

Среди методов астрономии, иначе методов астрономических исследований, можно выделить три основных группы:

наблюдения,
измерения,
космический эксперимент.

Сделаем небольшой обзор этих методов.

Астрономические наблюдения

Астрономические наблюдения - это основной способ исследования небесных тел и событий. Именно с их помощью регистрируется то, что происходит в ближнем и дальнем космосе. Астрономические наблюдения - главный источник знания, полученного экспериментальным путём

Астрономические наблюдения и обработка их данных, как правило, проводятся в специализированных научно-исследовательские учреждениях (астрономических обсерваториях).

Современные обсерватории оснащены наблюдательными инструментами (телескопами), светоприёмной и анализирующей аппаратурой, различными вспомогательными приборами, высокопроизводительными ЭВМ и т.д.

Остановимся на особенностях астрономических наблюдений:

Особенность №1. Наблюдения весьма инертны, поэтому, как правило, для них требуется достаточно длительные сроки. Активное влияние на космические объекты, за редкими исключениями которые даёт пилотируемая и непилотируемая космонавтика, затруднено. В основном, многие явления, взять хотя бы трансформирование угла наклона оси Земли к орбитальной плоскости, могут быть зафиксированы лишь благодаря наблюдениям на протяжении нескольких тысяч лет. Следовательно, астрономическое наследие Вавилона и Китая тысячелетней давности, несмотря на некоторые несоответствия современным требованиям, до сих пор актуально.
Особенность №2. Процесс наблюдения, как правило, происходит с земной поверхности, в тоже время Земля осуществляет сложное движение, поэтому земной наблюдатель видит только определённый участок звёздного неба.
Особенность №3. Угловые измерения, выполняемые на основе наблюдений, являются основой для расчетов, определяющих линейные размеры объектов и расстояния до них. А так как угловые размеры звёзд и планет, измеряемые с помощью оптики, не зависят от расстояния до них, расчеты могут быть довольно неточными.

Готовые работы на аналогичную тему

Основной инструмент астрономических наблюдений - оптический телескоп.

Оптической телескоп обладает принципом действия, определяемым его типом. Но независимо от вида, главная его цель и задача заключается в сборе максимального количества света, испускаемого светящимися объектами (звёздами, планетами, кометами и др.), для создания их изображений.

Виды оптических телескопов:

рефракторы (линзовые),
рефлекторы (зеркальные),
а также зеркально-линзовые.

В рефракторном (линзовом) телескопе, изображение достигается результатом преломления света в линзе объектива. Недостаток рефракторов - ошибка в результате размытости изображения.

Особенность рефлекторов - использование в астрофизике. В них главное не то, как свет преломляется, а как отражается. Они совершеннее линзовых, и более точны.

Зеркально-линзовые телескопы сочетают в себе функции рефракторов и рефлекторов.

Рисунок 1. Малый оптический телескоп. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Астрономические измерения

Так как измерения в астрономических исследованиях осуществляются с помощью различных приборов и инструментов, проведём их короткий обзор.

Основные из астрономических измерительных приборов - это координатно-измерительные машины.

Данные машины измеряют одну или две прямоугольные координаты с фотографического изображения или диаграммы спектра. Координатно-измерительные машины оснащены столом, на который помещаются фото и микроскопом с измерительными функциями, применяемым для наводки на светящееся тело или его спектр. Современные приборы могут иметь точность отсчёта до 1 мкм.

В процессе измерения могут возникнуть ошибки:

самого инструмента,
оператора (человеческий фактор),
произвольные.

Ошибки инструмента возникают от его несовершенства, следовательно, должна быть, предварительно осуществлена, его проверка на точность. В частности, проверке подлежат: шкалы, микрометрические винты, направляющие на предметном столе и измерительном микроскопе, отсчётные микрометры.

Ошибки, связанные с человеческим фактором и случайностью, купируются кратностью измерений.

В астрономических измерениях происходит широкое внедрение автоматических и полуавтоматических измерительных приборов.

Автоматические приборы работают на порядок быстрее обычных, и имеют в два раза меньшую среднюю квадратическую ошибку.

Космический эксперимент

Космический эксперимент - это множество связанных между собой взаимодействий и наблюдений, дающих возможность получения необходимой информации об исследуемом небесном теле или явлении, осуществляемых в космическом полете (пилотируемом или непилотируемом) с целью подтверждения теорий, гипотез, а также совершенствования различных технологий, могущих принести вклад в развитие научных знаний.

Основные тенденции экспериментов в космосе:

Изучение протекания физико-химические процессов и поведения материалов в космическом пространстве.
Изучение свойств и поведения небесных тел.
Влияние космоса на человека.
Подтверждение теорий космической биологии и биотехнологии.
Пути освоения космического пространства.

Здесь уместно привести примеры экспериментов, проводимых на МКС российскими космонавтами.

Эксперимент по выращиванию растений (Veg-01).

Задача эксперимента – изучить поведение растений в орбитальных условиях.

Эксперимент "Плазменный кристалл" - изучение плазменно-пылевых кристаллов и жидких веществ при микро гравитационных параметрах.

Было проведено четыре его этапа:

Исследовалась плазменно-пылевая структура в газоразрядной плазме при высокочастотном емкостном разряде.
Исследовалась плазменно-пылевая структура в плазме при тлеющем разряде с постоянным током.
Исследовалось как воздействует ультрафиолетовый спектр космического излучения на макрочастицы, которые могут быть заряжены фотоэмиссией.
Исследовались плазменно-пылевые структуры в открытом космосе при действии солнечного ультрафиолета и ионизирующего излучения.

Рисунок 2. Эксперимент "Плазменный кристалл". Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

А всего российскими космонавтами на МКС было проведено более 100 космических экспериментов.

Читайте также: