Астрономия. Последние достижения и открытия в астрономии за 10 лет. - презентация

1 Астрономия. Последние достижения и открытия в астрономии за 10 лет.

2 План. 1. Достижения техники в астрономии. 2. Открытия в астрономии.

3 Ближайшие перспективы.. Спутники, казавшиеся ещё каких-нибудь 5-10 лет назад верхом технической мысли, сменяют на орбите новые поколения космических аппаратов. И хотя эволюция искусственных спутников Земли становиться все более скоротечной,вглядываясь в недалекое будущее, можно попытаться увидеть основные перспективы развития беспилотной- космонавтики Летающие в космосе рентгеновские и оптические телескопы уже подарили ученым немало открытий. Теперь же к запуску готовятся целые орбитальные комплексы, оснащенные этими приборами. Такие системы позволят проводить массовое исследование звезд нашей Галактики на предмет наличия у них планет. Ни для кого не секрет, что современные радиотелескопы земного базирования получают картинки звездного неба с разрешением, на порядки превосходящие достигнутое в оптическом диапазоне. Сегодня для такого рода исследовательских инструментов настала пора выведения в космос. Эти радиотелескопы будут запущены на высокие эллиптические орбиты с максимальным удалением от Земли на 350 тыс. км, что позволит не менее чем в 100 раз улучшить качество получаемых с их помощью изображений радиоизлучения звездного неба.

4 Недалек тот день, когда в космосе будут построены заводы по производству особо чистых кристаллов. И это касается не только био кристаллических структур, так нужных медицине, но и материалов для полупроводников и лазерной промышленности. вряд ли это будут спутники _ здесь скорее понадобятся посещаемые или роботизированные комплексы, а также пристыковываемые к ним транспортные корабли, доставляющие исходные продукты и привозящие на Землю плоды внеземной технологий. Не за горами и начало колонизации других планет. В таких длительных полетах без создания замкнутой экосистемой никак не обойтись. И биологические спутники ( летающие оранжереи),имитирующие дальние космические перелёты,появятся на околоземной орбите в самом недалеком будущем.

5 Одной из самых фантастических задач,при этом с технической точки зрения абсолютно реальной является космической системы глобальной навигации и наблюдения земной поверхности с точностью до сантиметров. Такая точность позиционирования найдет применение в самых разных областях жизни. В первую очередь в этом нуждаются сейсмологи, надеющиеся, отслеживая малейшие колебания земной коры, научиться предсказывать землетрясения. На сегодняшний момент наиболее экономичным способом вывода спутника на орбиты являются одноразовые ракеты – носители, причем чем ближе к экватору находится космодром, тем дешевле оказывается запуск и тем больше выводимая в космос полезная нагрузка.И хотя ныне уже созданы и успешно функционируют плавучая, а также самолетная пусковые установки, хорошо развитая инфраструктура вокруг космодрома еще долго будет основной для успешной деятельности землян по освоению околоземного пространства.

6 Достижения техники в области астрономии. Тема покорения космических пространств всегда волновала человека. Едва ли не каждому из нас хоть раз в жизни рисовались межзвездные путешествия, уводящие далеко за пределы Солнечной системы. Попытки преодолеть космическое пространство делались уже достаточно давно, но реальным воплощением этих устремлений можно считать уникальные разработки инженеров Центра управления космическими полетами НАСА Дж. Маршалла. Именно здесь проводятся лабораторные исследования негнущегося, легкого материала углеродного волокна, которое может быть использовано для создания гигантского космического парусника величайшего из когда-либо созданных человеком межпланетных кораблей. По словам руководителя разработок межзвездных ракетных двигателей Леса Джонсона, это будет первым путешествием за пределы Солнечной системы, предпринятым человечеством.

7 Межзвездному космическому паруснику-зонду предстоит преодолеть расстояние, составляющее свыше 37 млрд. километров. Запуск зонда планируется провести в 2010 году, причем сделано это будет с помощью самого мощного из когда-либо созданных космических кораблей. По расчетам специалистов, полет этой уникальной системы будет длиться около 15 лет. Устремившийся к звездам со скоростью 93 км в секунду, он покроет расстояние около 4,5 тыс. км менее чем за минуту. Его скорость способна превысить скорость легендарного «Шаттла» более чем в 10 раз, да и не только. Двигаясь в пять раз быстрее космического аппарата «Вояджер», запущенного в 1977 году с целью исследования внешних пределов Солнечной системы, зонд достигнет этого корабля в 2018 году, миновав путь, проделанный «Вояджером» в течение сорока одного года, всего за восемь лет.

8 Для межзвездных полетов ракетам с учетом огромных расстояний и очень большой скорости требуется такое количество топлива, что они просто не в состоянии нести свой собственный вес. А потому оптимальным решением этой проблемы и могут стать космические парусники, не требующие топлива. Это корабли с тонкими отражающими парусами, которые направляются солнечным светом, микроволновыми или лазерными лучами, подобно тому как ветер наполняет паруса океанских судов. Именно солнечные лучи станут основным источником движения гигантских конструкций. Космический парусник станет самым грандиозным сооружением в деле строительства летательных аппаратов. Его размеры превысят 400 метров (четыре футбольных поля).

9 На сегодняшний день основным претендентом в качестве материала для солнечного паруса является так называемое углеродное полотно. Плотность его такова, что квадратный метр паруса весит не более 3 грамм. После отделения от ракеты-носителя полотно разворачивается в космическом пространстве огромным шатром. Исследовательские работы по выбору подходящего материала продолжаются, ведь необходимо еще и еще раз проверить его эксплуатационные качества, в частности прочность при крайне высоких и крайне низких температурах. Основной задачей исследователей является осуществление полетов за пределы Солнечной системы, которые создадут основу для будущих межзвездных путешествий. Это позволит максимально быстро развивать необходимые технологии, которые существенно повысят безопасность и надежность космических перелетов, да к тому же снизят их стоимость.

10 В связи с ростом потребляемой энергии на Земле и ухудшением экологии ученые изучают возможности более широкого, чем ранее, использования солнечной энергии. Уже существуют проекты космических электростанций на околоземных орбитах, основанных на преобразовании солнечной энергии в энергию сверхвысокой частоты и передаче ее на Землю. Основная трудность в осуществлении этих проектов заключается в неудовлетворительной пока точности наведения излучателя энергии станции на приемную антенну на Земле, а также в необходимости создания этих антенн больших габаритов… Вероятно, в будущем эти проблемы будут решены. Однако околоземные электростанции нельзя делать со слишком большими рабочими площадями из-за создания на Земле тени. Это значит, что космический аппарат должен находиться на более или менее постоянном расстоянии от Земли, но при этом не на околоземной орбите. А потому он должен быть оснащен мощными двигателями, способными потреблять львиную долю вырабатываемой ими энергии. Выходом может стать расположение аппарата в окрестности одной из точек, в которой уравновешены силы притяжения Солнца, Земли и центробежная сила (речь идет о точке либрации, находящейся в тени Земли). Чтобы аппарат оставался в этой окрестности, достаточно использовать маломощные двигатели.

11 И тут возникает весьма привлекательная идея: а нельзя ли использовать в качестве источника энергии солнечный ветер? Ведь тогда аппарату вообще не нужен запас топлива, так как срок его службы будет ограничен только естественным старением техники. Уже в 20-х годах прошлого века появились первые проекты подобных летательных аппаратов, а в конце 70-х отечественными учеными была доказана теоретическая возможность управления космическим аппаратом силами светового давления в точках либрации.Оснастив такой аппарат, например, рефлектором с большой площадью отражающей поверхности, выполненным из тонкой зеркальной пленки, и расположив его так, чтобы он освещался Солнцем, можно будет осуществить подсветку «ночной» стороны поверхности Земли или Луны (или отдельных участков этой поверхности). Со временем из таких конструкций может быть образована связка в виде кольца, вращающегося относительно прямой Солнце Земля.

12 Спутники – навигаторы. Еще одним достижением современной космонавтики является приемник системы глобального позиционирования. Создаваться существующие ныне спутниковые системы глобального позиционирования американская GPS (NAVSTAR) и российская «ГЛОНАСС» начали еще 40 лет назад, в период «холодной войны», для точного определения координат баллистических ракет. Для этих целей в качестве дополнения к спутникам регистраторам старта ракет, в космосе была развернута система навигационных спутников, в задачу которых входило сообщение своих точных координат в пространстве. Приняв необходимые данные одновременно с нескольких спутников, навигационный приемник определял и собственное местоположение. «Затянувшееся» мирное время заставило владельцев систем начать делиться информацией с гражданскими потребителями сначала в воздухе и на воде, а затем и на суше, хотя и оставив за собой право в отдельные «особые» периоды загрублять привязку навигационных параметров. Так системы военного назначения стали гражданскими.

13 Разнообразные типы и модификации GPS- приемников широко используются на морских и воздушных средствах, в системах мобильной и спутниковой связи. Более того, приемник GPS, как и передатчик системы «Коспас-Сарсат», является обязательным оборудованием для любого плавсредства, выходящего в открытое море. Создаваемый Европейским космическим агентством грузовой космический корабль ATV, который в 2005 году полетит к МКС, свою траекторию сближения со станцией также будет корректировать по данным систем GPS и «ГЛОНАСС». Обе навигационные спутниковые системы устроены приблизительно одинаково. GPS имеет 24 спутника, размещенных на круговых орбитах по 4 в шести орбитальных плоскостях (высота км от поверхности Земли, наклонение 52°), а также 5 запасных аппаратов. В «ГЛОНАСС» тоже 24 спутника, по 8 в трех плоскостях (высота км от поверхности Земли, наклонение 65°). Для того чтобы навигационные системы работали с требуемой точностью, на спутниках установлены атомные часы, с Земли регулярно передается информация, уточняющая характер движения каждого из них по орбите, а также условия распространения радиоволн.

14 Несмотря на кажущуюся сложность и масштабность системы глобального позиционирования, компактный GPSприемник сегодня может приобрести любой желающий. По сигналам со спутников этот прибор позволяет не только определить местоположение человека с точностью до 510 метров, но и снабдить его всеми необходимыми данными: географическими координатами с указанием места на карте, текущим мировым временем, скоростью движения, высотой над уровнем моря, положением сторон света, а также целым рядом сервисных функций, являющихся производными от первичной информации. Достоинства космических навигационных систем настолько неоспоримы, что Объединенная Европа, несмотря на гигантские затраты, планирует создать собственную навигационную систему GALILEO («Галилей»). Систему своих навигационных спутников планирует развернуть и Китай.

15 Спутники дистанционного зондирования Земли Применение миниатюрных GPS- приемников позволило существенно усовершенствовать работу еще одной категории космических аппаратов так называемых спутников дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Если раньше снимки Земли, сделанные из космоса, было достаточно трудно связать с определенными географическими точками, то теперь этот процесс не представляет никаких проблем. А поскольку наша планета постоянно видоизменяется, то ее фотографии из космоса, никогда не повторяющиеся, будут востребованными всегда, предоставляя незаменимую информацию для изучения самых разнообразных аспектов земной жизни.

16 Спутники ДЗЗ имеют достаточно большую численность, и тем не менее их группировка постоянно пополняется новыми, все более совершенными аппаратами. Современным спутникам дистанционного зондирования, в отличие от тех, которые действовали в х годах, нет необходимости возвращать на Землю отснятые в космосе фотопленки в специальных капсулах на них установлены суперлегкие оптические телескопы и миниатюрные фотодетекторы на основе ПЗС-матриц, а также высокоскоростные линии передачи данных с пропускной способностью в сотни мегабит в секунду. В дополнение к оперативности получения данных появляется возможность еще и полной автоматизации обработки полученных изображений на Земле. Оцифрованная информация это уже не просто изображение, а ценнейшая информация для экологов, лесоводов, землеустроителей и множества других заинтересованных структур. В частности, спектрозональные фотографии, полученные в весенний период, дают возможность прогнозировать урожай, исходя из запаса влаги в почве, в период вегетации растений обнаруживать места выращивания наркотических культур и своевременно принимать меры по их уничтожению. Кроме того, необходимо принимать во внимание существующие ныне коммерческие системы продажи потребителям видеоизображений поверхности Земли (фотографий). Первыми такими системами была сначала группировка американских гражданских спутников LANDSAT, а затем французских SPOT. При известных ограничениях и в соответствии с определенными расценками потребители во всем мире могут приобретать изображения интересующих их районов Земли с разрешением в 30 и 10 метров. Нынешние же, куда более совершенные спутники гражданского направления ICONOS-2, QUICK BIRD-2 (США) и EROS-AI (Израиль США) после снятия ограничений американским правительством позволяют покупать фотографии земной поверхности с разрешением до 0,5 метра в панхроматическом режиме и до 1 метра в многоспектральном.

17 Вплотную к спутникам ДЗЗ примыкают метеорологические космические аппараты. Развитие их сети на околоземных орбитах существенно повысило надежность прогноза погоды и позволило обходиться без обширных сетей наземных метеостанций. А выходящие сегодня во всем мире выпуски новостей, сопровождаемые анимированными изображениями циклонов, трасс перемещения облачности, тайфунов и других явлений, которые создаются на основе данных метеоспутников, позволяют каждому из нас воочию убедиться в реальности происходящих на Земле природных процессов.

18 2005 год | аппарат COROT. Французское космическое агентство CNES при участии Испании, Австрии, Бельгии и Европейского Космического агентства (ESA) в 2005 году планирует произвести запуск аппарата COROT маленького космического телескопа с диаметром главного зеркала 27 см и камерой из четырех ССD детекторов, который будет использовать метод транзита, позволяющий точно определить размеры планет и их орбиты. Транзит происходит каждый раз, когда планета пересекает луч зрения между наблюдателем и родительской звездой, вокруг которой она вращается. Когда это происходит, планета блокирует часть света от своей звезды, вызывая периодическое падение блеска звезды. Этот периодический сигнал используется, чтобы обнаружить планету и определить ее размер и орбиту. COROT будет наблюдать большое количество относительно далеких звезд на расстояниях до 1500 световых лет, пытаясь предоставить факты существования планет земного типа.

19 2005 год | проект Darwin. Проект Darwin (2005 год) предполагает запуск целой «флотилии» из 6 отдельных космических телескопов диаметром не менее 1,5 м каждый, которые будут объединять свои индивидуальные сигналы для создания изображений высокого разрешения. Возможно, Darwin «увидит» планеты, похожие на Землю, и определит состав их атмосфер с помощью спектрального анализа.

20 2006 год | миссия Kepler. В рамках программы Discovery готовится миссия Kepler (2006 год). Она будет «охотиться» за планетами, используя однометровый телескоп с фотометром, специально разработанный для поиска планет, подобных Земле, вокруг звезд вне Солнечной системы. Чувствительность фотометра достаточна, чтобы «видеть» изменения в яркости, вызванные планетой, проходящей перед звездой, которая в 100 раз превосходит ее по диаметру. Измеренная орбита планеты и известные свойства родительской звезды позволят определить, находится ли каждая обнаруженная планета в зоне обитания. Инструменты Kepler будут способны обнаружить объекты земного размера на орбитах вокруг звезд, находящихся на расстоянии до световых лет, измерения же будут производиться каждые 10 минут.

21 Так как Kepler сможет обнаружить только планеты, выполняющие транзит, на помощь ему отправится Space Interferometry Mission (SIM), аналогичная миссии Gaia, призванная искать планеты по их влиянию на движение и положение звезды. Аппаратура SIM позволит достигнуть точности 1 микроарксекунды за время существования миссии. Это соответствует возможности обнаружить планеты земной массы вокруг нескольких самых близких звезд солнечного типа.

22 2002 | искатель TPF. Eddington, Gaia, Kepler и SIM станут служить своего рода разведчиками для запуска следующих станций. Если никто из них так и не сумеет обнаружить планеты земного размера, то мы можем оказаться во Вселенной одинокими. В том же случае, если они достигнут успеха, на повестке дня встанет главный вопрос есть ли на них жизнь?

23 И вот тогда на ее поиск отправится Terrestrial Planet Finder (TPF) Искатель планет земной группы, изучающий следы, оставленные жизнью в атмосферах планет. Его главная цель прямое обнаружение и характеристика планет земного типа, вращающихся вокруг близких звезд. Станция будет исследовать состав их атмосфер и искать озон, молекулы кислорода или двуокиси углерода, которые видны в земной атмосфере. Ее находки, возможно, станут базой для следующей экспедиции Life Finder, состоящей из нескольких телескопов, работающих как один для получения спектров высокого разрешения атмосфер далеких планет. Эта информация может использоваться для поиска более точных следов биологической активности. И все же в настоящее время Life Finder (LF) остается только проектом, потому как требует технологий, которые еще не созданы. Подобно древним цивилизациям, оставившим нам свое бессмертное наследие, мы можем вписать собственную страницу в историю Земли, если обнаружим за ее пределами иную жизнь.

24 2008 год | Eddington, Gaia. В планах Европейского Космического агентства последовательно запустить несколько космических аппаратов для поиска планет земного типа и признаков жизни на их поверхности. Первым в космос планируется отправить Eddington (2008 год) для точной фотометрии 500 тыс. звезд разных возрастов, исследования их масс и химического состава. За ним последует космический аппарат Gaia, который сделает обзор более миллиарда звезд для создания максимально точной карты наших космических окрестностей. Каждая из звезд будет наблюдаться не менее 100 раз, чтобы обнаружить изменения в положении объекта или его яркости, вызванное присутствием планеты или планетной системы.

25 SERENDIP IV. Одним из таких проектов является SERENDIP IV (Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations Поиск внеземного радиоизлучения от соседних развитых цивилизаций). Благодаря частному финансированию в нем участвуют несколько обсерваторий разных стран. Главным в проекте является гигантский радиотелескоп «Аресибо», приемник которого может вести поиск почти на 168 миллионах каналов, каждый шириной около 0,6 Гц.

26 Phoenix Проект Phoenix, полностью существующий сейчас на частные пожертвования, направлен на всесторонний поиск внеземного интеллекта. Его цель звезд, подобных Солнцу, в пределах 200 световых лет от Земли, наиболее вероятных мест существования планет, имеющих жизнь на поверхности. Он ищет сигналы в диапазоне от до МГц, распределяя частотный спектр на 2 млрд. каналов для каждой звезды.

27 Открытия в астрономии. О существовании светового давления ученые подозревали довольно давно. Первым исследователем, отметившим это явление, был Иоганн Кепплер, еще в XVII веке проводивший астрономические наблюдения, в том числе и за кометами. Тот факт, что хвост кометы отклоняется от Солнца при приближении к нему кометы, позволило предположить ученому существование давления, оказываемого солнечными лучами. Однако экспериментально в лабораторных условиях существование давления света было доказано только в 1900 году. На Земле, и вообще вблизи какого-нибудь крупного космического тела (планеты или ее спутника), невооруженным глазом определить такое давление невозможно, так как сила давления светового потока на несколько порядков слабее силы притяжения.

28 Что такое точки либрации? Видя старт космического корабля, трудно поверить, что эта огромная махина оторвется от земли. Еще труднее представить, что почти вся ракета сгорит за какие- нибудь минуты. Ведь современный космический корабль это огромная ракета-носитель с многотонным запасом топлива, выводящая на орбиту небольшой спутник. Для удержания на орбите и маневрирования вполне хватает небольшого запаса энергии и энергии, вырабатываемой солнечными батареями. Почему так происходит? Дело в том, что любое тело на околоземной орбите находится в состоянии равновесия (в идеальных условиях спутник останется на околоземной орбите навсегда, хотя в реальности он постепенно приближается к Земле из-за сопротивления разреженных слоев атмосферы).

29 Тем не менее, отдаляясь от Земли, объект попадает в поле действия сил притяжения других тел Солнечной системы. При этом, если исключить целенаправленные полеты на Луну или другие планеты, существенным можно считать только притяжение со стороны Земли (потому что она относительно близко) и Солнца (потому что оно большое). Это значит, что любое тело в Солнечной системе, находящееся в некоторой окрестности Земли, станет рано или поздно спутником Земли или Солнца. Однако существуют «волшебные» точки, в которых центробежная сила орбитального движения аппарата и силы притяжения Солнца и Земли уравновешены. Это точки либрации. Всего их пять, две из них (самые близкие к нашей планете) находятся на прямой Солнце Земля по разные стороны от Земли на расстоянии около миллиона километров.

30 Где ищут жизнь. Марс Согласно некоторым предположениям жизнь могла возникнуть и на Марсе. Некоторые ученые даже предполагали, что изначально она и возникла именно там и только затем была перенесена на Землю. Возможно, геологи, анализируя осадочные марсианские породы старше 4 млрд. лет, сумеют обнаружить окаменелые остатки не только бактерий, но и более сложных организмов.В настоящее время аппарат Mars Global Surveyor, находящийся на орбите, собирает большое число данных относительно поверхностных особенностей, атмосферы и магнитных свойств Красной планеты.

31 Европа Исследование Европы одной из гигантских лун Юпитера, указывает на то, что под ее ледяной поверхностью скрывается огромный океан жидкой воды. Это обширное подледное море вполне могло дать кров микроорганизмам, по размеру и сложности подобным земным. Хотя солнечный свет не может обеспечить достаточно энергии для поддержания жизни на Европе, поэтому ученые полагают, что наиболее вероятным источником энергии являются заряженные частицы, постоянно летящие с соседнего Юпитера. Для более детального исследования Европы запланирован запуск летательного аппарата Europa Orbiter (2003 год). Весьма вероятно, что вслед за ним будет произведен запуск станций Europa Ocean Observer и Europa Lander Network (посадочный модуль).

32 Титан Спутник Сатурна Титан единственная луна в Cолнечной системе, обладающая толстым слоем атмосферы (состоит в значительной степени из азота) и сложной органической химией. Аппарат Cassini, отправленный к Сатурну пять лет назад, сможет опустить свой измеряющий зонд в атмосферу Титана в 2004 году. Также рассматривается возможность отправки к этой планете аппарата Titan Biologic Explorer (после 2005 года) для изучения добиотической органики (химических составов, являющихся стандартными блоками жизни) как на его поверхности, так и в атмосфере.

33 Межзвездный газ Ученые располагают данными, свидетельствующими о наличии значительных количеств органического вещества в межзвездных молекулярных облаках. Чтобы понять химию процессов, происходящих в межзвездных облаках, и выяснить, может ли происходить в космосе синтез аминокислот, ESA планирует запуск космического телескопа «Гершель» (2007 год ) с рекордным для подобного инструмента диаметром зеркала 3,5 метра. Он сможет получать изображения объектов в недоступных ранее областях спектра далекой инфракрасной и субмиллиметровой. Именно в этих диапазонах излучают сложные химические вещества, а также органические молекулы.

34 Кометы «Перевозчиками» жизни могут также служить метеориты и кометы. Аппарат Giotto, в 1986 году приблизившийся к комете Галлея на расстояние 600 км, передал данные, показавшие, что комета содержит сложные органические молекулы, богатые углеродом, водородом, кислородом и азотом. А значит, что в происхождении земной жизни важную роль могли сыграть кометы. Для их тщательного изучения в рейд отправится аппарат Rosetta (2003 год) первая исследовательская экспедиция на орбиту кометы, которая к тому же совершит посадку на ее поверхность. Она впервые будет наблюдать за изменениями, происходящими в комете во время наращивания ею комы и хвоста при приближении к Солнцу. Автоматическая система бурения, установленная на посадочном модуле, получит образцы вещества ядра кометы с глубины 30 см и отправит их к анализаторам состава. Поскольку из-за технических проблем запуск Rosetta в январе 2003 года отложен, то его первоначальная цель комета Виртанен тоже изменена. Имя новой кометы станет известно в мае этого года.

35 Открытие новых земель В 1995 году весь ученый мир облетела потрясающая весть: швейцарские астрономы на орбите вокруг звезды, подобной Солнцу, обнаружили планету. Конечно, наблюдатели не увидели планету, ее присутствие было выявлено по небольшому доплеровскому смещению линий в спектре звезды. С тех пор количество планет, обнаруженных этим методом, стало расти очень быстро, и в настоящее время их уже насчитывается более 100. Вопреки ожиданиям того, что другие планетные системы будут похожи на нашу собственную (планеты земного типа вблизи звезды и газовые планеты-гиганты на больших расстояниях от нее), большинство из них газовые гиганты, слишком близкие к своим родительским звездам и неспособные дать приют жизни. Разнообразие экстрасолнечных (обнаруженных у других звезд) планет вселяет надежду на то, что должны существовать и планеты земного размера на таком расстоянии от звезды, которое позволяет существовать жизни. Планет малых размеров пока обнаружить не удалось, но их поиски с помощью космических телескопов продолжаются.