Введение Введение За последнее десятилетие в изучении небесных тел были достигнуты грандиозные успехи, которые не успевают быть отраженными в учебниках. - презентация

1

2 Введение Введение За последнее десятилетие в изучении небесных тел были достигнуты грандиозные успехи, которые не успевают быть отраженными в учебниках. Кроме того, для понимания этих достижений необходимо иметь хороший иллюстративный материал. Данное пособие представ- ляет этот материал, использованный мною при чтении лекций студентам младших курсов Казанского университета, школьникам и учителям астрономии. Основной источник этого материала это ИНТЕРНЕТ (без нарушения авторских прав). В других случаях использовался как материал, подготовленный мною и моими коллегами из МГУ (некоторый материал позаимствован из электронной книги Гомулиной Н. под ред. Сурдина В., такие слайды имеют обозначения в углу), так и взятый из лекций, читанных мною и моими коллегами на разных конференциях. Этим авторам я выражаю свою благодарность. Каждый астрономический объект имеет свое общепринятое обозначе- ние, в основном, в соответствии с каталогом, куда этот объект зане- сен. Например, объект NGC 224 это галактика Андромеды, занесенная в каталог «New General Catalogue» под номером 224. Другие объекты обозначаются как М 104-это галактика «Сомбреро», занесенная в каталог Мессье под номером 104. В некоторых случаях мы будем указывать те телескопы, которые получили приводимые изображения.

3 Представленный материал может быть полезен как чтения лекций на младших курсах ВУЗов, так и для использования учителями в школах. Дополнительно хотелось бы указать на существование весьма полезного астрономического сайта astronet.ru, где можно найти очень много полезного материала, и не только иллюстра- тивного. Сахибуллин Н.А., профессор, зав. кафедрой астрономии КГУ, Следует сказать, что мы умышленно исключили из изложения многие сведения из классической астрономии: эти вопросы остаются практически неизменными в течение многих десятилетий и, главное, не требуют иллюстративного материала. Замечание: размножение материала возможно лишь с нашего согласия.

4 Содержание. Построение материала. Весь материал сгруппирован по определенным темам в отдельные файлы, которые имеют обозначения, например «Т03_История». Ссылки на определенные слайды делаются в следующем виде: указывается обозначение файла и указывается номер слайда, который находится в нижнем правом углу каждого слайда. Т00_Путешествие …………. 0.7 Мб (10-число слайдов) Т01_Введение………………..0.4 Мб (25) Т02_Азбука……………………2.4 Мб (21) Т03_История………………….2.5 Мб (31) Т04_Ученые…………………..1.1 Мб (25) Т05_Видимые движения….1.2 Мб (9) Т07_Коперник………………..0.3 Мб (11) Т08_Кеплер……………………0.3 Мб (10) Т09_Силы (Ньютон)………..0.2 Мб (10) Т10_Возмущения…………… 1.1 Мб (27) Т11_Земля……………………. 1.4 Мб (40)

5 Содержание. Т12_Прецессия…..………….0.7 Мб (8) Т13_Параллакс.……………..0.4 Мб (15) Т14_Луна………………………2.8 Мб (21) Т15_Затмения………….…….1.4 Мб (25) Т16_Телескопы………………4.0 Мб (40) Т17_Радиотелескопы………0.3 Мб (8) Т18_Космические телескопы…..3.0 Мб (20) Т19_Свет……………………….0.8 Мб (27) Т20_Фотометрия…………….0.8 Мб (12) Т21_Спектральная классификация…0.4 Мб (10) Т22_Солнечная система(1)………5.2 Мб (42) Т23_Солнечная система(2)………1.9 Мб (34) Т24_Солнечная система(3)………3.0 Мб (19) Т25_Солнечная система(4)………2.8 Мб (18) Т26_Солнце……………………4.7Мб (24) Т27_Звезды……………………3.1 Мб (47) Т28_Диаграмма Рессела-Герцшпрунга…1.5 Мб (24) Т29_Протозвезды……………2.1 Мб (32) Т30_Термоядерные реакции …. 0.2 Мб (18) Т31_Эволюция – min………..0.3 Мб (15)

6 Содержание. Содержание. Т32_Белые карлики…...……0.5 Мб (18) Т33_Будущее Солнца.………0.2 Мб (19) Т34_Эволюция – max……….0.8 Мб (14) Т35_Нейтронные звезды….0.9 Мб (20) Т36_ОТО-черные дыры…….3.8 Мб (33) Т36_Сверхновые………...…..1.2 Мб (21) Т37_Расстояния………………0.2 Мб (8) Т38_Галактика………………..4.3 Мб (50) Т38_Межзвездная среда…. 2.6 Мб (33) Т39_Галактики………………..3.1 Мб (32) Т40_ Активные галактики…3.2 Мб (54) Т41_Скопления галактик Мб (13) Т42_Гамма-вспышки………..1.2 Мб (17) Т43_Гравитационные линзы..0.7 Мб (17) Т44_Темное вещество………0.8 Мб (23) Т45_Космология………………0.8 Мб (38) Т46_Ускоряющаяся Вселенная………………..1.0 Мб (17) Дополнение Т47_Экзопланеты…….0.8 Мб (31) Т48_Жизнь………………2.2 Мб (31) Т49_Цивилизация…….1.2 Мб (24) Т50_Опасный космос…4.4 Мб (50)

7

8 Visual light: Hubble Space Telescope X-rays: Chandra Observatory Пример 2: изображения галактик Изображение в видимом свете (снимок телескопа Хаббла) Изображение в рентгеновском диапазоне той же области неба (снимок телескопа Чандра)

9 Пример 3: галактика Сомбреро Рентген Оптика Инфракрасная область

10 На рисунке слева квадраты А и В кажутся разного цвета. Но если квадраты соединить (рисунок справа), то мы обнаружим, что цвета совершенно одинаковые. Показанный оптический обман называется иллюзией одного цвета. Иллюзия демонстрирует, что наблюдения только глазом в астрономии могут быть неоднозначными или неточными. Даже, казалось бы, такое прямое восприятие, как относительность цвета. Аналогичные иллюзии имеются на небе. Например, размер Луны у горизонта или видимые формы астрономических объектов. Введение автоматизированных воспроизводимых измерительных приборов таких как ПЗС (прибор с зарядовой связью) позволяет сделать науку вообще и астрономию в частности менее подверженной, но не лишенной человеческих иллюзий. Замечание: иллюзия одного цвета

11 Наблюдения Вопрос: что это такое? Гипотеза Предсказание Проверка гипотезы: проведение новых наблюдений Гипотеза не подтвер- ждается: уточнение гипотезы или предло- жение новой Проверка подтвер- ждает гипотезу, предсказание новых фактов для проверки Н аблюдения Н аблюдения как основа астрономической науки как основа астрономической науки Наблюдения являются начальной и конечной стадиями научного астрономического познания.

12 Основная идеология Основная идеология современной астрономии 1.Прогресс в современной астрономии определяется наблю- дениями и убежденностью, что Вселенная проста, прек- расна и изучаема. « Самое непостижимое свойство Вселенной это то, что она постижима». (А. Эйнштейн) 2. Прогресс в астрономии проходит через создание и проверку моделей, предназначенных объяснить наблюдения, и эти модели должны быть просты насколько это возможно и должны не противоречить рациональному пониманию в других науках. «Бритва Оккама-принцип, что самая простая гипотеза или модель оказываются более близкими к правде природы» 3. Научная модель должна быть проверяема с наблюдениями так, чтобы ученые видели всегда и другие пути проверки ее верности. Иначе следует признать, что модель не верна..

13 Астрономия – это наука о Вселенной, изучающая движение, строение и развитие небесных тел. Астрономия – это наука о Вселенной, изучающая движение, строение и развитие небесных тел. Как наука астрономия основывается прежде всего на наблюдениях. В отличие от физиков астрономы лишены возможности ставить эксперименты. Практически всю информацию о небесных телах приносит нам электромагнитное излучение. Разделы астрономии: 1. Астрометрия ( 1. Астрометрия ( определение видимых положений и движений небесных тел) 2. Теоретическая астрономия (определение орбит небесных тел) 3. Небесная механика 3. Небесная механика (изучение законов движения небесных тел)

14 4. Астрофизика 5. Звездная астрономия 6. Внегалактическая астрономия 4. Астрофизика (изучение физического строения небесных тел) 5. Звездная астрономия (изучение закономерностей распределения и движения звезд в звездных системах, например, в нашей Галактике). 6. Внегалактическая астрономия (изучение объектов, находящихся на больших расстояний от нас за пределами нашей Галактики) 7. Космогония 8. Космология 7. Космогония (изучение вопросов происхождения и развития небесных тел) 8. Космология (изучение закономерностей происхождения и развития всей Вселенной в целом)

15 «Дерево» астрономии, выросшее за тысячелетия с

16 Несколько слов об астрологии Иоганн Кеплер – выдающийся ученый - помимо научной деятельности был вынужден из-за материальных трудностей заниматься и астрологией. О ней он высказался так: «Астрология-глупая дочь астрономии». Нам думается, что справедливей сказать так: «Астрономия это умная дочь глупой астрологии». Действительно, главная заслуга древней астрологии – в по- пытке связать земные явления с положением светил – заключается в том, что она приучило человека к системати - ческим наблюдениям, что составляет уже главное предназ - начение науки астрономии. В дальнейшем астрология стала претендовать на объяснения буквально всех явлений жизни общества и человека, при этом оперируя простыми геометрическим построениями. Это большое заблуждение, превращенное в один из видов шарлатанства и лженауки. Главный вред астрологии в настоящее время, что она своей активностью пытается вытеснить из ниши настоящую науку.

17

18 Ближайшая звезда Alpha Centauri, расстояние до нее 4.34 с.г.= см. Один световой год равен : 1 с.г.= км/сек*365*24*3600 сек=3*10 18 см Галактика – ее диаметр с.л.= см Галактика Андромеда расположена на расстоянии 2 млн с.л.= 2*10 24 см. Вселенная – ее предельное расстояние cм. Эта оценка следует из теории Большого взрыва (Big Bang) ИТОГО:Диапазон размеров в астрономии 40 порядков !!!

19 Типичные времена в астрономии Время жизни атома в возбужденном состоянии сек Сутки = 24 часа 10 5 сек Год=365 суток 10 7 сек Период обращения Солнца вокруг центра Галактики 250 млн. лет Характерное время жизни Солнца 10 млрд лет Современный возраст Вселенной 14 млрд лет Итого: диапазон времен в астрономии 25 порядков !!

20 Частица СимволЗаряд Масса (г)Семейство протон p * барион нейтрон n * барион электрон e * лептон Массы элементарных частиц Характерные массы во Вселенной Во Вселенной имеются те же самые атомы, что и в окружающем нас мире. Их характерные массы приведены ниже.

21 Масса Земли = 6*10 27 г Масса Юпитера = 2*10 30 г Масса самой массивной звезды=6*10 34 г Масса Солнца = 2*10 33 г Масса нашей Галактики - порядка г Масса всей Вселенной – порядка г Итого: диапазон масс в астрономии 83 порядка !! Типичные массы небесных объектов ?

22 Типичные плотности небесных объектов объектов Плотность воздуха=1.3*10 -3 г/см 3 Плотность Земли (средняя)=5.5 г/см 3 Средняя плотность Солнца = 1.4 г/см 3 Плотность в центре Солнца = 160 г/см 3 Средняя плотность белых карликов ~ 10 6 г/см 3 Средняя плотность нейтронных звезд~ г/см 3 Средняя плотность межзвездного газа~ г/см 3 Средняя плотность Вселенной~ 2* г/см 3 Итого: диапазон плотностей в астрономии 45 порядков !!

23 Типичные температуры небесных объектов небесных объектов Средняя температура человека С Средняя температура на Земле 0 0 С К Температура в центре Солнца К Температура на поверхности Солнца=4500 К Температура межзвездного газа 10 К Температура реликтового излучения 3 К

24 Типичные скорости в астрономии Вращение Земли вокруг своей оси (на экваторе) – км/сек Вращение Земли по орбите вокруг Солнца – 30 км/сек Вращение Солнца вокруг центра Галактики – 220 км/сек Движение нашей Галактики относительно скопления галактик в созвездии Дева – 500 км/сек Скорость света – км/сек

25 Энергии в астрономических объектах Энергия связи в водородном атоме = 1.6* эрг Энергия прыжка комара =1 эрг Энергия при столкновении автомашин= эрг Энергия при сжигании 1 кг угля антрацита = 4.3*10 14 эрг Взрыв водородной бомбы (1 мегатонна) = 4.2*10 19 эрг Энергия ударяющего астероида= эрг Запас энергии в Солнце при его рождении = 2*10 51 эрг Энергия при вспышке Сверхновой = эрг

26 Мощность производства энергии (светимость) 100 ваттная лампочка – 10 9 эрг/сек Большой город – эрг/сек Водородная бомба (1 мегатонна) – 4.2*10 21 эрг/сек Солнце - 3.8*10 33 эрг/сек «Сверхновые» звезды ~ эрг/сек Наша Галактика 4*10 38 эрг/сек Квазар 4*10 45 эрг/сек Гамма-вспышки ~ эрг/сек

27 Проблемы современной астрономии Какие же загадки еще предстоит решить астрономам? - каковы механизмы громадного энерговыделения космичес- объектов? - можно ли понять загадку рождения Вселенной и предугадать ее дальнейшую судьбу? - какие новые знания о Вселенной несут нейтринные потоки и гравитационные волны? - в какой форме вещества содержится скрытая масса Вселенной и темная энергия? - как образовались планеты Солнечной системы, их спутники и кольца? - какова природа планет у других звезд? - является ли космос опасным для человечества? - есть ли другие цивилизации? - возможно ли во всех деталях понять жизнь звезд? - как рождались галактики разных типов? - ??? « Наука всегда бывает неправой: она не может решить ни одного вопроса, не поставив при этом десятка новых» (Бернард Шоу)