Презентация, доклад по астрономии для студентов (вводная лекция)

Вселенной.
Особенности астрономических методов исследования.
Телескопы и радиотелескопы.
Всеволновая астрономия.

и развитие.
Слово «астрономия» происходит от двух греческих слов: астрон- звезда и номос- закон.

были построены в Ассирии, Вавилоне, Китае, Египте, Персии, Индии, Мексике, Перу и некоторых других государствах несколько тысячелетий назад.

еще три тысячи лет до нашей эры вели наблюдения с плоских площадок специально сделанных на вершине пирамид.

движения Солнца и Луны настолько хорошо были изучены, что астрономы могли предсказать наступление затмений.

древней астрономической обсерваторией.

астроном Улугбек.

В этой обсерватории, при непосредственном участии Улугбека, был составлен каталог, в котором содержались координаты 1018 звезд, определенных с невиданной до того точностью. Долгое время этот каталог считался лучшим в мире.

ориентации.
Астролябия- с древнегреческого как «ловушка для звезд». Это сложный механизм, с помощью которого в Cредневековье определяли положение светил, точное время

страны и теперь пользуются им в ритуальных и магических целях.
Древний славянский календарь

тел в пространстве, определение их размеров и формы.
Изучение физического строения небесных тел, т.е. исследование химического состава и физических условий на поверхности и в недрах небесных тел.
Решение проблем происхождения и развития, т.е. возможной дальнейшей судьбы отдельных небесных тел и их систем.
Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной.

мореплавании, в авиации, в космонавтике.
Вычисление и составление календаря.
Использование астрономических методов при составлении географических и топографических карт, предвычислении наступлений морских приливов и отливов, определение силы тяжести в различных точках земной поверхности с целью обнаружения залежей полезных ископаемых.
Изучение материи в таких ее состояниях, какие еще не достигнуты в земных лабораторных условиях.
Формирование мировоззрения ибо астрономия определяет положение Земли, а вместе с ней и человека в окружающем нас мире, во Вселенной.
Объяснение наблюдаемых небесных явлении.

с другими науками, особенно с математикой и физикой.

Астрономия — наука о Вселенной, изучающая расположение, движение, структуру, происхождение и развитие небесных тел и систем

древности. В Египте, Вавилонии уже за много веков до нашей эры были достигнуты известные успехи в арифметике и геометрии. Там же складывались первоначальные, еще крайне примитивные представления и о некоторых физических явлениях.

движениях Солнца, Луны, планет, определить размеры этих небесных тел и расстояния до них.

— шар, «замыкаемый» сферой неподвижных звезд, а размеры ее такие, как предполагал Аристарх Самосский, старший современник Архимеда, то сколько песчинок вместит этот шар? Речь шла об огромном числе, а с такими большими числами математики никогда еще дела не имели. Архимед разработал систему последовательно увеличивающихся чисел и показал, что числа как бы уходят в бесконечность. После этого он уже легко высчитал, что количество песчинок, вмещаемое Вселенной, равно единице с 63 нулями!

на Земле кажется, что Солнце, планеты и звезды движутся вокруг Земли, значит, так и есть на самом деле.

огромной скоростью, остается незаметным для ее обитателей. Основоположник гелиоцентрической системы мира.

сферическая. Когда Кеплер открыл законы обращения планет и оказалось, что планеты движутся по эллиптическим орбитам и с неравномерной скоростью, для изучения их движений имеющиеся математические знания и средства вычисления были уже недостаточны.

происходят не вполне по законам Кеплера, так как, помимо солнечного притяжения, каждая планета испытывает «возмущение» со стороны других планет. Это же относится и к движению Луны вокруг Земли.

Алексиса Клода Клеро, Жозефа Луи Лагранжа, Пьера Симона Лапласа (1749—1827) сложилась небесная механика — раздел астрономии, изучающий при помощи точнейших математических методов движения небесных тел с учетом всех «возмущений».

его выдающиеся открытия. Оказалось, что применение оптических стекол безмерно расширяет границы видимого мира!

и движений небесных тел, а о физической природе их в сущности ничего не было известно. Но когда в результате успехов физики возникли спектральный анализ и фотография, наступила новая эра в астрономии.

на пластинках спектры небесных тел, а потом исследовать их в лабораториях. Так на основе успехов физики сложилась новая область астрономии — астрофизика, которая к концу XIX в. уже достигла немалых успехов.

процессы, протекающие в них и космическом пространстве.

рентгеновские лучи, явление радиоактивности, изменяемость и превращение элементов. Эти и другие открытия безмерно расширили знания о природе вещества.

вопрос об источниках энергии Солнца и звезд. Казалось, нет в природе таких сил, за счет которых можно было бы пополнять огромный расход солнечной энергии на протяжении миллиардов лет.

при помощи которых можно осуществлять «управляемые» ядерные реакции и уже по воле людей превращать одни элементы в другие.

физики, вопросы состояния и поведения вещества в таких условиях, которых нет на Земле, которые только в будущем могут быть созданы, и даже в таких, которые никогда не могут быть созданы на нашей планете.

достижений физики. Оно быстро нашло свое применение в технике и позволило осуществить беспроволочную связь на дальние расстояния, а потом и по всему земному шару. Теперь радиоволны, приходящие на Землю из глубин Вселенной, улавливаются мощными радиотелескопами.

Это не значит, что ослабла связь астрономии с математикой. Наоборот, она только укрепилась и усилилась. Современная физика связана со сложными математическими расчетами. Современная небесная механика немыслима без огромных вычислительных работ. Например, сейчас уже известно свыше 1600 малых планет, и для каждой необходимо вычислить орбиту и следить за ее движением с учетом всевозможных «возмущений» от других планет.

другими науками, с техникой, с народным хозяйством, как теперь, в освоении космического пространства.
Сам по себе космический корабль, способный пролетать миллионы километров и приспособленный для длительного пребывания в нем людей,— творение высшей техники. Триумфом науки и техники является достигнутая возможность запустить такой корабль в космос с требуемой космической скоростью, позволяющей преодолевать притяжение Земли.

Земли, географических координат, ориентировка на суше и на море — все это всегда делалось и делается при помощи астрономии.

Солнца и планет, фазы Луны, солнечные и лунные затмения, упоминаются в исторических и литературных памятниках.

Совершим пешую прогулку или поездку по ней?

Наши самые быстрые сверхзвуковые пассажирские самолеты летают со скоростью приблизительно 2000 километров в час, скорость обычного автомобиля – 100 км в час, пешехода – 5 км в час. Как долго мы путешествовали бы хотя бы по ближайшим окрестностям Вселенной?
– Орбита Луны проходит в 385 000 км. от Земли.
Путешествие на самолете заняло бы на самолете 8 дней, на автомобиле – 160 дней, пешком – 9 лет! Впрочем, свет проходит данное расстояние всего за 1,3 секунды. 
– Солнце - на расстоянии 149 664 900 километров. И теперь уже – даже на самолете до Солнца нам добираться 8 с половиной лет, на автомобиле – 170 лет, а пешком – более 3 тысяч лет! Впрочем, свет проходит данное расстояние 500 секунд – 8 минут и 20 секунд!

Ближайшая звезда – Проксима Центавра – расположена на расстоянии 4.3 световых года. То есть луч света со скоростью 300 тыс км сек идет оттуда более 4 лет.
– на самолете – более 2 млн лет,
– на автомобиле – 46 млн лет,
– Пешком – более 900 млн лет!
За все время существования Вселенной пешком мы прошли бы лишь около 60 св. лет!
А ведь до ее видимого края – 13.7 млрд. св. лет…

человеку). Тогда в этом масштабе:
– Земля – в 100 метрах от него, размером примерно с мелкую вишню (8 мм),
– Юпитер, размером с крупный апельсин (около 10 см), будет на расстоянии 500 метров.
– Плутон будет на расстоянии около 4 км.
– ближайшая звезда Проксима Центавра в этом масштабе будет от Солнца в 25 тысяч км.
Многовато, уменьшим масштаб!

Тогда в этом масштабе:
– Меркурий будет от него находится в 2 м 80 см,
– Земля: 7 м 60 см (её размер 0.64 мм - как маковое зёрнышко), Луна 0.1 мм с диаметром орбиты 3см,
– Плутон будет на расстоянии около 30метров.
– ближайшая звезда Проксима Центавра в этом масштабе будет от Солнца в 2000 км.
– размер Галактики будет 60 000 000 км.
Снова - многовато!

Даже если сделать Солнце размером с 1 пиксель на LCD-мониторе, то чтобы увидеть сразу же и Проксиму Центавра, потребуется монитор с диагональю около 8 километров.

размер Галактики и Вселенной в целом – вновь уменьшаем масштаб, размер орбиты Земли до орбиты электрона в атоме водорода (0.53 * 10-8 см). Тогда ближайшая звезда будет находиться от Солнца на расстоянии 0.014 мм. А диаметр самого Солнца – меньше миллиметра!

Размер Галактики станет около 35 см , а от Солнца до чёрной дыры в центре 10 см (рукой подать!) .

То есть, меняя масштабы, можно легко всё умозрительно представить, при последнем масштабе размер Вселенной (13.7 миллиарда св. лет) не такой большой, всего-то 47 км 950 м.

Солнечная система

Звезды

лет, или в метрах - 3×1026 . Сведем его в одну карту, и рассмотрим ее потом повнимательнее.

На главном рисунке приведена "карманная карта Вселенной". Далее – на шести рисунках карта разрезана на равные части. По одной из осей откладывается расстояние от центра Земли. С одной стороны расстояние дано к единицах радиуса нашей планеты. С другой - в более привычных единицах: на карманной карте - это мегапарсеки, на шести отдельных листах шкала для удобства меняется (километры, астрономические единицы, парсеки, мегапарсеки).

и ее ближайшие окрестности. Показаны основные деления внутреннего строения Земли. Над поверхностью мы видим множество точек - это искусственные спутники. Точки нанесены неслучайно, это реальные данные на момент полнолуния 12 августа 2003 г. Отдельно выделены МКС и Космический телескоп. Видна полоса спутников системы GPS и геостационарные спутники. Выше - Луна и спутник WMAP.

Пояс астероидов представлен двумя сгущениями. Это связано с тем, что изображены лишь те малые планеты, что оказались вблизи небесного экватора. Т.к. плоскость эклиптики наклонена к экватору, то мы и видим два сгустка вблизи 12 и 24 часов. В самом верху условно показана граница гелиопаузы и спутники, подлетающие к ней. Показаны и объекты пояса Койпера. Отдельно выделена комета Галлея.

Плутона до ближайших звезд. Лишь облако Оорта .... Да и то, о нем мы имеем лишь косвенную информацию. Зато видно, как далеко до звезд. Даже летая от планеты к планете внутри нашей системы, мы смотрим на звезды как на недостижимые (пока) светила.

каталога спутника Гиппаркос, попавшие в экваториальную зону, а также некоторые известные светила, скопления и туманности.

Для ближайших звезд мы можем построить и объемную карты – кто способен на трехмерное зрение, может рассмотреть, как они расположены в пространстве относительно Солнца

показана пунктирной линией, т.к. мы сильно смещены от центра, то граница, конечно же, несимметрична). Внутри Галактики показаны примечательные объекты: двойной радиопульсар, кандидат в черные дыры Cyg X-1, шаровое скопление М13. Выделен и центр Галактики. Вверху видим галактики Местной группы: Туманность Андромеды и всякая мелочь. В правом верхнем углу - М81. Это уже более далекая галактика.

В самом низу наше скопление в Деве (справа, там где М87). Далекие объекты образовали как бы два столба. Это связано с тем, что в плоскости Млечного Пути поглощение света слишком велико, а потому далекие галактики и квазары мы видим лишь вне плоскости нашей Галактики. Благодаря тому, что карта конформная, детали крупномасштабной структуры переданы адекватно. Видна старая "Великая стена" и "Слоановская великая стена" - более далекая и длинная. Поскольку нанесены реальные объекты, то на больших расстояниях картина становится неполной - мы видим только самые яркие источники (квазары Слоановского цифрового обзора, например).
Внизу – крупномасштабная структура Вселенной в трехмерном виде.

представить размер Галактики и Вселенной в целом – вновь – к наименьшему масштабу:
– размер орбиты Земли до орбиты электрона в атоме водорода (0.53 * 10-8 см).
– диаметр Солнца – 0.0046 ангстрема. Тогда ближайшая звезда будет находиться от Солнца на расстоянии 0.014 мм.
Размер Галактики станет около 35 см , а от Солнца до чёрной дыры в центре 10 см (рукой подать!) .

В таком масштабе размер Вселенной (13.7 миллиарда св. лет) не такой большой, всего-то 47 км 950 м.

1056 г;
сверхскопления галактик (по Вокулеру) -- 1052 г;
гигантские скопления галактик, которые входят в сверхскопление, -- ... 1048 г.
Средняя масса отдельной галактики сейчас оценивается как величина ...1044 г.
как гигантские пылевые облака с порядком массы 1040 г,
звездные скопления обладают средней массой порядка 1036 г.
звезды, несмотря на их ошеломляющее разнообразие, все-таки концентрируются по величине массы в пределах 1032 г.
О планетах представление более расплывчато, поскольку нам известна, к сожалению, только одна семья планет. Но если отбросить крайние значения (Юпитер и Плутон), взять усредненную величину, то таким полномочным представителем окажется Уран 8,8 * 1028 г.
спутники планет имеют массу порядка 1024 г.
астероиды на диаграмме их распределения -- в интервале 1020 г для крупных и 1016 -- для мелких.
Хотя существуют еще ледяные кольца Сатурна с наиболее частым поперечником 0,6 метра и, следовательно, с порядком массы 10-4 г.
Но еще более удивительно, что и на другом конце мировой шкалы в микромире показатели степени подчиняются такой же закономерности.
Масса электрона -- 9,1 * 10-28 г,
масса протона и нейтрона -- 1,6 * 10-24.
И даже масса покоя нейтрино, по предварительным результатам имеет порядок величины
10-32 грамма.

60-х годов нашего века выполняемые из космоса — с автоматических и других космических станций и даже с Луны. Аппараты сделали возможным получение проб лунного грунта, доставку разных приборов и даже высадку людей на Луну. Но так пока можно исследовать только ближайшие к Земле небесные светила. Играя такую же роль, как опыты в физике и химии, наблюдения в астрономии имеют ряд особенностей.

случаев пассивны по отношению к изучаемым объектам.
Многие небесные явления протекают столь медленно, что наблюдения их требуют громадных сроков; так, например, изменение наклона земной оси к плоскости ее орбиты становится заметным лишь по истечении сотен лет.

сама находится в движении. Поэтому вид неба для земного наблюдателя зависит не только от того, в каком месте Земли он находится, но и от того, в какое время суток и года он наблюдает. Например, когда у нас зимний день, в Южной Америке летняя ночь, и наоборот. Есть звезды, видимые лишь летом или зимой.

на глаз, ни в телескоп нельзя решить, какое из них ближе, какое дальше. Все они кажутся нам одинаково далекими. Поэтому при наблюдениях обычно выполняют угловые измерения и уже по ним часто делают выводы о линейных расстояниях и размерах тел.

идущими к объектам из точки наблюдения. Такое расстояние называется угловым и выражается в градусах и его долях. При этом считается, что две звезды находятся недалеко друг от друга на небе, если близки друг другу направления, по которым мы их видим.

инструментами, например теодолитом. Теодолит — это инструмент, основной частью которого служит зрительная труба, вращающаяся около вертикальной и горизонтальной осей. С осями скреплены круги, разделенные на градусы и минуты дуги. По этим кругам отсчитывают направление зрительной трубы. На кораблях и на самолетах угловые измерения выполняют прибором, называемым секстантом (секстаном).

«далеко» и «наблюдаю». Это оптический прибор, состоящий из различных линз, который позволяет зрительно приближать предметы, находящиеся на значительном расстоянии от наблюдателя. 

с помощью которого смог разглядеть не только горы и кратеры Луны, но и 4 спутника Юпитера. Хотя не факт, что Галилей был первым человеком, научившимся использовать линзы для увеличения предметов. При раскопках Трои были обнаружены довольно хорошо выполненные линзы из хрусталя.

и земные явления с помощью большого телескопа. Как правило, в обсерватории имеется несколько телескопов, и она имеет вращающийся купол. Располагают обсерватории обычно на возвышенностях.

предназначенное для исследования электромагнитного излучения космических объектов в частотном диапазоне от десятков МГц до десятков ГГц. Космические тепловизоры передают изображение поверхностей объектов в инфракрасном диапазоне.

излучения различных астрономических объектов. В устройстве радиотелескопов используют специальные антенны, которые позволяют улавливать частоты от нескольких десятков мегагерц до нескольких десятков гигагерц

первых радиотелескопов обязано американскому радиоинженеру Карлу Янскому. Янский работал радиоинженером в телефонной компании и ему пришлось изучать помехи неизвестного происхождения.