Первый закон. Каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов
которого находится Солнце.
[pic],
где с – расстояние от центра эллипса до его фокуса, а- большая полуось, е –
эксцентриситет эллипса.
Чем больше е, тем больше эллипс отличается от окружности. Если с=0 (фокусы
совпадают с центром), то е=0 и эллипс превращается в окружность радиусом а.
Ближайшую к Солнцу точку орбиты (П) называют перегелием, а наиболее
удаленную афелием.
По эллипсам движутся и спутники. Ближайшая к Земле точка орбиты Луны
называется перигеем, а удаленная – апогеем.
Второй закон. (закон площадей). Радиус-вектор планеты за одинаковые
промежутки времени описывает равные площади. Из этого закона следует, что
скорость планеты при движении её по орбите тем больше, чем ближе она к
Солнцу.
Третий закон. Квадраты звёздных (сидерических) периодов обращения планет
относятся как кубы больших полуосей их орбит.
[pic]
Этот закон позволил установить относительные расстояния планет от Солнца (в
единицах большой полуоси земной орбиты), поскольку звёздные периоды планет
уже были вычислены. Большую полуось земной орбиты принята за
астрономическую единицу (а. е.) расстояний. Среднее расстояние Земли от
Солнца называют астрономической единицей. 1 а.е.= 149600000 км.
Билет № 10. Планеты земной группы: Меркурий, Марс, Венера, Земля, Плутон.
Имеют небольшие размеры и массы, средняя плотность этих планет в несколько
раз больше плотности воды. Они медленно вращаются вокруг своих осей. У
них мало спутников. Угол наклона оси у Земли и Марса примерно одинаков, но
иные, чем у Меркурия и Венеры, а это определяет смену времен года. Венера и
Марс имеют атмосферу в основном из углекислого газа, Земля – азотно-
кислородную. Планеты земной группы имеют твердые поверхности. Меркурий
изобилует кратерами, Венера – наиболее гладкая, хотя и там есть горы и
вулканы. Много вулканов и на Марсе, темные области, занимающие значительную
поверхность Марса, назвали морями, а возвышенности, представляющие собой
поля оранжево-красного цвета – материками. На Марсе вода может быть в виде
льда на полюсах в слое вечной мерзлоты, на Венере и Меркурии воды нет.
Плутон самая маленькая из планет, но по физическим характеристикам он
близок к этой группе.
Планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
Они имеют большие размеры и массы. Планеты-гиганты очень быстро вращаются
вокруг своих осей. Отличаются большим числом спутников (у Юпитера –16).
Особенность планеты-гигантов – кольца, состоящие из частиц и глыб. Эти
планеты не имеют твердых поверхностей, плотность у них мала, состоят в
основном из водорода и гелия. Газообразный водород атмосферы переходит в
жидкую, а затем в твердую фазу. При этом быстрое вращение и то, что водород
становится проводником электричества, обуславливает значительные магнитные
поля этих планет, которые улавливают летящие от Солнца заряженные частицы
и образуют радиционные пояса.
Билет № 11. Физические условия на Луне.
Луна меньше Земли по массе в 81 раз, средняя её плотность 3300 кг/м3, т.
е. меньше, чем у Земли. На Луне нет атмосферы, только разреженная пылевая
оболочка. Огромные перепады температуры лунной поверхности от дня к ночи
объясняются не только отсутствием атмосферы, но и продолжительностью
лунного дня и лунной ночи, которая соответствует двум нашим неделям.
Температура в подсолнечной точке Луны достигает +120(С, а в противоположной
точке ночного полушария – 170(С. Поверхность Луны покрыта темными ровными
участками (морями) и светлыми гористыми (материками). Многие моря окаймлены
горными хребтами (Кавказ, Альпы). На Луне много кратеров. Мелкие и средние
кратеры образованы в результате падения метеоритов. Крупные кратеры
вероятно результат вулканической деятельности в далеком прошлом. Образцы
лунных пород похожи на вулканические базальты, содержат осколки
магматических пород. Химический состав различных участков неодинаков. Из-за
отсутствия воды минералов на Луне меньше, чем на Земле. Микроорганизмов на
Луне не обнаружено. Активного вулканизма на Луне нет, но и сейчас
происходят слабые лунотрясения.
Спутники планет как правило покрыты кратерами.
Марс (2 небольших спутника: Фобос и Деймос, кратеры на них не
вулканического происхождения, а от ударов метеоритов.);
Юпитер (16 спутников, самые известные 4 галилеевых спутника: Европа,
Каллисто, Ио - имеет действующие вулканы, Ганимед – по размерам больше
Меркурия);
Сатурн (17 спутников, особо известен Титан: имеет атмосферу из азота);
Уран (16 спутников); Нептун (8 спутников); Плутон (1 спутник).
Билет № 12. Кометы состоят из ядра и хвоста. Ядро комет по размерам
похоже на астероид, а хвост простирается на сотни миллионов километров. По
мере приближения к Солнцу у кометы развивается хвост, направленный от
Солнца, а, удаляясь, комета постепенно перестает быть видимой. Ядро кометы
и пыль светят отраженным солнечным светом. Орбиты комет – сильно вытянутые
эллипсы. Некоторые кометы периодические, наиболее известные кометы:
комета Галлея ( Т = 76 лет; 1910 – 1986 – 2062);
комета Энка (Т=3,3года).
Массу кометы можно оценить по возмущениям в ее движении при приближении к
планетам. Вещество кометы сосредоточено в ее ядре, которое состоит из
смеси замерзших газов (аммиак, метан, углекислый газ), металлических и
каменных частиц разных размеров. Чем ближе комета подходит к Солнцу, тем
больше прогревается ее ядро, возрастает выделение газа и пыли, усиливается
давление света на него. Поэтому хвост кометы увеличиввается и становится
все более заметным.
Астероиды (малые планеты). Наиболее известные - Церера, Веста, Паллада,
Юнона, Икар, Гермес, Аполлон (всего более 1500). Между орбитами Марса и
Юпитера много малых планет, образующих пояс астероидов. Большинство их –
бесформенные глыбы. Массы астероидов слишком малы, чтобы удерживать
атмосферу.
Исследование комет, астероидов, метеорных потоков показало, что все они
имеют одинаковую физическую природу и одинаковый химический состав.
Определение возраста Солнечной системы говорит о том, что Солнце и планеты
имеют примерно один возраст (около 5,5 млрд. лет). По теории возникновения
Солнечной системы академика О. Ю. Шмидта Земля и планеты возникли из газо-
пылевого облака, которое вследствие закона всемирного тяготения было
схвачено Солнцем и вращалось в том же направлении, что и Солнце. Постепенно
в этом облаке формировались сгущения, которые дали начало планетам.
Свидетельством того, что планеты образовались из таких сгущений, является
выпадение метеоритов на Землю и на другие планеты. Так в 1975 г. было
отмечено падение кометы Вахмана-Штрассмана на Юпитер.
Билет № 13. Солнце – ближайшая к нам звезда, у которой в отличие от всех
других звёзд мы можем наблюдать диск и при помощи телескопа изучать на нём
мелкие детали. Солнце – типичная звезда, а потому его изучение помогает
понять природу звёзд вообще.
Масса Солнца в 333 тыс. раз больше массы Земли, мощность полного излучения
Солнца составляет 4 * 1023 кВт, эффективная температура – 6000 К.
Как и все звёзды Солнце – раскалённый газовый шар. В основном оно состоит
из водорода (70%) и гелия (28%), 1-2% массы Солнца приходится на другие
более тяжёлые элементы.
На Солнце вещество сильно ионизировано, т. е. атомы потеряли свои внешние
электроны и вместе с ними стали свободными частицами ионизированного газа –
плазмы.
Средняя плотность солнечного вещества 1400 кг/м3. Однако, это среднее
число, и плотность в наружних слоях несоизмеримо меньше, а в центре в 100
раз больше.
Под действием сил гравитационного притяжения, направленных к центру Солнца,
в его недрах создаётся огромное давление, которое в центре достигает 2 *
108 Па, при температуре около 15 млн К. При таких условиях ядра атомов
водорода имеют очень высокие скорости и могут сталкиваться друг с другом,
несмотря на действие электростатической силы отталкивания. Некоторые
столкновения заканчиваются термоядерными реакциями, при которых из водорода
образуется гелий и выделяется большое количество теплоты.
Атмосферу Солнца делят на 3 слоя: фотосферу (нижний слой), хромосферу и
корону. Поверхность солнца (фотосфера) имеет гранулярную структуру, т. е.
состоит из «зёрнышек» размером в среднем около 1000 км. Грануляция является
следствием движения газов, в зоне, расположенной под фотосферой. Временами
в отдельных областях фотосферы тёмные промежутки между пятнами
увеличиваются, и образуются большие тёмные пятна. Наблюдая солнечные пятна
в телескоп, Галилей заметил, что они перемещаются по видимому диску Солнца.
На этом основании он сделал вывод, что Солнце вращается вокруг своей оси, с
периодом 25 сут. на экваторе и 30 сут. вблизи полюсов.
Пятна – непостоянные образования, чаще всего появляются группами. Вокруг
пятен иногда видны почти незаметные светлые образования, которые называют
факелами. Главной особенностью пятен и факелов является присутствие
магнитных полей с индукцией, достигающей 0,4-0,5 Тл. По краю солнечного
диска можно наблюдать протуберанцы – яркие выступы, опирающиеся на
хромосферу и врывающиеся в солнечную корону.
Билет № 14. Проявление солнечной активности на Земле:
Солнечные пятна являются активным источником электромагнитного излучения,
вызывающего так называемые «магнитные бури». Эти «магнитные бури» влияют на
теле- и радиосвязь, вызывают мощные полярные сияния.
Солнце излучает следующие виды излучения: ультрафиолетовое, рентгеновское,
инфракрасное и космические лучи (электроны, протоны, нейтроны и тяжёлые
частицы адроны). Ультрафиолетовое и рентгеновское излучения в основном
исходят от верхних слоев хромосферы и короны. Эти излучения почти целиком
задерживаются атмосферой Земли, образуя ионосферу. Вот почему следует
сохранять атмосферу Земли в нормальном состоянии. Периодически появляющиеся
озоновые дыры пропускают излучение Солнца, которое достигает земной
поверхности и пагубно влияет на органическую жизнь на Земле.
Солнечная активность проявляется через каждые 11 лет. Последний максимум
солнечной активности был в 1991 году. Ожидаемый максимум – 2002 год.
Максимум солнечной активности означает наибольшее количество пятен,
излучения и протуберанцев.
Давно установлено, что изменение солнечной активности Солнце влияет на
следующие факторы:
эпидемиологическую обстановку на Земле;
количество разного рода стихийных бедствий (тайфуны, землетрясения,
наводнения и т. д.);
на количество автомобильных и железнодорожных аварий.
Максимум всего этого приходится на годы активного Солнца. Как установил
учёный Чижевский, активное Солнце влияет на самочувствие человека. С тех
пор составляются периодические прогнозы самочувствия человека.
Билет № 15. Для измерения расстояния до тел Солнечной системы применяется
метод парллакса. Радиус земли оказывается слишком малым, чтобы служить
базисом для измерения параллактического смещения звёзд и расстояния до них.
Поэтому пользуются годичным параллаксом вместо горизонтального.
Годичным параллаксом звезды называют угол (p), под которым со звезды можно
было бы видеть большую полуось земной орбиты, если она перпендикулярна лучу
зрения.
a – большая полуось земной орбиты (средний радиус),
p – годичный параллакс.
Также используется единица расстояния парсек. Парсек – расстояние, с
которого большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения видна
под углом 1( или расстояние до звезды, которое соответствует параллаксу в
1(.
Расстояние до звезды в парсеках [pic]
1 парсек = 3,26 светового года = 206265 а. е. = 3 * 1011 км.
Световой год- расстояние, которое свет проходит за 1год.
Измерением годичного параллакса можно надёжно установить расстояние до
звёзд, находящихся не далее 100 парсек или 300 св. лет.
Билет № 16. Существуют разные типы звёзд: одиночные, двойные и кратные,
стационарные и переменные, звёзды-гиганты и звёзды-карлики, новые и
сверхновые. Существуют ли в этом многообразии звёзд, в кажущемся их хаосе
закономерности? Такие закономерности, несмотря на разные светимости,
температуры и размеры звёзд, существуют.
Звёзды классифицируются по следующим параметрам: размеры, цвет, светимость,
спектральный класс.
По размерам звёзды делятся на звёзды-карлики, средние звёзды, нормальные
звёзды, звёзды гиганты и звёзды-сверхгиганты. Звёзды-карлики – спутник
звезды Сириус; средние – Солнце, Капелла (Возничий); нормальные (t = 10
тыс. К) – имеют размеры между Солнцем и Капеллой; звёзды-гиганты – Антарес,
Арктур; сверхгиганты – Бетельгейзе, Альдебаран.
По цвету звёзды делятся на красные (Антарес, Бетельгейзе – 3000 К), жёлтые
(Солнце, Капелла – 6000 К), белые (Сириус, Денеб, Вега – 10000 К), голубые
(Спика – 30000 К).
По светимости звёзды классифицируют следующим образом. Если принять
светимость Солнца за 1, то звёзды белые и голубые имеют светимость в 100 и
10 тыс. раз больше светимости Солнца, а красные карлики – в 10 раз меньше
светимости Солнца.
По спектру звёзды подразделяют на спектральные классы (Солнце- G2).
Атмосферы звезд имеют сходный химический состав, в основном водород и
гелий. Разнообразие звездных спектров объясняется прежде всего тем, что
звезды имеют разную температуру. От температуры зависит физическое
состояние, в котором находятся атомы вещества в звездных атмосферах, и вид
спектра. Кроме этого, вид спектра звезды определяется давлением и
плотностью газа ее фотосферы, наличием магнитного поля, особенностями
химического состава.
Светимость (L) звезды характеризует общую мощность излучения звезды.
Светимость пропорциональна площади поверхности (фотосферы) звезды и
четвертой степени эффективной температуры (Т) или абсолютной звездной
величине [pic]
По этой формуле можно определить, если известна светимость (L), радиус
звезды R, ее объем, площадь фотосферы.
Если Lсолнца=1, то lgL=0.4(MC-M),
где MC - абсолютная звездная величина солнца.
Между спектром и светимостью существует взаимосвязь «спектром –светимость».
Звезды данного спектра не могут иметь произвольную светимость и, наоборот,
звезды с определенной светимостью не могут иметь любую температуру. Масса
звезд взаимосвязана со светимостью (абсолютными звездными величинами) –
взимосвязь «масса-светимость». Чем больше масса звезды, тем больше
светимость.
Установлено, что с увеличением массы растёт светимость звёзд, причём эта
зависимость определяется формулой L = m3,9, кроме того, для многих звёзд
справедлива закономерность L ( R5,2.
Зависимость L от t( и цвета (диаграмма «цвет – светимость).
|Цве|Крас|Жёлт|Белы|Голуб|
|т |ные |ые |е |ые |
|Т |3000|6000|1000|20-30|
| |К |К |0 К |000 К|
Условия равновесия: как известно, звёзды являются единственными объектами
природы, внутри которых происходят неуправляемые термоядерные реакции
синтеза, которые сопровождаются выделением большого количества энергии и
определяют температуру звёзд. Большинство звёзд находятся в стационарном
состоянии, т. е. не взрываются. Некоторые звёзды взрываются (так называемые
новые и сверхновые звёзды). Почему же в основном звёзды находятся в
равновесии? Сила ядерных взрывов у стационарных звёзд уравновешивается
силой тяготения, вот почему эти звёзды сохраняют равновесие.
Билет № 17. Закон Стефана-Больцмана определяет зависимость между излучением
и температурой звёзд.
( = (Т4 ( – коэффициент, ( = 5,67 * 10-8 Вт/м2к4
[pic] ( – энергия излучения единицы поверхности звезды
L – светимость звезды, R – радиус звезды.
Полученную таким методом температуру называют эфективной температурой.
С помощью формулы Стефана-Больцмана и закона Вина определяют длину волны
((), на которую приходится максимум излучения:
(maxT = b b – постоянная Вина
Можно исходить из обратного, т. е. с помощью светимости и температуры
определять размеры звёзд.
Билет № 18. Переменные звезды – это звезды, блеск котрых изменяется. У
одних переменных звезд блеск изменяется периодически, у других
беспорядочно. Изучение этих звезд важно для понимания эволюции звезд.
Цефеиды – это пульсирующие звезды, которые периодически раздуваются и
сжимаются. Им присуще особенности звезды Цефея. В процессе пульсации
цефеиды изменяется и температура ее фотосферы. Самую высокую температуру
звезда имеет в максиуме блеска. Между периодом пульсации и светимостью
цефеид существует зависимость «период – светимость», по периоду изменения
блеска звезды можно оперделить ее звездную величину. Цефеиды относятся к
звездам-гигантам и сверхгигантам.
У некоторых нестационарных звезд блеск резко возрастает – это новые звёзды
и сверхновые звёзды. При вспышках новых звезд блеск возрастает в тысячи раз
за короткое время. Новые звезды обычно входят в состав двойных систем, а
вспышки происходят в результате обмена веществом между звездами,
образующими двойную систему.
Еще более грандиозны вспышки сверхновых звезд. Сверхновые звезды – это
взрывающиеся звезды. При взрывах сверхновых в течение нескольких суток
выделяется огромная энергия. Такие взрывы происходят на заключительных
этапах. Остатки оболочек сверхновых звезд, оказываются источниками
радиоизлучения – их называют пульсары. Пульсары – это быстровращающиеся
сверхплотные звезды, радиусы которых 10 км, а массы близки к массе Солнца.
Эта звезда как бы пульсирует, излучая радиоволны. Их называют пульсарами –
конечная стадия звёзд-гигантов.
Билет № 19. Двойственность среди звезд – распостраненное явление среди
звезд: почти половина звезд входит в состав двойных или более сложных
кратных систем. Бывает звезды видны близко друг к другу, тогда как в
действительности в пространстве они совершенно не связаны друг с другом –
это оптические двойные звезды. Физические двойные звезды - обращаются около
их общего центра тяжести под действием взаимного тяготения. Период их
Страницы: 1, 2
