Кабинет Астрономии ---------- Китеж-град: Лекция№1 Лекция№2 Лекция№3 Лекция№4 Отправить домашнюю работу Сова профессора Библиотека

Лекция №4 Объекты Вселенной и их характеристики. *Время летело достаточно быстро и зиму давно сменила весна, за окном стало все зеленеть и мир снова преобразился. Профессор сидела на подоконнике и как ребенок рассматривала школьный двор, где толпа учеников, что-то бурно обсуждали. Из этого ностальгического состояния ее вывел голос тех учеников, что пришли сегодня на занятия. * -Доброе утро! Рассаживаемся побыстрее и начинам занятие. Природа материальна и мегамир, как часть природы, тоже материален. Материя существует вне нашего сознания, но может быть воспринята нашими органами чувств и познана разумом человека. Вам об этом говорили уже на многих предметах. Материальный мир существует в двух формах: в виде вещества и в виде физических полей. Вещество во Вселенной наблюдается в виде двух субстанций: как дискретные объекты и как диффузное вещество. Основные типы дискретных объектов: это горячие объекты - звезды и холодные объекты, представителями которых могут считаться, например, планеты. Давайте теперь разберемся в понятии, что такое звезды? Звезды - это массивные плазменные объекты, на определенной достаточно длительной стадии своего существования, излучающие за счет энергии термоядерного синтеза, происходящего в их недрах. Звезды составляют главный компонент видимого вещества Вселенной. Основным параметром звезды является ее масса. Масса определяет все другие характеристики звезды, и даже время ее жизни. Важными характеристиками звезд оказываются: полная мощность излучения (светимость), поверхностная температура и радиус. Массы известных звезд зафиксированы в пределах 0.1 - 80 масс Солнца. Масса Солнца равна 2*1030кг и в астрономии часто используется как единица массы, тоже относится и к светимости Солнца (3.86*1026 Вт). Наименьшее значение масс звезд - 0.02 - 0.08 масс Солнца; при меньших значениях массы температура в центре звезды недостаточна для начала термоядерных реакций. Верхний предел массы определяется возможностью существования звезды как единого целого. Светимости звезд заключены в очень больших пределах: от 10-5L до 10+5L, то есть звезды большой светимости излучают в 10 миллиардов раз больше, чем звезды самой малой светимости. Пределы поверхностной температуры звезд также велики. Существуют очень холодные звезды, с температурой поверхности около 2000 К и даже менее и очень горячие звезды, с температурой до 50000 К. Холодные звезды излучают преимущественно в красной и инфракрасной областях спектра, например, Бетельгейзе - a Ориона, m Цефея. Горячие звезды излучают в основном в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, например Вега - a Лиры, ядра планетарных туманностей. Косвенной характеристикой распределения энергии в спектре звезды является ее цвет, холодные звезды выглядят красноватыми, а горячие оказываются белыми или голубыми. Мощность излучения единицы поверхности звезды, рассматриваемой как абсолютно черное тело, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры (закон Стефана-Больцмана). Из наблюдений получено, что отношение предельных светимостей звезд одной и той же температуры на три порядка превышает мощность излучения с единицы поверхности. Отсюда следует интересный вывод, что звезды с одинаковой температурой поверхности могут иметь разные размеры. Действительно, все звезды делятся по размерам на три группы: -звезды с размерами близкими к размеру Солнца - так называемые звезды-карлики - звезды с размерами, существенно превышающими размеры Солнца (звезды-гиганты и сверхгиганты) -сверхплотные звезды, размеры которых сравнимы с размерами Земли. Между этими группами звезд существует генетическая связь. Эволюционируя, звезда проходит через все стадии, то есть может быть звездой - карликом, гигантом и плотным образованием. Из всех звезд лучше всего изучена ближайшая к Земле звезда - Солнце. По принятой терминологии Солнце - желтый карлик с температурой поверхности около 6000 К. Радиус Солнца составляет 700000 км, что примерно в 110 раз больше радиуса Земли. Солнце состоит из водорода и гелия, причем водорода в 3 раза больше, чем гелия. Источником энергии Солнца являются реакции синтеза водорода в гелий. -Теперь подошло время планет. Все из вас могут обрисовать ситуацию и сказать примерно, что такое планета, но давайте обратимся научному определению. Планеты - это маломассивные холодные объекты, в которых не могут идти термоядерные реакции. Светят планеты за счет отражения света звезды, вокруг которой они обращаются. По-видимому, планетные системы существуют вокруг многих звезд, но из-за слабости их излучения они не могут быть непосредственно наблюдаемы с Земли. Различные косвенные методы позволяют предположить наличие у некоторых звезд холодных спутников, которые возможно являются планетами. Астрономическому и физическому исследованию доступны пока только планеты Солнечной системы. Вокруг Солнца по современным данным обращается девять больших планет и несколько тысяч малых планет. Большие планеты - это шарообразные тела, обращающиеся вокруг Солнца по почти круговым, точнее эллиптическим орбитам с небольшими эксцентриситетами. Большие планеты подразделяются на две большие группы: планеты земной группы и планеты-гиганты. Планеты Земной группы. Планеты земной группы (наиболее близкие к Солнцу): Меркурий, Венера, Земля и Марс. Это твердые объекты. Земля и Венера по массе и радиусу сравнимы друг с другом, однако атмосфера Венеры состоит преимущественно из углекислого газа, тогда как атмосфера земли азотно-кислородная. Углекислый газ обладает сильным парниковым эффектом. Он пропускает видимый свет и не пропускает от планеты тепловое излучение. Вследствие этого на Венере очень высокая поверхностная температура - до 500њС. Плотный облачный покров полностью закрывает поверхность планеты. Планеты Меркурий и Марс меньше, чем Земля. Меркурий давно потерял свою атмосферу, а вот на Марсе она еще есть, но очень разреженная. Поверхности Меркурия и Марса покрыты, как и Луна, большим количеством кратеров. Планеты Гиганты К планетам-гигантам относятся Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Размеры Юпитера и Сатурна примерно в 10 раз больше размеров Земли. Все эти планеты имеют газовую природу. В глубоких слоях газ переходит в жидкое состояние. Химический состав этих планет такой же, как у Солнца: водород и гелий. Планеты - гиганты являются несостоявшимися звездами, их масса оказалась недостаточной для начала термоядерных реакций. Самой удаленной планетой от Солнца (большая полуось орбиты - 40 астрономических единиц) является Плутон. Эта планета еще мало изучена, но она по физическим условиям напоминает планеты земной группы или так называемые малые планеты. По орбите Плутона движутся много небольших тел, названных плутино ("плутончики") Орбиты малых планет, иначе называемых астероидами, расположены в основном между орбитами Марса и Юпитера. Малые планеты оправдывают свое название. Самый большой из известных астероидов - это Церера с размером около 1000 км, остальные еще меньше. Их неправильные формы очевидны у тел малой массы. Орбиты некоторых малых планет вытянуты и даже заходят внутрь орбиты Меркурия. Есть гипотезы о существовании трансплутоновых планет, но пока нет наблюдений этих объектов. Многие большие планеты имеют большое количество спутников. Форма спутников большой массы - шарообразная, а вот все мало массивные спутники имеют неправильную форму. Не обнаружены спутники только у Меркурия и Венеры, а наибольшее их число у Юпитера и Сатурна до трех десятков у каждой планеты. Ежедневно открываются все более мелкие и удаленные от планет-гигантов спутники. Спутники планет Солнечной системы весьма разнообразны по своим физическим характеристикам и внутреннему строению. Есть спутники с атмосферами и без них, спутники ледяные, каменные, состоящие из серы и т.д. В Солнечную систему, кроме Солнца, планет и их спутников, входит многочисленная семья комет. Это объекты, состоящие из протопланетного вещества или по некоторым данным из межзвездного вещества и в основном находящиеся далеко за пределами орбиты Плутона. Под действием массивных объектов, в том числе и ближайших звезд, кометы изменяют свою орбиту и устремляются к Солнцу. По мере приближению к нему у кометы образуется обширный хвост из газа и пыли, который под действием корпускул солнечного ветра и давления солнечного света вытягивается от Солнца. Хвост является характерным и эффектным образованием кометы. Ежегодно открывают несколько комет, обычно слабых. Яркие кометы, проходящие близко от Солнца, наоборот являются достаточно редким явлением. К счастью, вторая половина XX века оказалась благоприятной для наблюдений ярких комет. Это кометы Мркоса, Аренда-Ролана, Икейа-Секи, Хиакутаке 1996г. Весной 1997г. была прекрасно видна комета самая большая комета XX столетия комета Хейла-Боппа. У больших комет длина хвоста доходит до астрономической единицы, а голова близка к размерам Солнца. Обогнув Солнце, комета снова уходит в космические дали. Известно так же, что, по крайней мере, большинство комет является периодическими. Так, комета Галлея возвращалась к Земле 31 раз, последнее ее прохождение около Солнца состоялось в 1986 году. Домашнее задание: 1. Объясните закон Стефана-Больцмана. 2. Откуда пошло название "спутник" и какое значение они имеют для планет. 3. Расскажите о составляющем вселенной, о котором, я возможно забыла упомянуть в своем рассказе? 4. Каковы основные параметры Солнца?