Астрономія

1. Намалювати і пояснити дію телескопів двох головних видів.

Телескоп — прилад для спостереження віддалених об’єктів. Термін «телескоп» також вживається для позначення астрономічних приладів для спостережень електромагнітних хвиль невидимих для людського ока (інфрачервоні, ультрафіолетові, рентгенівські, гамма- і радіотелескопи), а також для реєстрації відмінного від електромагнітного випромінювання (нейтринні та гравітаційні телескопи). Типи телескопів

• Оптичні телескопи

Конструктивно оптичний телескоп являє собою трубу (суцільну, каркасну або фермову), встановлену на монтуванні. Оптична система телескопа складається з декількох оптичних елементів (лінз, дзеркал або лінз і дзеркал). Телескопи, побудовані на основі лінзової оптичної системи (діоптричної), називають рефракторами.

• Радіотелескопи

Радіотелескопи являють собою направленні антени, найчастіше параболічної форми. Оскільки радіодіапазон набагато ширший оптичного, конструкція радіотелескопів може дуже відрізнятися.

• Телескоп має три основні призначення:

1. Збирати випромінювання від небесних світил на приймальний пристрій (око, фотографічну пластинку, спектрограф і ін.); 2. Будувати у своїй фокальній площині зображення об’єкта або певної ділянки неба; 3. Допомогти розрізняти об’єкти, розташовані на близькій кутовій відстані один від одного, що непомітно неозброєним оком. Основною оптичною складовою телескопа є об’єктив, який збирає світло і будує зображення об’єкта або ділянки неба. Об’єктив з’єднується з приймальним пристроєм трубою (тубусом). Механічна конструкція, що несе трубу і що забезпечує її наведення на небо, називається монтуванням. Якщо приймачем світла є око (при візуальних спостереженнях), то обов’язково потрібен окуляр, в який розглядається зображення, побудоване об’єктивом. При фотографічних, фотоелектричних, спектральних спостереженнях окуляр не потрібен. Фотографічна пластинка, вхідна діафрагма електрофотометра, щілина спектрографа та ін. встановлюються безпосередно у фокальній площині телескопа.

• Рефрактори (лінзові телескопи)

Є два основні методи фокусування світлового проміння в телескопі. В першому методі проміння фокусується скляним об’єктивом, який складається з однієї або декількох лінз. Працюючі таким чином телескопи називають рефракторами. Рефрактори мають ряд переваг в порівнянні з іншими конструкціями телескопів. По-перше, в них не проникає пил і волога, оскільки труба закрита об’єктивом. По-друге, оптичні елементи рефрактора фіксуються на фабриці і не вимагають юстирування — тонкої настройки оптичної системи. По-третє, на відміну від інших систем, в рефракторах немає екранування об’єктиву, яке зменшує кількість збираного світла і спотворює дифракційну картину. В результаті виходить висококонтрастне, з прекрасним дозволом зображення, ідеально відповідне для спостережень місяця і планет. Одним же з основних недоліків рефракторів є фарбування яскравих об’єктів кольоровими ореолами. Причина появи ореолів полягає в тому, що проміння різних довжин хвилі заломлюється лінзою по-різному. Цей недолік можна виправити практично повністю, якщо зробити об’єктив з декількох дуже точно виконаних лінз, виготовлених із спеціально підібраних сортів скла.

• Рефлектори (дзеркальні телескопи)

Другий спосіб фокусування світла — віддзеркалення вхідного проміння увігнутою дзеркальною поверхнею. Такі влаштовані телескопи, звані рефлекторами. Найбільш поширені на сьогоднішній день рефлектори називають рефлекторами Ньютона, тому що першим таку конструкцію створив Ісаак Ньютон. Дзеркало є скляним диском, одна із сторін якого має сферичну або параболічну форму і покрита шаром, що відображає. При цьому фарбування предметів, як в рефракторі, не відбувається, оскільки потрапляючий в телескоп світло не проходить через скло, а відображається від дзеркальної поверхні об’єктиву. Найбільш прості у виробництві дзеркала сферичної форми. Проте якщо зробити таке дзеркало достатньо світлосильним, проміння з його країв і проміння з центру сходитимуться в різних крапках, що приведе до падіння чіткості зображення. Щоб усунути цей дефект, званий сферичною аберацією, поверхню дзеркала роблять параболічною. Оскільки зібраний головним дзеркалом світло відображається назад, його потрібно перенаправити, щоб вивести з труби. Це робиться за допомогою невеликого плоского дзеркала еліптичної форми (званого вторинним), розташованого під кутом в 45 градусів до оптичної осі головного дзеркала. На жаль, вторинне дзеркало і система його кріплення неминуче екрануватимуть головне дзеркало, зменшуючи кількість збираного їм світла і знижуючи загальний контраст зображення.

• Катадіоптрічні (дзеркально-лінзові) телескопи

Третя група телескопів, званих катадиоптрическими (дзеркально-лінзовими), є гібридом двох попередніх систем — для того, щоб управляти ходом проміння в них використовуються і лінзи, і дзеркала. Прикладами таких інструментів є катадіоптричні телескопи Ньютона, телескопи Шмідта-Кассегрена і Максутова-Кассегрена «Великий телескоп Канарських островів» (el Gran Telescopio de Canarias) — найбільший телескоп у світі, що входить до складу обсерваторії «Дель Рок де лос Мучачос» на Канарських островах (о.Пальма, м. Лас Пальмас) у Іспанії.

2. Знати загальні відомості про Сонце: розміри, маса, атмосфера.

Сонце (лат. Sol) — єдина зоря в Сонячній системі. Земля та сім інших планет обертаються навколо Сонця. Крім них навколо Сонця обертаються комети, астероїди та інші дрібні об’єкти. Сонце — центральне і наймасивніше тіло Сонячної системи. Його маса приблизно в 333 000 раз більша за масу Землі та у 750 разів перевищує масу всіх інших планет, разом узятих. Сонце — потужне джерело енергії, яку воно постійно випромінює в усіх ділянках спектра електромагнітних хвиль — від рентгенівських і ультрафіолетових променів до радіохвиль. Це випромінювання сильно впливає на всі тіла Сонячної системи: нагріває їх, позначається на атмосферах планет, дає світло й тепло, необхідні для життя на Землі. Водночас Сонце — найближча до нас зоря, в якої, на відміну від усіх інших зірок, можна спостерігати диск, і за допомогою телескопа вивчати на ньому дрібні деталі, розміром до кількох сотень кілометрів. Це типова зоря, тому її вивчення допомагає зрозуміти природу зірок взагалі. За зоряною класифікацією Сонце має спектральний клас G2V. У популярній літературі Сонце досить часто класифікують як жовтий карлик. Видимий кутовий діаметр Сонця дещо змінюється через еліптичністьорбіти Землі. У середньому він становить близько 32′ або 1/107 радіана, тобто діаметр Сонця дорівнює 1/107 а.о., або приблизно 1 400 000 км. Як і всі зорі, Сонце — розжарена газова куля. Хімічний склад (за кількістю атомів) визначено з аналізу сонячного спектра:

• водень складає близько 90%,
• гелій — 10%,
• інші елементи — менше 0,1% .

Речовина на Сонці дуже іонізована, тобто атоми втратили свої зовнішніелектрони й разом з ними стали вільними частинками іонізованого газу — плазми. Середня густина сонячної речовини ρ ≈ 1400 кг/м³. Це значення близьке до густини води та в тисячу раз більше густини повітря біля поверхні Землі. Однак у зовнішніх шарах Сонця густина в мільйони разів менша, а в центрі — у 100 раз більша за середню. Потік енергії, що виникає в надрах Сонця, передається в зовнішні шари й розподіляється на дедалі більшу площу. Внаслідок цього температура сонячної плазми знижується з віддаленням від цент¬ра. Залежно від температури й характеру процесів, що нею визначаються, Сонце можна умовно поділити на 4 частини:

• внутрішня, центральна частина (ядро), де тиск і температура забезпечують перебіг ядерних реакцій; вона простягається від центра на відстань приблизно 1/3 радіуса
• промениста зона (відстань від 1/3 до 2/3 радіуса), в якій енергія передається назовні внаслідок послідовного поглинання і випромінювання квантів електромагнітної енергії;
• конвективна зона — від верхньої частини «променистої» зони майже до видимої поверхні Сонця. Тут температура швидко зменшується з наближенням до видимої поверхні світила, внаслідок чого збільшується концентрація нейтральних атомів, речовина стає прозорішою, променисте перенесення стає менш ефективним і тепло передається здебільшого за рахунок перемішування речовини (конвекція), подібно до кипіння рідини в посудині, яка підігрівається знизу;
• сонячна атмосфера, що починається відразу за конвективною зоною і сягає далеко за межі видимого диска Сонця. Нижній шар атмосфери — фотосфера, тонкий шар газів, який ми сприймаємо як поверхню Сонця. Верхніх шарів атмосфери безпосередньо не видно через значну розрідженість, їх можна спостерігати або під час повнихсонячних затемнень, або за допомогою спеціальних приладів.

Сонячну атмосферу також можна умовно поділити на кілька шарів. Найглибший шар атмосфери, товщиною 200—300 км, називаєтьсяфотосферою (сфера світла). З нього випромінюється майже вся енергія, яка спостерігається у видимій частині спектра. На фотографіях фотосфери добре помітно її тонку структуру у вигляді яскравих «зернят» — гранул розміром близько 1000 км, розмежованих вузькими темними проміжками. Ця структура називається грануляцією. Вона є результатом руху газів, який відбувається в розташованій під атмосферою конвективній зоні Сонця. У фотосфері, як і в глибших шарах Сонця, температура знижується з віддаленням від центра, змінюючись приблизно від 8000 до 4000 К: зовнішні шари фотосфери охолоджуються вна-слідок випромінювання з них у міжпланетний простір.

3. Знати природу зірок: колір, температура, склад, величина.

З першого погляду зірки видаються білими. Але якщо придивитися, можна помітити цілий діапазон кольорів зірок: блакитні, білі, червоні і навіть золотаві. У зимовому сузір’ї Оріона можна спостерігати за прекрасним контрастом між червоною Бетельгейзе у «пахві» мисливця-Оріона і блакитною Беллатрікс на його плечі. Причина того, що зірки світяться різними кольорами була загадкою протягом усієї історії науки, аж до того часу, коли два сторіччя тому фізики досягли достатнього рівня розуміння природи світла і властивостей речовини за високих температур. Різниця у кольорах зірок є прямим наслідком різної температури їх поверхонь. Холодні зірки (тобто зірки спектральних класів K і M) випромінюють більшу частину своєї енергії у червоному і інфрачервоному діапазонах електромагнітного спектра, а отже, виглядають червоними, а гарячі білі зірки (тобто зірки спектральних класів O і B) випромінюють в основному на довжинах хвиль блакитного і ультрафіолетового випромінення, що робить їх на вигляд блакитними або білими.

Величина зірок

Зоряна величина – міра освітленості, яка створюється небесним тілом на площині, розташованої перпендикулярно падаючим променям. Якщо це поняття застосовується до поверхні планет або супутників, що володіють атмосферою, необхідно враховувати послаблення світла при її проходженні. Перша згадка про спроби визначити зоряну величину, відноситься до 2 століття до нашої ери. Тоді грецький астроном Гіппарх розділив всі видимі неозброєним оком зірки на 6 типів, в залежності від їх яскравості. В даний час для визначення зоряної величини m застосовується наступна формула: m = k lg E + Co де – k-коефіцієнт, що визначає крок шкали зоряних величин і рівний 2,5, Е – світність зірки, Сo – постійна, що визначається за результатами вимірів деякої сукупності стандартних зірок. Існує кілька методів визначення зоряних величин:

• візуальні – зоряна величина визначаються неозброєним оком
• фотографічні – зоряна величина визначаються за фотознімками
• фотоелектричні – зоряна величина визначаються фотоелектричним фотометром
• радіометричні – зоряна величина визначаються болометра

Температура зірок Незважаючи на те, що температура зірок величезна і виміряти її, здавалося б, неможливо – це одна з найбільш легко доступних для визначення фізичних характеристик. Виявляється, температуру зірки легко визначити по її кольору, точніше по спектру випускається випромінювання. Для визначення температури зірок по спектру використовуються спеціальні фотографічні і фотоелектричні прилади, здатні працювати на величезній відстані від об’єкта вимірювання. Саме від того, на який з спектральних діапазонів припадає найбільша частка випромінювання, залежить і колір зірки. Визначити колір зірки на око практично неможливо, тому поділ зірок по квітам також засновано на свідченнях приладах. Відповідно до нього всі зірки діляться на білі, блакитні, жовті, червоні і т.д. Як і всі інші нагріваються тіла, зірки стають тим світліше, чим вище їх температура, тому білі і блакитні зірки є більш гарячими, ніж їх більш темні (жовті, червоні та ін) побратими. Температура найгарячіших зірок близько 80 000 К, а самих «холодних» – близько 2 тисяч. Величезна температура зірок є наслідком постійно триваючої в них термоядерної реакції, в ході якої водень перетворюється в гелій. Чим більше палива для реакції (водню) містить зірка, тим більше енергії вона виділяє і тим більш високу температуру має. Наше Сонце вважається жовтої зіркою, середньої за всіма цими показниками. Температура його близько 6000 К.

Світність зірок Земному спостерігачеві навіть без телескопа одні зірки здаються більш яскравими, а інші більш тьмяним. Однак про світності зірок за візуальними ознаками судити важко, тому що причиною різної яскравості може бути також величезна різниця у відстанях між ними. Астрономи під світністю зірки увазі повну енергію, яку вона випромінює в одиницю часу. Природно, що в цьому випадку світність ніяк не залежить від відстані. Наша зірка – Сонце – випромінює енергію потужністю 3,8 • 1026 Вт Саме ця величина найчастіше використовується для вимірювання світності інших зірок. Дослідження показали, що світність зірок вимірюється в досить широких межах: існують зірки, світність яких в півмільйона разів перевищує сонячну, а у деяких світність в 500 000 разів менше, ніж у нашого світила. Іноді визначення світимості зірок використовують характеризує її абсолютну зоряну величину. В цьому випадку зірки умовно розташовують на одному і тому ж відстані від точки вимірювання (в якості стандарту береться відстань 10 пс). Зоряна величина М, якою володіє зірка на даному умовному відстані, називається абсолютною зоряною величиною. З реальної видимої зоряної величиною m вона пов’язана наступною залежністю (r-реальне відстань до зірки): M = m + 5 – 5lg r За допомогою цієї формули можна визначити абсолютну зоряну величину, знаючи відстань до зірки та її видиму зоряну величину. Однак при використанні даного способу слід робити невелику поправку на поглинання світла зірки A (r), тому формула буде виглядати так: M = m + 5 – 5lg r + A (r)

Склад зірокОсновну масу переважної більшості зірок найчастіше складають водень і гелій. У менш гарячих зірках спектральний аналіз показує наявність різних металів, а також вуглецю і органічних сполук, але водень все ж міститься в більш значних кількостях, ніж інші елементи. В середньому на 10 000 атомів водню в зірках доводиться близько 1000 атомів гелію, 5 атомів кисню і менше 1 атома інших елементів. Іноді зустрічаються зірки з підвищеним вмістом кремнію, заліза, марганцю, вуглецю і т. п. Хімічний склад зірки залежить в основному від її місцезнаходження та віку. Початковий склад світила знаходиться в найбільш сильній залежності від навколишнього його простору, так як зірка формується газопилової хмари, в якому містяться частинки міжзоряної речовини. З часом хімічний склад зірки також змінюється, так кількість палива для термоядерної реакції (водню) в неї поступово зменшується, а кількість продукту – гелію – збільшується. При виконанні спектрального аналізу хімічного складу зірок необхідно враховувати гравітацію, температуру, магнітні властивості та інші характеристики зірок, тому процес цей є досить трудомістким. До того ж отримані дані можна віднести лише поверхневим верствам зірки, а про внутрішню структуру можна будувати лише припущення на основі сполук, утворених в результаті ядерних реакцій.

4. Підготувати гутірку-інструктаж для сходин гуртка на довільну тему.

Сузір’я та мапи зоряного неба
Сузір’я – ділянки, на які розділена небесна сфера для зручності орієнтування на зоряному небі. В давнину сузір’ями називалися характерні фігури, що утворюються яскравими зірками. Найголовніші з них були названі іменами, запозиченими з міфології (Геркулес, Персей та ін.) або побуту (Веси, Ліра і т.п.). Наукового значення групування зірок в сузір’ях не має. Все небо розділене на 88 сузір’їв, зафіксованих Міжнародним астрономічним союзом в 1930 році. Надалі ці межі і назви сузір’їв вирішено вважати незмінними, також як і імена/назви яскравих зірок.

Слово «сузір’я» (від лати. constellatio) означає «колекція (або група) зірок». В давнину «сузір’ями» називали групи зірок, які допомагали запам’ятовувати узор зоряного неба і з його допомогою орієнтуватися на місцевості і в часі. У кожного народу були свої традиції розділення зоряного неба на сузір’я.

Слід розуміти, що сузір’я – це не певна область в космічному просторі, а лише деякий діапазон напрямів з погляду земного спостерігача. Тому не вірно казати: «Космічний корабель полетів в сузір’я Пегас»; вірно буде сказати: «Космічний корабель полетів у напрямі сузір’я Пегас». Зірки, створюючі узор сузір’я, розташовані від нас на самих різних відстанях. Окрім зірок в певному сузір’ї можуть бути видні і дуже далекі галактики, і близькі об’єкти Сонячної системи – всі вони у момент спостереження відносяться до даного сузір’я. Але з часом небесні об’єкти можуть переміщатися з одного сузір’я в інше. Найшвидше це відбувається з близькими і швидко рухомими об’єктами: Місяць проводить в одному сузір’ї не більше двох-трьох діб, планети – від декількох днів до декількох років; і навіть деякі близькі зірки за останнє сторіччя перетинали межі сузір’їв.

Назви сузір’ям дані на честь міфічних персонажів (Андромеда, Касіопея, Персей і т.п.) або тварин (Лев, Дракон, Велика Ведмедиця і т.п.), на честь примітних об’єктів старовини або сучасності (Веси, Жертовник, Компас, Телескоп, Мікроскоп і т.п.), а також просто по назвах тих предметів, які нагадують фігури, утворені яскравими зірками (Трикутник, Стріла, Південний Хрест і т.п.). Часто одна або декілька яскравих зірок в сузір’ї мають власні імена, наприклад, Сіріус в сузір’ї Великий Пес, Вега в сузір’ї Ліра, Капела в сузір’ї Візничий, і т.п. Як правило, назви зірок пов’язані з назвами сузір’їв, наприклад, позначають частини тіла міфічного персонажа або тварини.

Сузір’я – це пам’ятники стародавньої культури людини, його міфів, його першого інтересу до зірок. Історикам астрономії і міфології вони допомагають зрозуміти спосіб життя і мислення стародавніх людей. Сучасним астрономам сузір’я допомагають орієнтуватися на небі і швидко визначати положення об’єктів.