Современная космология

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Астрономия - это наука, изучающая расположение, движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем.

Современная космология описывает динамически расширяющуюся вселенную, возникшую примерно 13,7 млрд. назад.

Астрономия делится на 3 основные части:

- астрометрия - изучает видимые с Земли положения небесных тел,

- небесная механика - изучает движения небесных тел в пространстве под действием законов тяготения,

- астрофизика - изучает строение, происхождение, химический состав и эволюцию небесных тел и их систем.

Календарь.

Одним из первых солнечных календарей был египетский. Он состоял из 360 дней и 12 месяцев. В 45 году до нашей эры римский император Юлий Цезарь ввел в обращение юлианский календарь. Все церковные праздники ведутся по юлианскому календарю. В Юлианском календаре обычный год состоит из 365 дней, а високосный из 366 дней. Високосный год бывает раз в 4 года. (365,2425 дней). В 1582 году римским папой Григорием 13 был введен в действие григорианский календарь. В этом календаре високосными не считаются года полных столетий, число сотен столетий без остатка не делится на 4. Лунный календарь или мусульманский календарь (для них является церковным). Лунный год состоит из 12 лунных месяцев, которые чередуются 29 и 30 дней (в 1 лунном месяце 29,53059 дней). За солнечный год лунный год убегает на 10 дней.

Так же существует лунно-солнечный календарь (иудейский, церковный). Этот календарь состоит из 12 лунных месяцев (обычный год), а високосный из 13, дополнительный месяц вставляется с условием, чтобы лунный календарь отличался от солнечного не более чем на месяц.

Лунный месяц - это временной промежуток между двумя одинаковыми фазами луны.

Солнечный год - это временной период полного солнечного цикла, например между двумя солнечными равноденствиями.

1. История астрономии

Первые более или менее правильные астрономические наблюдения были найдены у халдейских жрецов и относятся к периоду 4-8 тыс. лет до нашей эры. Древние халдеи знали, что Земля и Луна - шары. Халдеи отметили следующее: есть светила, которые движутся упорядоченно и есть блуждающие звезды, которые движутся без определенной закономерности. Астрономия древних продолжила своё развитие в эпоху античности среди греческих философов. Первым из греков совершил путешествие в Египет Фалес Мелецкий (625-547 до н.э.). Фалес считал, что Земля это круглый диск, который плавает в Мировом океане. Ученик Фалеса Анаксимандр, считал, что Земля имеет форму цилиндра, который находясь в пространстве ничем не поддерживается. Анаксимандр считал, что таких миров как Земля может быть множество. Следующим из греков был Пифагор (6 век до н.э.). Пифагор первым предложил геоцентрическую систему мира. Пифагорейцы Филолай (470-399 до н.э.) и Гикет, развивая учения учителя, предложили пироцентрическую систему мира (в центре мира был огонь, вокруг которого вращалась, в том числе и Земля). Пифагореец Аристарх Самосский(310-230 до н.э.) предложил первым в истории гелиоцентрическую систему мира. Сначала он высчитал размер Луны.

Во 2 веке нашей эры Клавдий Птоломей (90-160 н.э.) собрал воедино работы предшественников и в своей книге альмагест описал геоцентрическую систему мира, ставшую официальной доктриной христианской церкви. В течение многих веков астрономия почти не развивалась, пока в 1543 году не вышла книга с названием "Николая Коперника из Тальника 6 книг об обращении небесных тел". (1473-1542). Следующий шаг был сделан Джордано Бруно (1548-1600). Он, основываясь на достижениях Коперника, сумел преодолеть ограниченность его системы, убеждая в отсутствии хрустальных сфер звезд и множественности обитаемых миров и вселенной.

Иоганн Кеплер (1571-1630) предложил гелиоцентрическую систему, в которой планеты движутся по эллиптическим орбитам. В то время было много скептиков, т.к. существовала христианская церковь, которая все отрицала. Первым из людей, кто стал наблюдать небо с помощью телескопа, был Галилео Галилей (1564-1642). Он увидел Венеру, Юпитер и 4 спутника, первым открыл, что Солнце вращается вокруг своей оси. Все они считали, что на определенном этапе развития человечество совершит экспансию в космос. Все космисты разделились на 2 ветви: к одной относится Циолковский, они считали, что значение будет иметь только сверх человек, который будет жить в будущем. Ко второй Федоров, Вернадский, они считали, что каждый человек самодостаточен, предыдущие поколения основываются на наших, поэтому в достижениях будущего современный человек имеет значение.

2. Астрометрия

Небесной сферой называется воображаемая сфера произвольного радиуса с центром в точке наблюдения на поверхности, которой расположены небесные светила, таким образом, как оны видны наблюдателям.

Полюсом мира называется центр воображаемого вращения звезд на небе.

Осью мира называется ось, проходящая через полюс мира и параллельная оси вращения земли.

Точкой зенита называется точка на небесной сфере, в которой её пересекает отвесная линия.

Важнейшими большими кругами в небесной сфере являются:

1. математический горизонт, его плоскость перпендикулярна отвесной линии,

2. небесный экватор, его плоскость перпендикулярна оси мира,

3. небесный меридиан, проходит через точки зенита и полюса мира,

4. эклиптика, она образована годичной траекторией движения Солнца на небесной сфере.

Высота полюса мира над горизонтом равна географической широте.

Пересечение небесного меридиана это есть кульминация.

Движение солнца по небосводу.

В дни весеннего и осеннего равноденствия, которое приходится на 20-21 марта и 22-23 сентября, солнце восходит точно в точке востока и заходит точно в точке запада, при этом ровно суточную половину солнца лежит выше математического горизонта, а половина ниже. В день летнего солнцестояния, которое бывает 21-22 июня, часть суточного пути Солнца, находящегося выше математического горизонта максимальна. В день зимнего солнцестояния, которое бывает 21-22 декабря, часть суточного пути Солнца, находящегося выше математического горизонта минимальна. Земная ось в результате прецессий описывает незамкнутые круги в округ оси эклиптики с периодом около 26 000 лет.

3. Солнечная система

Объекты солнечной системы делятся на две группы: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

Меркурий имеет температура на солнечной стороне 700 градусов, на теневой 100 градусов Кельвина. Период обращения вокруг Солнца 87,97 земных суток. Радиус 2439 км.

Венера имеет радиус 6550 км. Есть атмосфера на 97 % из углекислого газа. Давление 90 земных атмосфер. Средняя атмосфера 735 градусов Кельвина. Период обращения вокруг Солнца 225 суток.

Марс имеет атмосферу, состоящую из углекислоты. Давление её 0,06 атмосферы. Радиус 3400 км. Средняя температура 240 градусов Кельвина. Марсианский год составляет 687 земных суток.

Юпитер имеет радиус 71400 км (экваториальный), 66900 км (полярный). Период вращения вокруг оси 10 часов, этим объясняется его форма. Один год составляет 11,9 земных лет. Температура около поверхности составляет 145 градусов Кельвина.

Сатурн имеет 60240 км (экваториальный радиус), а полярный 54200. Температуру вблизи поверхности 95 градусов Кельвина. Год составляет 29,5 земных лет.

Уран имеет радиус 26200 км. 51 градус Кельвина, а год составляет 84 земных года.

Нептун 24300км. Температура 41 градус Кельвина. Год 165 земных лет.

Между орбитами масс Марса и Юпитера расположен пояс астероидов, самый крупный Церера с радиусом около 475 км.

Солнечная система окружена облаком кометных частиц.

4. Законы движения планет

Движение планет подчиняется трем законам Кеплера:

- Каждая планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

- Прямая, соединяющая планету с Солнцем, описывает равные площади за равные промежутки времени.

- Квадрат обращения планет вокруг Солнца пропорциональна кубам их среднему расстоянию до Солнца.

Первая космическая скорость эта такая минимальная скорость, которую необходимо сообщить телу, чтоб она стала спутником планеты.

V^2=GM/Rпервая космическая скорость.

На поверхности Земли скорость равна 7,9 км/с.

Относительно Солнца, находясь на расстоянии орбиты Земли = 29,8 км/с.

Вторая космическая скорость это такая минимальная скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы оно преодолело гравитацию планеты и удалилось в бесконечность.

V^2=2GM/R

На Земле = 11.2 км/с.

Относительно Солнца=42,1 км/с.

V<V1, где V1 первая космическая скорость, спираль или фрагмент спирали.

V=V1 окружность.

V2>V>V1 эллипс.

V=V2 парабола.

V>V2 гипербола.

Звездные величины.

Основной характеристикой светящихся объектов является освещенность Е [Лк] Люкс. Она определяется количеством световой энергии, попадающей на поверхность единичной площади перпендикулярно лучам за единицу времени. Исторически сложилось так, что видимый блеск звезд оценивают путем сравнения с видимым блеском других известных звезд. Мерой этой оценки является звездная величина. Согласно Гиппарху, звездную величину источника условились считать тем сильнее, чем она меньше, при этом разница 5 звездных величин соответствует освещенности в 100 раз.

E1/E2=2,512^(m2-m1)

Полярная звезда 2.3.

Сириус -1.46.

Абсолютная звездная величина численно равна видимой звездной величине, если наблюдать звезду с расстояния 10 [Пк].

1Пк=3,086*10^13 км

M=M+5-5LgR, где R в ПК

5. Строение Солнца

Солнце - это желтая звезда. Радиус -696 000 км. Масса Солнца - 2* 10 ^30 кг. Температура 5 700 градусов Кельвина. Температура внутри Солнца достигает 10 000 000 градусов Кельвина, а давление сотни миллиардов атмосфер. Это условие необходимые для того, чтобы возникли термоядерные реакции. Основная энергия в Солнце выделяется в результате протонного цикла.

Внешние слои Солнца называются солнечной атмосферой, которая состоит из трех слоёв: фотосфера, хромосфера и короны.

6. Спектральные характеристики и эволюция звезд

Основную часть жизни звезда проводит на главной последовательности. После выгорания водорода звезда перемещаетсся в область красных гигантов, затем происходит выгорание других элементов легче железа. После полного выгорания звезда превращается в белого карлика, затем постепенно остывает. Если звезда имеет массу порядка солнечной или меньше, то в конце концов она превращается в железную звезду. Если масса звезды превышает солнечную в 2-3 раза, то гравитационное поле сжимает её до ядерной плотности и звезда превращается в нейтронную звезду. Если масса звезды превышает солнечную в несколько раз, то звезда превращается в черную дыру. Если масса звезды превышает солнечную в 15 раз, то возникает взрыв сверхновой звезды.

Гравитационный радиус это такой размер, до которого надоо сжать тело массой М, чтобы оно превратилось в черную дыру. Не системные единицы расстояний в астрономии и определения расстояния до других звезд.

1 а.е.=150*10^6

1 св. год.=9,5*10^12

1 пк=3,086*10^13 км

Способ определения расстояния до удаленных объектов с помощью диаграммы спектра светимости. Определение с помощью цефеид расстояний до 10 млн. св. лет.

7. Структура Вселенной

Наша галактика называется Млечный путь. По современным оценкам в нашей галактике свыше 200 млрд. звезд. Масса галактики около 10 ^ 11 масс Солнца. Плотность распределения звезд 10^6 /пк^3.

В окрестности Солнца плотность распределения одна звезда в кубическом парсеке.

Радиус нашей галактики 15000 парсек, от центра галактики до Солнца -10000 парсек.

Таких галактик как наша во Вселенной наблюдается больше 60% и обозначаются буквой S (спиральные галактики).

SO - 20% (чечевичные или линзообразные галактики).

E- 13% (эллиптические галактики), представляют эллипс или шар.

Ir - 4% (неправильные галактики), часто бывают спутниками других галактик.

Галактики во Вселенной формируются в скопления и сверхскопления галактик, которые имеют вытянутую форму наподобие нитей, формирующих ячеистую структуру Вселенной.

Существует вид активных галактик, которые разделяются на 2 типа:

- Радиогалактики (слишком большое радиоизлучение в десятки тысяч раз больше обычных).

- Сейферт (характеризуются огромным оптическим излучением из центральной области).

Метагалактика - это область вселенной доступная для изучения современными методами.

8. Космологические парадоксы

Фотометрический парадокс (парадокс Ольберса) - суть его заключается в том, что если пространство бесконечно и равномерно заполнено звездами, то в любом направлении луч зрения обязательно пересечет какую - либо звезду, поэтому небо должно светиться.

Гравитационный парадокс (Ньютон) - суть его состоит в том, что во вселенной невозможно однозначно определить гравитационную силу.

Принцип Маха - инерционные свойства всех тел определяются массой всех остальных объектов вселенной.

Горячее начало вселенной.

Вселенная вышла из сингулярность за момент времени 10^-43 доли секунды. Всю историю космологии принято разделять на 4 космологические эры:

- Адронная эра (10 ^-6) к концу этой эры проаннигилировали все адроны.

- Лептонная эра продолжалась 1 секунда с момента расширения. К её концу проаннигилировали все лептоны (легкие частицы).

- Фотонная эра продолжалась миллион лет, к её концу температура вселенной понизилась до 10 ^10 градусов Кельвина и стало возможным образования нейтральных атомов газа и произошла их рекомбинация. Реликтовое излучение было обнаружено американскими радио - астрономами Арно Пензиас и Роберт Уилсон в 1965 году при монтаже антенны связи со спутником. Эра вещества, которая продолжается и до настоящего времени.

астрономия небесный тело солнце

Размещено на Allbest.ru