Видимое движение планет и их конфигурации. Видимое движение планет движения солнца и планет по Видимое движение солнца и планет солнечной системы

О пыль миров! О рой священных пчел!
Я исследил, измерил, взвесил, счел,
Дал имена, составил карты, сметы
Но ужас звезд от знания не потух.
М. Волошин

Урок 1/7

Тема: Видимое движение планет.

Цель: Познакомить учащихся с составом Солнечной системы, понятий о космических и небесных явлениях, связанных с обращением планет вокруг Солнца и видимым движением других космических тел: петлеобразным движением планет, конфигурациями и их видами, периодами обращения.

Задачи :
1. Обучающая : систематизация понятий о небесных явлениях: видимом движении и конфигурациях планет, наблюдающихся в результате взаимного перемещения и расположения небесных светил относительно земного наблюдателя; подробное рассмотрение причин и характеристик космического явления обращения планет вокруг Солнца и его следствий - небесных явлений: видимого движения внутренних и внешних планет на небесной сфере и их конфигураций (верхнего и нижнего соединений, элонгаций, противостояний, квадратур), атмосферной рефракции.
2. Воспитывающая : формирование научного мировоззрения в ходе знакомства с историей человеческого познания и объяснения повседневно наблюдаемых небесных явлений; борьба с религиозными предрассудками.
3. Развивающая : формирование умений выполнять упражнения на применение основных формул сферической астрономии при решении соответствующих расчетных задач и применять подвижную карту звездного неба, звездные атласы, справочники, Астрономический календарь для определения положения и условий видимости небесных светил и протекания небесных явлений.

Знать 1-й уровень (стандарт)- общую характеристику состава Солнечной системы (сведения о телах и характерные закономерности), видами конфигурации, понятием синодического и сидерического периодов обращения и их взаимосвязи. 2-й уровень - общую характеристику состава Солнечной системы (сведения о телах и характерные закономерности), видами конфигурации, понятием синодического и сидерического периодов обращения и их взаимосвязи, формулы, выражающие связь между сидерическими и синодическими периодами обращения и вращения планет;
Уметь: 1-й уровень (стандарт) - определять вид конфигурации и производить простейшие вычисления периодов обращения, использовать Астрономические календари, справочники и подвижную карту звездного неба для определения условий наступления и протекания данных небесных явлений. 2-й уровень - определять вид конфигурации, использовать Астрономические календари, справочники и подвижную карту звездного неба для определения условий наступления и протекания данных небесных явлений, решать задачи, связанные с расчетом положения и условий видимости планет с учетом формул, выражающих связь сидерических и синодических периодов их обращения и вращения.

Оборудование: Таблица “Солнечная система”, слайд-фильм “Строение Солнечной системы”, диапозитивы: петлеобразное движение планеты, конфигурация и фазы внутренних планет, модель планетной системы, д/ф “Видимое движение небесных тел”, к/ф “Планетная система”, “Петля Марса”. Таблица - “Состав Солнечной системы”. ПКЗН. CD- "Red Shift 5.1" (Экскурсии -2. Солнце, Земля и Луна - Зигзаги планет; принцип нахождение небесного объекта в заданный момент времени, Лекции - Блуждающие планеты).

Межпредметная связь: математика (развитие вычислительных навыков и геометрических представлений), первоначальное представление учащиеся о строении Солнечной системы, полученных в курсах природоведения и истории.

Ход урока:

1.Повторение материала (8-10мин)

А) Вопросы:

• Сообщение о календаре.
• Решение задачи №4 (стр. 29).
• Решение задачи №5 (стр. 29).
• Решение задачи №7 (стр. 29).
• Связь времени с долготой. Всемирное и другие виды времени.

Б) Остальные: 1. Кроссворд

2. Укажите причины небесных явлений , отмечая напротив каждого варианта вопроса верный номер варианта ответа, например: А1; Б2; В3 и т.д.

3. Работа по вопросам .

1. Азимут светила 45°, а высота 60°. В какой стороне неба светило? [на западе]
2. Определите созвездие в котором находится звезда α=4 ч 14 м, δ=16°28". [α- Тельца - Алдебаран]
3. Когда в течение суток зенитное расстояние Солнца равно 90 о? [ восход, заход]
4. Сколько суток содержал в 1918г в РФ в связи с реформой, календарь?
5. Планета видна на расстоянии 120 о от Солнца. Верхняя или нижняя эта планета? [верхнее]
6. 20 марта 1997г было противостояние Марса. В каком созвездии находился Марс? [Рыбы - точка γ]
7. Сохранится ли видимая с Земли конфигурация созвездий, если астронавт будет наблюдать звездное небо с Марса? [да]

2. Новый материал (15мин)
1. Состав Солнечной системы:

1. Планеты- На сегодня известно 8 больших планет со спутниками и кольцами: Меркурий, Венера, Земля (с Луной), Марс (с Фобосом и Деймос), Юпитер (с кольцом и не менее 63 спутников), Сатурн (с мощным кольцом и не менее 60 спутников) - эти планеты видны невооруженным глазом; Уран (открыт в 1781г, с кольцом и не менее 27 спутника), Нептун (открыт в 1846г, с кольцом и не менее 13 спутников).
2. Карликовые планеты - Плутон (открыт в 1930г, с Хароном и еще 2 спутниками = был планетой до 24.08.2006 года), Церера (первый астероид открыт в 1801г), и объекты пояса Койпера: Зена (Xena, объект 2003UB313 - официальное название 136199 Eris (Эрис)) и Седна (объект 90377), находящиеся за орбитой Плутона и открытые в 2003 году.
3. Малые планеты - астероиды = (первый Церера открыт в 1801г - переведен в разряд карликовых планет с 24.08.2006г), расположены в основном в 4-х поясах: Главном - между орбитами Марса и Юпитера, поясе Койпера - за орбитой Нептуна, троянцы: на орбите Юпитера и Нептуна. Размеры менее 800 км. Сейчас известно почти 400 000.
4. Кометы - небольшие тела до 100 км в диаметре, конгломерат пыли и льда, движущиеся по очень вытянутым орбитам. Облако Оорта (резервуар комет) находится на периферии Солнечной системы.
5. Метеорные тела - небольшие тела от песчинок до камней в несколько метров диаметром (образуются от комет и дробления астероидов). Небольшие при входе в земную атмосферу сгорают, а те, которые достигают Земли - метеориты.
6. Межпланетная пыль - от комет и дробления астероидов. Мелкая выталкивается на периферию Солнечной системы солнечным давлением, а более крупные притягиваются планетами и Солнцем.
7. Межпланетный газ - от Солнца и планет, очень разряжен. В нем распространяется “солнечный ветер” - поток плазмы (ионизированного газа от Солнца).
8. Электромагнитное излучение и гравитационные поля - Солнечная система пронизана магнитными полями Солнца и планет, гравитационными полями и электромагнитными волнами различной длины волн, порождаемые планетами и Солнцем.

2. Петлеобразное движение планет

Более чем за 2000 лет до НЭ люди заметили, что некоторые звезды перемещаются по небу - их позже греки назвали “блуждающими” - планетами . К ним относили Луну и Солнце. Нынешнее название планет заимствовано у древних римлян. Выяснилось, что планеты блуждают в зодиакальных созвездиях. Но объяснить смог только Н.Коперник в начале 16в видимым отображением на небесной сфере в силу движения Земли и планет с разными скоростями вокруг Солнца. Траектория движения небесного тела называется его орбитой . Скорости движения планет по орбитам убывают с удалением планет от Солнца. Плоскости орбит всех планет Солнечной системы лежат вблизи плоскости эклиптики, отклоняясь от нее: Меркурий на 7 о , Венера на 3,5 о ; у других наклон еще меньше. По отношению к орбите и условиям видимости с Земли планеты разделяются на внутренние (Меркурий, Венера) и внешние (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Внешние планеты всегда повернуты к Земле стороной, освещаемой Солнцем. Внутренние планеты меняют свои фазы подобно Луне.

3. Конфигурация планет.

Конфигурация - характерное взаимное расположение планет относительно Солнца и Земли. Нижние - соединение (верхнее и нижнее - планета находится на прямой Солнце-Земля) и элонгация (западная и восточная - наибольшее угловое удаление планеты от Солнца: Меркурия-28 о , Венеры-48 о - лучшее время наблюдения планет). В нижнем соединении Венера и Меркурий периодически проходят по диску Солнца : Меркурий в мае и ноябре 13 раз в 100 лет. Последние прошли 7.05.2003г и 8.11.2006г, а будут 9.05.2016г и 11.11.2019г. Венера в июне и декабре повторяются через 8 и 105,5, или 8 и 121,5 лет, последнее было 8.06.2004г а будет 6.06.2012г. Верхние - квадратура (западная и восточная - четверть круга) и соединение (противостояние - когда планета за Землей от Солнца - лучшее время наблюдения внешних планет, она полностью освещена Солнцем).

4. Периоды обращения планет.
В ходе разработки гелиоцентрической системы строения мира Н.Коперник получил формулы (уравнения синодического периода ) для расчета периодов обращения планет и впервые их вычислил.
Сидерический (T - звездный) - промежуток времени в течение которого планета совершает полный оборот вокруг Солнца по своей орбите относительно звезд .
Синодический (S ) - промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми конфигурациями планеты .

Нижние (внутренние) планеты движутся по орбите быстрее Земли, а верхние (внешние) медленнее. Если планета совершает полный оборот за период Т , то в сутки она сместится по орбите на 360 о /Т , а Земля на 360 о /Т з . Тогда для нижней планеты разность средних смещений есть наблюдаемое суточное смещение 360 о /S=360 о /Т - 360 о /Т з или 1/S=1/Т - 1/Т з (фор.12) , а для верхней 1/S=1/Т з - 1/Т (фор.13) внутренней внешней

Астрономическая рефракция - явление преломления (искривления) световых лучей при прохождении через атмосферу, вызванное оптической неоднородностью атмосферного воздуха. Вследствие уменьшения плотности атмосферы с высотой искривленный луч света обращен выпуклостью в сторону зенита. Рефракция изменяет зенитное расстояние (высоту) светил по закону: r = a * tg z , где: z - зенитное расстояние, a = 60,25" - постоянная рефракции для земной атмосферы (при t = 0 о С, p = 760 мм. рт. ст.). В зените рефракция минимальна - она возрастает по мере наклона к горизонту до 35" и сильно зависит от физических характеристик атмосферы: состава, плотности, давления, температуры. Вследствие рефракции истинная высота небесных светил всегда меньше их видимой высоты: рефракция "поднимает" изображения светил над их истинными положениями. Искажаются форма и угловые размеры светил: на восходе и закате близ горизонта "сплющиваются" диски Солнца и Луны, поскольку нижний край диска поднимается рефракцией сильнее верхнего. Искажается показатель преломления света в зависимости от длины волны: при очень чистой атмосфере человек может увидеть на заходе или восходе Солнца редкий "зеленый луч". Поскольку расстояния до звезд несравнимо превосходят их размеры, можно считать звезды точечными источниками света, лучи которых распространяются в пространстве по параллельным прямым. Преломление лучей звездного света в атмосферных слоях (потоках) разной плотности вызывает мерцание звезд - неравномерные усиления и ослабления их блеска, сопровождающиеся изменениями их цвета ("игрой звезд").

Земная атмосфера рассеивает солнечный свет на случайных микроскопических неоднородностях плотности воздуха, сгущениях и разрежениях размерами 10 -3 -10 -9 м. Интенсивность рассеяния света обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны (закон Рэлея). Сильнее всего рассеиваются короткие волны: фиолетовые, синие и голубые лучи, слабее всего - оранжевые и красные. Вследствие этого земное небо имеет днем голубой цвет. Ночью на Земле никогда не бывает абсолютно темно: рассеянный в атмосфере свет звезд и давно зашедшего Солнца создает ничтожно малую освещенность в 0,0003 лк. Продолжительность светового времени суток - дня всегда превышает промежуток времени от восхода до захода Солнца. Рассеяние солнечных лучей в земной атмосфере порождает сумерки , плавный переход от светлого времени суток - дня к темному - ночи, и обратно. Сумерки возникают из-за подсвечивания верхних слоев атмосферы Солнцем, находящимся ниже линии горизонта. Продолжительность их определяется положением Солнца на эклиптике и географической широтой места. Различают гражданские сумерки: период времени от захода Солнца (верхнего края солнечного диска) до его погружения на 6 о -7 о под горизонт; навигационные сумерки - до момента погружения Солнца под горизонт на 12 о; астрономические сумерки - пока угол не составит 18 о . На высоких (± 59,5 о ) широтах Земли наблюдаются белые ночи - явление прямого перехода вечерних сумерек в утренние при отсутствии темного времени суток. Обобщено в таблице.

Космические явления

Небесные явления, возникающие вследствие данных космических явлений

Атмосферные явления

1) Атмосферная рефракция: - искажение небесных координат светил; - необходимость поправки экваториальных координат небесных светил на рефракцию; - искажение формы и угловых размеров небесных светил по высоте на восходе и закате; - мерцание звезд; - "зеленый луч". 2) Рассеяние света в атмосфере Земли: - голубой цвет дневного неба; - синий, сиреневый цвет вечернего (утреннего) неба; - сумерки. - продолжительность светового времени суток (дня) всегда превышает промежуток времени от восхода до захода Солнца; - белые ночи; полярный день и полярная ночь на высоких широтах; - свечение ночного неба; - заря; красный цвет зари; - покраснение дисков Солнца и Луны на восходе и закате.

III. Закрепление материала 8 мин)

1. Просмотреть пример №3 (стр. 34).
2. Марс в противостоянии виден в созвездии Весов. В каком созвездии находится в это время Солнце? (Овен)
3. В каком созвездии находится Меркурий (Венера), если планета сейчас в верхнем (нижнем) соединении с Солнцем? (по ПКЗН в зодиакальных созвездиях нахождения Солнца)
4. 21 июля 2001 года Меркурий в наибольшей западной элонгации. В каком созвездии в какое время суток и сколько времени можно наблюдать эту планету? (В западной элонгации планета наблюдается вечером, по ПКЗН Близнецы-Телец, 28 о /15 о =1час 52 мин).
5. Каковы условия видимости Земли с поверхности Луны? Орбиты спутника Венеры? С поверхности Марса? (Обратить внимание на положение Солнца, мешающего видимости)
6. CD- "Red Shift 5.1":
   = показывается (при необходимости) принцип нахождения объекта в заданное время и пример для Марса нахождения предыдущего и следующего противостояния. (26.10.2006г и 5.12.2008г)
   = в каких созвездиях, какова фаза, звездная величина, элонгация и угловой диаметр планет, Солнца, Луны (находим лучше всего в астрономическом календаре)
   = какие планеты в октябре находятся в соединении с Солнцем (для 2007г это Меркурий в нижнем)
7. Какова продолжительность года на Марсе, если между двумя противостояниями проходит 780 d ? (1/S=1/Т з - 1/Т , отсюда Т= (Т з. S)/(S- Т з)= (365,25 . 780)/(780-365,25)=686,9 d)
8. Наиболее удобно наблюдать Меркурий вблизи его элонгаций. Почему? Как часто они повторяются, если год на Меркурии равен 88 d ? (не так мешает свет Солнца, 1/S=1/Т - 1/Т з , отсюда S=(88 . 365,25)/(365,25-88)=115,9 d)
9. Противостояние Юпитера наблюдалось 30 апреля 1994г в 13,9 ч. Когда будет следующее противостояние? Будет ли оно видно?

Решение: По формуле 13 получим S =1,092года=1,092 . 365,25=1 год + 34 дня. Добавляем к данной дате и получим противостояние 2 июня 1995г. По ПКЗН находим - созвездии Змееносца между 16 и 17 час, то есть в дневное время - не видимо.

Итог:
1) Что такое конфигурация? Ее виды. 2) Что такое сидерический и синодический период? 3) Состав Солнечной системы. 4) Почему на звездных картах не указывают положения планет? 5) В каких созвездиях надо искать на небе планеты? 6) Какие планеты могут наблюдаться на фоне диска Солнца? 7) Сдать контрольную работу, кроссворд, сообщение, опросник (то что делали - что задавалось) по первой главе "Введение в астрономию". 8) Оценки

Домашнее задание: §7; вопросы и задания стр. 35.
Задания из сборника олимпиадных задач В.Г. Сурдина:
4.10. На Земле солнечные сутки длиннее звездных, а на Венере - наоборот. Почему? (для решения нужно помнить, что Земля вращается вокруг своей оси в противоположном направлении от направления, в котором она обращается вокруг Солнца. Венера - единственная из планет Солнечной системы, вращающаяся в том же направлении, в котором она обращается вокруг Солнца. Солнце на Венере опускается за горизонт раньше звезд, одновременно с которыми оно взошло).
4.13. Считается, что у Венеры бывает либо утренняя, либо вечерняя видимость. А можно ли наблюдать Венеру в течение одних суток и утром и вечером? (Ответ: "да". Явление "двойной видимости" Венеры наблюдается в случае большого различия между склонениями Солнца и Венеры. В этом случае в средних и северных широтах Венера всходит чуть раньше Солнца, а заходит чуть позже Солнца).

последнее изменение 14.10.2009 года

250 кб
Внешние планеты: Марс, Юпитер, Сатурн, ... 136,9 кб
Видимое движение верхних планет 136,5 кб
Видимое движение планет (1) 128,9 кб
Видимое движение планет (2) 131,2 кб
Видимость планет в мае 2002 года 135,3 кб
Синодический и сидерический периоды Луны 150,8 кб

«Планетарий» 410,05 мб		Ресурс позволяет установить на компьютер учителя или учащегося полную версию инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий". "Планетарий" - подборка тематических статей - предназначены для использования учителями и учащимися на уроках физики, астрономии или естествознания в 10-11 классах. При установке комплекса рекомендуется использовать только английские буквы в именах папок.
Демонстрационные материалы 13,08 мб		Ресурс представляет собой демонстрационные материалы инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий".

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Звездное небо во все времена занимало воображение людей. Почему зажигаются звезды? Сколько их сияет в ночи? Далеко ли они от нас? Есть ли границы у звездной Вселенной? С глубокой древности человек задумывался над этими и многими другими вопросами, стремился понять, и осмыслить устройство того большого мира, в котором мы живем.

Самые ранние представления людей о нем сохранились в сказках и легендах. Прошли века и тысячелетия, прежде чем возникла и получила глубокое обоснование и развитие наука о Вселенной, раскрывшая нам замечательную простату, удивительный порядок мироздания. Недаром еще в древней Греции ее называли Космосом а это слово первоначально означало «порядок» и «красоту».

Системы мира - это представления о расположении в пространстве и движении Земли, Солнца, Луны, планет, звезд и других небесных тел.

1. Картина мира

В древнеиндийской книге, которая называется «Ригведа», что значит «Книга гимнов»,можно найти описание - одно из самых первых в истории человечества - всей Вселенной как единого целого. Согласно «Ригведе», она устроена не слишком сложно. В ней имеется, прежде всего, Земля. Она представляется безграничной плоской поверхностью - «обширным пространством». Эта поверхность покрыта сверху небом. А небо - это голубой, усеянный звездами «свод». Между небом и Землей - «светящийся воздух».

От науки это было очень далеко. Но важно здесь другое. Замечательна и грандиозна сама дерзкая цель - объять мыслью всю Вселенную. Отсюда берет истоки уверенность в том, что человеческий разум способен осмыслить, понять, разгадать ее устройство, создать в своем воображении полную картину мира.

2. Движение планет

Наблюдая за годичным перемещением Солнца среди звезд, древние люди научились заблаговременно определять наступление того или иного времени года. Они разделили полосу неба вдоль эклиптики на 12 созвездий, в каждом из которых Солнце находится примерно месяц. Как уже отмечалось, эти созвездия были названы зодиакальными. Все они за исключением одного носят названия животных.

С предутренним восходом того или иного созвездия древние люди связывали свои сельскохозяйственные работы, и это отражено в самих названиях созвездий. Так, появления на небе созвездия Водолея указывало на ожидаемое половодье, появление Рыб - на предстоящий ход рыбы для метания икры. С утренним появлением созвездия Девы начиналась уборка хлеба, которая проводилась преимущественно женщинами. Спустя месяц на небе появилась соседнее созвездие Весы, в это время как раз происходило взвешивание и подсчет урожая.

Еще за 2000 лет до н. э. Древние наблюдатели заметили среди зодиакальных созвездий пять особых светил, которые, постоянно меняя свое положение на небе, переходят из одного зодиакального созвездия в другое. В последствии греческие астрономы назвали эти светила планетами, т. е. «блуждающими». Это Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн, сохранившие в своих названиях до наших дней имена древнеримских богов. К блуждающим светилам были причислены также Луна и Солнце.

Вероятно, прошло много столетий прежде чем древним астрономам удалось установить определенные закономерности в движении планет и, прежде всего, установить промежутки времени, по истечении которых положение планеты на небе по отношению к Солнцу повторяется. Этот промежуток времени позже был назван синодическим периодом обращения планеты. После этого можно было делать следующий шаг - строить общую модель мира, в которой для каждой из планет было бы отведено определенное место и пользуясь которой можно было бы заранее предсказать положение планеты на несколько месяцев или лет вперед.

По характеру своего движения на небесной сфере по отношению к Солнцу планеты (в нашем понимании) подразделяются на две группы. Меркурий и Венера названы внутренними или нижними, остальные - внешними или верхними.

Угловая скорость Солнца больше скорости прямого движения верхней планеты. Поэтому Солнце постепенно обгоняет планету. Как и для внутренних планет, в момент, когда направление на планету и на Солнце совпадает, наступает соединение планеты с Солнцем. После того как Солнце обгонит планету, она становится видимой перед его восходом, во второй половине ночи. Момент, когда угол между направлением на Солнце и направлением на планету составляет 180 градусов, называется противостоянием планеты. В это время она находится в середине дуги своего попятного движения. Удаление планеты от Солнца на 90 градусов к востоку называется восточной квадратурой, а на 90 градусов к западу - западной квадратурой. Все упомянутые здесь положения планет относительно Солнца (с точки зрения земного наблюдателя) называются конфигурациями.

При раскопках древних городов и храмов Вавилонии обнаружены десятки тысяч глиняных табличек с астрономическими текстами. Их расшифровка показала, что древне вавилонские астрономы внимательно следили за положением планет на небе; они сумели определить их синодические периоды обращения и использовать эти данные при своих расчетах.

3. Первые модели мира

Несмотря на высокий уровень астрономических сведений народов древнего Востока, их взгляды на строение мира ограничивались непосредственными зрительными ощущениями. Поэтому в Вавилоне сложились взгляды, согласно которым Земля имеет вид выпуклого острова, окруженного океаном. Внутри Земли будто бы находится «царство мертвых». Небо - это твердый купол, опирающийся на земную поверхность и отделяющий «нижние воды» (океан, обтекающий земной остров) от «верхних» (дождевых) вод. На этом куполе прикреплены небесные светила, над небом будто бы живут боги. Солнце восходит утром, выходя из восточных ворот, и заходит через западные ворота, а ночью оно движется под Землей.

Согласно представлениям древних египтян, Вселенная имеет вид большой долины, вытянутой с севера на юг, в центре ее находится Египет. Небо уподоблялось большой железной крыше, которая поддерживается на столбах, на ней в виде светильников подвешены звезды.

В Древнем Китае существовало представление, согласно которому Земля имеет форму плоского прямоугольника, над которым на столбах поддерживается круглое выпуклое небо. Разъяренный дракон будто бы согнул центральный столб, вследствие чего Земля наклонилась к востоку. Поэтому все реки в Китае текут на восток. Небо же наклонилось на запад, поэтому все небесные светила движутся с востока на запад.

И лишь в греческих колониях на западных берегах Малой Азии (Иония), на юге Италии и в Сицилии в четвертом веке до нашей эры началось бурное развитие науки, в частности, философии, как учения о природе. Именно здесь на смену простому созерцанию явлений природы и их наивному толкованию приходят попытки научно объяснить эти явления, разгадать их истинные причины.

Одним из выдающихся древнегреческих мыслителей был Гераклит Эфесский (ок. 530 - 470 гг. до н. э.). Это ему принадлежат слова: «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим...» Тогда же Пифагор Самосский (ок. 580 - 500 гг. до н. э.) высказал мысль о том, что Земля, как и другие небесные тела, имеет форму шара. Вселенная представлялась Пифагору в виде концентрических, вложенных друг в друга прозрачных хрустальных сфер, к которым будто бы прикреплены планеты. В центре мира в этой модели помещалась Земля, вокруг нее вращались сферы Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера и Сатурна. Дальше всех находилась сфера неподвижных звезд.

Первую теорию строения мира, объясняющую прямое и попятное движение планет, создал греческий философ Евдокс Книдский (ок. 408 - 355 гг. до н. э.). Он предложил, что у каждой планеты имеется не одна, а несколько сфер, скрепленных друг с другом. Одна из них совершает один оборот в сутки вокруг оси небесной сферы по направлению с востока на запад. Время обращения другой (в обратную сторону) предполагалось равным периоду обращения планеты. Тем самым объяснялось движение планеты вдоль эклиптики. При этом предполагалось, что ось второй сферы наклонена к оси первой под определенным углом. Комбинация с этими сферами еще двух позволяла объяснить попятное движение по отношению к эклиптике. Все особенности движения Солнца и Луны объяснялось с помощью трех сфер. Звезды Евдокс разместил на одной сфере, вмещающей в себя все остальные. Таким образом, все видимое движение небесных светил Евдокс свел к вращению 27 сфер.

Уместно напомнить, что представление о равномерном, круговом, совершенно правильном движении небесных тел высказал философ Платон. Он же высказал предположение, что Земля находится в центре мира, что вокруг нее обращается Луна, Солнце, далее утренняя звезда Венера, звезда Гермеса, звезды Ареса, Зевса и Кроноса. У Платона впервые встречаются названия планет по имени богов, полностью совпадающие с вавилонскими. Платон впервые сформулировал математикам задачу: найти, с помощью каких равномерных и правильных круговых движений можно «спасти явления, представляемые планетами». Другими словами, Платон ставил задачу построить геометрическую модель мира, в центре которой, безусловно, должна была находиться Земля.

Усовершенствованием системы мира Евдокса занялся ученик Платона Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.). Так как взгляды этого выдающегося философа - энциклопедиста безраздельно господствовали в физике и астрономии в течение почти двух тысяч лет, то остановлюсь на них поподробнее.

Аристотель, вслед за философом Эмпедоклом (ок. 490 - 430 гг. до н. э.), предположил существование четырех «стихий»: земли, воды, воздуха и огня, из смешения которых будто бы произошли все тела, встречающиеся на Земле. По Аристотелю, стихии вода и земля естественным образом стремятся двигаться к центру мира («вниз»), тогда как огонь и воздух движутся «вверх» к периферии и то тем быстрее, чем ближе они к своему «естественному» месту. Поэтому в центре мира находится Земля, над ней расположены вода, воздух и огонь. По Аристотелю, Вселенная ограничена в пространстве, хотя ее движение вечно, не имеет ни конца ни начала. Это возможно как раз потоиу, что, кроме упомянутых четырех элементов, существует еще и пятая, неуничтожимая материя, которую Аристотель назвал эфиром. Из эфира будто бы и состоят все небесные тела, для которых вечное круговое движение - это естественное состояние. «Зона эфира» начинается около Луны и простирается вверх, тогда как ниже Луны находится мир четырех элементов.

Вот как описывает свое понимание мироздания сам Аристотель: «Солнце и планеты обращаются около Земли, находящейся неподвижно в центре мира. Наш огонь, относительно цвета своего, не имеет никакого сходства со светом солнечным, ослепительной белизны. Солнце не состоит из огня; оно есть огромное скопление эфира; теплота Солнца причиняется действием его на эфир во время обращения вокруг Земли. Кометы суть скоропреходящие явления, которые быстро рождаются в атмосфере и столь же быстро исчезают. Млечный Путь есть не что иное, как испарения, воспламененные быстрым вращением звезд около Земли... Движения небесных тел, вообще говоря, происходят гораздо правильнее, чем движения замечаемые на Земле; ибо, так как тела небесные совершеннее любых других тел, то им приличествует самое правильное движение, и вместе с тем самое простое, а такое движение может быть только круговым, потому что в этом случае движение бывает вместе с тем и равномерным. Небесные светила движутся свободно подобно богам, к которым они ближе, чем к жителям Земли; поэтому светила при движении своем не нуждаются в отдыхе и причину своего движения заключают в самих себе. Высшие области неба, более совершенные, содержащие в себе неподвижные звезды, имеют поэтому наиболее совершенное движение - всегда вправо. Что же касается части неба, ближайшей к Земле, а поэтому и менее совершенной, то эта часть служит местопребыванием гораздо менее совершенных светил, каковы планеты. Эти последние движутся не только вправо, но и влево, и притом по орбитам, наклоненным к орбитам неподвижных звезд. Все тяжелые тела стремятся к центру Земли, а так как всякое тело стремится к центру Вселенной, то поэтому и Земля должна находиться неподвижно в этом центре».

При построении своей системы мира Аристотель использовал представления Евдокса о концентрических сферах, на которых расположены планеты и которые вращаются вокруг Земли. По Аристотелю, первопричиной этого движения является «первый двигатель» - особая вращающаяся сфера, расположенная за сферой «неподвижных звезд», которая и приводит в движение все остальное. По этой модели лишь одна сфера в каждой из планет вращается с востока на запад, остальные три - в противоположном направлении. Аристотель считал, что действие этих трех сфер должно компенсироваться дополнительными тремя внутренними сферами, принадлежащими той же планете. Именно в этом случае на каждую последующую (по направлению к Земле) планету действует лишь суточное вращение. Таким образом, в системе мира Аристотеля движение небесных тел описывалось с помощью 55 твердых хрустальных сферических оболочек.

Позже в этой системе мира было выделено восемь концентрических слоев (небес), которые передавали свое движение друг другу (рис. 1). В каждом таком слое насчитывалось семь сфер, движущих данную планету.

Во времена Аристотеля высказывались и другие взгляды на строение мира, в частности, что не Солнце обращается вокруг Земли, а Земля вместе с другими планетами обращается вокруг Солнца. Против этого Аристотель выдвинул серьезный аргумент: если бы Земля двигалась в пространстве, то это движение приводило бы к регулярному видимому перемещению звезд на небе. Как мы знаем, этот эффект (годичное параллактическое смещение звезд) был открыт лишь в середине 19 века, через 2150 лет после Аристотеля...

На склоне своих лет Аристотель был обвинен в безбожии и бежал из Афин. На самом деле в своем понимании мира он колебался между материализмом и идеализм. Его идеалистические взгляды и, в частности, представление о Земле как центре мироздания было приспособлено для защиты религии. Вот почему в середине второго тысячелетия нашей эры борьба против взглядов Аристотеля стала необходимым условием развития науки...

4. Первая гелиоцентрическая система

Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс в противостоянии, а также Венера во время попятного движения значительно ярче, чем в другие моменты. По теории сфер они должны были бы оставаться всегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому тогда возникали и другие представления о строении мира.

Так, Гераклит Понтийский (388 - 315 гг. до н. э.) предполагал, что Земля движется «...вращательно, около своей оси, наподобие колеса, с запада на восток вокруг собственного центра». Он высказал также мысль, что орбиты Венеры и Меркурия являются окружностями, в центре которых находится Солнце. Вместе с Солнцем эти планеты будто бы и обращаются вокруг Земли.

Еще более смелых взглядов придерживался Аристарх Самосский (ок. 310 - 230 гг. до н. э.). Выдающийся древнегреческий ученый Архимед (ок. 287 - 212 гг. до н.э.) в своем сочинении «Псаммит» («Исчисление песчинок»), обращаясь к Гелону Сиракузскому, писал о взглядах Аристарха так:

«Ты знаешь, что по представлению некоторых астрономов мир имеет форму шара, центр которого совпадает с центром Земли, а радиус равен длине прямой, соединяющей центры Земли и Солнца. Но Аристарх Самосский в своих «Предложениях», написанных им против астрономов, отвергая это представление, приходит к заключению, что мир гораздо больших размеров, чем только что указано. Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют своего места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в его центре, и что центр сферы неподвижных звезд совпадает с центром Солнца, а размер этой сферы таков, что окружность, описываемая по его предположению, Землей, находится к расстоянию неподвижных звезд в таком же отношении, в каком центр шара находится к его поверхности».

5. Система Птолемея

Становление астрономии как точной науки началось благодаря работам выдающегося греческого ученого Гиппарха. Он первый начал систематические астрономические наблюдения и их всесторонний математический анализ, заложил основы сферической астрономии и тригонометрии, разработал теорию движения Солнца и Луны и на ее основе - методы предвычисления затмений.

Гиппарх обнаружил, что видимое движение Солнца и Луны на небе является неравномерным. Поэтому он стал на точку зрения, что эти светила движутся равномерно по круговым орбитам, однако центр круга смещен по отношению к центру Земли. Такие орбиты были названы эксцентрами. Гиппарх составил таблицы, по которым можно было определить положение Солнца и луны на небе на любой день года. Что же касается планет, то, по замечанию Птолемея, он «не сделал других попыток объяснения движения планет, а довольствовался приведением в порядок сделанных до него наблюдений, присоединив к ним еще гораздо большее количество своих собственных. Он ограничился указанием своим современникам на неудовлетворительность всех гипотез, при помощи которых некоторые астрономы думали объяснить движение небесных светил».

Благодаря работам Гиппарха астрономы отказались от мнимых хрустальных сфер, предположенных Евдоксом, и перешли к более сложным построениям с помощью эпициклов и деферентов, предложенных еще до Гиппарха Аполлоном Пергским. Классическую форму теории эпициклических движений придал Клавдий Птолемей.

Главное сочинение Птолемея «Математический синтаксис в 13 книгах» или, как его назвали позже арабы, «Альмагест»(«Величайшее») стал известным в средневековой Европе лишь в XII в. В 1515 г. он был напечатан на латинском языке в переводе с арабского, а в 1528 г. в переводе с греческого. Трижды «Альмагест» издавался на греческом языке, в 1912 г. он издан на немецком языке.

«Альмагест» - это настоящая энциклопедия античной астрономии. В этой книге Птолемей сделал то, что не удавалось сделать ни одному из его предшественников. Он разработал метод, пользуясь которым можно было рассчитать положение той или другой планеты на любой наперед заданный момент времени. Это ему далось нелегко, и в одном месте он заметил:

«Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложное движение...»

«Установив» Землю в центре мира, Птолемей представил видимое сложное и неравномерное движение каждой планеты как сумму нескольких простых равномерных круговых движений.

Согласно Птолемею каждая планета движется равномерно по малому кругу - эпициклу. Центр эпицикла в свою очередь равномерно скользит по окружности большого круга, названого деферентом. Для лучшего совпадения теории с данными наблюдений пришлось предположить, что центр деферента смещен по отношению к центру Земли. Но этого было недостаточно. Птолемей был вынужден предположить, что движение центра эпицикла по деференту является равномерным (т. е. его угловая скорость движения постоянна), если рассматривать это движение не из центра деферента О и не из центра Земли Т, а с некоторой «выравнивающей точки» Е, названной позже эквантом.

Комбинируя наблюдения с расчетами, Птолемей методом последовательных приближений получил, что отношения - радиусов эпициклов к радиусам деферентов для Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна равны соответственно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 и 0.103. Любопытно, что для предвычисления положения планеты на небе не было необходимости знать расстояния до планеты, а лишь упомянутое отношение радиусов эпициклов и деферентов.

При построении своей геометрической модели мира Птолемей учитывал тот факт, что в процессе своего движения планеты несколько отклоняются от эклиптики. Поэтому для Марса, Юпитера и Сатурна он «наклонил» плоскости деферентов к эклиптике и плоскости эпициклов к плоскостям деферентов. Для Меркурия и Венеры он ввел колебания вверх и вниз с помощью небольших вертикальных кругов. В целом для объяснения всех замеченных в то время особенностей в движении планет Птолемей ввел 40 эпициклов. Система мира Птолемея, в центре которой находится Земля, называется геоцентрической.

Кроме отношения радиусов эпициклов и деферентов для сопоставления теории с наблюдениями необходимо было задать периоды обращения по этим кругам. По Птолемею, полный оборот по окружности эпициклов все верхние планеты совершают за тот же промежуток времени, что и Солнце по эклиптике, т. е. за год. Поэтому радиусы эпициклов этих планет, направленные к планетам, всегда параллельны направлению с Земли на Солнце. У нижних планет - Меркурия и Венеры - период обращения по эпициклу равен промежутку времени, а течении которого планета возвращается к исходной точке на небе. Для периодов обращений центра эпицикла по окружности деферента картина обратная. У Меркурия и Венеры они равны году. Поэтому центры их эпициклов всегда лежат на прямой, соединяющей солнце и Землю. Для внешних планет они определяются временем, в течении которого планета, описав полную окружность на небе, возвращается к тем же звездам.

Вслед за Аристотелем Птолемей попытался опровергнуть представление о возможном движении Земли. Он писал:

«Существуют люди, которые утверждают, будто бы ничто не мешает допустить, что небо неподвижно, а земля вращается около своей оси от запада к востоку, и что она делает такой оборот каждые сутки. Правда, говоря о светилах, ничто не мешает для большей простоты допустить это, если принимать в расчет только видимые движения. Но эти люди не сознают, до какой степени смешно такое мнение, если присмотреться ко всему, что совершается вокруг нас и в воздухе. Если мы согласимся с ними, - чего в действительности нет, - что самые легкие тела вовсе не движутся или движутся так же, как и тела тяжелые, между тем как, очевидно, воздушные тела движутся с большей скоростью, чем тела земные; если бы мы согласились с ними, что предметы самые плотные и самые тяжелые имеют собственное движение, быстрое и постоянное, тогда как на самом деле они с трудом движутся от сообщаемых им толчков, - все - таки эти люди должны были бы сознаться, что Земля вследствие своего вращения имела бы движение значительно быстрее всех тех, какие происходят вокруг нее, ибо она совершала бы такую большую, окружность в такой малый промежуток времени. Таким образом, тела, которые поддерживали бы Землю, казались бы всегда движущимися по противоположному с ней направлению, и никакое облако, ничто летящее или брошенное никогда не казалось бы направляющимся к востоку, ибо Земля опередила бы всякое движение в этом направлении».

С современной точки зрения можно сказать, что Птолемей слишком переоценил роль центробежной силы. Он также придерживался ошибочного утверждения Аристотеля, что в поле тяжести тела падают со скоростями, пропорциональными их массам...

В целом же, как заметил А. Паннекук, «Математическое сочинение» Птолемея «было карнавальным шествием геометрии, праздником глубочайшего создания человеческого ума в представлении Вселенной.. труд Птолемея предстает перед нами как великий памятник науки античной древности...».

После высокого расцвета античной культуры на европейском континенте наступил период застоя и регресса. Этот мрачный промежуток времени продолжительностью более тысячи лет был назван средневековьем.

Ему предшествовало превращение христианства в господствующую религию, при которой не было места для высокоразвитой науки античной древности. В это время произошел возврат к наиболее примитивным представлениям о плоской Земле.

И лишь начиная с XI в. под влиянием роста торговых сношений, с усилием в городах нового класса - буржуазии. Духовная жизнь в Европе начала пробуждаться. В середине XIII в. философия Аристотеля была приспособлена к христианской теологии, отменены решения церковных соборов, запрещавших натурфилософские идеи великого древнегреческого философа. Взгляды Аристотеля на устройство мира вскоре стали неотъемлемыми элементами христианской веры. Теперь уже нельзя было сомневаться в том, что Земля имеет форму шара, установленного в центре мира, и что вокруг него обращаются все небесные светила. Система Птолемея стала как бы дополнением к Аристотелю, помогающим проводить конкретные расчеты положений планет.

Основные параметры своей модели мира Птолемей определил в высшей степени искусно и с высокой точностью. Со временем, однако, астрономы начали убеждаться в том, что между истинным положением планеты на небе и расчетным существуют расхождения. Так, в начале 12 века планета Марс оказалась на два градуса в стороне от того места, где ей надлежало быть по таблицам Птолемея.

Чтобы объяснить все особенности движения планет на небе, приходилось вводить для каждой из них до десяти и более эпициклов со всё уменьшающимися радиусами так, чтобы центр меньшего эпицикла обращался по кругу большего. К 16 веку движение Солнца, Луны и пяти планет объяснялось с помощью более чем 80 кругов! И всё же наблюдения, разделённые большими промежутками времени, было трудно «подогнать» под эту схему. Приходилось вводить новые эпициклы, несколько изменять их радиусы, смещать центры деферентов по отношению к центру Земли. В конечном итоге геоцентрическая система Птолемея, перегруженная эпициклами и эквантами, рухнула от собственной тяжести...

6. Мир Коперника

Книга Коперника, вышедшая в год его смерти, в 1543 году, носила скромное название: «О вращении небесных сфер». Но это было полное ниспровержение Аристотеля взгляда на мир. Сложная махина полых прозрачных хрустальных сфер отошла в прошлое. С этого времени началась новая эпоха в нашем понимании Вселенной. Продолжается она и по ныне.

Благодаря Копернику мы узнали, что Солнце занимает надлежащее ему положение в центре планетной системы. Земля же никакой не центр мира, а одна из рядовых планет, обращающихся вокруг Солнца. Так все стало на свои места. Строение Солнечной системы было наконец разгадано.

Дальнейшие открытия астрономов пополнили семью больших планет. Их девять: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. В таком порядке они занимают свои орбиты вокруг Солнца. Открыто множество малых тел Солнечной системы - астероидов и комет. Но это не изменило новой Коперниковой картины мира. Напротив, все эти открытия только подтверждают и уточняют ее.

Теперь мы понимаем, что живем на небольшой планете, похожей на шар. Земля вращается вокруг Солнца по орбите, не слишком отличающейся от окружности. Радиус этой окружности близок к 150 миллионам километров.

Расстояние от Солнца до Сатурна - самой дальней из известных во времена Коперника планет - приблизительно в десять раз больше радиуса земной орбиты. Это расстояние совершенно правильно определил еще Коперник. Размеры Солнечной системы - расстояние от Солнца до орбиты девятой планеты, Плутона, еще почти в четыре раза больше и составляет приблизительно 6 миллиардов километров.

Такова картина Вселенной в нашем непосредственном окружении. Это и есть мир по Копернику.

Но Солнечная система еще не вся Вселенная. Можно сказать, что это только наш маленький мирок. А как же далекие звезды? О них Коперник не рисковал высказывать никакого определенного мнения. Он просто оставил их на прежнем месте, не дальней сфере, где были они у Аристотеля, и лишь говорил, и совершенно правильно, что расстояние до звезд во множество раз больше размеров планетных орбит. Как и античные ученые, он представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным этой сферой.

7. Солнце и Звезды

В ясную безлунную ночь, когда ничто не мешает наблюдению, человек с острым зрением увидит на небосводе не более двух - трех тысяч мерцающих точечек. В списке, составленном во 2 веке до нашей эры знаменитом древнегреческим астрономом Гиппархом и дополненном позднее Птолемеем, значится 1022 звезды. Гевелий же, последний астроном, производивший такие подсчеты без помощи телескопа, довел их число до 1533.

Но уже в древности подозревали о существовании большого числа звезд, невидимых глазом. Демокрит, великий ученый древности, говорил, что белесоватая полоса, протянувшаяся через все небо, которую мы называем Млечным Путем, есть в действительности соединение света множества невидимых по отдельности звезд. Споры о строении Млечного Пути продолжались веками. Решение - в пользу догадки Демокрита - пришло в 1610 году, когда Галилей сообщил о первых открытиях, сделанных на небе с помощью телескопа. Он писал с понятным волнением и гордостью, что теперь удалось «сделать доступными глазу звезды, которые раньше никогда не были видимыми и число которых по меньшей мере в десять раз больше числа звезд, известных издревле».

Но и это великое открытие всё ещё оставляло мир звёзд загадочным. Неужели все они, видимые и невидимые, действительно сосредоточены в тонком сферическом слое вокруг Солнца?

Ещё до открытия Галилея была высказана совершенно неожиданная, по тем временам замечательно смелая мысль. Она принадлежит Джордано Бруно, трагическая судьба которого всем известна. Бруно выдвинул идею о том, что наше Солнце - это одна из звёзд Вселенной. Всего только одна из великого множества, а не центр всей Вселенной. Но тогда и любая другая звезда тоже вполне может обладать своей собственной планетной системой.

Если Коперник указал место Земли отнюдь не в центре мира, то Бруно и Солнце лишил этой привилегии.

Идея Бруно породила немало поразительных следствий. Из неё вытекала оценка расстояний до звёзд. Действительно, Солнце - это звезда, как и другие, но только самая близкая к нам. Поэтому - то оно такое большое и яркое. А на какое расстояние нужно отодвинуть светило, чтобы и оно выглядело так, как, например, Сириус? Ответ на этот вопрос дал голландский астроном Гюйгенс (1629 - 1695). Он сравнил блеск этих двух небесных тел, и вот что оказалось: Сириус находится от нас в сотни раз дальше, чем Солнце.

Чтобы лучше представить, сколь велико расстояние до звезды, скажем, что луч света, пролетающий за одну секунду 300 тысяч километров, затрачивает на путешествие от Сириуса к нам несколько лет. Астрономы говорят в этом случае о расстоянии в несколько световых лет. По современным уточненным данным, расстояние до Сириуса - 8,7 световых лет. А расстояние от нас до солнца всего 8 световых минут.

Конечно, разные звезды отличаются друг от друга (это и учтено в современной оценке расстояние до Сириуса). Поэтому определение расстояний до них и сейчас часто остаётся очень трудной, а иногда и просто неразрешимой задачей для астрономов, хотя со времени Гюйгенса придумано для этого немало новых способов.

Заключение

Мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечения которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремится проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира? Бесконечна ли Вселенная по объему? И её расширение - почему оно началось и будет ли оно всегда продолжаться в будущем? А каково происхождение «скрытой» массы? И наконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной?

Есть ли она ещё где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы на эти вопросы пока отсутствуют.

Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать всё новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них.

солнце луна планета звезда

Список литературы

1. Космос: Сборник. “Научно - популярная литература” (Сост. Ю. И. Коптев и С. А. Никитин; Вступ. ст. академика Ю. А. Осипьяна; Оформл. и макет В. Итальянцева; Рис. Е. Азанова, Н. Котляровского, В. Цикоты. - Л.: Дет. лит.,1987. - 223 с., ил.)

2. И. А. Климишин. “Астрономия наших дней” - М.: «Наука».,1976. - 453 с.

3. А. Н. Томилин. “Небо Земли. Очерки по истории астрономии” (Научный редактор и автор предисловия доктор физико-математических наук К. Ф. Огородников. Рис. Т. Оболенской и Б. Стародубцева. Л., «Дет. лит.», 1974. - 334 с., ил.)

4. “Энциклопедический словарь юного астронома” (Сост. Н. П. Ерпылев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Педагогика, 1986. - 336с., ил.

Размещено на Allbest.ur

Подобные документы

Картина мира. Движение планет. Первые модели мира и гелиоцентрическая система. Система мира - это представления о положении в пространстве и движении Земли, Солнца, Луны, планет и звезд. Система Птолемея и Коперника. Галактика. Звездные миры. Вселенная.

реферат , добавлен 02.07.2008


Системы мира - это представления о расположении в пространстве и движении Земли, Солнца, Луны, планет, звезд и других небесных тел. Вселенная еще с древней Греции называлась космосом, а это слово первоначально означало "порядок" и "красоту" мироздания.

реферат , добавлен 13.06.2008


Анализ сочинения Коперника "Об обращении небесных сфер". Положения о шарообразности мира и Земли, вращении планет вокруг оси и обращении их вокруг Солнца. Вычисление видимых положений звезд, планет и Солнца на небесном своде, реального движения планет.

реферат , добавлен 11.11.2010


Путешествие в космос на уроке астрономии. Природа Вселенной, эволюция и движение небесных тел. Открытие и исследование планет. Николай Коперник, Джордано Бруно, Галилео Галилей о строении Солнечной системы. Движение Солнца и планет по небесной сфере.

творческая работа , добавлен 26.05.2015


Картина мира, движение планет. Первые модели мира, первая гелиоцентрическая система, системы Птолемея и Коперника. Солнце и звезды, Галактика, звездные миры, Вселенная. Что лежит за границами наблюдаемой области мира, как зародилась жизнь во Вселенной.

реферат , добавлен 03.11.2009


Картина мира. Движение планет. Первые модели мира. Первая гелиоцентрическая система. Система Птолемея. Мир Коперника. Солнце и Звезды. Галактика. Звездные миры. Вселенная. Есть ли жизнь ещё где-нибудь кроме нашей планеты?

реферат , добавлен 06.03.2007


Зарождение теории о движении Солнца и планет в Древней Греции. Первые научные знания в области астрономии. Гелиоцентрическая система в варианте Н. Коперника, характеристика произведения "О вращениях небесных сфер". Значение гелиоцентризма в истории науки.

контрольная работа , добавлен 18.05.2009


Картина мира. Движение планет. Первые модели мира. Первая гелиоцентрическая система. Cистема Птолемея. Мир Коперника. Солнце и звезды. Галактика. Звездные миры. Вселенная.

реферат , добавлен 13.06.2007


Образование Солнечной системы. Теории прошлого. Рождение Солнца. Происхождение планет. Открытие других планетных систем. Планеты и их спутники. Строение планет. Планета земля. Форма, размеры и движение Земли. Внутреннее строение.

реферат , добавлен 06.10.2006


Построение графика распределения официально известных планет. Определение точных расстояний до Плутона и заплутоновых планет. Формула вычисления скорости усадки Солнца. Зарождение планет Солнечной системы: Земли, Марса, Венеры, Меркурия и Вулкана.

Все космогонические гипотезы можно разделить на несколько групп. Согласно одной из них Солнце и все тела Солнечной системы: планеты, спутники, астероиды, кометы и метеорные тела - образовались из единого газовопылевого, или пылевого облака. Согласно второй Солнце и его семейство имеют различное происхождение, так что Солнце образовалось из одного газовопылевого облака (туманности, глобулы), а остальные небесные тела Солнечной системы - из другого облака, которое было захвачено каким-то, не совсем понятным, образом Солнцем на свою орбиту и разделилось каким-то, еще более непонятным образом на множество самых различных тел (планет, их спутников, астероидов, комет и метеорных тел), имеющих самые различные характеристики: массу, плотность, эксцентриситет, направление обращения по орбите и направление вращения вокруг своей оси, наклонение орбиты к плоскости экватора Солнца (или эклиптики) и наклон плоскости экватора к плоскости своей орбиты.
Девять больших планет обращаются вокруг Солнца по эллипсам (мало отличающимся от окружностей) почти в одной плоскости. В порядке удаления от Солнца - это Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон . Кроме них в Солнечной системе множество малых планет (астероидов), большинство которых движется между орбитами Марса и Юпитера. Пространство между планетами заполнено крайне разреженным газом и космической пылью. Его пронизывают электромагнитные излучения.
Солнце в 109 раз больше Земли по диаметру и примерно в 333 000 раз массивнее Земли . Масса всех планет составляет всего лишь около 0,1% от массы Солнца, поэтому оно силой своего притяжения управляет движением всех членов Солнечной системы.

Конфигурация и условия видимости планет

Конфигурациями планет называют некоторые характернее взаимные расположения планет, Земли и Солнца.
Условия видимости планет с Земли резко различаются для планет внутренних (Венера и Меркурий), орбиты которых лежат внутри земной орбиты, и для планет внешних (все остальные).
Внутренняя планета может оказаться между Землей и Солнцем или за Солнцем. В таких положениях планета невидима, так как теряется в лучах Солнца. Эти положения называются соединениями планеты с Солнцем. В нижнем соединении планета ближе всего к Земле, а в верхнем соединении она от нас дальше всего.

Синодические периоды обращения планет и их связь с сидерическими периодами

Период обращения планет вокруг Солнца по отношению к звездам называется звездным или сидерическим периодом.
Чем ближе планета к Солнцу, тем больше ее линейная и угловая скорости и короче звездный период обращения вокруг Солнца.
Однако из непосредственных наблюдений определяют не сидерический период обращения планеты, а промежуток времени, протекающий между ее двумя последовательными одноименными конфигурациями, например между двумя последовательными соединениями (противостояниями). Этот период называется синодическим периодом обращения. Определив из наблюдений синодические периоды, путем вычислений находят звездные периоды обращения планет.
Синодический период внешней планеты - это промежуток времени, по истечении которого Земля обгоняет планету на 360° при их движении вокруг Солнца.

Законы Кеплера

Заслуга открытия законов движения планет принадлежит выдающемуся немецкому ученому Иоганну Кеплеру (1571 -1630). В начале XVII в. Кеплер, изучая обращение Марса вокруг Солнца, установил три закона движения планет.

Первый закон Кеплера . Каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон Кеплера (закон площадей). Радиус-вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади.

Третий закон Кеплера . Квадраты звездных периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Среднее расстояние всех планет от Солнца в астрономических единицах можно вычислить, используя третий закон Кеплера. Определив среднее расстояние Земли от Солнца (т. е. значение 1 а.е.) в километрах, можно найти в этих единицах расстояния до всех планет Солнечной системы.Большая полуось земной орбиты принята за астрономическую единицу расстояний (=1 a.e.)
Классическим способом определения расстояний был и остается угломерный геометрический способ. Им определяют расстояния и до далеких звезд, к которым метод радиолокации неприменим. Геометрический способ основан на явлении параллактического смещения .

Параллактическим смещением называется изменение направления на предмет при перемещении наблюдателя .

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

Задача . Противостояния некоторой планеты повторяются через 2 года. Чему равна большая полуось ее орбиты?

Дано	РЕШЕНИЕ Большую полуось орбиты можно определить из третьего закона Кеплера: , а звездный период - из соотношения между сидерическим и синодическим периодами: ,
- ?

Размер и форма Земли

На фотоснимках, сделанных из космоса, Земля выглядит как шар, освещенный Солнцем.
Точный ответ о форме и размере Земли дают градусные измерения , т. е. измерения в километрах длины дуги в 1° в разных местах на поверхности Земли. Градусные измерения показали, что длина 1° дуги меридиана в километрах в полярной области наибольшая (111,7 км), а на экваторе наименьшая (110,6 км). Следовательно, на экваторе кривизна поверхности Земли больше, чем у полюсов, а это говорит о том, что Земля не является шаром. Экваториальный радиус Земли больше полярного на 21,4 км. Поэтому Земля (как и другие планеты) вследствие вращения сжата у полюсов.
Шар, равновеликий нашей планете, имеет радиус, равный 6370 км. Это значение принято считать радиусом Земли.
Угол, под которым со светила виден радиус Земли, перпендикулярный к лучу зрения, называется горизонтальным параллаксом.

Масса и плотность Земли

Закон всемирного тяготения позволяет определить одну из важнейших характеристик небесных тел - массу, в частности массу нашей планеты. Действительно, исходя из закона всемирного тяготения, ускорение свободного падения g=(G*M)/r 2 . Следовательно, если известны значения ускорения свободного падения, гравитационной постоянной и радиуса Земли, то можно определить ее массу.
Подставив в указанную формулу значение g = 9,8 м/с 2 , G =6,67 * 10 -11 Н * м 2 /кг 2 ,

R =6370 км, найдем, что масса Земли М=6 x 10 24 кг. Зная массу и объем Земли, можно вычислить ее среднюю плотность.

→

Как двигаются планеты?

Невооруженным глазом мы можем различить семь небесных тел, положение которых относительно звезд меняется.

Эти небесные тела древние астрономы называли планетами (в переводе с греческого «странниками»), к ним относится Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.

Как определить положение Солнца относительно звезд? Подобно тому, как это делали древние египтяне, вавилоняне и греки, нужно наблюдать звездное небо непосредственно перед восходом Солнца либо сразу после заката. Именно так можно убедиться, что Солнце каждый день меняет свое положение относительно звездного неба и смещается приблизительно на 1 градус к востоку. А ровно через год Солнце возвращается в прежнюю точку относительно расположения звезд. По результатам этих наблюдений естественным образом определяется эклиптика- видимая траектория движения Солнца между звезд.

Во время движения по эклиптике Солнце проходит через 12 созвездий: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей и Рыбы. Пояс вдоль эклиптики шириной около 16 градусов, в котором заключены эти созвездия, называется зодиаком.

Солнце во время видимого движения вдоль эклиптики в дни равноденствий находится на небесном экваторе, а затем постепенно отдаляется от него. Наибольшее отклонение в обе стороны от небесного экватора составляет примерно 23,5 градусов и наблюдается в дни солнцестояний. Греки заметили, что скорость видимого движения Солнца вдоль эклиптики зимой несколько больше, чем летом.

Остальные планеты как и Солнце, помимо суточного движения на запад, также движутся на восток, но медленнее.

Луна движется на восток быстрее чем Солнце, и ее траектория более хаотична. Полный оборот вдоль зодиака с востока на запад Луна совершает в среднем за 27 и одну треть суток. Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот вдоль зодиака, двигаясь с востока на запад, называется сидерическим периодом обращения. Сидерический период обращения Луны может отличаться от среднего периода на целых 7 часов. Было также замечено, что траектория движения Луны по звездному небу в определенный момент совпадает с эклиптикой, после чего постепенно удаляется от нее, пока не достигнет максимального отклонения примерно в 5 градусов, затем вновь приближается к эклиптике и отклоняется от нее на такой же угол, но в противоположную сторону.

Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн- пять планет, которые видны на звездном небе как яркие точки. Их средние сидерические периоды обращения составляют: для Меркурия −1 год, для Венеры-1 год, для Марса −687 дней, для Юпитера- 12 лет, для Сатурна- 29,5 лет. Фактические периоды обращения для всех планет могут отличаться от приведенных средних значений.

Движение планет с запада на восток называется прямым или собственным. Скорость прямого движения этих пяти планет постоянно меняется.

Кроме того, стало неожиданным открытием то, что прямое движение планет на восток периодически прерывается и планеты движутся в обратном направлении, то есть на запад. В это время их траектории образуют петли, после чего планеты вновь продолжают прямое движение. Во время обратного или попятного движения яркость планет возрастает. На иллюстрации — попятное движение Венеры, которое начинается каждые 584 дня.

Меркурий начинает попятное движение каждые 116 дней, Марс- каждые 780 дней, Юпитер- каждые 399 дней, Сатурн- каждые 378 дней.

Меркурий и Венера никогда не отдаляются от Солнца на значительное угловое расстояние, в отличие от Марса, Юпитера и Сатурна.

Следует отметить, что увязать движение планет с движением звезд было настолько сложно, что всю историю развития представлений о мире можно рассматривать как последовательные попытки преодолеть наблюдавшиеся расхождения

Слайд 2

Состав Солнечной системы

Планеты- 8 больших планет со спутниками и кольцами: Меркурий, Венера, Земля (с Луной), Марс (с Фобосом и Деймос), Юпитер (с кольцом и не менее 63 спутников), Сатурн (с мощным кольцом и не менее 55 спутников) – эти планеты видны невооруженным глазом; Уран (открыт в 1781г, с кольцом и не менее 29 спутника), Нептун (открыт в 1846г, с кольцом и не менее 13 спутников). Карликовые планеты - Плутон (открыт в 1930г, его спутник Харон - была планетой до 24.08.2006 года), Церера (первый астероид открыт в 1801г), и объекты пояса Койпера: Эрис (136199, открыт в 2003г) и Седна (90377, открыт в 2003г). Малые планеты – астероиды = (первый Церера открыт в 1801г - переведен в разряд карликовых планет), расположены в основном в 4-х поясах: Главном – между орбитами Марса и Юпитера, поясе Койпера – за орбитой Нептуна, троянцы: на орбите Юпитера и Нептуна. Размеры менее 800 км. Известно почти 300 000. Кометы – небольшие тела до 100 км в диаметре, конгломерат пыли и льда, движущиеся по очень вытянутым орбитам. Облако Оорта (резервуар комет) на периферии Солнечной системы (3000 – 160000 а.е). Метеорные тела – небольшие тела от песчинок до камней в несколько метров диаметром (образуются от комет и дробления астероидов). Небольшие при входе в земную атмосферу сгорают, а те, которые достигают Земли – метеориты. Межпланетная пыль – от комет и дробления астероидов. Межпланетный газ – от Солнца и планет, очень разряжен. Электромагнитное излучение и гравитационные волны.

Слайд 3

Петлеобразное движение планет

Более чем за 2000 лет до НЭ люди заметили, что некоторые звезды перемещаются по небу – их позже греки назвали “блуждающими” – планетами. Нынешнее название планет заимствовано у древних римлян. Выяснилось, что планеты блуждают в зодиакальных созвездиях. Поскольку при наблюдении с Земли на движение планет вокруг Солнца накладывается еще и движение Земли по своей орбите, планеты перемещаются на фоне звезд то с запада на восток (прямое движение), то с востока на запад (попятное движение). Объяснить это движение смог к 1539 году польский астроном Николай Коперник (1473-1543). Для внутренней, Венеры Для внешней, Марса Характер видимого движения планеты зависит от того, к какой группе она принадлежит.

Слайд 4

Видимое движение Марса среди звёзд в период с 1.10.2007 по 1.04.2008 Венера и Юпитер в лучах вечерней зари. Редкое небесное явление: пять планет Солнечной системы (все какие только можно увидеть невооруженным глазом) встретились на вечернем небе! С 13 по 16 мая 2002г возле "блуждающих светил" присутствовал серп молодой Луны.

Слайд 5

Конфигурация планет

Для нижних(внутренних) соединениепланета находится на прямой Солнце-Земля. верхнее– планета за Солнцем (V2). нижнее– планета перед Солнцем (V4). элонгация- угловое удаление планеты от Солнца. мак: Меркурия-28о, Венеры-48о. восточная - планета видна на востоке до восхода Солнца в лучах утренней зари(V1). западная– планета видна на западе в лучах вечерней зари после захода Солнца(V3). Нижние (внутренние) – планеты, орбиты которых расположены внутри земной орбиты. Верхние (внешние) – планеты, орбиты которых находятся за орбитой Земли. Конфигурация – характерное взаимное расположение планеты, Солнца и Земли. Для верхних (внешних) соединение- планета за Солнцем, на прямой Солнце-Земля (М1). противостояние–планета за Землей от Солнца – лучшее время наблюдения внешних планет, она полностью освещена Солнцем(М3). квадратура- четверть круга западная–планета наблюдается в западной стороне (М4). восточная–наблюдается в восточной стороне (М2). Виды Внешняя планета может находиться на любом угловом расстоянии от Солнца.

Слайд 6

Условия видимости внутренних планет Внутренние планеты лучше всего видны при максимальном удалении от Солнца (в элонгации), которая для Меркурия составляет 28о, Венеры-48о.

Слайд 7

Периоды обращения планет

В ходе разработки гелиоцентрической системы строения мира Николай Коперник к 1539 году получил формулы (уравнения синодического периода) для расчета периодов обращения планет и впервые их вычислил. Нижние (внутренние) планеты движутся по орбите быстрее Земли, а верхние (внешние) медленнее. Сидерический (T –звездный) –промежуток времени в течение которого планета совершает полный оборот вокруг Солнца по своей орбите относительно звезд.Синодический (S) – промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми конфигурациями планеты. для внутренних для внешних

Слайд 8

В зените рефракция минимальна - она возрастает по мере наклона к горизонту до 35" и сильно зависит от физических характеристик атмосферы: состава, плотности, давления, температуры. Вследствие рефракции истинная высота небесных светил всегда меньше их видимой высоты. Искажаются форма и угловые размеры светил: на восходе и закате близ горизонта "сплющиваются" диски Солнца и Луны, поскольку нижний край диска поднимается рефракцией сильнее верхнего. Преломление лучей звездного света в атмосферных слоях (потоках) разной плотности вызывает мерцание звезд - неравномерные усиления и ослабления их блеска, сопровождающиеся изменениями их цвета. Астрономическая рефракция - явление преломления (искривления) световых лучей при прохождении через атмосферу, вызванное оптической неоднородностью атмосферы. Рефракция изменяет зенитное расстояние (высоту) светил, "поднимая" изображения светил над их истинными положениями.

Посмотреть все слайды