Наблюдения - основа астрономии Особенности астрономии.Телескопы. Платонова Ольга Борисовна Учитель математики МОУ средняя общеобразовательная школа 4 г. Малая Вишера

Наблюдения - основной источник информации о небесных телах, процессах, явлениях, происходящих во Вселенной, так как их потрогать и провести опыты с небесными телами невозможно (возможность проведения экспериментов вне Земли возникла только благодаря космонавтике).

Они имеют и особенности в том, что для изучения какого либо явления необходимы: длительные промежутки времени и одновременное наблюдение родственных объектов (пример-эволюция звезд) необходимость указания положения небесных тел в пространстве (координаты), так как все светила кажутся далекими от нас (в древности возникло понятие небесной сферы, которая как единое целое вращается вокруг Земли)

Пример: Древний Египет, наблюдая за звездой Сотис (Сириус) определили начало разлива Нила, установили продолжительность года в 4240г до н.э. в 365 дней.

Система горизонтальных координат. Чтобы отыскать на небе светило, надо указать в какой стороне горизонта и как высоко оно находится. Для этого используется горизонтальная система координат: азимут и высота. Наблюдатель на Земле должен определить вертикальное и горизонтальное направления. Вертикальное направление определяется с помощью отвеса (на чертеже - линия ZZ) Высота (h) светила отсчитывается по окружности, проходящей через зенит и светило, и выражается длиной дуги этой окружности.от горизонта. Азимут (A) - положение светила относительно сторон горизонта, отсчитывается от точки юга в направлении движения часовой стрелки. S точка юга N точка севера

Для точности наблюдений, нужны были приборы. 1). Известно, что Фалес Милетский ( , Др. Греция) в 595г до н.э. впервые использовал гномон (вертикальный стержень, приписывается, что создал его ученик Анаксимандр) – позволил не только быть солнечными часами, но и определять моменты равноденствия, солнцестояния, продолжительности года, широту наблюдения и т.д. 2). Уже Гиппарх ( г, Др. Греция) использовал астролябию, что позволило ему измерить параллакс Луны, в 129г до н.э., установить продолжительность года в 365,25сут, определить процессию и составить в 130г до н.э. звездный каталог на 1008 звезд и т.д. Существовали астрономический посох, астролабон (первая разновидность теодолита), квадрант и т.д. Наблюдения проводятся в специализированных учреждениях -, возникших еще на первом этапе развития астрономии до НЭ. Но настоящее астрономическое исследование началось с изобретением телескопа в 1609г.

Телескопы. Телескоп - прибор для наблюдения небесных тел, приема и анализа приходящего от них излучения. Телескоп - увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела (разрешающая способность), и собирает во много раз больше света, чем глаз наблюдателя (проникающая сила). Поэтому в телескоп можно рассмотреть невидимые невооруженным глазом поверхности ближайших к Земле небесных тел и увидеть множество слабых звезд. Все зависит от диаметра его объектива.

Телескопы. Телескопы делятся на оптические и радио

Оптические телескопы. Рефрактор (refracto–преломляю)- используется преломление света в линзе (преломляющий). Зрительная труба сделана в Голландии [Х. Липперсгей]. По приблизительному описанию ее изготовил в 1609г Галилео Галилей и впервые направил в ноябре 1609г на небо, а в январе 1610г открыл 4 спутника Юпитера. Самый большой в мире рефрактор изготовлен Альваном Кларк (оптиком из США) 102см (40 дюймов) и установлен в 1897г в Йерской обсерватории (близь Чикаго). Им же был изготовлен 30 дюймовый и установлен в 1885г в Пулковской обсерватории (разрушен в годы ВОВ).

Оптические телескопы. Рефлектор (reflecto–отражаю)- используется вогнутое зеркало, фокусирующее лучи. В 1668г первый зеркальный телескоп изобрел И. Ньютон ( , Англия) диаметр зеркала 2,5см при 41 х увеличении. В те времена зеркала делались из сплавов металла, быстро тускнели. Самый Большой в мире телескоп им. У. Кека установлен в 1996 году диаметр зеркало 10м (первый из двух, но зеркало не монолитное, а состоит из 36 зеркал шестиугольной формы) в обсерватории Маун-Кеа (Калифорния, США). В 1995г введен первый из четырех телескопов (диаметр зеркала 8м) (обсерватория ESO, Чили). До этого самый крупный был в СССР, диаметр зеркала 6м, установлен в Ставропольском крае (гора Пастухова, h=2070м) в Специальной астрофизической обсерватории АН СССР (монолитное зеркало 42т, 600т телескоп, можно видеть звезды 24 м ).

Оптические телескопы. Зеркально – линзовый. Б.В. Шмидтаю ( , Эстония) построен в 1930 году, диаметр обектива 44 см. Большой светосилы, с большим полем зрения, перед сферическим зрением находится корректирующая пластина. В 1941 году Д.Д. Максутов (СССР) сделал менисковый, выгоден короткой трубой. Применяется любителями – астрономами. В 1995г для оптического интерферометра введен в строй первый телескоп с 8м зеркалом (из 4 -х) с базой 100м (пустыне АТАКАМА, Чили; ESO). В 1996г первый телескоп диаметром 10м (из двух с базой 85м) им. У. Кека введен в обсерватории Маун – Кеа (Калифорния, Гавайские острова, США).

Телескопы. В астрономии расстояние между небесными телами измеряют углом угловое расстояние: градусы – 5 о,2, минуты – 13',4, секунды – 21",2 обычным глазом мы видим рядом 2 звезды (разрешающая способность), если угловое расстояние 1-2'. Угол, под которым мы видим диаметр Солнца и Луны ~ 0,5 о = 30'. В телескоп мы предельно видим: (разрешающая способность) α= 14 " /D [D – диаметр объектива телескопа в см.] или α= ·λ/D [где λ - длина световой волны, а D – диаметр объектива телескопа]. Количество света, собранного объективом – называется светосилой. Светосила Е=~S (или D 2 ) объектива. Е=(D/d хр ) 2, где d хр - диаметр зрачка человека в обычных условиях 5мм (максимум в темноте 8мм). Увеличение телескопа =Фокусное расстояние объектива/Фокусное расстояние окуляра. W=F/f=β/α. При сильном увеличении >500 х видно колебания воздуха, поэтому телескоп необходимо располагать как можно выше в горах и где небо часто безоблачно, а еще лучше за пределами атмосферы ( в космосе).

Реши задачу. Для 6м телескопа– рефлектора в Специальной астрофизической обсерватории (на северном Кавказе) определить разрешающую способность, светосилу и увеличение, если используется окуляр с фокусным расстоянием 5см (F=24м). [Оценка по скорости и правильности решения]

Радиотелескопы Радиотелескопы - преимущества: в любую погоду и время суток можно вести наблюдение объектов, недоступные для оптических. Представляют собой чашу (подобие локатора). Радиоастрономия получило развитие после войны. Наибольшие сейчас радиотелескопы это неподвижные РАТАН- 600, Россия (вступил в строй в 1967г в 40 км от оптического телескопа, состоит из 895 отдельных зеркал размером 2,1х7,4м и имеет замкнутое кольцо диаметром 588м), Аресибо (Пуэрто – Рико, 305м-забетонированная чаша потухшего вулкана, введен в 1963г). Из подвижных имеют два радиотелескопа 100м чашу.

Радиотелескопы. Первый радиоастроном Гроут Ребер ( США) весной 1939г на первом в мире изготовленном им возле своего дома в Чикаго радиолокаторе с 9,1-метровой параболической чашей с фокусным расстоянием 6м, поймал волны, идущие из глубин космического пространства на волне 1,85м, а в 1940г установил, что радиоизлучение идет от всей полосы Млечного Пути. Родилась радиоастрономия. В 1944г Г. Ребер опубликовал первую радиокарту неба на λ=62,5см. В 1944году открыто радиоизлучение Солнца. (Проникает к Земле излучение оптическое (видимый свет), радио и инфракрасные). Первый радиотелескоп для исследования космического пространства построен в 1945г, а с 1946г во многих обсерваториях мира началась установка радиотелескопов для приема радиоизлучения небесных объектов.

Радиотелескопы. В СССР первый радиотелескоп был изготовлен в 1945г. Основателями радиоастрономии в нашей стране были В.В. Виткевич и С.Э. Хайкин. Сейчас у нас один из крупнейших неподвижных радиотелескопов РАТАН В специальной Астрофизической обсерватории АН РФ, установлен в 1967г состоит из 895отдельных зеркал размером 2х7,4м и установленных замкнутым кольцом диаметром 588м. Одновременно может наблюдать 3 участка неба в диапазоне от 8мм до 30см. Самый крупный из не подвижных радиотелескопов Аресибо, чаша диаметром 305м (кратер вулкана, остров Пуэрто-Рико) введен в строй в 1963г. С него и было 16 ноября 1974г передано первое радио послание землян другим цивилизациям.

Радиотелескопы. Из подвижных, самые крупные с диаметром чаши 100м: Грин-Бенк, Западная Верджиния, США; Боннский институт радиоастрономии, Эффельсберг, Германия. В Крыму (Евпатория диаметром 70м) один из трех в мире с самым мощным передатчиком. Если несколько радиотелескопов объединить, и заставить работать синхронно, то получается работа в режиме интерферометра. Первый космический радиоинтерферометр с базой 13тыс. км – июль – август 1979г (10м радиотелескоп на орбитальной станции Салют - 6 и 70м телескоп (под Евпаторией)). В 1994г в США начал действовать ВЛБА состоящий из 10 антенн (радиотелескопов по 25м)размещенных от центральных регионов Тихого океана до Карибского бассейна с базой в 8000 км. Работают при строгой синхронизации в режиме интерферометра. Разрешающая способность в1000 раз выше лучших оптических. (Предшественник VLA-Большая Антенная Система был построен в 1980г, штат Нью-Мехико) и состоял из 27 подвижных 25 метровых чаш).

Проверь себя. Решение: α= 14 " /600 0,023"[при α= 1" спичечная коробка видна на расстоянии 10км]. Е=(D/d хр ) 2 =(6000/5) 2 = =14400[во столько раз собирает больше света, чем глаз наблюдателя] W=F/f=2400/5=480 назад