Среднее общее образование

Астрономия (11)

Главные астрономические открытия: со времен Галилея до наших дней

Материал подготовлен на основе вебинара астрофизика, доктора физико-математических наук, научного сотрудника ГАИШ МГУ, профессора РАН Сергея Борисовича Попова.

Уважаемые коллеги! В соответствии с приказом Министерства образования и науки РФ №506 от 7 июня 2017 года «О внесении изменений в федеральный компонент государственных образовательных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования, утвержденный приказом Министерства образования Российской Федерации от 5 марта 2004 г. №1089» курс астрономии становится обязательным для изучения в старших классах средней школы. С полным текстом приказа вы можете ознакомиться .

Астрономия - наука наблюдательная, главное в ней - открытия, в результате которых происходит изменение старых представлений. Не все открытия неожиданные, так, последним открытиям - бозона Хиггса и гравитационных волн - предшествовала долгая подготовка. Но все-таки астрономические открытия, как правило, неожиданные, противоречащие здравому смыслу, меняющие прежнюю картину мира. Какие из них могут войти в десятку величайших в истории человечества?

1. Открытия Галилея: пятна на Солнце, горы на Луне, спутники Юпитера, фазы Венеры, звезды в Млечном Пути

В XVII веке люди впервые посмотрели в телескоп, многие увидели, что творится в небе. Но Галилей отнесся к наблюдениям наиболее ответственно, поэтому открытия маркируются его именем. Стало понятно, что Земля не является центром вращения всего на свете. Солнце же, во-первых, тоже вращается, а во-вторых - само оно несовершенно: на нем есть пятна! Неидеальность ключевого космического объекта того времени поразила современников Галилея больше всего. Стало видно, что и Луна не является идеальной сферой. Известие о фазах Венеры доказывало вращение Венеры вокруг Солнца, то есть - правоту Коперника. И далее: Млечный Путь оказался множеством слабых звезд, и это меняло наивное отношение к видимому миру: человеческий глаз не подогнан для восприятия всего сущего, не все можно увидеть и понять без приборов.

В 1837 г. впервые были осуществлены надёжные измерения годичного параллакса. Русский астроном Василий Яковлевич Струве (1793-1864) провел эти измерения для ярчайшей звезды Северного полушария Веги (a Лиры). Почти одновременно в других странах определили параллаксы еще двух звёзд, одной из которых была a Центавра. Эта звезда, которая с территории России не видна, оказалась ближайшей к нам. Даже у нее годичный параллакс составил всего 0,75ʺ. Под таким углом невооруженному глазу видна проволочка толщиной 1 мм с расстояния 280 м. Поэтому неудивительно, что столь малые угловые смещения так долго не могли заметить. Больше информации - Астрономия. 11 класс. Учебник (Линия УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова)

4. Межзвездная среда

Астрономы начала XX века представляли межзвездную пустоту, допуская межзвездную пыль. В 1904 году Иоганн Гартман смог получить спектр, препарировать излучение и обнаружить газ: межзвездная среда существует. Это она затрудняет наблюдения. Без этого знания было бы невозможно построить верную схему нашей Галактики.

Бесплатные методические материалы:

5. Мир галактик

Еще 100 лет назад люди не были уверены в существовании разных галактик. Знаменитые дебаты Кертиса и Шелли о туманностях ничем не закончились, и только впоследствии подтвердилась правота Кертиса: гигантские туманности - это другие галактики. В 20-е годы Эдвин Хаббл обнаружил следы нескольких галактик, и до открытия расширения галактик оставался один шаг.

7. Реликтовое излучение

В 60-е годы XX века стало достоверно известно, что вся Вселенная расширяется: раньше в каждой ее точке плотность была больше и температура выше. Что важнее - количество или температура? Ученые Альфер и Гамов доказали, что излучение, доминировавшее после термоядерной реакции, никуда не девалось, обнаружить его очень легко (это шумы через радиоантенны все сталкивались), но надо было это распознать и назвать: реликтовое излучение. Астрономы получили еще один инструмент изучения Вселенной. Иллюстрация: Г.Гамов на фотографии из учебника Астрономия. 11 класс. Учебник (Линия УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова )

В 1948 г. в работах Георгия Антоновича Гамова (1904-1968) и его сотрудников была выдвинута гипотеза о том, что вещество во Вселенной на начальных стадиях расширения имело не только большую плотность, но и высокую температуру. Так, спустя 0,1 с после начала расширения температура была около 3 1010 К. При столь высокой температуре взаимодействие фотонов высокой энергии, которых в горячем веществе было много, приводило к образованию пар всех известных частиц и античастиц: электрон - позитрон, нейтрино - антинейтрино и т. п. При аннигиляции этих пар снова рождались фотоны, а протоны и нейтроны, взаимодействуя с ними, превращались друг в друга. Больше информации - Астрономия. 11 класс. Учебник (Линия УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова)

8. Нейтронные звезды

Их открывали несколько раз. Нейтронная звезда - такая звезда, где природа остановила изменения. Они вбирают в себя всю физику, с ними связано изучение радиопульсаров, регистрация гравитационных волн, точное время, теория поведения веществ при высокой плотности, процессы в сильном магнитном поле.

Излучение пульсара (разновидность нейтронных звезд, которое испускается в узком конусе, наблюдатель видит лишь в том случае, когда при вращении звезды этот конус направлен на него подобно свету маяка. Вещество пульсаров состоит из нейтронов, образовавшихся при соами, тесно прижатых друг к другу гравитационными силами. Диаметры таких нейтронных звезд всего 20-30 км, а плотность близка к ядерной и может превышать 1018 кг/м3. Таким образом, нейтронные звезды являются одним из тех объектов во Вселенной, которые предоставляют учёным возможность изучать поведение вещества в условиях, пока недостижимых в земных лабораториях. Больше информации - Астрономия. 11 класс. Учебник (Линия УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова)

Главное открытие конца XX века. Это планеты, которые вращаются вокруг другой яркой звезды, из-за чего их плохо видно. Первая была открыта в 1995 году. Они совершенно непохожи на нас, гигантские газовые планеты, которые вращаются вокруг своей звезды очень быстро, круг - за несколько часов. Вероятно, они образовались где-то далеко, а потом как-то притянулись к звезде, - но как? Почему? Тайн много.

Теперь усилия ученых направлены на поиски планет, которые по своим размерам и массе похожи на Землю и находятся недалеко от звезд, что обеспечило бы на поверхности планеты условия, необходимые для существования жизни. С этой целью был запущен КА «Кеплер», на котором установлен фотометр, чувствительность которого составляет 10–5. Он позволяет заметить ослабление потока света от звезды, вызванное прохождением планет по ее диску, всего лишь на одну стотысячную его долю. Больше информации - Астрономия. 11 класс. Учебник (Линия УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова)

10. Ускоренное расширение Вселенной

Говоря о будущем Вселенной, предлагают разные сценарии. Вселенная расширяется, но гравитация этому препятствует. Все зависит от того, хватит ли плотности вещества, или не хватит. Может быть, она порасширяется да и выйдет на долговременное постоянство? Ученые предполагали, что есть во вселенной ЧТО-ТО, заставляющее ее расширяться, работает какое-то отталкивание, антигравитация. В 1998 году открыли темную энергию (при взрыве белых сверхкарликов) - 70% среды связано с темной энергией, она-то и является компонентом плотности (условием гравитации).

Исследования позволили выяснить, что по своей природе темная энергия является практически однородной, в отличие от двух других составляющих Вселенной - «обычной» и темной материи, которые распределены в космическом пространстве неоднородно, образуя звезды, галактики и другие объекты. Можно считать, что тёмная энергия - это свойство самого пространства. Больше информации - Астрономия. 11 класс. Учебник (Линия УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова)

В список не вошли: темное вещество и черные дыры, космические лучи и нейтрино, появление спектрального анализа, всеволновые наблюдения, квазары. Потому что эти явления - еще не до конца открыты. И если говорить о преподавании астрономии, то будем помнить: содержание этой дисциплины очень быстро устаревает и меняется - стабильный учебник вряд ли возможен.

Записала Людмила Кожурина

*С мая 2017 года корпорация «Российский учебник» объединила издательскую группу «ДРОФА-ВЕНТАНА», издательство «Астрель», компанию «ДРОФА - новая школа» и цифровую образовательную платформу «LECTA» . Главная миссия корпорации - всесторонняя поддержка педагогов России, создание лучших учебников, образовательных решений и социально значимых проектов. Вместе с педагогами мы помогаем закладывать фундамент успешного будущего российских детей на всех уровнях дошкольного и школьного образования.

Некоторые интересные факты о Солнечной Системе от Астрономии по-русски. Многие из них широко известны, некоторые не очень.

Объекты Солнечной системы.

1. В Солнечной системе всего 8 планет

2. В Солнечной системе по крайней мере 5 карликовых планет

Плутон, как и четыре других объекта Солнечной системы, считается карликовой планетой. Объекты, официально признанные карликовыми планетами на данный момент: Плутон, Церера, Макемаке, Хаумеа и Эрида.

Карликовые планеты это шарообразные объекты, которые обращаются вокруг Солнца и делят свои орбиты с подобными им и более мелкими объектами. Предполагается, что в Солнечной системе более 40 карликовых планет, открыть которые нам еще предстоит. Эти объекты объединены общим названием «Транснептуновые объекты»:

Некоторые известные на сегодняшний день карликовые планеты в сравнении с Землей.

3. Теоретическая граница Солнечной системы находится на расстоянии в почти 2 световых года от нас

Теоретически к Солнечной системе относится всё пространство, где солнечная гравитация сильнее гравитации любых других объектов. Предположительная граница этого пространства находится на расстоянии в 2 световых года от нас, это почти половина пути до ближайшей к Земле звезде после Солнца (Проксиме Центавра). Считается, что облако Оорта (регион Солнечной системы, из которого к нам прилетают долгопериодические кометы. Википедия) простирается на расстояние до 100 000 астрономических единиц (одна астрономическая единица равна расстоянию от Земли до Солнца)

4. Большая часть массы всей Солнечной системы сосредоточена в Солнце

Солнце содержит 99,86% всей массы Солнечной системы. В свою очередь Солнце на 73% состоит из водорода и на 25% из гелия (2% составляют другие элементы). Так что Солнечная система состоит в основном из водорода и гелия, а всё остальное это лишь незаметная частичка вещества.

5. Кольца есть не только у Сатурна

Все мы знаем, что у Сатурна есть несколько великолепных колец, которые легко можно увидеть даже в небольшие телескопы. Однако не всем известно, что и у Юпитера, Урана и Нептуна также есть кольца. Слабые кольца Юпитера были обнаружены с помощью космического аппарата Вояджер-1, они состоят из тёмных частиц пыли и фрагментов очень мелких астероидов. Кольца Нептуна также слабые и тёмные, однако они были открыты с Земли. Кольца Урана занимают промежуточное положение между сложной системой колец Сатурна и простыми системами Юпитера и Нептуна.

6. Все объекты Солнечной системы обращаются в одном направлении (ну ладно, почти все)

Все планеты, карликовые планеты и астероиды обращаются вокруг Солнца в одном направлении (против часовой стрелки, если смотреть на северный полюс Земли «сверху»). Это подтверждает теорию, что Солнечная система целиком сформировалась из одного большого газопылевого облака. На самом деле и здесь есть исключения, например комета Галлея обращается вокруг Солнца в обратном направлении.

7. Спутник Сатурна Титан является единственным небесным телом, кроме Земли, для которого доказано существование жидкости на поверхности

Озёра на Титане предположительно наполнены жидким метаном и этаном, и таких озёр там очень много. Именно поэтому Титан считается похожим на Землю на ранних стадиях её развития, и возможно, что на спутнике существовуют простейшие формы жизни, в частности, в подземных водоёмах, где температура окружающей среды может быть гораздо выше, чем на поверхности.

Углеводородные озёра на Титане. Фотография: КА Кассини, 22 июля 2006

8. Солнце является одной из 200 миллиардов звёзд Млечного пути

200 миллиардов звёзд!

9. Правда, они находятся на огромных расстояниях друг от друга

Всего несколько звёзд находятся на расстоянии от Солнца, меньшем, чем 10 световых лет. Ближайшая к нам звёздная система — это Альфа Центавра, свет от нас до неё летит 4,4 года. Расстояние до звезды Барнарда 5,9 световых лет, затем идут WISE 1049-5319 (6,5 св.г), Вольф359 (7,8 св.г.), Лаланд 21185 (8,3 св.г), Сириус (8,6 св.г.), Лейтен 726-8 (8,7 св.г.) и, наконец, Росс 154 (9,7 св.г.).

10. Люди послали космические аппараты практически ко всем телам Солнечной системы

Космические аппараты с Земли летали ко всем планетам Солнечной системы, а в данный момент несколько КА уже летят исследовать карликовые планеты. Мы уже исследовали Солнце, Луну, достаточно много астероидов. Некоторые из первых космических аппаратов все ещё в строю и продолжают свой путь. Так аппараты Вояджер-1 и Вояджер-2, двигаясь на скоростях более 15 км/с, за 35 лет полёта уже достигли границы межзвёздного пространства и находятся от нас на расстоянии в более чем 120 астрономических единиц (18,5 млрд км)

Вояджер-1.

Казалось бы о Солнечной системе известно многое всем, кто хотя бы иногда открывал в школе учебник астрономии. Но на самом деле наша галактика таит в себе огромное множество тайн и секретов, а новые факты о Солнечной системе, которые становятся известны учёным, способны удивить даже самых искушённых знатоков астрономии.

1. Скорость вращения 220-240 км/с

В космосе движется все. Солнечная система вращается вокруг центра Галактики со скоростью 220-240 км/с, а на то, чтобы закончить один период обращения у нее уходит около 240 млн лет.

2. Солнечные затмения

Солнечные затмения можно наблюдать с любого места Солнечной системы. Но Земля - единственное место, где можно полюбоваться полным солнечным затмением.

3. Масса Солнца 99,86% от массы Сс

Как известно, Солнце намного больше любой планеты в нашей системе. Об этом мало кто задумывается, но на самом деле масса Солнца составляет около 99,86% от общей массы Солнечной системы.

4. Скорость ветра до 2100 км/ч

На Земле максимальная скорость ветра была зафиксирована на австралийском острове Барроу и составляла 408 км/ч. А самые сильные ветры в Солнечной системе дуют на Нептуне: до 2100 км/ч.

5. Химический состав

В последнее время ученые разработали новую модель химического состава ранней Солнечной системы. Согласно этой теории, около половины воды, которая в настоящее время есть на Земле, появилась из межзвездного льда во время формирования Солнца.

6. Вода в Сс

За последние пару десятков лет ученые установили, что на некоторых планетах и их спутниках в Солнечной системе есть вода в разных состояниях. Однако, Земля является единственным местом в Солнечной системе, где вода может присутствовать во всех трех состояниях: твердом, жидком и парообразном.

7. «Мертвый близнец»

Из всех планет Солнечной системы, Венера считается близнецом Земли. Несмотря на то, что на ее поверхности условия вообще непригодны для жизни человека (к примеру, только температура составляет 464 ° C), она имеет примерно одинаковый размер и орбиту с Землей.

8. Нейтрино

В XX веке была открыта стабильная нейтральная элементарная частица нейтрино. Чтобы образно описать ее размеры, приведем следующее сравнение: если бы атом был размером с Солнечную систему, то нейтрино было бы размером с мяч для гольфа.

9. До -224 °C

Самая холодная же планетарная атмосфера в Солнечной системе - на Уране. Здесь температура опускается до -224 ° C.

10. Самая высокая гора в Сс

Самая высокая горная вершина на Земле - Эверест (Джомолунгма), высота которой составляет 8 848 м. А самая высокая гора в Солнечной системе - на Марсе. Здесь высота горы Олимп составляет около 22 км.

11. Самая большая модель

В Швеции есть самая большая модель Солнечной системы в мире. Она сделана в масштабе 1:20 млн и простирается на 950 км.

12. Тройка лидеров

Уран является третьей по величине планеты в Солнечной системе. Первый по величине - Юпитер, а второй - Сатурн.

13. Самые большие бури

На Марсе также бушуют самые большие пылевые бури в Солнечной системе. Они зачастую длятся в течение нескольких месяцев и могут покрывать всю планету.

14. Орбитальная скорость Земли

Земля движется по орбите со скоростью около 108 000 км/ч.

15. Вулканы Венеры

Согласно разным подсчетам, на Земле есть от 1 000 до 1 500 вулканов. А больше всего их в Солнечной системе на Венере - более 1 600.

Астрономия всегда была самой загадочной и спорной наукой. Сколько ученых пострадало за свою любовь к звездам и стремление познать космос! Сегодня на изучение Вселенной тратятся огромные средства. В астрономии интересные факты известны даже школьнику, но мы постоянно узнаем что-то новое о движении комет и астероидов.

Сколько планет в Солнечной системе?

С 2006 года - восемь. Девятую планету Плутон Международный астрономический союз причислил к планетам-карликам. Астрономическая азбука: планетой считается объект, который вращается вокруг солнца, имеет шарообразную форму и может «очистить» свою орбиту от других объектов. Последнему требованию Плутон не соответствует.

Не только у Сатурна есть кольца.

Какие планеты имеют кольца? Конечно, Сатурн. Но оказывается, у Юпитера, Урана и Нептуна они тоже есть, просто не так заметны. У Юпитера кольца состоят из тёмных частиц пыли и фрагментов мелких астероидов, и впервые были обнаружены аппаратом «Вояджер-1». У Нептуна кольца темные, но их смогли рассмотреть с Земли. Кольца Урана расположены между сложной системой колец Сатурна и простыми системами Юпитера и Нептуна.

Не все планеты Солнечной системы движутся в одном направлении.

Принято считать, что все планеты и астероиды движутся вокруг Солнца в одном направлении. Но есть одно исключение - комета Галлея. Если смотреть на Северный полюс Земли «сверху», она обращается в противоположную сторону, по часовой стрелке.

О вращении планет.

Большинство планет вращаются, как волчок, что обеспечивает им небольшое расхождение в плоскости экватора и орбиты. Однако, Уран ведёт себя по-другому. Плоскость его экватора расположена к плоскости орбиты под углом 98°. Это делает планету похожей на катящийся шар. Поэтому в момент солнцестояния один из полюсов Урана направлен прямо на Солнце, а спустя полгода полярный день наступает в другом полушарии.

На каждой планете своё время.

Еще один интересный факт в астрономии касается времени. У Венеры скорость вращения вокруг своей оси гораздо ниже, чем скорость ее обращения вокруг Солнца. Вот почему сутки на этой планете длятся больше года. На Меркурии время тоже тянется дольше. За год он совершает полтора оборота вокруг своей оси. Это значит, что два года Земной жизни равны трем суткам на Меркурии.

Большая часть массы всей Солнечной системы сосредоточена в Солнце.

По своему химическому составу Солнечная система - это, в основном, водород и гелий. На Солнце приходится 99,86% всей массы Солнечной системы. Оно состоит на 75% из водорода, на 25% из гелия и менее 1% - из других элементов.

Солнце - одна и звезд Млечного пути.

Всего таких звезд 200 миллиардов, и они находятся на огромном расстоянии друг от друга. Ближе всего к нам расположена звездная система Альфа Центавра. Она находится от Земли на расстоянии 4,4 световых года. Расстояние до звезды Барнарда - 5,9 световых лет. Затем идут WISE 1049-5319 - 6,5 световых лет, Вольф359 - 7,8 световых лет, Лаланд 21185 - 8,3 световых года, Сириус - 8,6 световых лет, Лейтен 726-8 - 8,7 световых лет и, наконец, Росс 154 - 9,7 световых лет.

Такой нужный и интересный предмет, как астрономия, к сожалению, не преподаётся в некоторых школах и колледжах, и совершенно напрасно. Эта наука позволяет нам оглядеться, осмотреть окружающую нас Галактику и больше узнать о Вселенной, в которой мы живём. Астрономические открытия по праву можно причислить к наиболее важным и выдающимся, и можно лишь надеяться, что наш мир не останется без астрономов.

1. Теория о каналах на Марсе возникла из-за ошибки переводчика. Итальянский астроном Скиапарелли, обнаруживший их, использовал в своём докладе слово «canali», которое в его родном языке может означать в том числе и природные протоки, например, речные русла или каньоны. Однако, в переводе его работы на английский было использовано слово «canals», которое означает только рукотворные каналы. Кстати, имя Скиапарелли сейчас носит огромный марсианский кратер, размерами около 400 на 460 км ().
2. Несмотря на то, что в разное время года Земля удалена от Солнца на разное расстояние, это почти не оказывает влияния на наш климат. Смена времён года происходит в большей степени из-за наклона земной оси. Именно поэтому в Южном полушарии наступает лето, когда в Северное приходит зима, и наоборот. Что интересно, астрономия далеко не сразу об этом узнала.
3. Теория большого взрыва получила своё название из-за того, что впервые его употребил на выступлении один из её критиков. Однако, звучное название прижилось среди всех любителей астрономии, в том числе и среди сторонников теории.
4. Астрономией интересовались ещё древние люди. Об этом свидетельствуют реликты, которым много тысяч лет. Они древнее даже египетских пирамид. К их числу относится, например, знаменитый английский Стоунхендж.
5. Благодаря огромному числу астрономов-любителей по всему миру они до сих пор вносят действительно весомый вклад в развитие этой науки.
6. Среди всех наук, что интересно, астрономия больше любых других подвергалась нападкам Ватикана. Официально печатание книг о механике небесных тел было разрешено инквизицией лишь в 1822 году, а официально Ватикан признал, что Земля круглая, лишь в 1992 году ().
7. Лишь в начале XX века астрономы обнаружили, что наша Солнечная система является частью огромной галактики, которая, в свою очередь, является одной из многих ей подобных. Так зародилась внегалактическая астрономия.
8. Древнейшая астрономия - это оптическая. Однако, современная наука больше внимания уделяет изучению космоса в ультрафиолетовом, инфракрасном и других спектрах.
9. Знаменитый орбитальный телескоп «Хаббл» вращается по орбите вокруг Земли на высоте около 560 км со скоростью порядка 7,5 км в секунду.
10. Вся наблюдаемая вселенная является абсолютным прошлым относительно нас. Многие звёзды, расположенные в миллиардах световых лет, давно рассыпались в пыль, но их свет только-только дошёл до нас. Несмотря на то, что астрономия интересна, как наука, немного печально становится от того, что мы смотрим на то, чего нет уже миллионы и миллиарды лет.