Молодёжный астрономический клуб« »Звездочёт

zelobservatory.ru

zelobservatory.ru

Астрономия в Европе в средние века и физические основы астрономии

• Николай Коперник• Тихо Браге• Иоганн Кеплер• Галилео Галиллей• Исаак Ньютон• Основы теории тяготения• Основы теории гравитации• Механическая и электромагнитная

волна• Электромагнитный диапазон• Эффект Доплера

zelobservatory.ru

Астрономия в Европе в средние века

• Николай Коперник• Тихо Браге• Иоганн Кеплер• Галилео Галиллей• Исаак Ньютон

zelobservatory.ru

Николай Коперник, польский, , астроном математик

. экономист и врач Автор средневековой

гелиоцентрической системы, мира положившей начало

.первой научной революции

Николай, 1473 – Коперник

1543 . . г г

Уже в начале XVI века замысел новой астрономической системы сложился у него вполне

. ясно

Страница из рукописи« Малыйкомментарий о

, гипотезах относящихся к

»небеснымдвижениям

zelobservatory.ru

Он начинает писать книгу с описанием , новой модели мира

обсуждает свои идеи с, друзьями среди

которых немало его единомышленников

( , например Тидеман, Гизе епископ

Кульмский). В эти годы( 1503-1512примерно ). Коперник распространял среди друзей рукописный

конспект своей теории (« Малый комментарий о, гипотезах относящихся к небесным

»движениям ), а его ученик Ретик опубликовал ясное изложение гелиоцентрической системы в

1539 . - , году По видимому слухи о новой теории 1520- . широко разошлись уже в х годах Работа над

40 , главным трудом продолжалась почти лет , Коперник постоянно вносит в неё уточнения

готовит новые астрономические расчётные.таблицы

zelobservatory.ru

По структуре главный труд Коперника почти повторяет

« » Альмагест Клавдия Птолемея в несколько

. сокращённом виде

КартанебаКоперника ифазыЛуны( ). внизу СтраницыизАтласа«Harmonia Macrocosmica» Андреаса

, 1660 Целлариуса год

В первой части говорится о шарообразности мира и Земли, а вместо

положения о неподвижности Земли - помещена иная аксиома Земля и

другие планеты вращаются вокруг оси и обращаются вокруг Солнца. Эта

, концепция подробно аргументируется а« » мнение древних убедительно

. опровергается С гелиоцентрических позиций он без

труда объясняет возвратное(ретроградное) движение планет.

zelobservatory.ru

Во второй части даются сведения по сферической тригонометрии и правила вычисления видимых

, положений звезд планет и Солнца на небесномсводе.

В третьей говорится о годовом движении Земли и (прецессии предварении равноденствий), причём

Коперник правильно объясняет её смещением , - земной оси из за чего перемещается линии

.пересечения экватора с эклиптикой

- , В четвёртой о Луне - , в пятой о планетах вообще - . и в шестой о причинах изменения широт планет В книге также содержится звёздный каталог,

оценка размеров Солнца и Луны, расстояния до них и до планет ( близкие к истинным), теория

затмений.

zelobservatory.ru

Астрономия в Европе в средние века

• Николай Коперник• Тихо Браге• Иоганн Кеплер• Галилео Галиллей• Исаак Ньютон

zelobservatory.ru

, ТихоБраге1546– 1601 . . г г

Тихо Браге – , датский астроном, . астролог алхимик Первым в

Европе начал проводить систематические и

высокоточные , астрономические наблюдения

которые помогли Кеплеру открыть законы движения

.планет

-ГеоГелиоцентрическа

я системаБраге

-Основоположник Гео Гелиоцентрической системы

Мира

zelobservatory.ru

11 1572 ноября года , Тихо Браге возвращаясь домой из химической

, лаборатории заметил в созвездии Кассиопеи необычайно яркую

, . звезду которой раньше не было Он , , сразу понял что это не планета и

. бросился измерять её координаты 17 Звезда сияла на небе ещё

; месяцев вначале она была видна , даже днём но постепенно её блеск

. тускнел

(СверхноваяБраге SN 1572)

, В современной терминологии 500 это была первая за лет

вспышка сверхновой в нашей; Галактике следующая

произошла вскоре после смерти (Браге Сверхновая Кеплера), и

больше в нашей Галактике вспышек сверхновых

невооружённым глазом не.наблюдалось

zelobservatory.ru

XVI В конце века в астрономии ещё происходила борьба между

геоцентрической системой Птолемея и гелиоцентрической

. системой Коперника Противники системы Коперника

, ссылались на то что в отношении погрешности расчётов она ничем

не лучше птолемеевской ( на рисунке слева).

, Напомним что в модели Коперника планеты : равномерно движутся по круговым орбитам чтобы согласовать это предположение с видимой

, неравномерностью движения планет Копернику пришлось ввести дополнительные движения по

эпициклам. Хотя эпициклов у Коперника было, , меньше чем у Птолемея его астрономические

, , таблицы первоначально более точные чем, птолемеевы вскоре существенно разошлись с

, наблюдениями что немало озадачило и охладило …восторженных коперниканцев

zelobservatory.ru

Астрономия в Европе в средние века

• Николай Коперник• Тихо Браге• Иоганн Кеплер• Галилео Галиллей• Исаак Ньютон

zelobservatory.ru

Иоганн, 1571– Кеплер

1630 . . г г

Открытые Кеплером три закона движения планет полностью и

с превосходной точностью объяснили видимую

неравномерность этихдвижений. Вместо

многочисленных надуманных эпициклов модель Кеплера

– включает только одну кривуюэллипс. , Второй закон установил

как меняется скорость планеты при удалении или приближении

, к Солнцу а третий позволяет рассчитать эту скорость и

период обращения вокруг.Солнца

Иллюстрация действия второго законаКеплера

zelobservatory.ru

, Кеплер долгое время наблюдал за Марсом уточняя свои наблюдения и на основании их пришел к

:следующим выводамI. Все планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсу

.в одном из центров которых находится Солнце

zelobservatory.ru

II. , Каждая планета движется в плоскости проходящей , через центр Солнца причём за равные времена

- , , радиус вектор соединяющий Солнце и планету заметает сектора равной площади. , Таким образом из

, второго закона Кеплера следует что планета , движется вокруг Солнца неравномерно имея в

перигее бó , .льшую линейную скорость чем в апогее , В начале января Земля , проходя через перигей

, движется быстрее поэтому видимое перемещение

Солнца по эклиптике к востоку также происходит, быстрее чем в среднем за

. , год В начале июля Земля , проходя апогей движется

, медленнее поэтому и перемещение Солнца по

. эклиптике замедляется , Закон площадей указывает

, что сила управляющая орбитальным движением

, .планет направлена к Солнцу

zelobservatory.ru

III. Квадраты периодов обращения планет вокруг , Солнца относятся как кубы больших полуосей орбит. планет , Справедливо не только для планет но и для

.их спутников

zelobservatory.ru

Астрономия в Европе в средние века

• Николай Коперник• Тихо Браге• Иоганн Кеплер• Галилео Галилей• Исаак Ньютон

zelobservatory.ru

Галилей – выдающийся итальянский, , физик астроном механик и

.математик

При жизни был известен как активный сторонник

гелиоцентрической системы мира, что привело Галилея к серьёзному

.конфликту с католической церковью

- Иногда из за недостатка научных (данных Галилей ошибался , например

в вопросах о форме планетных, орбит природе комет или причинах

приливов), но в подавляющем большинстве случаев его метод

. , приводил к цели Характерно что, Кеплер располагавший более

, полными и точными данными чем, Галилей сделал правильные выводы

, в тех случаях когда Галилей.ошибался

Галилео, 1564Галилей –

1642 . . г г

zelobservatory.ru

« » Галилей отметил также странные придатки у, Сатурна но открытию кольца помешали слабость

, телескопа и поворот кольца скрывший его от . земного наблюдателя Полвека спустя кольцо , Сатурна открыл и описал Гюйгенс в распоряжении

92- .которого был кратный телескоп , Млечный путь который невооружённым глазом , выглядит как сплошное сияние распался на

, отдельные звёзды что подтвердило догадку, Демокрита и стало видно громадное количество

.неизвестных ранее звёзд

Галилей открыл также( независимо от Иоганна

Фабрициуса и Хэрриота) солнечные пятна. По

результатам их наблюдений Галилей , сделал вывод что

Солнце вращается вокруг своей оси, оценил период этого вращения и положение

.оси Солнца , Галилей установил что

Венера меняет фазы.

Наблюдениячерез телескоп собственной

конструкции

zelobservatory.ru

У Юпитера обнаружились – . собственные луны четыре спутника

1,5 года наблюдений позволили Галилею оценить период обращения

( этих спутников в 1612 .г ), хотя приемлемая точность оценки была

. достигнута только в эпоху Ньютона Галилей предложил использовать

наблюдения затмений спутников Юпитера для решения важнейшей

проблемы определения долготы на. море Сам он не смог разработать

, реализацию подобного подхода хотя ; работал над ней до конца жизни (первым успеха добился Кассини в

1681 .г ), - однако из за трудностей наблюдений на море метод Галилея применялся в основном сухопутными

, экспедициями а после изобретения (морского хронометра XVIII середина

века) .проблема была закрыта Зарисовки поверхности

.ЛуныГалилеем

zelobservatory.ru

Астрономия в Европе в средние века

• Николай Коперник• Тихо Браге• Иоганн Кеплер• Галилео Галилей• Исаак Ньютон

zelobservatory.ru

Исаак, 1664–Ньютон

1727 . . г г

Ньютон – великий , английский физик

.математик и астроном

Автор фундаментального «труда Математические

начала натуральнойфилософии», в котором он

описал закон всемирноготяготения и так

называемые ЗаконыНьютона, заложившие

основы классической.механики

Разработалдифференциальное и

интегральное исчисление, теориюцветности и многие

другие математические и .физические теории

, Важно отметить что Ньютон опубликовал не просто предполагаемую формулу закона всемирного

, тяготения но фактически предложил целостную математическую модель в контексте хорошо

, , разработанного полного явно сформулированного .и систематически изложенного подхода к механике

Позже с помощью ньютоновского тяготения были с высокой точностью объяснены все наблюдаемые

; движения небесных тел в этом большая заслуга, .Эйлера Клеро и Лапласа zelobservatory.ru

Законтяготения Ньютона

До Ньютона никто не сумел ясно и математически

доказательно связать закон (тяготения , силу обратно

пропорциональную квадратурасстояния) и законы

(движения планет законыКеплера). Только с трудов

Ньютона начинается раздел «науки динамика».

zelobservatory.ru

Физические основы астрономии

• Основы теории тяготения• Основы теории гравитации• Механическая и электромагнитная

волна• Электромагнитный диапазон• Эффект Доплера

zelobservatory.ru

Ньютон и яблоко

, Общеизвестна легенда о том что закон тяготения Ньютон, . открыл наблюдая падение яблока с ветки дерева Впервые

« яблоко Ньютона» мельком упомянул биограф Ньютона (Уильям Стьюкли « », книга Воспоминания о жизни Ньютона

1752 год): , После обеда установилась тёплая погода мы вышли в сад и

. [ ] , пили чай в тени яблонь Он Ньютон сказал мне что мысль о , гравитации пришла ему в голову когда онточнотакже сидел

. , под деревом Он находился в созерцательном настроении . « когда неожиданно с ветки упало яблоко Почему яблоки

?» — …всегда падаютперпендикулярно земле подумал он

zelobservatory.ru

Закон Всемирного тяготения

Гравитация – , сила заставляющая тела . притягиваться друг к другу

Впервые эту силу описал Ньютон в своем – знаменитом законе Законе Всемирного

тяготения

zelobservatory.ru

, Формула выражающая закон Всемирного :тяготения выглядит так

Все тела притягиваются друг к другу с силой пропорциональной их массе и

обратно пропорционально квадрату .расстояния между ними

… :и означает что

zelobservatory.ru

5 …Перерыв минут

zelobservatory.ru

, Итак Ньютон и Кеплер объяснили КАК должны вращаться планеты по

своим орбитам и по каким. законам Но Меркурий не

«хотел двигаться по их» . - , законам Чуть чуть всего

43 лишь на секунды в , меркурианский год но это

было существенное. отклонение

Неправильный Меркурий

Каждый оборот вокруг Солнца перигей Меркурия 43 смещался на угловых секунды от предыдущего

. положения В то время как законы Ньютона и Кеплера . предсказывали ей вращаться по неизменной орбите

, Позже оказалось что и другие планеты ведут себя , подобным образом просто заменить изменения в их

орбитах в начале XX - века было невозможно из за . - несовершенства приборов А Меркурий самая быстрая

планета Солнечной системы и изменения его орбиты .наиболее заметны

zelobservatory.ru

Физические основы астрономии

• Основы теории тяготения• Основы теории гравитации• Механическая и электромагнитная

волна• Электромагнитный диапазон• Эффект Доплера

zelobservatory.ru

, Итак ученые начали попытки объяснить странное . поведение строптивой планеты И это привело к

созданию – СТО Специальной Теории. Относительности

Во Вселенной свет быстрее всех

zelobservatory.ru

, СТО постулировала что в отличии от , механики Ньютона который считал

что силы заставляющие планеты вращаться действуют мгновенно, во

, Вселенной есть предельная скорость быстрее которой ничего не может

. - ! двигаться И это скорость света Автором этой теории был Альберт

.Эйнштейн

zelobservatory.ru

, СТО приводит к удивительным парадоксам:например

Время на космическом корабле замедляется и чем ближе скорость корабля к скорости света - тем

медленнее, , с точки зрения земного наблюдателя на нем течёт время. Хотя для космонавтов на самом

, , корабле наоборот кажется что это на Земле время . , течет быстрее Поэтому если в космос отправится

один из близнецов то вернувшись молодым он застанет своего брата близнеца уже в преклонном – « возрасте это и есть так называемый парадокс

».близнецов

zelobservatory.ru

Теория гравитации

« » Резиноваямодель наглядно показываетдействие: , гравитации чеммассивнеетело тем сильнее оно искажает

- окружающеепространство времяитем сильнее оно ( ) .притягивает влияетна другиетела

, На достигнутом Эйнштейн не остановился и он , принялся за гравитацию разработав новую теорию

которая получила название – ОТО Общая ТеорияОтносительности.

zelobservatory.ru

1920- В х годах Альберт Эйнштейн предложил совершенно новую

. теорию гравитации В рамках , этой теории постулируется что

гравитационные эффекты обусловлены не силовым

, взаимодействием тел и полей -находящихся в пространстве

, времени а деформацией самого-пространства времени, которая

, , связана в частности с .присутствием массы

Альберт, 1879–Эйнштейн

1955 . . г г

zelobservatory.ru

Попытаемся наглядно описать механизм взаимодействия двух . массивных тел В качестве массивных тел будем представлять

, , собой тяжелые шарики а в качестве пространства которое, искривляется если в него помещают массивные тела можно

. , взять мягкий резиновый коврик Напомним что это только модель для наглядного представления Эйнштейновской

. , гравитации Поместим шарик на коврик под весом этого . шарика коврик немного прогнется Образовавшаяся ямка

. является моделью искривленного пространства Если рядом , поместить второй шарик то он как бы начнем притягиваться к

, . первому за счет того что первый находится в ямке

zelobservatory.ru

Масса Земли

• 5 974 000 000 000 000 000 000 000 кг

• 331 500 Солнце тяжелее Земли в!раз

zelobservatory.ru

ОТО объясняет некоторые особенности в . движении планет и других небесных тел

(В том числе именно она вместе со СТО) позволила объяснить странное движение Меркурия и другие наблюдаемые

. явления

Одна из крупнейших гравитационныхлинзAbell 2218

zelobservatory.ru

Физические основы астрономии

• Основы теории тяготения• Основы теории гравитации• Механическая и электромагнитная

волна• Электромагнитный диапазон• Эффект Доплера

zelobservatory.ru

… 17 . С расстояния св лет оно выглядело бы как , 18 . далекая тусклая звездочка с расстояния св лет

.невооруженным глазом Солнышко уже не видно

Итак СТО постулировало что ничего не ! перемещается быстрее света

? Ачтотакое свет

! Как оказалось это волна и частица одновременно

Волна имеет следующие характеристики: , длину . частоту и амплитуду Это верно как для

(механической волны , например звуковой), так и .для электромагнитной

zelobservatory.ru

Электромагнитная волна

Электромагнитная волна - это распространяющееся в

пространстве возмущение электрических и магнитных полей. , Электрическое поле ручка и листок

– . магнитное магнит и скрепка Сочетание этих полей и обеспечивает электромагнитные волны. Электромагнитные

( ) волны свет распространяются в вакууме со 300 000 / . скоростью примерно км с 7 . За секунду свет огибает Землю раз Но во Вселенной

- расстояния огромны свет достигнет ближайшей 4,22 . звезды только через года

zelobservatory.ru

? ? Кто видел радугу Какие в ней есть цвета Впервые подобное изображение получил Ньютон пропустив

. луч света через тонкую щель и стеклянную призму – Оказывается наш обычный белый свет это

: сочетание электромагнитных волн разного цвета, , , , , красный оранжевый жёлтый зелёный голубой

, . , . . синий фиолетовый Это разделение условно т к .цвета плавно переходят один в другой

Опыт Ньютона с, призмой

разлагающейсвет

zelobservatory.ru

Физические основы астрономии

• Основы теории тяготения• Основы теории гравитации• Механическая и электромагнитная

волна• Электромагнитный диапазон• Эффект Доплера

zelobservatory.ru

Спектр электромагнитных волн , Но оказывается что

электромагнитные волны не ограничиваются только видимым

, . . светом т е светом который . воспринимает наш глаз

Если посмотреть на шкалу , электромагнитных волн то выше по

увеличению длинны волны мы видим , инфракрасные волны с увеличением

длины волн идет полоса (микроволнового излучения -СВЧ

печь), затем радиоизлучение( , , сотовыйтелефон телевизор радио).

А в сторону уменьшения длины волны– ультрафиолетовое излучение( , ультрафиолетовые лампы солярии),

рентгеновское излучение(рентгенограф), – .гамма лучи

– Все эти лучи имеют одну природу. электромагнитную Просто они разной

, .длины а следовательно и частоты

zelobservatory.ru

zelobservatory.ru

, Для чего же мы с вами узнали что такое электромагнитные волны? , Оказывается изучение

всей совокупности электромагнитных волн . позволяет многое узнать о небесных телах Для этого

изучают Спектр электроволн излучаемых от . , , . небесного тела Вот например спектр Солнца . Обратите внимание на темные полоски Как, оказалось ширина и расположение этих линий . уникальна для каждого химического элемента

, Поэтому ученые когда изучают

, спектр звезд стараются

выделить известные им

, виды спектров чтобы

определить химический

анализ звезд , то есть из чего они

.состоят

zelobservatory.ru

, , . Вот так например выглядит спектр азота Разглядывая спектр под микроскопом ученые

измеряют расстояние между спектральными, . линиями их ширину Изучение спектра небесных

тел позволяет не только изучать химический состав , : небесных тел но и другие характеристики .плотность и температуру

zelobservatory.ru

Физические основы астрономии

• Основы теории тяготения• Основы теории гравитации• Механическая и электромагнитная

волна• Электромагнитный диапазон• Эффект Доплера

zelobservatory.ru

А теперь представим что мы на корабле поплыли в сторону , , от распространения волны нас стало качать меньше то

, . есть частота волны уменьшилась а длина увеличилась , ( Хотя при этом море как качало так и качает средний

). фрагмент А теперь представим себе что корабль на котором мы

движемся плывет навстречу волне и нас стало качать, , чаще то есть частота увеличилась а длина волны

( ). уменьшилась нижний фрагмент Это и есть проявление эффекта Доплера – изменение

/ , длины частоты волны вызванное движением или . источника волны или приемника волны Этот эффект

: присущ и звуковым волнам все слышали как ? приближается и удаляется автомобиль Тоже эффект

Доплера, , сначала мы слышим звук высокой частоты потом когда машина поравнялась с нами естественный

, .звук машины а затем более низкий

Представим себе что находимся в море на

, корабле корабль стоит не подвижно и

, его качает на волнах, 1 1 ну скажем раз за

( секунду верхний). фрагмент

zelobservatory.ru

, Представим что мы на космическом корабле . улетаем от нашего Солнца с большой скоростью

Также эффект Доплера проявляется и для . , небесных тел Например звезды бывают разного

, – , , цвета наше Солнце желтого а бывают голубые, .оранжевые красные и так далее

/ Согласно эффекту Доплера длина э м волны от нашего Солнца увеличивается / и по шкале э м

сдвигается в сторону красного – цвета Солнце . становится красноватым Мы

остановились и полетели

, обратнонакатываемся

, на волну и видим что цвет

Солнца ушёл впротивоположн

ую сторону – спектра в -сине

. фиолетовую

Пример с удаляющимся и с приближающимся

Солнцем

zelobservatory.ru

Измеряя смещение длины волны вызванное эффектом Доплера астрономы узнают о скорости движения

– , далеких небесных тел звезд, .туманностей галактик

ЭффектДоплера на примере убегающей галактики( ) ( )середина и приближающейся внизу

zelobservatory.ru

… БлагоДаримза! внимание