занимательная астрономия в новеллах тестового характера

АЛЕКСАНДР ПИВОВАРОВ
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ АСТРОНОМИЯ
В НОВЕЛЛАХ ТЕСТОВОГО
ХАРАКТЕРА
2
АЛЕКСАНДР ПИВОВАРОВ
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ АСТРОНОМИЯ
В НОВЕЛЛАХ ТЕСТОВОГО
ХАРАКТЕРА
3
ББК 74.262 (2Рос – 4Ки)
УДК 371. 32
П 32
Посвящается памяти Виктора Ивановича Елькина, замечательного учителя и
друга, с которым было составлено значительное количество задач.
Автор:
А. А. Пивоваров, зав. кафедрой информационно-технологического и физикоматематического образования
Института развития образования Кировской
области, кандидат педагогических наук.
Рецензенты:
М.В. Кузьмина, старший преподаватель кафедры ИТ и ФМО ИРО Кировской
области, к.п.н.;
Ю.В. Семенов, заведующий лабораторией «Экология» ИРО Кировской
области, ЗУ РФ.
Пивоваров, А.А.
Занимательная астрономия в новеллах тесового характера: учебное пособие /
А.А.Пивоваров. – 2016 г. – 151с.
В предлагаемом пособии рассматриваются важнейшие вопросы современного
физико-математического образования, связанные с решением качественных задач.
В нем структурированы и в системе представлены различные разделы астрономии,
излучающиеся в основной школе. Пособие содержат не только тексты задач, но и
варианты правильных ответов.
Пособие рекомендовано для руководителей образовательных организаций,
учителей, студентов и школьников.
Все фотографии взяты из общедоступных источников.
© Пивоваров А.А., автор, 2016
4
Содержание:
ОТ АВТОРА .............................................................................................................................................................................. 11
КАЛЕНДАРЬ И ВРЕМЯ......................................................................................................................................................... 14
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
ДЕНЬ И НОЧЬ – СУТКИ ПРОЧЬ ................................................................................................................................... 14
ЧТО ПОКАЗЫВАЮТ ЧАСЫ? ....................................................................................................................................... 15
СИГНАЛЫ ТОЧНОГО ВРЕМЕНИ ................................................................................................................................. 15
НОВЫЙ СТИЛЬ............................................................................................................................................................ 15
МЕДНЫЙ ВСАДНИК .................................................................................................................................................... 16
У ПРИЯТЕЛЯ ............................................................................................................................................................... 17
НОВЫЙ ВЕК ................................................................................................................................................................ 17
ВСЁ ВРУТ КАЛЕНДАРИ? ............................................................................................................................................. 17
ВРЕМЯ ДЛЯ МАЛЕНЬКИХ ........................................................................................................................................... 18
ПОЗИЦИЯ НЕВМЕШАТЕЛЬСТВА ................................................................................................................................ 19
ЧУТЬ ПОМЕДЛЕННЕЕ, КОНИ, ЧУТЬ ПОМЕДЛЕННЕЕ… ............................................................................................ 19
ВЗГЛЯД С ЗЕМЛИ ........................................................................................................................................................ 20
УНИКАЛЬНОСТЬ ......................................................................................................................................................... 20
ТОЧКА ЗРЕНИЯ ........................................................................................................................................................... 21
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА. ДАЛЕЕ ВЕЗДЕ ..................................................................................................................... 21
ГЛАЗА И УШИ АСТРОНОМОВ ..................................................................................................................................... 22
ИЗМЕРЕНИЯ ................................................................................................................................................................ 22
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЛИ СЛУЧАЙНОСТИ ................................................................................................................. 23
ПОВТОРЕНИЕ – МАТЬ УЧЕНИЯ.................................................................................................................................. 23
ЗВЁЗДНОЕ НЕБО.................................................................................................................................................................... 24
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
СКОЛЬКО СОЗВЕЗДИЙ? .............................................................................................................................................. 24
ОШИБКА ПИСАТЕЛЯ .................................................................................................................................................. 24
ЗНАК ЗНАКУ РОЗНЬ..................................................................................................................................................... 25
ЗВЁЗДНЫЕ ФЛАГИ ...................................................................................................................................................... 25
ПАДАЮТ ЛИ ЗВЁЗДЫ С НЕБА? ................................................................................................................................... 26
ЧТО Ж ТЫ, МИЛАЯ, СМОТРИШЬ ИСКОСА? ............................................................................................................... 26
МЕРЦАНИЕ ЗВЁЗД ....................................................................................................................................................... 26
МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ ........................................................................................................................................................ 27
ЧТО ТАКОЕ ЗВЕЗДА?................................................................................................................................................... 27
ОРИЕНТИРОВАНИЕ ............................................................................................................................................................. 28
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
СТОРОНЫ ГОРИЗОНТА ............................................................................................................................................... 28
ПУТЬ НА СЕВЕРО-ВОСТОК ......................................................................................................................................... 28
ПУТЕВОДНАЯ ЗВЕЗДА ................................................................................................................................................. 29
ЗАПИСЬ В ЖУРНАЛЕ ................................................................................................................................................... 29
ОРИЕНТИРЫ ДРЕВНИХ ............................................................................................................................................... 29
ОРИЕНТИРОВАНИЕ ПО СОЛНЦУ ............................................................................................................................... 30
ЮЖНЫЕ ЗВЁЗДЫ ........................................................................................................................................................ 30
ОРИЕНТИРОВАНИЕ ПО ЛУНЕ .................................................................................................................................... 31
ФОРМА ЛУНЫ ............................................................................................................................................................ 31
ТЕНЬ ОТ ЛУНЫ ........................................................................................................................................................... 32
ЗЕМЛЯ ....................................................................................................................................................................................... 33
1.
2.
3.
5
ШАР ГОЛУБОЙ ........................................................................................................................................................... 33
ПАДЕНИЕ НА СОЛНЦЕ ............................................................................................................................................... 34
ЛУЧШЕ ГОР МОГУТ БЫТЬ ТОЛЬКО ГОРЫ... ............................................................................................................. 34
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
ЗИМА - НЕ ЛЕТО .......................................................................................................................................................... 35
ИДИ ТУДА, НЕ ЗНАЮ КУДА… .................................................................................................................................... 35
ДИВЛЮСЬ Я НА НЕБО... .............................................................................................................................................. 35
НЕБО СИНЕЕ – СИНЕЕ ................................................................................................................................................ 35
ОБЛАКА, БЕЛОГРИВЫЕ БАРАШКИ ............................................................................................................................ 36
БЕРЕГ ЛЕВЫЙ, БЕРЕГ ПРАВЫЙ .................................................................................................................................. 36
КОГДА ЛЕГЧЕ? ........................................................................................................................................................... 37
ЛУНА ......................................................................................................................................................................................... 38
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
ОБРАТНАЯ СТОРОНА ЛУНЫ ...................................................................................................................................... 38
ВОСХОД ЛУНЫ ........................................................................................................................................................... 38
ВОСХОД ЗЕМЛИ .......................................................................................................................................................... 39
ВЗГЛЯД АСТРОНАВТА................................................................................................................................................. 39
ЛУННАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ .............................................................................................................................................. 39
ТЯНИ – ТОЛКАЙ.......................................................................................................................................................... 40
ТО БЛИН, ТО ПОЛБЛИНА............................................................................................................................................ 40
КРОВАВЫЙ ЦВЕТ ........................................................................................................................................................ 40
КТО КУДА? .................................................................................................................................................................. 41
ПРОГНОЗ ПОГОДЫ ..................................................................................................................................................... 41
НА ЛУНЕ .................................................................................................................................................................................. 42
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
СУМЕРКИ НА ЛУНЕ .................................................................................................................................................... 42
ПОСАДКА НА ЛУНУ .................................................................................................................................................... 42
УРОК ФИЗКУЛЬТУРЫ ................................................................................................................................................. 43
СИЛА АРХИМЕДА ....................................................................................................................................................... 44
КОМПАС ...................................................................................................................................................................... 44
РАДИОВОЛНЫ И ЗВУК ................................................................................................................................................ 44
РАКЕТА НА ГОРИЗОНТЕ ............................................................................................................................................. 45
МЕТЕОРНЫЕ ПОТОКИ................................................................................................................................................ 45
СЛЕД НЕЙЛА АРМСТРОНГА ...................................................................................................................................... 46
«ОКОЛОЛУННОЕ» СВЕЧЕНИЕ ................................................................................................................................... 46
ЗАДАЧИ ЗАТМЕНИЙ ............................................................................................................................................................ 48
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
НАБЛЮДЕНИЯ БЕЗ ТЕЛЕСКОПА ................................................................................................................................ 48
КРОВАВЫЙ ЦВЕТ ........................................................................................................................................................ 48
КОГДА И ГДЕ? ............................................................................................................................................................. 49
ЛЕТОМ ЧАЩЕ, ЧЕМ ЗИМОЙ ....................................................................................................................................... 49
ЗАТМЕНИЯ РАЗНЫХ ШИРОТ ...................................................................................................................................... 49
ЗАТМЕНИЯ НА ДРУГИХ ПЛАНЕТАХ ........................................................................................................................... 50
ЗАТМЕНИЯ НА ЛУНЕ .................................................................................................................................................. 50
ЛУННОЕ КОЛЬЦО ....................................................................................................................................................... 50
ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА .......................................................................................................................................... 50
ДНЕВНАЯ НОЧЬ .......................................................................................................................................................... 51
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА ..................................................................................................................................................... 52
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
НЕИСПОВЕДИМЫЕ ПУТИ ПЛАНЕТ ............................................................................................................................ 52
ОШИБКА ХУДОЖНИКА ............................................................................................................................................... 52
ОТКРЫТИЕ ЛОМОНОСОВА ........................................................................................................................................ 53
НЕ ВЕРЬ ГЛАЗАМ СВОИМ... ........................................................................................................................................ 53
ВСЕ ЦВЕТА РАДУГИ .................................................................................................................................................... 54
НАЙДИ ОТЛИЧИЕ ....................................................................................................................................................... 54
ПЕПЕЛЬНЫЙ СВЕТ ..................................................................................................................................................... 54
КСТАТИ, О ФАЗАХ ЛУНЫ... ........................................................................................................................................ 55
ФАНТАСТИКА! ............................................................................................................................................................ 55
АПЕКС СОЛНЦА ......................................................................................................................................................... 55
СОЛНЦЕ ................................................................................................................................................................................... 57
6
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
КРАСНО СОЛНЫШКО ................................................................................................................................................. 57
ЗЕЛЁНЫЙ ЛУЧ ............................................................................................................................................................ 57
НАПРАВЛЕНИЕ ТЕНЕЙ ............................................................................................................................................... 58
СОЛНЕЧНЫЙ ГАЗ........................................................................................................................................................ 58
ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ................................................................................................................................................. 59
НЕБЛАГОПРИЯТНЫЕ ДНИ.......................................................................................................................................... 59
ГОДИЧНЫЕ КОЛЬЦА................................................................................................................................................... 60
СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА .................................................................................................................................................. 60
МАШИНА ВРЕМЕНИ ................................................................................................................................................... 61
СЮРПРИЗ ФОТОСФЕРЫ ............................................................................................................................................. 61
ПАРАД ПЛАНЕТ ..................................................................................................................................................................... 62
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
ВЕЧНЫЕ СТРАННИКИ................................................................................................................................................. 62
МЕРЦАНИЕ ПЛАНЕТ ................................................................................................................................................... 62
ПЛАНЕТЫ – «КОРОЛИ НЕБА» .................................................................................................................................... 63
НАПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ....................................................................................................................................... 63
ТРУДНОСТИ НАБЛЮДЕНИЯ ....................................................................................................................................... 64
ФОТОГРАФИИ - БЛИЗНЕЦЫ ....................................................................................................................................... 64
ЯБЛОНИ НА МАРСЕ.................................................................................................................................................... 65
ОКОЛЬЦОВАННАЯ ПЛАНЕТА ..................................................................................................................................... 65
С ВЕТРОМ СПОРЯ... .................................................................................................................................................... 66
ДАЛЁКИЕ ПЛАНЕТЫ ................................................................................................................................................... 66
МАРС ......................................................................................................................................................................................... 68
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
ВЕЛИКОЕ ПРОТИВОСТОЯНИЕ ................................................................................................................................... 68
МАРСИАНСКИЕ СУТКИ .............................................................................................................................................. 68
ТЁМНЫЕ ПЯТНА ......................................................................................................................................................... 69
БЕЛЫЕ ТУМАНЫ......................................................................................................................................................... 69
МАРСИАНСКИЕ РЕКИ И КАНАЛЫ.............................................................................................................................. 70
ПОЛЯРНЫЕ ШАПКИ МАРСА ...................................................................................................................................... 70
ВРЕМЕНА ГОДА ........................................................................................................................................................... 70
ЕСТЬ ЛИ ЖИЗНЬ НА МАРСЕ? ..................................................................................................................................... 71
СНЕГА ОЛИМПА ......................................................................................................................................................... 71
ГОРОСКОП ДЛЯ МАРСА ............................................................................................................................................. 72
ЮПИТЕР ................................................................................................................................................................................... 73
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
ЧТО ВЫ МОЖЕТЕ СКАЗАТЬ О ЮПИТЕРЕ? ................................................................................................................ 73
ЧТО ЗА КРАСНОЕ ПЯТНО НАБЛЮДАЕТСЯ НА ЮПИТЕРЕ? КАКОВА ПРИРОДА ЕГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ? ............. 73
ЮПИТЕРИАНСКАЯ СИСТЕМА .................................................................................................................................... 74
СКОЛЬКО СПУТНИКОВ У ЮПИТЕРА? КТО ИХ ОТКРЫЛ? ....................................................................................... 74
ВНЕШНИЕ ИЛИ ВНУТРЕННИЕ.................................................................................................................................... 74
ОКРАСКА ЮПИТЕРСКИХ ЛУН ................................................................................................................................... 75
АМАЛЬТЕЯ .................................................................................................................................................................. 75
ГАНИМЕД .................................................................................................................................................................... 75
ЕВРОПА ....................................................................................................................................................................... 76
СПУТНИК ИО .............................................................................................................................................................. 76
НАБЛЮДЕНИЯ ............................................................................................................................................................ 76
ПЕРИОДЫ ВРАЩЕНИЯ СПУТНИКОВ .......................................................................................................................... 77
СПУТНИКИ ПЛАНЕТ ........................................................................................................................................................... 78
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
7
ЛИЦОМ К ЛИЦУ .......................................................................................................................................................... 78
ПОИСКИ АТМОСФЕРЫ ............................................................................................................................................... 78
ТРАЕКТОРИЯ ДВИЖЕНИЯ .......................................................................................................................................... 79
МЕТЕОРЫ НА СПУТНИКАХ ........................................................................................................................................ 79
НЕОЖИДАННЫЙ ВОПРОС .......................................................................................................................................... 80
НЕСОСТОЯВШАЯСЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЬ .................................................................................................................. 80
ВЛИЯНИЕ СПУТНИКОВ .............................................................................................................................................. 81
8.
9.
ТОЛСТЫЙ-ТОЛСТЫЙ СЛОЙ ПЫЛИ............................................................................................................................ 81
СУДЬБА СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ............................................................................................................................. 81
ЛУНЫ ДРУГИХ ПЛАНЕТ .................................................................................................................................................... 82
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
ОТКРЫТИЕ ГАЛИЛЕЯ ................................................................................................................................................ 82
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ИМЁН ........................................................................................................................................... 82
БЕЗ СВИТЫ .................................................................................................................................................................. 83
ВНУТРИ СПУТНИКА ................................................................................................................................................... 83
ЛЕД И ПЛАМЕНЬ ......................................................................................................................................................... 83
БЕЗ ИМЕНИ, А ЗНАЧИТ БЕЗ СУДЬБЫ ......................................................................................................................... 83
САМЫЙ ЯРКИЙ ........................................................................................................................................................... 84
ПРОТИВ ТЕЧЕНИЯ ...................................................................................................................................................... 84
АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ? ................................................................................................................................................ 84
КРУТИЗНА ................................................................................................................................................................... 85
ШЕКСПИРОВСКИЕ СТРАСТИ ..................................................................................................................................... 85
КОЛЬЦА ПЛАНЕТ ................................................................................................................................................................. 86
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
РОЖДЕНИЕ КОЛЬЦА ................................................................................................................................................... 86
ПОЧЕМУ КОЛЬЦА ПЛОСКИЕ?.................................................................................................................................... 86
ДЕЛЕНИЯ КОЛЕЦ ........................................................................................................................................................ 87
ПРОПАЖА КОЛЕЦ ....................................................................................................................................................... 87
СПОКИ......................................................................................................................................................................... 88
КОЛЬЦА УРАНА .......................................................................................................................................................... 88
АРКИ В КОЛЬЦАХ НЕПТУНА ...................................................................................................................................... 88
ОТКРЫТИЕ «ВОЯДЖЕРА» .......................................................................................................................................... 89
РЕЛИКТ ДРЕВНИХ ВРЕМЕН ........................................................................................................................................ 89
КОЛЬЦО-НЕВИДИМКА................................................................................................................................................ 90
КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ .......................................................................................................................................... 91
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ.............................................................................................................................. 91
УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ КАТАСТРОФА ........................................................................................................................ 92
СОЛНЕЧНАЯ ПОСТОЯННАЯ ....................................................................................................................................... 93
АНАЛИЗ ЗВЁЗДНОГО СВЕТА ....................................................................................................................................... 93
НЕВИДИМЫЕ ЗВЁЗДЫ................................................................................................................................................. 94
СВИДЕТЕЛИ ПРОШЛОГО............................................................................................................................................ 94
ЖЁСТЧЕ НЕ БЫВАЕТ .................................................................................................................................................. 96
НЕУЛОВИМАЯ ЧАСТИЦА ........................................................................................................................................... 96
21 САНТИМЕТР ........................................................................................................................................................... 97
КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ ................................................................................................................................................ 98
МНОГОЛИКИЙ «КРАБ» .............................................................................................................................................. 98
ЭКРАН ЗЕМЛИ............................................................................................................................................................. 99
ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЁЗД ............................................................................................................................................................. 100
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
ВЫЧЕРТИТЬ ПУТЬ ЗВЕЗДЫ… .................................................................................................................................. 100
НА РАННИХ ЭТАПАХ РАЗВИТИЯ .............................................................................................................................. 100
ГЛАВНАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ......................................................................................................................... 101
КРАСНЫЕ ГИГАНТЫ................................................................................................................................................. 102
БЕЛЫЕ КАРЛИКИ ...................................................................................................................................................... 103
КЛАДБИЩЕ ЗВЁЗД..................................................................................................................................................... 104
НОВЫЕ И СВЕРХНОВЫЕ ........................................................................................................................................... 104
НЕЙТРОННЫЕ ЗВЁЗДЫ ............................................................................................................................................. 105
СИГНАЛЫ «ЗЕЛЁНЫХ ЧЕЛОВЕЧКОВ» ..................................................................................................................... 105
ЭКЗОТИКА В МИРЕ ЗВЁЗД ......................................................................................................................................... 106
НАША ГАЛАКТИКА ........................................................................................................................................................... 108
1.
2.
8
ЗВЁЗДНЫЙ ОСТРОВ ВСЕЛЕННОЙ ............................................................................................................................ 108
ПОРТРЕТ НА ФОНЕ ЗВЁЗД ........................................................................................................................................ 108
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
НАШ АДРЕС НЕ ДОМ И НЕ УЛИЦА… ....................................................................................................................... 109
ВБЛИЗИ ГАЛАКТИЧЕСКОГО ЯДРА........................................................................................................................... 109
СПИРАЛЬНЫЕ РУКАВА ............................................................................................................................................. 110
ЛЕТАЮЩАЯ ТАРЕЛКА .............................................................................................................................................. 110
ЗВЁЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ ........................................................................................................................................... 110
ТУМАН, ТУМАН, СПЛОШНАЯ ПЕЛЕНА… ................................................................................................................ 111
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ................................................................................................................................................... 111
АРШИНОМ ОБЩИМ НЕ ИЗМЕРИТЬ .......................................................................................................................... 112
В ПРОСТОРАХ ВСЕЛЕННОЙ ........................................................................................................................................... 113
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
ТУМАННОСТЬ АНДРОМЕДЫ .................................................................................................................................... 113
ДРУГИЕ ГАЛАКТИКИ ................................................................................................................................................ 114
ГАЛАКТИКИ ПОДАЮТ ГОЛОС ................................................................................................................................. 114
КВАЗИЗВЁЗДЫ ........................................................................................................................................................... 115
СОСЕДИ ПО КОСМОСУ ............................................................................................................................................. 115
ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ .................................................................................................................................................. 116
МЕТАГАЛАКТИКА .................................................................................................................................................... 116
ЧТО НАЗЫВАЮТ ВСЕЛЕННОЙ? ............................................................................................................................... 116
ГРАНИЦЫ ВСЕЛЕННОЙ ........................................................................................................................................... 116
КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ .............................................................................................................................................. 117
ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ (ДЕЛА ДАВНО МИНУВШИХ ДНЕЙ) ......................................................................... 118
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
ЧТО БЫЛО, КОГДА НИЧЕГО НЕ БЫЛО? .................................................................................................................. 118
БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ ..................................................................................................................................................... 118
ВОЗРАСТ ВСЕЛЕННОЙ ............................................................................................................................................. 119
ГРАВИТАЦИОННАЯ КОНДЕНСАЦИЯ ........................................................................................................................ 119
ГОРИЗОНТЫ ВИДИМОСТИ ....................................................................................................................................... 120
БУДУЩЕЕ ВСЕЛЕННОЙ............................................................................................................................................ 120
ГОРЯЧАЯ ВСЕЛЕННАЯ ............................................................................................................................................. 120
ПЕРВЫЕ МГНОВЕНИЯ .............................................................................................................................................. 121
КОСМОЛОГИЯ И КОСМОГОНИЯ .............................................................................................................................. 121
ГРАНИЦЫ ПОЗНАНИЯ .............................................................................................................................................. 122
СИСТЕМЫ МИРА ................................................................................................................................................................ 123
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ ........................................................................................................................................ 123
МИЛЕТСКАЯ ШКОЛА ............................................................................................................................................... 123
ПЛАТОН МНЕ ДРУГ…............................................................................................................................................... 124
МАГИЯ ЧИСЕЛ .......................................................................................................................................................... 124
ЧЕТЫРЕ СТИХИИ АРИСТОТЕЛЯ .............................................................................................................................. 124
ЭПИЦИКЛЫ ПТОЛЕМЕЯ .......................................................................................................................................... 125
РЕВОЛЮЦИЯ КОПЕРНИКА ...................................................................................................................................... 125
ПОПЫТКА ТИХО БРАГЕ ........................................................................................................................................... 126
РАСЧЕТЫ КЕПЛЕРА ................................................................................................................................................. 126
«ГИПОТЕЗ НЕ ИЗМЫШЛЯЮ…» ............................................................................................................................... 127
«НЕБУЛЯРНАЯ» ГИПОТЕЗА ..................................................................................................................................... 127
ВТОРАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В АСТРОНОМИИ ................................................................................................................... 128
ЗЕМНОЕ ЭХО КОСМИЧЕСКИХ СИЛ ............................................................................................................................ 129
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
9
ЖАЛЮЗИ НА ОКНАХ ................................................................................................................................................. 129
МАЯТНИКОВЫЕ ЧАСЫ............................................................................................................................................. 129
ПОД КРЫШЕЙ ДОМА…ТВОЕГО ............................................................................................................................... 130
ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ ............................................................................................................................................... 130
ОТПУСТИТЕ МЕНЯ В ГИМАЛАИ… .......................................................................................................................... 131
СНОВА ПТИЦЫ В СТАИ СОБИРАЮТСЯ, ЖДЕТ ИХ ЗА МОРЯ ДОРОГА ДАЛЬНЯЯ…................................................. 131
КАК СКОРОТАТЬ НОЧЬ? .......................................................................................................................................... 131
КОГДА ВКЛЮЧАТЬ СВЕТ? ........................................................................................................................................ 132
КУДА ПОКАЗЫВАЕТ ОТВЕС?.................................................................................................................................... 132
10.
11.
12.
13.
14.
НА КОСМОДРОМЕ СВЕТА - МОРЕ ............................................................................................................................ 133
НЕОЖИДАННЫЙ СТАНДАРТ .................................................................................................................................... 133
ГДЕ СТАВИТЬ КРЕСТЫ? ........................................................................................................................................... 133
ПОЧЕМУ ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ МОЖНО НАБЛЮДАТЬ ТОЛЬКО НА СЕВЕРНОМ ИЛИ ЮЖНОМ ПОЛЮСАХ? ........ 134
ТРАНССИБИРСКИЙ ЭКСПРЕСС ................................................................................................................................ 134
ПРАВДА ЛИ, ЧТО…? ........................................................................................................................................................... 135
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
БРАТЬЯ ЛУНЫ .......................................................................................................................................................... 135
НЕИЗБЕЖНОСТЬ РАССТАВАНИЯ ............................................................................................................................. 135
СВЕРХПЛОТНОСТЬ ................................................................................................................................................... 136
МЕТАМОРФОЗЫ СОЛНЦА........................................................................................................................................ 136
МАЛЕНЬКИЕ ЗЕЛЁНЫЕ ЧЕЛОВЕЧКИ....................................................................................................................... 136
ОБИДА ЗМЕЕНОСЦА ................................................................................................................................................. 137
СТРАХ И УЖАС ......................................................................................................................................................... 137
ПАРАДОКС БЛИЗНЕЦОВ ........................................................................................................................................... 138
ГРАВИТАЦИОННЫЙ РЕЗОНАНС ............................................................................................................................... 138
НА КОНЧИКЕ ПЕРА ................................................................................................................................................... 138
ФАЭТОН – СЫН СОЛНЦА ......................................................................................................................................... 139
АСТРОНОМИЧЕСКИЕ КУРЬЁЗЫ В ЛИТЕРАТУРЕ ................................................................................................... 140
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
НАД ПРЕЧИСТИНСКИМ БУЛЬВАРОМ ...................................................................................................................... 140
СТОЖАРЫ ................................................................................................................................................................. 140
НА ОХОТЕ ................................................................................................................................................................. 141
УЩЕРБ ЛУНЫ ........................................................................................................................................................... 141
«НАУТИЛУС» ............................................................................................................................................................ 141
СТАРИК И МОРЕ ....................................................................................................................................................... 142
НА ШУРШАЩИХ СНОПАХ ........................................................................................................................................ 142
ЧУДЕСНАЯ НОЧЬ ...................................................................................................................................................... 143
НАРОДИВШИЙСЯ МЕСЯЦ......................................................................................................................................... 143
ПРОШИТ МЕТЕОРИТАМИ ПРОСТОР… .................................................................................................................... 143
УКРАИНСКАЯ НОЧЬ ................................................................................................................................................. 143
СЕРП ЗЕМЛИ ............................................................................................................................................................. 144
ОТВЕТЫ: ................................................................................................................................................................................ 145
СТАТЬИ, РАНЕЕ ОПУБЛИКОВАННЫЕ АВТОРОМ: ................................................................................................. 148
ЛИТЕРАТУРА: ...................................................................................................................................................................... 149
10
При изучении науки задачи полезнее правил
И. Ньютон
От автора
Идея поиска и систематизации занимательных задач по астрономии появилась
после многих лет безуспешной работы по формированию астрономических знаний
учащихся средней школы. В лучшем случае они запоминали, что созвездие
известного им «Ковша» называется Большой Медведицей. Вероятно, одна из
причин заключалась в несовершенстве самого подхода к преподаванию, когда
учебный материал изучался отдельно, без связи с окружающими явлениями, редко
ставился эксперимент для понимания того или иного закона. То есть, академическое
знание было оторвано от окружающей жизни и существовало само по себе. Кроме
того, в современных учебниках изложение явлений и закономерностей природы
подчинено единой логике и выполнено современным научным языком. Конечно,
дедуктивный метод облегчает усвоение материала, но при таком изложении
неизбежно теряется специфика познавательного творчества ученика, поиска
истины.
Поэтому стратегия методического поиска была направлена на то, чтобы, не
нарушая логичности и стройности законов природы, найти такой подход, когда они
не изучаются специально, а являются проявлением конкретных жизненных
ситуаций. Одним из таких приёмов является умение объяснять ежедневно
наблюдаемые явления. Несмотря на элементарность изложения, автор не нарушает
физических законов, преподнося читателям природные явления с неожиданной
стороны. Некоторые из предлагаемых качественных задач были частично
заимствованы из разных источников, многие придуманы специально.
Методические достоинства качественных задач многогранны. Приближая
изучаемую теорию к окружающей жизни, они формируют и усиливают мотивацию
учащихся к изучению астрономии, способствуют развитию наблюдательности.
Метод решения этих задач, заключающийся в построении логических
умозаключений, основанный на научных законах, служит прекрасной школой
мышления, вырабатывает отчётливое понимание сущности астрономических
явлений и закономерностей, учит школьников практическому применению знаний.
В качественной задаче обычно требуется объяснить то или иное астрономическое
явление или предсказать, как оно будет протекать в определённых условиях.
Отсутствие вычислений позволяет сосредоточить внимание учащихся на
астрономической сущности задачи, глубже осознать законы природы.
Известно, что обычное и профессиональное знания отличаются по сложности
и уровню абстрактности, поэтому автор не ставил своей целью всестороннее
изучение астрономии. Роль занимательных задач – развитие познавательного
интереса к астрономии, умение объяснять обыденные факты и явления и правильно
применять астрономические термины, которые в разговорном языке часто
11
употребляются в искаженном смысле, например: «Противостояние сторон достигло
апогея...» – видимо автор имел в виду момент высшей напряжённости. Между тем,
апогей – это самая дальняя от Солнца точка земной орбиты. Правильнее было бы
писать – «перигея». Или «Кульминацией праздника было выступление
акробатов...». Что подразумевал автор? Лучшее выступление или середину
программы праздника? В астрономии кульминацией называется прохождение
светила через небесный меридиан. При этом астрономы различают верхнюю и
нижнюю кульминации. «Плеяда выдающихся поэтов-шестидесятников...». Плеяды –
в мифологии дочери Зевса, следующие друг за другом.
Почему мы говорим, не задумываясь о смысле слов, например:
«регулировать» то есть управлять, руководить? Потому что Регул – звезда (альфа
Льва). «Наяривать, яростный, Яранск» – Ярило по-славянски Солнце. Подобных
примеров можно привести множество. В этой связи предлагаемые задачи в какой-то
мере будут способствовать устранению астрономического невежества.
Проблемой был и выбор форм астрономических задач. В большинстве
случаев традиционные качественные задачи содержат конкретный вопрос: почему,
сколько, когда, где? Например: где на земном шаре день равен ночи круглый год?
Решать составленную таким образом задачу не сложно. Здесь за ученика уже
сделано довольно много: выделено конкретное явление, построена его модель,
предложены средства описания. Ученику остается только частично объяснить
явление и указать следствия.
Автор хотел, чтобы самый сложный и интересный этап умственной
деятельности – распознавание явления и выделение его из других, а так же
построение логических умозаключений делал сам ученик. При этом предполагается,
что основные астрономические понятия и термины (зенит, горизонт, меридиан) уже
знакомы ученику из природоведения и географии.
В этой связи интерес представляет не только конечный результат, но и путь,
ведущий к нему. По этой причине предлагаемые задачи представлены в виде
небольших новелл, рассуждений трех друзей (в реальности – это сыновья автора).
Иногда в них появляется и «Мистер Икс», комментатор. Идея изложения науки от
первого лица была использована ещё Галилеем в его знаменитом «Диалоге о двух
главнейших системах мира – птоломеевской и коперниковой». Такие задачи можно
привлекать для самостоятельной работы на уроках и дома. Читая задачу, ученик
вынужден следить за логикой каждого высказывания и только после этого выбрать
верное рассуждение. По этой причине задачи по форме стали похожи на тесты.
Для получения оценки, ученику необходимо выписывать последовательно
ответы – рассуждения: главный ответ, уточнения, дополнения. Правильное
выполнение тестов возможно, если ученик сам логически обдумывает ход
рассуждений и «расставляет» факты по местам. Ответ ученик должен дать в виде
аббревиатуры, например, ЯПЕ, то есть записать начальные буквы имен
действующих в тексте героев. Например, Я (Ярослав) – дал наиболее полное
12
рассуждение, П (Пересвет) – внес существенное дополнение, а Е (Елисей) – добавил
какие-то интересные сведения. Если какой-либо герой высказывается несколько раз,
то ответ может быть и таким: ПЯП (Пересвет, дал верное рассуждение. Ярослав
этот ответ дополнил, Пересвет снова что-то добавил к своим же рассуждениям, или
уточнил ответ). Полный правильный ответ может состоять из одного, двух или трех
высказываний и дополнений, например: П; ПЯ; ЕЕЯ.
При выставлении оценок, учитель может разработать собственную
технологию в зависимости от конкретных условий.
13
Календарь и время
Что такое время? Лучше, чем в песне: «Есть только миг между прошлым и
будущим...» не скажешь. Несмотря на то, что точное определение времени дать
весьма сложно, это не помешало людям научиться его измерять, связывая с
длительностью периодических процессов. Объекты, которые всегда «под рукой»,
это – Земля, Луна и Солнце. Движение Земли вокруг Солнца определяет год,
движение Луны вокруг Земли – месяц, вращение Земли вокруг своей оси – сутки,
сутки делятся на 24 часа, каждый час на 60 минут, минута – на 60 секунд. Кажется,
всё просто, однако...
1. День и ночь – сутки прочь
1А. Пересвет: Не люблю я зиму, – день короткий, а ночи длинные. То ли дело
летом, до 11 часов светло. А как вы думаете, есть ли на земном шаре такое место,
где день равен ночи круглый год?
Елисей: Думаю, что такого не может быть.
Ярослав: Помните, мы ездили к бабушке на юг. Там, даже зимой день
значительно длиннее нашего, а летом короче. А вот в Северодвинске, где они
раньше жили, зимний день короче нашего, а летом – значительно длиннее. Значит,
продолжительность дня зависит от широты места и времени года. Вероятно, день
может быть равен ночи круглый год на экваторе, где граница освещения делит
большой круг экватора на две равные части при любом положении земного шара
относительно Солнца.
Пересвет: Такое было бы возможно, если б ось вращения Земли не была
наклонена к плоскости своей орбиты.
1Б. Елисей: Предположим, что сейчас продолжительность дня уменьшается, а
весной – увеличивается. Значит ли это, что существуют такие дни, когда и в наших
широтах продолжительность дня равна продолжительности ночи?
Ярослав: Это может быть в дни осеннего и весеннего равноденствий – и не
только в наших широтах, а на всем земном шаре.
Пересвет: Но в году примерно 6 раз день равен ночи. Так, например, 21, 22 и
23 марта разница в продолжительности дня составляет одну – две секунды.
1В. Ярослав: А что было бы, если бы ось Земли не была наклонена к своей
орбите, а была бы перпендикулярна ей?
Пересвет: Тогда день всегда был бы равен ночи только на экваторе.
Елисей: В этом случае экватор всегда совпадал бы с эклиптикой, а не только в
дни весеннего и осеннего равноденствий, поэтому и день не менял бы своей
длительности в течение года, а был бы постоянен, но на каждой широте была бы
своя продолжительность дня.
14
Ярослав: На экваторе день всегда бы был равен ночи, то есть 12 часам, а
Солнце проходило бы через зенит каждый день. На всех промежуточных широтах
день тоже всегда был бы равен ночи, а Солнце достигало бы каждый день одной и
той же высоты. И только на полюсе всегда был бы ни день, ни ночь. Солнце
проходило бы по линии горизонта.
2. Что показывают часы?
Елисей: Сейчас 10 часов 14 минут. Кстати, как вы думаете, что люди имеют в
виду, когда говорят, что часы показывают 10 часов 14 минут?
Ярослав: Наверное, московское время.
Пересвет: Я думаю, что только местное время.
Елисей: Вспомните, что сутки содержат 24 часа. За это время Земля
поворачивается на 360 градусов, то есть за 1 час она повернется на 15 градусов. 10
часов означает, что Солнце из суточного пути в 360 градусов прошло 150 градусов.
А минутные стрелки всех часов в мире должны идти одинаково, показывая доли
часа. Часы показывают смещение Солнца относительно центрального меридиана.
3. Сигналы точного времени
При решении очередной задачи друзья услышали: «Передаём сигналы
точного времени. В Москве 16 часов, в Перми – 18.... В ПетропавловскеКамчатском – полночь». В чём причина такого разнообразия?
Пересвет: Вся территория России поделена на области, и в каждой из них
принято своё время, отличное от московского.
Ярослав: В один и тот же момент в разных местах на Земле время разное: на
обращённой к Солнцу части Земли – день, на противоположной – ночь, а в
остальных местах – промежуточное. При перемещении вдоль параллелей пришлось
бы всё время переводить часы. Это неудобно делать каждую минуту, поэтому
договорились поделить поверхность Земли на 24 часовых пояса.
Елисей: В каждом часовом поясе время, определяемое по положению Солнца,
отличается от времени соседнего часового пояса на 1 час, увеличиваясь от Гринвича
к востоку.
Мистер Икс: В связи с принятием новой «нарезки» часовых поясов в России
изменились цифровые значения времени, однако смысл задачи остался прежним.
4. Новый стиль
Известно, что в 1918 году Совет Народных Комиссаров РСФСР принял
постановление о переходе на «новый стиль» исчисления времени для устранения
отставания российского календаря от общеевропейского. Постановили, что за 1
февраля 1918 года следующим днём будет 15 февраля 1918 года. Таким образом,
Октябрьская революция, которая совершилась 25 октября по старому стилю, стала
отмечаться 7 ноября по новому стилю, то есть на 13 дней позже. Почему же Новый
15
год отмечается на 13 дней раньше, а не позже старого Нового года? А 1 мая и 8
марта вообще не сдвинулись по числам нового и старого стилей?
Ярослав: Дело в том, что праздник Октября решили отмечать в тот день, в
который он свершился. По старому стилю этот день считался 25 октября, а по
новому – он оказался 7 ноября. И если бы Россия раньше перешла на новый стиль,
как и вся Европа, то этот день был бы 7 ноября сразу. Новый год же – условность.
Он отмечается в тот день, который называется 1 января, то есть является первым
днём нового года.
Елисей: Здесь можно добавить, что 1 Мая и 8 Марта – международные
праздники. Они, как и Новый год, привязаны к календарю, а не к событию.
Пересвет: Старый Новый год – установившаяся традиция. Кстати, за начало
нового года можно принять любой день. На Руси начало нового года было
перенесено на 1 января Петром-I в 1700 году. И сейчас есть страны, где начало
нового года, приходится не на 1 января. Поэтому Рождество во всем мире отмечают
25 декабря, а мы – 7 января.
Ярослав: Не во всем мире, а только в католическом. Католическая церковь
давно перешла на новый стиль летоисчисления, а русская православная церковь не
переходила.
5. Медный всадник
Пересвет: Друзья, послушайте, что написано в поэме А. С. Пушкина
«Медный всадник»:
И не пуская тьму ночную
На золотые небеса,
Одна заря сменить другую
Спешит, дав ночи полчаса.
Интересно, что это за ночь и где она наблюдается?
Ярослав: Наверное, за Полярным кругом.
Елисей: Да, это белые ночи. Они наблюдаются во время, близкое к летнему
солнцестоянию, в тех широтах, где полуночная глубина Солнца меньше 18
градусов, то есть меньше той глубины, при которой наступает конец
астрономических сумерек. Особенно светлыми белые ночи бывают на широтах от
59° до 66,5°, где полночная глубина Солнца меньше 8 градусов. Белые ночи
начинаются с широты 49°. Во время такой ночи освещённость небесного свода даже
в полночь близка к вечерней, и наступившие сумерки не усиливают темноты.
Пересвет: Если есть белые ночи, значит, должны быть и «чёрные» дни?
Елисей: Конечно, «чёрные» дни начинаются с широты 66° 33 минут в дни
зимнего солнцестояния. Эти широты можно определить, если из 90° вычесть 23°27
минут – угол наклона плоскости небесного экватора к плоскости эклиптики. Опыт
показывает, что вечером при ясном небе освещение в домах включают не сразу
после захода Солнца, а тогда, когда оно опустится за горизонт на 7°. Промежуток
16
времени от момента захода Солнца до того, как оно опустится на 7°, называют
гражданскими сумерками.
Ярослав: Значит, белые ночи можно наблюдать не только в Северном
полушарии, но и в Южном в дни, близкие к нашему зимнему солнцестоянию.
6. У приятеля
Два путешественника, объехав Землю, один – с запада на восток, другой – с
востока на запад, встретились у приятеля, который никуда не уезжал. Один из них
утверждал, что воскресенье было вчера, другой – что оно будет завтра, а приятель
вообще заявил, что воскресенье – сегодня. Кто же из них прав?
Пересвет: Они все правы, так как, вероятно, не переводили стрелки часов,
прибывая на территорию, где другое время.
Ярослав: Чтобы не пришлось попадать в такую курьезную ситуацию при
кругосветном путешествии, следует, двигаясь на восток, при прохождении линии
перемены дат (180° восточной долготы) считать одни и те же сутки дважды. При
движении на запад, чтобы не отставать от Солнца – пропускать одни сутки.
Елисей: Что вы спорите? Все это ерунда, такого не может быть!
7. Новый век
Ребята смотрели новости по телевизору. Диктор вдруг объявил: «Билл
Клинтон ввёл страну в новый век и новое тысячелетие». Когда же это произошло?
Ярослав: Всё ясно. Тогда выборы президента были в 1996 году, а президент
избирается на 4 года, следовательно, новый XXI век наступил в 2000 году.
Елисей: Новый век наступил в 00 ч 00 минут 1 января 2001 года.
Пересвет: Правильно, 2000 год – это последний год ХХ столетия, поэтому
ХХI век начался в 00 часов 00 минут 1 января 2000 года по местному времени.
8. Всё врут календари?
Елисей: Друзья, смотрите: месяцы сентябрь, октябрь, ноябрь и декабрь
являются соответственно девятым, десятым, одиннадцатым и двенадцатым по
порядку их следования в году. Между тем их названия произошли от латинских
числительных: седьмой, восьмой, девятый и десятый. В чём причина такого
несоответствия?
Пересвет: Это придумали древние астрономы, вернее, астрологи, которые
составляли календари. Названий тогда не было, вот и считали: первый, второй и так
далее.
Ярослав: Я с тобой не согласен. Как же не было? Май – это число? Названия
месяцев были, но количество месяцев было другим.
Елисей: Месяцев всегда было 12, но первым считался март, поэтому римляне
отмечали Новый год 1 марта.
Мистер Икс: Новый год 1 марта отмечали и в допетровской Руси.
17
9. Время для маленьких
Пересвет: Послушайте, что написано в книжке Н. Носова: «С тех пор, как
Незнайка совершил путешествие в Солнечный Город, прошло два с половиной года.
Хотя для нас с вами это не так уж много, но для маленьких коротышек два с
половиной года – срок очень большой». Может ли такое быть?
Елисей: Думаю, что нет. Время для всех течет одинаково. Для больших и
маленьких.
Ярослав: В книжке, очевидно, имеется в виду восприятие времени. Если
коротышки живут 5-10 лет, то 2,5 года довольно существенный срок. Для особей,
живущих 200-300 лет, 2,5 года совсем немного.
18
Астрономические наблюдения
Значительная часть сведений об астрономических объектах и явлениях
получена на основе разного рода наблюдений. Древние астрономы черпали свои
знания об окружающем их мире при помощи непосредственного, как они называли,
«чувственного» восприятия. В новое время появились телескопы. «Телескоп» в
буквальном смысле означает «далекогляд». С появлением телескопов возможности
астрономов резко возросли и границы наблюдаемой части Вселенной существенно
раздвинулись. Но и тогда для своих наблюдений они применяли лишь узкую
полоску в широком диапазоне электромагнитных колебаний – видимый свет.
Сейчас астрономия, практически, стала всеволновой, появились радиотелескопы и
даже гамма-телескопы.
«Особенности астрономических наблюдений» – вывел в своей тетради
Пересвет и задумался. Всё, о чем говорил учитель на уроке, напрочь вылетело у
него из головы, а в учебнике весь этот материал занимал всего лишь несколько
строк. Без друзей не обойтись, решил он.
1. Позиция невмешательства
Елисей: Друзья, как вы думаете, астрономические наблюдения пассивны или
активны по отношению к объектам наблюдения?
Ярослав: Первой особенностью астрономических наблюдений можно считать
их пассивность по отношению к изучаемым объектам и явлениям. Мы не можем
влиять на скорость движения небесных тел и условия протекания астрономических
явлений. Например, нельзя ускорить движение Луны или остановить Солнце.
Елисей: Ты считаешь, что человек беззащитен перед силами природы и
должен оставаться во власти стихии? Ты преклоняешься перед силами природы,
вместо того, чтобы учиться преобразовать её и управлять ею. Ты не веришь в
возможности человеческого разума, науки?
Пересвет: Елисей во многом прав. Человек уже научился управлять погодой,
влиять на климат и добьётся еще большего в познании явлений окружающего мира.
Позиция невмешательства очень удобна. Но мы должны, не только объяснять, как
устроен мир, но и научиться изменять его. Поэтому я считаю, что астрономические
наблюдения носят не пассивный, а активный характер.
2. Чуть помедленнее, кони, чуть помедленнее…
Ярослав: Ребята, верно ли утверждение, что все явления, наблюдаемые в
астрономии, протекают медленно?
Елисей: Я думаю, что это именно так. Например, эволюция звёзд занимает
миллиарды лет. Человеческая жизнь слишком коротка, чтобы заметить эти
изменения. Поэтому астрономы в своей работе используют результаты наблюдений
предыдущих поколений учёных.
19
Пересвет: Не все явления протекают так медленно. Тот же метеоритный
дождь Леониды, который мы наблюдали зимой, движение комет, восход Солнца,
солнечные и лунные затмения проходят значительно быстрее. И таких примеров не
так уж мало.
Ярослав: Всё же основные астрономические измерения занимают довольно
значительные промежутки времени. Так, для изменения конфигураций созвездий,
требуются тысячи лет. По этой причине звёзды раньше называли неподвижными.
3. Взгляд с Земли
Пересвет: Мы с вами все свои наблюдения проводим с поверхности Земли.
Как, по-вашему мнению, «взгляд с Земли» влияет на результаты астрономических
наблюдений?
Ярослав: Важнейшей особенностью астрономических наблюдений является
то, что почти все они, за редким исключением, проводятся с Земли, или с
околоземного пространства. Но в целом, это не влияет не результаты наблюдений.
Пересвет: Геоцентризм – величайшая ошибка Птолемея. Это же несерьёзно, в
ХХI веке утверждать, что «взгляд с Земли» влияет на результаты астрономических
наблюдений. Ещё Коперник догадался, что видимое и действительное – не одно и
то же. Мы видим, что Солнце движется вокруг Земли. На самом же деле все
планеты обращаются вокруг Солнца и никакого деления планет на внешние и
внутренние тут нет.
Елисей: Было бы несправедливо говорить, что ни вращение Земли вокруг
своей оси, ни её движение, относительно Солнца, никак не влияют на результаты
наблюдений. Те же солнечные и лунные затмения, благодаря которым мы изучаем
природу Луны и Солнца, доступны для изучения при наблюдении с Земли.
Вращение небесного свода – тоже следствие вращения Земли.
4. Уникальность
Пересвет: В чем же тогда главное отличие астрономических наблюдений от
наблюдений за результатами каких-то опытов, например, по физике?
Ярослав: Астрономические явления тем и отличаются, от всех других, что они
в большинстве уникальны и неповторимы. Например, прохождение Венеры по
диску Солнца в 1761 году позволило М. В. Ломоносову обнаружить атмосферу этой
планеты. Поэтому для астрономических наблюдений важно точно рассчитать время.
Здесь нельзя, как в физике и других науках, один и тот же опыт повторять
несколько раз.
Елисей: Большинство астрономических явлений всё же периодичны.
Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца, метеорные потоки, движение комет –
все эти и другие явления можно наблюдать в разное время, и ничего уникального в
этом нет. Как тысячи лет назад менялись фазы Луны, так и сейчас меняются. Так же
повторяется и изменение высоты Солнца над горизонтом в течение года.
20
Пересвет: Несмотря на периодичность, скажем, солнечной активности в
течение примерно 11 лет, астрономы установили, что уровень активности
(относительное число Вольфа) всякий раз другой. Периодически приближаясь к
Земле, кометы меняют свои характеристики. То же самое можно сказать и о
метеорных потоках. Астрономические объекты не просто изменяют свое положение
в пространстве, но и непрерывно эволюционируют.
5. Точка зрения
Елисей: Может быть, результаты астрономических наблюдений зависят от
места наблюдения?
Ярослав: Мне кажется, что одной из особенностей наших наблюдений и
является зависимость результатов от места наблюдений на Земле, конкретно от
широты и долготы. Помните, результаты наблюдений Персеид, которые мы
проводили прошлым летом у бабушки в деревне, несколько отличаются от наших
обычных.
Елисей: Действительно, от широты места наблюдения зависит долгота дня,
продолжительность сумерек. Высота Полюса Мира над горизонтом, а,
следовательно, и вид звёздного неба так же определяется географической широтой
места наблюдения.
Пересвет: Не могу с вами согласиться. Звёзды так далеки от нас, что
независимо от места наблюдения, они, и процессы, происходящие на них,
протекают совершенно одинаково. Например, количество солнечных пятен,
солнечная активность никак не определяются координатами места наблюдения, а
зависят от внутренних солнечных процессов.
6. Солнечная система. Далее везде
Елисей: Можно ли «на глаз» определить, какие астрономические объекты
ближе к нам, а какие дальше?
Пересвет: Наблюдая астрономические объекты, мы не можем ни «на глаз» ни
в телескоп определить, какие из них находятся ближе к нам, а какие дальше. Все
они кажутся нам одинаково далекими.
Елисей: В солнечной системе ещё можно сказать, что, например Сатурн к нам
ближе, а Нептун – дальше, так как Нептун почти не виден, а у Сатурна хорошо
различимы диск и кольца. Вот звёзды действительно кажутся нам одинаково
удаленными, расположенными на некотором сферическом куполе. Недаром ещё
сравнительно недавно астрономы использовали понятие «сферы неподвижных
звёзд».
Ярослав: По величине планетного диска ещё нельзя сделать вывод о том,
какая из планет ближе. Тот же Марс при наблюдениях кажется значительно меньше
Сатурна или Юпитера, однако, это одна из самых близких к Земле планет. Все дело
21
в том, что Марс существенно уступает планетам-гигантам в размерах. Так же и
звёзды – одна может быть карликом, а другая гигантом.
7. Глаза и уши астрономов
Отличительной особенностью астрономических наблюдений является
использование телескопов. Эти приборы применяются только в астрономии. Зачем
же нужны телескопы, если даже в самые сильные из них, звёзды видны как
светящиеся точки?
Ярослав: Телескопы позволяют собрать в одну точку значительно больше
света и направить его в глаз наблюдателя. Значит, телескопы используют для того,
чтобы увидеть более слабые объекты, которые недоступны для наблюдения
невооружённым глазом.
Елисей: Я думаю, что применение телескопа основано на том, что телескоп не
приближает объекты, а увеличивает угол зрения, следовательно, позволяет видеть
раздельно, например, две звезды, которые при наблюдении невооружённым глазом
сливаются в одну.
Пересвет: Применение телескопа существенно уменьшает поле зрения
наблюдателя, то есть выделяет тот участок звёздного неба, который мы
рассматриваем. Телескоп позволяет изучить объекты этого участка более детально.
8. Измерения
Елисей: Какие измерения наиболее распространены в астрономии: угловые
или линейные?
Пересвет: В астрономических наблюдениях чаще всего выполняют угловые
измерения. Мы сами нашли, что Солнце за час перемещается на 15 градусов. А
угловые диаметры Солнца и Луны примерно одинаковы – по 0,5 градуса.
Экваториальные координаты звёзд тоже измеряют в градусах.
Ярослав: Это, скорее всего, исключение. Расстояние до Луны и Солнца, их
диаметры, полуоси орбит планет, размеры Галактики, расстояния до звёзд – все эти
и другие величины измеряют в линейных единицах. Правда, километр – слишком
маленькая единица для астрономических масштабов. Здесь применяют специальные
меры длины: астрономическую единицу, парсек, световой год.
Елисей: Все эти линейные размеры непосредственно измерить нельзя так, как
это мы делаем на Земле. Линейные расстояния до небесных объектов и их размеры
получают на основе угловых измерений по специальным формулам и законам. По
этой причине угловые измерения всё же первичны и являются одной из
особенностей астрономических наблюдений.
22
9. Закономерности или случайности
Из истории науки известно, что некоторые научные открытия были сделаны
случайно (Рентгеновы лучи, закон Всемирного тяготения). Чего больше в
астрономических наблюдениях случайностей или закономерностей?
Елисей: Астрономические наблюдения всегда проводятся с определённой
целью и, как правило, заранее планируются. Известно, что время наступления
солнечных затмений расписано на десятилетия вперед. Поэтому астрономы
начинают готовиться к ним заблаговременно, заранее выезжают в область затмений.
Пересвет: Всё это так, но случайности в астрономии играют большую роль.
Например, многие кометы были открыты, так сказать «попутно» В. Гершель,
занимаясь изучением звёздного неба, так же случайно открыл Уран.
Ярослав: В астрономии значительная доля информации воспринимается на
веру. Человек на этих объектах никогда не бывал, и вряд ли когда побывает. Иногда
закономерность может быть случайной, как излучение пульсаров, а случайность –
закономерной, как колебания блеска переменных звёзд.
10. Повторение – мать учения
Одной из особенностей астрономических наблюдений является их
систематичность, и последовательность. Выводы о динамике астрономических
явлений могут быть сделаны только на основе длительного ряда однотипных
наблюдений на большом промежутке времени. Верно ли это?
Ярослав: Думаю что, да, так как нельзя судить о каком-то явлении, которое
непродолжительно по времени.
Пересвет: О явлениях, встречающихся сравнительно редко, и наблюдавшихся
в единичных случаях правдоподобного вывода сделать нельзя. Так, например, было
с падением так называемого «Тунгусского метеорита». Учёные до сих пор не могут
сказать определённо, что это было: метеорит или комета? Выдвигаются самые
невероятные гипотезы, вплоть до НЛО.
Елисей: Если явление встречается довольно редко, то его должны изучать как
можно больше наблюдателей по одинаковым методикам. Помните, именно так и
проводили мы с вами наблюдения кометы Хейла-Боппа в 1997 году. Обобщая
результаты наблюдений, полученные разными наблюдателями, можно представить
целостную картину изучаемого явления.
23
Звёздное небо
Неправда, над нами не бездна, не мрак.
Каталог наград и возмездий.
Любуемся мы на ночной Зодиак,
На вечное танго созвездий.
В. Высоцкий
Над нами звёздное небо... . Десятки, сотни, тысячи звёзд посылают нам свой
свет. Вначале кажется, что в звёздных лабиринтах можно легко заблудиться,
однако, присмотревшись, уже на следующую ночь замечаешь старых «знакомых».
И звёзд на небе оказывается не так уж много. Их около 3000, видимых
невооружённым глазом. Поэтому древних астрономов так и называли – звездочёты.
Давным-давно люди объединяли звёзды в созвездия, видя в них очертания
мифических персонажей. Старинные легенды рассказывали о красавице Андромеде,
небесном охотнике Орионе... . На Земле проходили века и тысячелетия, поколения
сменяли поколения, только звёзды казались вечными.
1. Сколько созвездий?
Ярослав: В учебнике астрономии написано, что звёздное небо разделено на 88
созвездий – площадок разных размеров и форм; которые полностью покрывают
небосвод. Однако если взять карту звёздного неба и пересчитать эти площадки, то
их окажется не 88, а 89. В чем здесь дело?
Пересвет: Может быть, какое-нибудь созвездие разделено на две площадки?
Елисей: Да, такие ситуации не раз случались в астрономии. Например,
созвездие Корабль Аргонавтов было разделено на несколько самостоятельных
созвездий.
Ярослав: В этом виновато созвездие Змеи. Дело в том, что Змею держит
Змееносец, и та её часть, которая проецируется на Змееносца, к нему и относится.
Собственно созвездие Змеи состоит из двух частей – головы и хвоста,
расположенных слева и справа от Змееносца отдельными площадками. Под
созвездием сейчас понимают участок звёздного неба, границы которого строго
определены.
2. Ошибка писателя
Елисей: Слушайте, что я прочитал в одной книжке: «Наступила зима. Солнце,
покинув созвездие Стрельца, уже приближалось к созвездию Козерога». Какую
астрономическую ошибку допустил автор этих строк?
Ярослав: Надо посмотреть на карту звёздного неба и определить, в каком
созвездии может находиться Солнце зимой.
Пересвет: Если Стрелец и Козерог – соседние созвездия, то всё ясно. Автор
забыл, что между границами созвездий нет промежутков. Если Солнце уже
покинуло созвездие Стрельца, то оно не может приближаться к созвездию Козерога,
24
оно уже находится в нём. Если же только приближается к Козерогу, то ещё не
покинуло созвездие Стрельца.
3. Знак знаку рознь
Ярослав: В «Календаре-справочнике для наблюдателя» на 21 июня указано:
«Солнце проходит точку летнего солнцестояния в созвездии Тельца и вступает в
знак Рака». Интересно, каким образом Солнце, находясь в Тельце, может вступить в
созвездие Рака, не имеющее общих границ с Тельцом?
Пересвет: Знаков зодиака 12, но границы их проведены чисто условно. Если
говорят, что человек родился под знаком Стрельца, то совершенно необязательно,
чтобы Солнце находилось в этом знаке.
Елисей: Говорят, что знаков зодиака 12, а Солнце на самом деле в своём
движении по эклиптике пересекает 13 созвездий. Видимо, созвездие Змееносца не
относится к зодиакальным?
Ярослав: Скорее всего, в задаче допущено смешение понятий знак и
созвездие, которое и приводит к парадоксу. Под знаком зодиака понимается дуга
эклиптики в 30°. Весь годовой путь Солнца разделен на 12 таких равных дуг –
знаков. Зодиакальные созвездия, как и всякие другие, имеют неравные размеры,
поэтому начала знаков не совпадают с границами созвездий. Кроме того, из-за
смещения точек равноденствия по эклиптике с течением времени положение знаков
относительно созвездий меняется. В настоящее время смещение составляет около
30°, поэтому каждый знак зодиака соответствует названию предыдущего созвездия.
Получается, когда Солнце вступает в знак Рака, оно находится в созвездии
Стрельца.
4. Звёздные флаги
Елисей занимался коллекционированием изображений флагов различных
государств и систематизировал их по определенному признаку. На одной странице
он разместил флаги Бутана, Замбии, Папуа – Новой Гвинеи, Фиджи, Шри-Ланки.
Ярослав: Что общего у всех этих флагов, ведь они абсолютно не похожи?
Пересвет: На звёздной карте и этих флагах изображены созвездия.
Елисей: На звёздной карте есть созвездие Голубя, Дракона, Льва, Орла и
Райской Птицы. Эти же реальные и фантастические представители животного мира
изображены на флагах указанных стран: голубь на флаге Фиджи, дракон на флаге
Бутана, лев на флаге Шри-Ланки, орёл на флаге Замбии, райская птица на флаге
Папуа – Новой Гвинеи.
Ярослав: Изображение звёзд есть на флагах ещё некоторых государств, США
и Китая, например. Поэтому, считаю, что тебе надо дополнить коллекцию.
25
5. Падают ли звёзды с неба?
Утром по радио передавали старые песни. «Звезда упала и растаяла...» –
услышали ребята.
Ярослав: Интересно, падают ли с неба звёзды?
Пересвет: Падают, я сам много раз видел это ночью. Во многих песнях поётся
о том, что звёзды падают с неба. Например: «С неба звёздочка упала...», «С неба
лиловые падают звёзды...».
Елисей: А ты не подумал, куда они потом деваются? Если бы звёзды падали,
то мы находили бы их на Земле. Земля притягивает к себе все тела, попадающиеся
на её пути. Пролетая сквозь земную атмосферу, они сгорают, этот свет мы и видим.
Говорят: метеор пролетел. До Земли долетают только остатки крупных камней, не
успевших сгореть, метеориты. Иногда встречаются довольно крупные образцы.
Ярослав: Что такое звезда? Массивный газовый шар во много раз больше
Земли. Звёзды сами притягивают к себе меньшие тела, в том числе и Землю. Звезда
не может упасть на тело, которое меньше её по массе. Прав был В. Высоцкий, когда
пел: «В небе висит, пропадает звезда – некуда падать».
6. Что ж ты, милая, смотришь искоса?
Елисей: Ребята, как вы думаете, почему неяркую звезду, расположенную по
соседству с более яркой, легче различить, если смотреть на неё краем глаза, искоса?
Может быть, это объясняется особенностями нашего глаза? Говорят, что в нём есть
какое-то слепое пятно.
Ярослав: Всё дело в том, что палочки, которые играют главную роль при
низком уровне освещённости, вблизи краёв сетчатки глаза имеют большую
плотность, чем колбочки, действующие при большем уровне освещённости. Если
смотреть на звезду прямо, то её изображение попадает на жёлтое пятно сетчатки,
где палочек мало. Если же смотреть на звезду краем глаза, то её изображение
попадает туда, где плотность палочек максимальна. Палочки очень чувствительны к
изменениям освещённости. Так как глаз слегка дрожит, то изображение звезды,
попадая то на одну, то на другую палочку, вызывает появление сигнала.
Пересвет: Думаю, что свет яркой звезды затмевает свет слабой.
7. Мерцание звёзд
Ярослав: Почему мерцают звёзды? Давайте обсудим.
Пересвет: Это нам только кажется. Если смотреть на яркий точечный
источник света, например фонарь, находящийся далеко от нас, то он тоже будет
мерцать.
Ярослав: Вероятно, мерцание можно объяснить устройством нашего глаза, как
в предыдущей задаче. Когда мы смотрим на удаленную яркую точку, то её
изображение попадает на дно глазного яблока. Палочки, покрывающие это дно,
очень чувствительны к изменению освещённости. Так как глаз слегка дрожит, то
26
изображение звезды попадает то на одну, то на другую палочку и приносит в мозг
человека то более сильный сигнал, то более слабый, поэтому кажется, что звезда
мерцает.
Елисей: Я с вами не согласен. Причина мерцания – неоднородность
оптической плотности атмосферы. Всё это зависит от конвективных потоков
воздуха над поверхностью Земли. Вы и сами могли наблюдать это явление, когда
смотрели на предметы, находящиеся вдали от костра, через теплый воздух,
проходящий над костром.
Пересвет: Это заметно и летом, когда горячий воздух поднимается над
асфальтом дороги.
8. Млечный Путь
При очередной встрече Пересвет пропел куплет детской песенки: «Там вдали,
далеко, кто-то разлил мо - ло - ко, получилась звёздная дорога».
Ярослав ответил: «Лишь Млечный Путь когда-нибудь станет звёздной
дорогой любви». Что же такое Млечный Путь?
Елисей: Это скопление большого количества звёзд. Больше я ничего
придумать не могу.
Пересвет: Млечный путь – это звёзды нашей Галактики, имеющей
чечевицеобразную форму. Наша солнечная система находится ближе к краю
Галактики, поэтому мы и видим скопление звёзд, сконцентрированных в её диске.
Ярослав: Всё правильно, только надо добавить, что в виде звёздной дороги
наша Галактика может наблюдаться только изнутри. Из других миров, со стороны,
она может выглядеть в виде буквы Ф или О.
9. Что такое звезда?
Пересвет: Мы уже довольно много рассуждали о звёздах и звёздных мирах, а
что же представляет собой звезда? Давайте подумаем.
Ярослав: Я об этом уже говорил. Звезда представляет собой массивный, во
много раз больший, чем Земля, газовый шар.
Елисей: Трудный вопрос. Это солнышки других миров. Помните, у В. Цоя:
«Звезда по имени Солнце».
Пересвет: Звёзды могут быть больше и меньше нашего Солнца, ведь Солнце
– рядовая звезда, в общем-то, ничем не примечательная во Вселенной.
27
Ориентирование
Не бойся заблудиться в темноте...
В. Высоцкий
Для определения своего местонахождения человек давно использует
надёжные природные ориентиры – Солнце, Луну и звёзды. Ночью, например,
удобно ориентироваться по Полярной звезде: когда мы глядим на неё, то
поворачиваемся лицом на север. Указывая кому-нибудь дорогу, мы говорим:
«налево от лифта», «справа за углом», «строго на север».
Между тем, в космосе нет ни «верха» ни «низа», все эти понятия там не более
чем условность. Например, многие знают, что такое «верх», но не знают, где он
начинается.
1. Стороны горизонта
Ярослав: Ребята, всегда ли по восходу и заходу Солнца можно определить
стороны горизонта?
Пересвет: Тут и нечего и думать. Солнце восходит на востоке, и заходит на
западе.
Елисей: Так бывает не всегда. Например, летом оно всходит значительно
севернее – на северо-востоке, а зимой значительно южнее, на юго-востоке. На
востоке Солнце восходит только в дни осеннего и весеннего равноденствий. То же
самое можно сказать и о заходе Солнца.
Ярослав: Точки восхода и захода Солнца зависят так же и от широты места
наблюдения. Сравните, например, восход Солнца на экваторе и на северном
полюсе. На экваторе оно всегда восходит точно на востоке и заходит точно на
западе.
Елисей: Я с тобой не согласен. Даже на экваторе это может быть только в дни
равноденствий. Причём, если Солнце взошло точно на востоке и это весеннее
равноденствие, то оно поднимается выше весною, и день будет длиться больше 12
часов, следовательно, Солнце зайдет севернее точки запада. Если осеннее
равноденствие, то – соответственно, южнее. Вспомните, что равноденствие – это
пересечение центром Солнца небесного экватора.
2. Путь на северо-восток
Интересно, подумал вслух Пересвет, если всё время идти, например, на
северо-восток, то куда придёшь?
Ярослав: Идти на северо-восток, соблюдая условие задачи, значит с каждым
шагом надо увеличивать свою северную широту и восточную долготу. Если
северная широта не может быть больше 90 градусов, то долгота неисчерпаема. Как
бы далеко на восток мы не шли, всегда найдется точка ещё восточнее.
28
Пересвет: Ты хочешь сказать, что мы будем подниматься всё севернее и
восточнее и, в конце концов, придем на... Северный полюс?
Ярослав: Да, попав на Северный полюс, мы уже не сможем идти севернее.
Куда бы мы ни двинулись с Северного полюса, мы пойдем на юг.
Елисей: Ты, друг, здесь слишком всё усложнил. Я думаю, что нет ничего
проще. Придёшь на то же место, откуда вышел.
3. Путеводная звезда
Ребята, мне попалась интересная задача, – сказал Елисей, – слушайте:
«Охотник рано утром идёт в лес по направлению Полярной звезды. С восходом
Солнца он возвращается. В каком направлении он должен идти, руководствуясь
положением Солнца?»
Пересвет: Если он идет на охоту осенью или весной по направлению
Полярной звезды на север, то возвращаться он должен на юг. Осенью и весной
Солнце всходит в восточной стороне неба, следовательно, Солнце должно
оставаться слева.
Ярослав: Зимой в таком случае, охотник должен идти почти на Солнце, так
как Солнце зимой всходит гораздо южнее.
Елисей: При этом надо иметь в виду, что за каждый час Солнце перемещается
на 15 градусов.
4. Запись в журнале
Пересвет внимательно рассматривал старый журнал наблюдений. – В этом
журнале наблюдений отмечено, что звезда поднимается всё выше. В какую сторону
неба смотрел наблюдатель? – закрывая журнал, спросил своих друзей Пересвет.
Ярослав: Мы можем определить не только сторону неба, но и примерное
место наблюдений. На полюсах Земли звёзды описывают большие круги, в
умеренных широтах восходящие звёзды движутся вправо – вверх. Только на
экваторе все звёзды восходящие поднимаются всё выше и выше. Следовательно,
наблюдатель смотрел на восток, находясь на экваторе.
Елисей: Это может быть восточная или северная сторона неба. Мы знаем, что
все наши звёзды описывают большие круги относительно северного Полюса Мира,
поэтому восходящие и незаходящие звёзды этих сторон неба могут двигаться вверх.
Пересвет: Я думаю, что наблюдатель находится на Северном полюсе, или на
южном.
5. Ориентиры древних
– Вчера читал о мореплавателях, – рассказывал Пересвет, – они безошибочно
ориентировались по звёздам и созвездиям. Я пробовал ориентироваться по
созвездиям – хотя бы находить стороны горизонта, но это оказывается чрезвычайно
29
трудно, если небо хотя бы частично закрыто облаками. Как ориентироваться по
созвездиям?
Елисей: Ничего сложного не нахожу. Главное найти Полярную звезду, если
мы находимся в Северном полушарии.
Пересвет: А как её найти?
Елисей: Если наблюдаем Большую Медведицу (Ковш), она видна между
облаками, то, соединив две крайние звезды ковша, получим направление на
Полярную звезду. Это и есть направление на север.
Пересвет: Всё понял. Но Большая Медведица иногда выглядит так, как ты
нарисовал, а иногда в перевёрнутом виде. Почему?
Ярослав: Вовсе не обязательно что-то соединять на ручке, или ковше. Осенью
Большая Медведица видна в северной части небосклона, зимой – в восточной,
весной – в южной, летом – в западной. Различное положение созвездия Большой
Медведицы в течение ночи (ручкой ковша вниз, в перевёрнутом виде) обусловлено
суточным вращением Земли, а в разное время года – годовым обращением Земли
вокруг Солнца.
6. Ориентирование по Солнцу
Ночью ориентируются по звездам, а днём? Можно ли ориентироваться с
помощью часов?
Пересвет: Запросто. Поэт А. Рос приводит такой способ ориентирования:
Направьте стрелку часовую
На Солнца точку золотую.
Меж стрелкою и цифрой «час»
Есть угол, важен он для нас.
Делите угол пополам
И сразу юг найдете там.
Елисей: Эта ориентация будет очень грубой, так как это не всегда верно.
Пересвет: Почему?
Ярослав: Я думаю потому, что поэт не учёл современные условия. Всем
известно, что с 1 октября по 1 апреля наша страна живёт по зимнему времени. А в
период с 1 апреля по 1 октября по летнему времени, поэтому вместо цифры «час»
следует брать «два».
Елисей: В южном полушарии этот способ вовсе не верен.
Мистер Икс: Чехарда с переводом стрелок часов, конечно, заставляет вносить
поправки, но суть задачи от этого не меняется.
7. Южные звёзды
Ребята, – сказал Пересвет, – догадайтесь, где на Земле мог находиться
наблюдатель, чтобы было справедливо следующее описание звёздного неба:
«Небосвод был кристально чистым, и яркие звёзды блестели на нем как крупные
бриллианты на чёрном бархате. Особенно были хороши находящиеся прямо на юге
30
звёзды Возничего во главе с желтоватой Капеллой, Волопаса с оранжевым
Арктуром и Лиры с белой звездой Вегой»?
Ярослав: В приведённом описании вызывает удивление, следующее
обстоятельство: на юге одновременно наблюдаются звёзды Капелла, Арктур и Вега,
которые достаточно удалены друг от друга. Такая картина может, по-видимому,
наблюдаться только в одном месте Земли – если наблюдатель находится точно на
Северном Полюсе.
Елисей: Тогда все направления, исходящие из этой точки будут
ориентированы на юг. Поэтому не только Волопас, Лира и Возничий, но и другие
созвездия будут находиться на юге.
Пересвет: Я придерживаюсь другой точки зрения. Если считать, что высота
Полярной Звезды примерно равна географической широте места наблюдения, то на
экваторе Полярная Звезда наблюдается почти у горизонта, и все звёзды по
отношению к ней находятся в южной стороне неба.
8. Ориентирование по Луне
Можно ли определить стороны горизонта по Луне, если вам известно время?
Как?
Елисей: Думаю, возможно. По фазам Луны. При полнолунии Луна в 7 часов
утра бывает на западе, в 19 часов на востоке, а в час ночи – на юге.
Пересвет: Молодой «растущий месяц» в 19 часов бывает на юге, в 1 час ночи
– на западе.
Ярослав: Не знаю, верно, вы говорите или нет, но старый убывающий месяц в
7 часов утра бывает на юге, а в 1 час ночи – на востоке.
9. Форма Луны
Смотрите, – обратился к товарищам Елисей, отрываясь от телескопа, –
отлично виден молодой месяц. Только почему-то он имеет не полукруглую форму и
значительно больше по размерам «пепельного света».
Ярослав: Полукруглую форму имеет только наружная дуга месяца.
Внутренняя – представляет собой полуэллипс, потому что это полукруг в
перспективе.
Пересвет: Кроме того, человеческому глазу свойственна иррадиация – когда
белые фигуры кажутся больше равных чёрных, поэтому серп Луны кажется больше
её темной части.
Елисей: Если соединить «рога» Луны, то на востоке и западе это будет не
отвесная линия, как на юге. Правильно ли подвешен месяц?
Ярослав: Во всех случаях это отвесная линия, проецируемая на небесный
свод, который нам кажется вогнутым.
31
10. Тень от Луны
Была полночь, друзья наблюдали звёзды. «Смотрите, – сказал Пересвет, –
какая короткая тень». «Так и должно быть, – продолжил разговор Ярослав, – ведь
сегодня Луна полная, и она даёт достаточно света. Но обратите внимание, тени от
предметов направлены на север». Всегда ли в полночь и полдень тени от деревьев
направлены на север?
Пересвет: По моим наблюдениям – да.
Елисей: Всегда. Но только для районов от Северного тропика до Северного
полюса. В южном полушарии, за Южным тропиком, тени от предметов в полдень и
полночь направлены на юг.
Ярослав: Между тропиками и экватором полуденная тень полгода направлена
на север, полгода, на юг, а при зенитном положении Солнца, пропадает в основании
предметов.
32
Земля
Шар раскалённый, золотой
Пошлёт в пространство луч огромный,
И длинный конус тени тёмной
В пространство бросит шар другой.
Таков наш безначальный мир,
Сей конус - наша ночь земная,
За ней - опять, опять эфир
Планета плавит золотая...
А. Блок
Земля – единственная планета Солнечной системы, на которой есть жизнь.
Для возникновения жизни необходимо сочетание температурных условий, газовой
атмосферы, наличие воды в жидком состоянии. Земля – шар радиусом около
6370км., но за многовековую историю человек освоил лишь поверхностный слой
толщиной до 10 километров и околоземное пространство до высоты примерно 300
километров. Всё это говорит о том, что Земля хранит ещё немало тайн, разгадать
которые нам помогут наши старые знакомые – исследователи природы. А вот и
один из них с песней «Шар голубой».
1. Шар голубой
Пересвет: Крутится, вертится шар голубой, крутится, вертится над головой...
Елисей: Почему же Земля имеет форму шара?
Пересвет: Таковы законы природы. Солнце, Луна, большие планеты и
крупные спутники, как правило, шарообразны. На форме этих тел сказывается их
собственное вращение вокруг своей оси. Скорее всего, шарообразная форма Земли
является следствием закона сохранения момента импульса.
Ярослав: Всё это так, но всё же основной причиной шарообразности Земли, на
мой взгляд, является закон Всемирного тяготения.
Елисей: Закон Всемирного тяготения применим только к точечным телам,
таким телам, масса которых сосредоточена в их центре. Вспомните формулу.
Рассчитывая силу Всемирного притяжения двух тел, мы обязательно находим
расстояние между центрами масс. Рассматривая Землю как твёрдое тело, можно
однозначно сказать, что причина шарообразности Земли лежит в силах
молекулярного притяжения. Одни молекулы вещества притягивают другие, при
этом образуются прочные связи, которые не позволяют веществу разрушаться. Всё
это похоже на каплю воды. Если она находится в невесомости, то принимает форму
шара, так как на любую молекулу поверхностного слоя действуют другие молекулы,
стараясь эту молекулу утащить внутрь. Таким образом, образуется поверхностная
плёнка жидкости, а в нашем случае – кора земного шара.
Ярослав: Да, по закону Всемирного тяготения любая масса притягивает
другую массу и тем сильнее, чем меньше расстояние между ними. Разные части
достаточно большого и массивного тела первоначально произвольной формы
33
стремятся занять такие положения, при которых они находились бы как можно
ближе друг к другу. Это приводит к тому, что тело принимает форму, близкую к
форме шара. Твёрдое тело отличается от жидкости тем, что в нём молекулы менее
подвижны, благодаря чему тело и сохраняет свою форму. Примем во внимание, что
на малых расстояниях молекулярные силы гораздо мощнее гравитационных, но
вместе с тем они и убывают с расстоянием гораздо быстрее. Это приводит к тому,
что в больших объёмах вещества действие гравитационных сил суммируется, чего
не происходит с молекулярными силами.
Мистер Икс: На самом деле форма Земли больше напоминает грушу, а не
яблоко. Поскольку для формы Земли нет подходящей геометрической фигуры, ей
придумали собственное название – геоид, то есть – земной.
2. Падение на Солнце
Ярослав: Если закон Всемирного тяготения справедлив, то почему же Земля
не падает на Солнце, а обращается вокруг него?
Пересвет: Как это не падает? Всё время падает, но не может упасть. Со
времени образования она непрерывно движется по своей орбите, сочетая падение к
Солнцу (по закону Всемирного тяготения) с движением в поперечном направлении,
унаследованным ещё при своем возникновении. В результате этого среднее
расстояние от неё до Солнца почти не меняется.
Ярослав: Почему не меняется? Меняется, но не значительно. Во-первых, масса
Солнца и, следовательно, его притяжение почти не меняются. Во-вторых, остальные
планеты, будучи весьма малыми, по сравнению с Солнцем, не могут своим
притяжением заметно изменить траекторию Земли. В-третьих, расстояния до звёзд
так велики, что даже случайные сближения их с Солнцем всегда проходят на
безопасном для нас расстоянии, поэтому пролетающие мимо звёзды не способны
своим притяжением заметно изменить земную орбиту. В-четвертых, Земля
движется в глубоком вакууме, и скорость её не может измениться из-за
сопротивления среды.
3. Лучше гор могут быть только горы...
«Как вечным огнём сверкает днём вершина изумрудным льдом, которую ты
так и не покорил», – пел В. Высоцкий в фильме «Вертикаль».
«Интересно, – размышляли наши друзья, – почему же на Земле нет гор раз в
десять выше Эвереста»?
Елисей: По-моему, причина здесь в том, что прочность материала, из которого
состоят горные породы, невелика. Если высота гор будет, например, 30 км., то их
основания не выдержат тяжести и просто рассыплются.
Ярослав: Причина не в прочности, а в силе тяжести. Имея такую высоту, они
имели бы и очень большую массу и, следовательно, провалились бы сквозь земную
34
кору. По этой причине высота гор на Земле не может превышать какую-то
критическую величину.
Пересвет: Если высота горы станет выше этой критической величины,
которая составляет примерно 30 км., то давление у основания горы так возрастет,
что горные породы там расплавятся и высота горы уменьшится до этого
критического значения.
4. Зима – не лето
Ярослав: Хорошо, что в наших широтах есть смена времен года. Зимой –
холодно, можно кататься на санках и лыжах. Летом можно купаться и загорать. А
собственно, почему зимой должно быть холодно, а летом жарко?
Елисей: Наверное, зимой Земля находится значительно дальше от Солнца, чем
летом, поэтому зимой мы получаем меньше тепла и света.
Пересвет: Ты не прав. Зимой Земля как раз находится в перигелии, самой
ближней к Солнцу точке своей орбиты. Значит, причина зимнего холода в Северном
полушарии Земли в другом явлении.
Ярослав: Действительно, основная причина морозной зимы и знойного лета
заключается не в изменении расстояния до Солнца, а в наклоне земной оси к
плоскости её орбиты. В результате изменяется долгота дня и высота Солнца над
горизонтом. По этим причинам количество тепла, получаемого земной
поверхностью в Северном полушарии за день, зимой уменьшается.
5. Иди туда, не знаю куда…
Ярослав: Друзья, как вы думаете, есть ли на нашей Земле место, где человек с
завязанными глазами в какую сторону бы не пошел, всегда будет идти на север?
Пересвет: Думаю, что нет. А зачем ему завязывать глаза, если он всё равно
идет на север?
Елисей: Здесь не всё так сложно. Это может быть на Южном плюсе. Но уже
второй шаг необходимо выверять по долготе.
6. Дивлюсь я на небо...
Ярослав: В романе Л. Толстого «Война и мир» персонаж Тушин говорил о
том, что «неба нет, есть атмосфера». Что вы понимаете под словом «небо»?
Пересвет: Небо? Это воздух Земли.
Елисей: Небо – это мировое пространство, рассматриваемое сквозь атмосферу
Земли.
Ярослав: Может быть, небо – это и есть атмосфера Земли?
7. Небо синее – синее
Юные исследователи природы задумались над очередной задачей: почему
небо синее, а зори красные? Известно, что поэты в основном правильно описывают
35
эти явления. «Небо синее-синее, а вокруг тишина», «Синева, синева упала с неба»,
«В небе ясном заря догорала», «Зори красные в небе светятся».
Ярослав: Через атмосферу Земли проходят от Солнца не все лучи, а только
более голубые.
Пересвет: Голубой цвет неба можно объяснить рассеянием солнечного света
на молекулах воздуха и частичках атмосферной пыли. Их размер таков, что сильнее
всего рассеиваются голубые и синие лучи.
Елисей: По твоей теории, на больших частичках должны рассеиваться и
другие лучи. Значит, когда Солнце и Луна находятся у горизонта, лучи света
проходят ближе к поверхности Земли, где в воздухе могут быть более крупные
частицы, поэтому Солнце и Луна у горизонта кажутся красными. Этим объясняется
и цвет зорь.
Пересвет: Совершенно верно, но, кроме того, здесь играет роль эффект
изменения длины волны света при прохождении через среду разной оптической
плотности.
8. Облака, белогривые барашки
Елисей: Мы с вами выяснили причину голубого цвета неба и красных зорь, а
чем же объясняется белый цвет облаков?
Пересвет: Причина в том, что свет от облаков полностью отражается и
рассеяния света не происходит.
Ярослав: Белый свет – это весь спектр частот видимой части шкалы
электромагнитных волн. Любое тело нам кажется, например, красным только
потому, что оно поглощает электромагнитные волны, соответствующие данной
длине волны, а все другие отражает, следовательно, облака белые только потому,
что они поглощают все волны, а не отражают.
Елисей: Всё как раз наоборот. Красный цвет предмета объясняется тем, что
этот предмет отражает только красные волны, а другие поглощает. Если тело
отражает все цвета (волны), то оно и будет белым.
9. Берег левый, берег правый
Школа наших друзей стоит на высоком берегу реки Вятки, поэтому
следующая задача родилась сама собой. Почему правый берег рек в Северном
полушарии, как правило, высокий и крутой, а левый – низкий и отлогий?
Ярослав: Это одно из проявлений силы Кориолиса. С помощью этой силы
объясняется также эффект «двух поездов»: два совершенно одинаковых поезда идут
с одинаковой скоростью в противоположные стороны, один – с востока на запад,
другой – с запада на восток. Первый, идущий против вращения Земли, будет
тяжелее, потому что он медленнее движется вокруг оси земного шара. Вследствие
центробежного эффекта он теряет в своём весе меньше, чем поезд, идущий с
большей скоростью вокруг земной оси на восток. По этой же причине больше
36
изнашивается правый рельс, и поезда чаще всего сходят с рельсов в правую
сторону.
Елисей: Ты хочешь сказать, что причиной крутизны правых берегов рек в
Северном полушарии является суточное вращение Земли? На воду действует сила,
которая заставляет её не только двигаться вдоль русла, но и подмывать правый
берег, отступая от левого?
Ярослав: Вот именно так, вода стремится сохранить направление своей
скорости постоянной при вращении Земли.
Пересвет: Я читал, что это явление присуще всем рекам, текущим вдоль
меридианов.
10. Когда легче?
Пересвет: Как вы считаете, когда корабль легче, в лунную или безлунную
ночь?
Елисей: Конечно, в лунную, ведь Луна притягивает корабль.
Ярослав: Но ведь она притягивает также и Землю. И всё же в лунную ночь
корабль легче, хотя Луна притягивает не только корабль, но и весь земной шар.
Однако корабль находится к Луне ближе на 6370 км., чем центр Земли, поэтому
приливное ускорение его больше. Следовательно, в лунную ночь корабль
становится легче.
37
Луна
Одинаково таинственно и холодно светила и светит Луна древним героям
Эллады, для которых она была богиней Селеной, и нам, беспокойным сынам
двадцать первого века. Какие тайны хранит Луна, откуда она взялась?
Луна – самое близкое к нам небесное тело, поэтому изучена лучше всего. Это
единственный внеземной объект, на который ступала нога человека. Летом 1969
года ракета – носитель «Сатурн-5» с кораблем «Аполлон-11» взяла курс на Луну.
Первым землянином, ступившим на поверхность Луны, был американский
астронавт Нейл Армнстронг.
1. Обратная сторона Луны
«В учебнике астрономии сказано, что Луна вращается вокруг своей оси,
почему же с Земли мы видим только одну её сторону»? – размышлял вслух
Пересвет. Может быть, это произошло потому, что Луна вращается вокруг своей
оси с такой скоростью, что, двигаясь по орбите вокруг Земли, всегда обращена к
ней «лицевой стороной»? Друзья решили помочь товарищу и оживлённо
включились в обсуждение.
Ярослав: В результате трения приливные течения на Земле создают момент
сил, замедляющих вращение Луны вокруг собственной оси. Поэтому вращение
Луны вокруг своей оси синхронизировалось с обращением Луны вокруг Земли.
Благодаря такому синхронному вращению, Луна всегда обращена к Земле одной и
той же стороной.
Елисей: Так как расстояние от Луны до Земли по космическим меркам мало,
то по закону Всемирного тяготения Луна притягивается Землей и наоборот.
Поскольку нам теперь известно, что форма Земли не шар, а геоид, то центр масс
этой системы сосредоточен не в центре Земли. Поэтому Землю нельзя
рассматривать как точку. Она представляет собой как бы протяжённое тело.
Следовательно, Луна, притягивается то к одной, то к другой «части» Земли, в
результате в течение времени, потеряла своё собственное вращение и навсегда
осталась повернутой к нам одной своей стороной.
2. Восход Луны
– Ребята, – спросил Елисей, – Солнце у нас (если, конечно, безоблачная
погода) восходит каждый день. А каждый ли день восходит Луна?
Ярослав: Каждый день, вернее каждую ночь, ведь она обращается вокруг
Земли.
Пересвет: Так-то оно так, правильно, что обращается, но ты забыл, что
освещённость Луны зависит от её фазы, поэтому в новолуние она не видна. И
восходит Луна не как Солнце на востоке, а на западе.
38
Елисей: Всё верно, но, может быть, на Земле тоже есть такое место, откуда
наблюдатель может сутками не видеть Луны? Ведь существуют же полярные ночи.
Солнце, да и Луна, всякий раз восходят в разных точках.
3. Восход Земли
– Хорошо, мы выяснили условия восхода Луны на Земле. А как вы считаете,
восходит ли Земля на небе Луны? – спросил друзей Пересвет.
Ярослав: Вспомним, что Луна повернута к Земле всегда одной стороной.
Следовательно, для некоторых областей Луны, Земля никогда не восходит, а для
некоторых – никогда не заходит. Однако, благодаря либрациям (покачиванием оси
вращения), Земля у горизонта Луны описывает довольно сложную кривую. Поэтому
промежуточная зона поверхности Луны, в которой Земля восходит и заходит,
представляет собой огромное кольцо неправильной формы.
Елисей: Благодаря либрации, с Земли можно увидеть около 60 лунной
поверхности. Значит, с 40 лунной поверхности, видимой с Земли, Земля никогда
не заходит. На остальных 20 поверхности Луны Земля восходит и заходит.
4. Взгляд астронавта
– Интересно, где на небе Луны видел Землю астронавт, находящийся почти в
центре видимого для нас полушария Луны? – думал Ярослав, рассматривая карту
Луны с обозначенными на ней местами «прилунения» американских космических
аппаратов.
Пересвет: Здесь всё просто. Он видел Землю на такой же высоте, на какой в
это время находилась Луна. А сделать это просто, достаточно найти старые
календари и справочники.
Елисей: Ты хочешь сказать, что где бы астронавт ни находился, в центре
Луны, или на её полюсах, положение Земли для него не изменяется? Мне кажется,
положение Земли на небе Луны зависит от положения его на Луне. В данном случае
Земля будет находиться около зенита.
Ярослав: Я думаю, что всё, о чем вы говорите можно даже показать на
чертеже. Это будет и проще и нагляднее.
5. Лунная экспедиция
– Представьте себе, – вместо приветствия сказал Елисей, – что вам поручено
снарядить экспедицию на Луну. От каких предметов вы откажетесь сразу, и
почему? Вот эти предметы: скафандр и лодка, фонарь и громкоговоритель, спички,
звёздная карта, зонтик и часы, тёмные очки, флюгер.
Ярослав: Все эти предметы будут не нужны, кроме скафандра, потому что на
Луне нет атмосферы.
39
Пересвет: Ты не прав, на Луне нам потребуется ещё фонарь для ориентации в
тёмное время суток, звёздная карта, так как вид звёздного неба для Луны и Земли
практически одинаков.
Елисей: Добавьте сюда зонтик для защиты от метеоритов, часы для измерения
времени и тёмные очки для защиты от солнечного излучения.
6. Тяни – толкай
Луна вращается вокруг Земли, а Земля вместе с Луной – вокруг Солнца.
Интересно, как велико притяжение Луны к Солнцу по сравнению с её притяжением
к Земле? – спросил друзей Елисей. Раз Солнце «не забирает» у нас Луну,
следовательно, Земля притягивает её сильнее.
Ярослав: Нет, ты не прав, Солнце притягивает Луну почти в два раза сильнее,
чем Землю.
Елисей: Почему же мы до сих пор не потеряли Луну?
Пересвет: Луна, как и Земля, обращается вокруг Солнца, притяжение же
Земли вносит искажения в её орбиту. Вообще-то вокруг Солнца обращается центр
системы «Земля-Луна». Так как ускорения, которые получают Земля и Луна
примерно одинаковые, по этой причине Луна является спутником Земли, а не
самостоятельной планетой.
7. То блин, то полблина
– Друзья, сказал Елисей, – в одной из русских народных сказок о Луне есть
такие строчки: «То блин, то полблина, то та, то эта сторона». Между тем, когда
Луна находится низко над горизонтом, на блин она похожа меньше всего. Это
сплюснутый с полюсов большой красноватый диск.
Ярослав: Я думаю, это связано с земной атмосферой. Чем ниже Луна над
горизонтом, тем больше преломляется солнечный свет в земной атмосфере, тем
более расплывчатыми и красноватыми кажутся края Луны.
Елисей: Если рассмотреть случай, когда диаметр Луны находится точно на
линии горизонта, то за счёт преломления света верхний край Луны будет виден под
углом чуть больше 0,5 градусов истинного положения. Причём и видеть мы его
будем ниже действительного положения. В результате вертикальный диаметр Луны
кажется несколько меньше, чем в действительности.
Пересвет: Получается, что вертикальный диаметр Луны меньше
горизонтального?
Елисей: Да, поэтому у горизонта Луна и принимает форму эллипса.
8. Кровавый цвет
– Мы так и не разобрались до конца, почему у горизонта жёлтая Луна кажется
красноватой. Да и во время лунного затмения, когда она попадает в тень Земли,
40
становится красной. В древности так и говорили, что «месяц обливается кровью», –
начал разговор Елисей.
Ярослав: Когда Луна закрыта от Солнца Землёй, то солнечный свет может
попасть на её поверхность благодаря преломлению лучей света в земной атмосфере
(по периметру земного диска). Однако при таком преломлении теряется более
коротковолновая (синяя) область видимого спектра и остаётся более
длинноволновая (красная).
Пересвет: Дело в том, что свет, отклоняющийся на угол достаточный для
освещения Луны – красный. Подобным «обрезанием» солнечного спектра
атмосферой Земли объясняется красный цвет неба при заходе и заходе Солнца.
Елисей: Не знаю, кто из вас прав, но ясно одно. Цвет Луны зависит от
атмосферы Земли. Поэтому при наблюдениях Луны она может (в зависимости от
условий) быть серой, светло-голубой, жёлтой, оранжевой, красной.
9. Кто куда?
Прошло уже достаточно много времени, и ребята поняли, что они
заблудились. – Если у нас есть часы и видно Луну, мы без труда найдем дорогу, –
сказал Пересвет. Во время новолуния Луна в 7 часов утра бывает на западе, в 19
часов – на востоке, а в час ночи – на юге.
Елисей: Молодой, растущий месяц в 19 часов бывает на юге, а в час ночи – на
западе.
Ярослав: Старый убывающий месяц в 7 часов утра бывает на юге, а в час ночи
– на востоке.
Кто из них прав?
10. Прогноз погоды
– Как вы думаете, ребята, – задал друзьям вопрос Елисей, – Какая погода на
Луне?
Ярослав: Сухо, солнечно. Днём жарко, ночью холодно.
Пересвет: Если под погодой понимать состояние атмосферы, то ни какой,
потому что на Луне нет атмосферы.
41
На Луне
Ни сумрака, ни воздуха, ни вод.
Лишь острый блеск гранитов, сланцев, шпатов.
Ни шлейфа зорь, ни веера закатов
Не озаряют лунный небосвод
Своим названием Луна обязана славянскому слову «лунь» – седой.
Следовательно, слово «Луна» обозначает «седая». Она так велика и близка к нам,
что может изменить форму Земли, вызывая приливы и отливы. На Луне нет
атмосферы, а значит, ни красок, ни звуков, ни дождя, ни ветра, ни облаков. На Луне
царит вечное безмолвие, тишина и покой.
Отсутствие атмосферы приводит к тому, что вся её поверхность усеяна
кратерами – следами падения метеоритов. Кратеры лучше всего видны вблизи
терминатора – границы тёмной и освещённой части Луны. Исследования Луны
подтвердили представление о ней, как о грандиозной пустыне. В полдень
температура поверхности на Луне поднимается до +100С, а ночью ощутимо
холодно до –150С. Однако рыхлая поверхность Луны – реголит сглаживает эти
колебания температуры уже на глубине 1 метр. Исследованиями последних лет
окончательно доказана полная безжизненность, стерильность Луны.
1. Сумерки на Луне
Был поздний вечер. Друзья с нетерпением поглядывали на небо.
Пересвет: Пока смеркается, посидим в сумерках. Как вы думаете, бывают ли
на Луне сумерки?
Ярослав: Конечно, бывают. Ведь сумерки это промежуток времени, в течение
которого день переходит в ночь.
Елисей: Сумерки – это промежуток времени между заходом Солнца и
появлением звёзд. Различают гражданские сумерки – появление наиболее ярких
звёзд и астрономические – появление всех звёзд. Но на Луне сумерек нет. Так как
день и ночь там наступают мгновенно.
Ярослав: Почему?
Пересвет: Чтобы существовали сумерки, нужна атмосфера. Заходящее за
горизонт Солнце освещает атмосферу и свет рассеивается. Если бы не было
атмосферы, то звёзды были бы видны днём, и на чёрном небе сияло бы яркое
Солнце.
2. Посадка на Луну
Фильм был интересный: там была показана сцена прилунения нескольких
космических кораблей. Они с шумом и грохотом прилунялись на поверхность
Луны, при этом вокруг поднимались огромные облака пыли.
Пересвет: Очевидно, сценарист абсолютно незнаком с астрономией, да и
физику знает плохо, иначе он бы не допустил такой глупой ошибки.
42
Ярослав: Что тебе показалось ошибкой?
Пересвет: Звуковые эффекты.
Елисей: Не будем забывать, что это фантастический фильм, поэтому звуковые
эффекты умышленно увеличены. Конечно, приземляющийся корабль будет
издавать звуки, и человек их услышит, если посадка происходит в его зоне
видимости.
Пересвет: Даже находясь в зоне видимости, человек не услышит никаких
звуков, так как на Луне нет атмосферы, там практически безвоздушное
пространство. Звук в этом случае не распространяется.
Ярослав: А я думаю, что всё же человек, находящийся недалеко от места
прилунения космического корабля, услышит очень слабый звук. Этот звук будет
распространяться по твердым телам. В месте прилунения деформируется
поверхность Луны, она колеблется, эти колебания будут передаваться и по скелету
человека. (Точно так же мы слышим свой собственный голос, поэтому не случайно,
если его записать, например, на магнитофон, а затем воспроизвести, то мы свой
голос не всегда узнаём.) Но если в момент приземления корабля человек
подпрыгнет, то он ничего не услышит.
3. Урок физкультуры
После того, как Елисею, наконец, покорилась высота 1,25м., учитель
физкультуры сказал: «Молодец, а лучшие прыгуны на Земле преодолевают планку
на высоте более двух метров. Как высоко они могли бы прыгать на Луне, где сила
тяжести в шесть раз меньше»? Весь класс дружно включился в обсуждение.
Большинство склонялось к тому, что высота будет около 12 метров. Однако наши
старые знакомые думают иначе.
Пересвет: Вовсе не 12 метров, как нам кажется. Дело в том, что спортсмен
отталкивается от Земли в вертикальном положении, а планку проходит в
горизонтальном. Следовательно, берёт высоту не столько силой, сколько
хитростью.
Ярослав: Ты прав. Центр масс спортсмена перед прыжком находится
примерно на высоте 1,5м. В момент прохождения планки – около 2,1м. То есть он
поднимается только на 0,9м. Значит, затрачивая ту же энергию, что и на Земле,
спортсмен поднял бы центр масс своего тела на Луне на высоту h=0,9*6=5,4м. и
таким образом прошел бы на высоте 1,2м+5,4м=6,6м. Это почти вдвое ниже того,
что казалось нам с первого взгляда!
Елисей: Я считаю, что если закон Всемирного тяготения содержит не
линейную, а квадратную зависимость силы от расстояния, то при уменьшении силы
тяжести в шесть раз расстояние должно увеличиться почти в 5 раз. Так как F1\F2=6,
то R2\R1=36. Следовательно, R2=R1*6=2*2,5м=5м.
43
4. Сила Архимеда
После не совсем удачного заплыва на 50 метров в бассейне Елисей
мечтательно произнес: «Если бы это было на Луне, мой результат был бы намного
лучше». Прав ли он?
Ярослав: Всё было бы так же, как и на Земле. Если его вес на Луне
уменьшится в 6 раз, то в 6 раз уменьшится и вес вытесненной воды. Соотношение
между этими силами осталось бы таким же. Значит, на Земле и на Луне пловец
погрузится на одинаковую глубину.
Пересвет: А я думаю, если сила тяжести на Луне меньше в 6 раз чем на Земле,
то, очевидно, что пловец погрузится в воду на меньшую глубину.
Елисей: Пожалуй, прав Пересвет. Если вес пловца станет меньше в 6 раз, он в
6 раз меньше будет притягиваться Луной и, значит меньше погрузиться в воду.
5. Компас
Ярослав: Может ли космонавт, высадившийся на поверхность Луны,
ориентироваться на ней с помощью компаса?
Пересвет: Нет, не может, так как на Луне нет магнитного поля.
Елисей: А я считаю, что может. Как же тогда ориентировались американские
астронавты и автоматические межпланетные станции, посетившие Луну?
Ярослав: Может быть, астронавты передвигались по Луне в зоне прямой
видимости, а автоматические межпланетные станции ориентировались при помощи
радиоволн с Земли?
6. Радиоволны и звук
– Друзья, в задаче про компас мы говорили о том, что автоматические лунные
станции, как и все космические корабли, имеют радиоуправление с Земли. В то же
время мы знаем, что на Луне нет атмосферы, и звук там не распространяется. Как
же тогда переговаривались астронавты на Луне? – задал свой очередной вопрос
Ярослав.
Елисей: Ты смешиваешь понятия звуковых волн и радиоволн. Звук
обуславливается механическими колебаниями в упругих средах. Передача
колебаний от звучащего тела происходит через эту среду, например, воздух. В
воздухе при этом происходит колебание плотности. Распространение колебаний в
этом случае означает передачу колебаний от одних частиц воздуха к другим.
Пересвет: Радиоволны – колебания совершенно иной природы. Это
электромагнитные волны, представляющие собой передачу колебаний,
электрических и магнитных, полей. Электромагнитные волны могут
распространяться и в безвоздушном пространстве.
44
7. Ракета на горизонте
В одном фантастическом видеофильме отважные астронавты, выбравшись из
люка своей ракеты, не спеша, двинулись к видневшемуся на горизонте
космическому кораблю. Примерно через полчаса они были у цели. «Интересно, –
сказал вслух Ярослав, – могли ли они видеть ракету на таком расстоянии»?
Елисей: Давайте посчитаем. Если астронавты не спешили, то есть шли со
скоростью примерно 5 км.\час, то через полчаса они пройдут около 2,5км. Теперь
остается узнать, на каком расстоянии находится линия горизонта на Луне.
Пересвет: На Земле линия горизонта удалена на расстояние примерно в 10
км. На таком расстоянии друг от друга раньше строились колокольни церквей. Нам
известно, что радиус Луны в 4 раза меньше радиуса Земли, значит линия горизонта
на Луне так же в 4 раза ближе, чем на Земле, значит, находится на расстоянии 2,5км.
Следовательно, они могли видеть ракету на таком расстоянии.
Ярослав: Вы забыли о рефракции, явлении искривления светового луча. Дело
в том, что на Земле есть атмосфера, поэтому линия горизонта, вследствие
рефракции, кажется нам дальше – на расстоянии примерно 10 км., хотя на самом
деле она значительно ближе. На Луне атмосферы нет, поэтому линия горизонта
будет ближе 2,5 километров. Значит, астронавты не могли видеть ракету на таком
расстоянии.
8. Метеорные потоки
Ребята сосредоточенно глядели в небо, наблюдая метеорные потоки Персеид.
Они старательно фиксировали количество и характеристики метеоров.
Приближался очередной максимум метеорного потока, поэтому нужно было быть
особенно внимательным. Вдруг небо затянули тучи, и дальнейшее наблюдение
стало невозможным.
– Ну, вот, готовились, готовились, а максимум увидеть так и не удалось. Если
бы это было на Луне, никаких сюрпризов бы не было. Там нет ни туч, ни облаков,
всегда идеальные условия для наблюдений, – разразился целой речью Пересвет,
собирая звёздные карты и стандарты.
Елисей: По-моему, ты не прав. Ведь метеоры мы и видим как раз потому, что
это атмосферное явление. Метеорное тело, врезаясь в атмосферу Земли,
разогревается и начинает светиться. По этой же причине на Луне нельзя видеть и
полярные сияния.
Пересвет: Интересно, зачем же тогда астрономы стремятся вынести
телескопы за пределы земной атмосферы. Примером может быть космический
телескоп Хаббла.
Ярослав: Известно, что тепловые атмосферные потоки на Земле существенно
сказываются на результатах наблюдений. А на небе можно наблюдать не только
метеорные потоки, но и многое другое. Луна была бы идеальным местом для
наблюдений.
45
9. След Нейла Армстронга
Рассматривая старые журналы, ребята увидели фотографию следов Нейла
Армстронга на Луне. С тех пор прошло около 50 лет.
– Интересно, сказал Ярослав, – сохранился ли этот след теперь?
Елисей: Я думаю, что сохранился. Ведь на Луне нет ветра, дождя, снега.
Правда, за 50 лет на этом месте могли упасть различные метеориты и изрыть след
своими кратерами.
Пересвет: Из-за резкого перепада температур дневной и ночной стороны
Луны след должен растрескаться и рассыпаться.
Ярослав: Я думаю, что след сохранился, так как известно, что поверхность
Луны покрыта слоем пыли. Если следы оставлены на этом слое, то они останутся,
но вероятнее всего будут не достаточно четко просматриваться, в основном из-за
температурных колебаний.
10. «Окололунное» свечение
Космонавты, наблюдающие за Луной, заметили, что в тот момент, когда
солнечный диск вот-вот должен выйти из-за Луны, возникла слабая светимость,
происходившая от короны Солнца, и одновременно с ней едва заметный
зодиакальный свет, обычно связываемый с присутствием межпланетной пыли.
Затем, как только появлялись солнечные лучи, свечение исчезало. Изучение этих
эффектов показало, что кроме зодиакального света и свечения короны появляется
вблизи лимба (видимого края Луны) на высоте нескольких километров над её
поверхностью ещё и необычное горизонтальное свечение, порождаемое рассеянием
света газами и пылью. Но достоверно известно, что у Луны нет атмосферы,
следовательно, не может быть большого количества взвешенного вещества, чтобы
вызывать свечение. Какова же природа этого свечения? («Окололунное свечение».
Журнал «Физика в школе». 1997. N1, Стр. 9).
46
Пересвет: Знаю, читал, и даже наблюдал, что свет, проходя через атмосферу,
вызывает свечение атмосферы. Так как в атмосфере содержатся частички пыли и
газа, на которых солнечные лучи поглощаются или отражаются. Следовательно, и
на Луне есть атмосфера, но очень слабая по концентрации, поэтому и наблюдается
слабое свечение.
Елисей: Думаю, что природа свечения в другом. Да, около Луны нет
атмосферы, но на поверхности Луны есть достаточно много пыли, которая
поднимается над Луной на несколько километров.
Пересвет: Скажешь тоже, почему она поднимается? Если нет атмосферы, нет
переноса вещества струями газов, не может быть конвективных потоков.
Ярослав: Я думаю, причина в другом: кванты света «бомбардируют»
поверхность Луны. Согласно закону фотоэффекта, кванты выбивают
фотоэлектроны, а если в теле (пылинке) содержится недостаток электронов, то
пылинка заряжается положительно. Таких пылинок много, они начинают
взаимодействовать друг с другом и в результате поднимаются над лунной
поверхностью на несколько километров, они, рассеивая свет, и вызывают
«окололунное» свечение.
47
Задачи затмений
Затмения Луны и Солнца раньше наводили суеверный ужас на людей, они
считались предвестниками войн и эпидемий. Сохранилась легенда о том, как один
из мореплавателей «забрал» у туземцев Луну в ответ на то, что они оказались дать
матросам продовольствие. Когда растерявшиеся аборигены выполнили все условия
мореходов, Луна была благополучно «возвращена» на место. Причина солнечных и
лунных затмений заключается в том, что при лунном затмении Луна попадает в тень
Земли, а при солнечном – тень Луны попадает на поверхность Земли. Отсюда легко
понять, что солнечное затмение может быть только в новолуние, а лунное – в
полнолуние, но не в каждое. Дело в том, что плоскость движения Луны вокруг
Земли наклонена к плоскости эклиптики под углом примерно 5 градусов. Поэтому,
даже если угловое расстояние между Луной и Солнцем, измеряемое по эклиптике, и
будет равно нулю, Луна может оказаться выше или ниже эклиптики, а её тень может
и не упасть на Землю.
1. Наблюдения без телескопа
Ярослав: Ребята, говорят, что если во время солнечного затмения посмотреть
на тень листвы дерева, то на земле можно увидеть изображение солнечного диска,
перекрываемого земной тенью. Значит, наблюдения солнечного затмения можно
вести без телескопа? Почему это возможно?
Пересвет: Эти изображения создаются благодаря маленьким просветам в
листве дерева, подобно тому, как это происходит в камере-обскуре.
Елисей: Подобные изображения всегда возникают в солнечный день, однако,
они обычно незаметны на фоне рассеянного освещения. При солнечном же
затмении общая освещённость несколько уменьшается.
2. Кровавый цвет
Елисей: Раньше считали, что во время лунного затмения Луна «обливается
кровью», становится красной. Это действительно было 4 апреля 1996г., когда мы с
вами наблюдали лунное затмение. Почему Луна, попадая в тень Земли, становится
красной?
Ярослав: Даже в том случае, когда Луна закрыта от Солнца Землей,
солнечный свет может попасть на неё благодаря преломлению в земной атмосфере
по периметру земного диска. Однако, при таком преломлении теряется более
коротковолновая часть видимого спектра и остается только длинноволновая
(красная). Поэтому тот свет, который отклоняется на угол, достаточный для
освещения Луны, красный.
Пересвет: Скорее всего – красный цвет это проявление эффекта Доплера Физо, связанного с изменением длины световой волны. В нашем случае удлинение
48
волны ведет к покраснению Луны. Подобным «обрезанием» спектра объясняется
красный цвет неба при восходе и заходе Солнца.
3. Когда и где?
Пересвет. Как вы думаете, можно ли наблюдать солнечное затмение 15
января в Мурманске?
Ярослав: Ответ однозначен. Если 15 января новолуние, то можно.
Елисей: Нет, нельзя. Ты забыл, что 15 января в Мурманске полярная ночь.
Ярослав: Хорошо, я согласен, а лунное в это же время?
Елисей: Если ты сказал, что 15 января – новолуние, то нельзя, если же в это
время полнолуние – можно.
Пересвет: По-моему всё это зависит от условий видимости Луны и Солнца, а
время здесь ни при чём.
4. Летом чаще, чем зимой
– Друзья, вы никогда не задумывались над вопросом, почему полные
солнечные затмения чаще всего бывают летом, а не зимой? – спросил учитель
физики.
Пересвет: Вспомним, что вследствие эллиптичности своей орбиты Земля
летом дальше от Солнца, чем зимой, следовательно, угловой диаметр Солнца летом
меньше, поэтому Луна может чаще полностью закрывать солнечный диск.
Ярослав: Летом Солнце высоко поднимается над горизонтом, поэтому
солнечное затмение лучше видно.
Елисей: Что касается солнечных затмений вообще (не только полных), то
летом они происходят чаще по причине большей продолжительности дня.
5. Затмения разных широт
Пересвет: Что-то совсем не пойму, почему в отчётах о солнечном затмении 9
марта 1997г. такая путаница. В отчётах южных и северных групп указана разная
продолжительность затмения. Почему самое продолжительное затмение в отчёте
южной группы?
Ярослав: Во время солнечного затмения тень Луны движется по поверхности
Земли в направлении с запада на восток. В ту же сторону вращается и наша Земля.
Скорость движения земной поверхности меняется от 0 на полюсах до 0,5 м/с на
экваторе. По этой причине наблюдатель в тропических странах может дольше
наблюдать солнечное затмение.
Елисей: Я уже говорил, что на длительности затмения сказывается разная
продолжительность дня. Поэтому в южных и тропических странах
продолжительность солнечного затмения больше.
49
6. Затмения на других планетах
Пересвет: Интересно, бывают ли солнечные затмения на других планетах,
например, на Марсе или Юпитере?
Елисей: Первым условием наступления солнечных затмений служит наличие
спутников.
Ярослав: У Марса и Юпитера есть спутники, значит, там могут быть
солнечные затмения. Правда, они не будут такими впечатляющими, как на Земле,
потому что эти планеты дальше от Солнца, чем Земля.
Пересвет: Здесь должно быть ещё второе условие: тень от спутника должна
достигать планеты, поэтому на Юпитере солнечные затмения бывают от всех
четырех галилеевых спутников, а на Марсе их вообще не может быть.
Елисей: А как вы думаете, ребята, бывают ли на вышеуказанных планетах
затмения спутников?
Ярослав: Как следует из решения предыдущей задачи, то да, могут.
Пересвет: Всё зависит от периодов обращения этих спутников.
7. Затмения на Луне
На одном из уроков ребята с интересом слушали рассказ Ярослава о
посещении Луны американскими астронавтами. Он подробно говорил о том, как
они двигались по Луне, что видели. В конце его выступления Елисей спросил: «Что
видит космонавт, находящийся на Луне, в момент солнечного затмения»? Тут все
зашумели, высказывая разные точки зрения.
Пересвет: Космонавт должен видеть тень Луны на Земле.
Ярослав: Ты, может быть, забыл, что у Луны два полушария?
Елисей: Значит, если космонавт находится на теневой стороне Луны, то он
видит тень Луны на Земле, если на освещённой – то яркое Солнце.
8. Лунное кольцо
Пересвет: Друзья, вы говорили, что солнечные затмения бывают разных
видов. Почему же не может быть кольцеобразного затмения Луны?
Елисей: Луна в 400 раз ближе к Земле, чем Солнце, а диаметр Земли
значительно больше лунного, по этой причине тень Земли всегда целиком
закрывает Луну.
Ярослав: Давайте вспомним условия наступления затмений, и всё станет ясно.
Этого не может быть потому, что лунное затмение видно на всей ночной стороне
Луны.
9. Вчера, сегодня, завтра
Елисей: Зная условия наступления затмений, мы можем предсказать их
наступление, как это делают астрономы. Например, вчера было полнолуние. Может
ли быть затмение Солнца завтра? Через неделю?
50
Ярослав: Поскольку солнечные затмения могут быть только в новолуние, то
завтра солнечного затмения быть не может. Не может его быть и через неделю.
Пересвет: Продолжительность периода обращения Луны вокруг Земли
примерно месяц и фазы Луны разделены по времени почти неделей, поэтому
солнечного затмения в указанное время быть не может.
Елисей: Послезавтра будет солнечное затмение. Будет ли сегодня лунная
ночь?
Пересвет: Да, будет. Только в этом случае Луна будет видна в фазе последней
четверти.
Ярослав: Здесь всё очень просто. Следуя логике предыдущего ответа, Луны не
будет видно.
10. Дневная ночь
Пересвет: В учебнике астрономии написано, что во время солнечного
затмения дневной свет настолько ослабевает, что на небе можно видеть яркие
звёзды и планеты. Почему же нельзя видеть все звёзды?
Елисей: Солнечный свет преломляется по периметру диска Луны, и часть его
попадает в область тени полной фазы затмения.
Ярослав: Может быть, причина в том, что солнечное затмение бывает видно на
узкой полосе полной фазы. Солнечный свет, отражаясь от освещённой части Земли,
частично попадает и в полосу этой полной фазы.
51
Солнечная система
Солнечная система представляет собой слаженный природный механизм.
Вокруг центрального светила – Солнца обращаются девять планет: Меркурий,
Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Нептун, Плутон. (Плутон в последнее время
не считается планетой солнечной системы. Мы учитываем это обстоятельство во
всех задачах, где говорится о Плутоне). У некоторых планет есть спутники. Кроме
того, в солнечную систему входят астероиды и метеорные тела, а так же кометы.
Законы движения небесных тел были установлены немецким учёным Иоганном
Кеплером и носят его имя.
Когда-то считалось, что Земля находится в центре, а планеты, Луна и даже
само Солнце обращаются вокруг неё. Отголоски этих представлений сохранились
до сих пор. Мы говорим: «Солнце всходит», «Солнце заходит».
О том, что видимое и действительное не одно и тоже, первым догадался
польский астроном Николай Коперник. В центр нашей системы он поместил
Солнце, а Землю объявил рядовой планетой.
1. Неисповедимые пути планет
– Ребята, – поделился Елисей своим открытием с друзьями, – я сравнил наши
наблюдения планет за последние два года и пришел к выводу, что Луна и планеты
наблюдаются только в зодиакальных созвездиях. Между тем, термин планета – в
переводе с греческого означает «блуждающая». Что вы можете сказать по этому
поводу?
Ярослав: Вероятно, причина в том, что плоскости орбит планет совпадают с
плоскостью эклиптики. Значит, планеты могут находиться только в тех же
созвездиях, что и Солнце, то есть – в зодиакальных.
Елисей: Если бы это было действительно так, то на звёздных картах
указывалось бы положение планет, однако там показан лишь путь Солнца –
эклиптика. Плоскости орбит планет и эклиптики не совпадают, а составляют угол
меньшие 7 градусов. Луну и планеты мы действительно наблюдаем в зодиакальных
созвездиях, но всякий раз в разных точках.
Пересвет: Я думаю, что причина в том, что продолжительность года у нас
разная; и в одно и то же время, например 15 октября, планеты могут находиться в
разных созвездиях. Поэтому их и не указывают на звёздных картах.
2. Ошибка художника
Известно, что писатели и художники иногда при изображении и описании
природы допускают нелепости и ошибки. Так случилось и в этот раз. Перебирая
новогодние открытки, Пересвет на одной из них заметил, что художник изобразил
звезду, между «рогами» старой Луны. Он решил показать эту находку своим
друзьям.
52
Елисей: Такого не может быть, потому что Луна намного ближе к Земле, чем
самая близкая звезда.
Ярослав: Ты не прав. Лучи света, идущие от далеких звёзд, могут
искривляться и «рисовать» изображение звезды на диске Луны. Подобным образом
возникают миражи на Земле.
Пересвет: Мне кажется, что всё это игра света и зависит от времени года и
суток. Бывают же такие ситуации, когда на небе одновременно видно и Луну, и
Солнце, и звёзды.
3. Открытие Ломоносова
Ярослав: Друзья! Знаете ли вы, что 26 мая 1761 года М. В. Ломоносов,
наблюдая прохождение Венеры по диску Солнца, открыл на ней атмосферу.
Интересно, а может ли случиться прохождение Марса по диску Луны? Или
Меркурия?
Пересвет: Так как Меркурий – внутренняя планета, то Луна может его
закрыть, а Марс – внешняя и Луна его не закроет.
Ярослав: Внешняя, внутренняя… . Какая разница? Все планеты значительно
дальше от Земли, чем Луна. Поэтому ни Марс, ни Меркурий по диску Луны пройти
не смогут. Помните, мы делали работу, которая так и называлась «Покрытие звёзд и
планет Луной». Именно Луной, потому что она ближе к Земле.
Елисей: Смотря откуда смотреть. Если с Земли, то ты прав, если с других
небесных тел или космических аппаратов – нет. Здесь тоже все относительно.
4. Не верь глазам своим...
Пересвет: Ребята, сегодня Луна значительно ближе к Земле. Посмотрите,
какая она большая, круглая и красноватая! (На востоке медленно поднималась
действительно большая и красноватая Луна. Но уже через некоторое время она
приняла обычный вид). В чём здесь дело?
Ярослав: Угловой диаметр Луны больше, когда она находится у горизонта, а
не вблизи зенита. Угловые размеры Луны определяются её линейными размерами,
расстоянием до наблюдателя и свойствами атмосферы. Если линейные размеры
Луны остаются постоянными, то слой атмосферы от наблюдателя до горизонта
больше, чем от наблюдателя до зенита.
Елисей: Покраснение лунного диска и его сплющивание с полюсов мы уже
разбирали раньше. Всё это справедливо и для Солнца и вызвано преломлением
лучей света в земной атмосфере, рефракцией. Благодаря рефракции день становится
несколько длиннее. Солнце видно, когда оно ещё (или уже) находится под
горизонтом. Вспомните, что по утрам и вечерам Солнце тоже большое и красное.
Пересвет: Может быть, всё это просто обман зрения, оптическая иллюзия?
Примером здесь может служить такой факт: диаметр Солнца в 400 раз больше
53
диаметра Луны, а на небе они кажутся одинаковыми. Здесь всё дело в том, что
Солнце находится дальше, чем Луна.
5. Все цвета радуги
Елисей: Как хорошо на нашей планете, – синее небо, розовые восходы и
закаты. Если цвет неба зависит от состава атмосферы, то на разных планетах небо
должно иметь разный цвет!
Пересвет: Ты абсолютно прав. На Марсе – небо красное. Недаром планету
Марс назвали в честь бога войны. В марсианском небе сильнее всего рассеиваются
лучи красного участка спектра.
Ярослав: А на Венере небо оранжевое. Помните старую песенку: «Оранжевые
мамы оранжевым ребятам оранжевые песенки оранжево поют»? Все это
справедливо для Венеры, так как в атмосфере Венеры сильнее всего рассеиваются
оранжевые лучи.
Елисей: На Меркурии и Луне небо абсолютно чёрное, поскольку они лишены
атмосферы. На других же планетах может встретиться и жёлтое, и зелёное небо, то
есть небеса могут иметь все цвета радуги – в зависимости от плотности и состава
атмосферы.
6. Найди отличие
Ярослав: Давайте подумаем, чем ещё, кроме цвета, отличается вид звёздного
неба на разных планетах нашей Солнечной системы?
Пересвет: Звёздное небо может отличаться видом Солнца и Луны. Чем
дальше планета от Солнца, тем меньше будет его угловой размер. Самое большое
Солнце на Меркурии, самое маленькое – на Плутоне.
Ярослав: Мне кажется, что никакого отличия не будет, так как все звёзды
слишком далеки от нас и перемещение на несколько астрономических единиц не
вызовет заметного изменения вида звёздного неба.
Елисей: Небо будет отличаться видом и положением Солнца, планет и их
спутников. Звёзды будут теми же.
7. Пепельный свет
Елисей: Я заметил, что сегодня Луна, поднимаясь от горизонта узким серпом,
сразу же после захода Солнца имела необычный, так называемый «пепельный»
свет. Почему?
Ярослав: «Пепельный свет» – бледно-серый цвет тёмной части Луны – бывает
вскоре после новолуния на западе, когда виден узкий серп молодого месяца, либо
до новолуния на востоке, когда виден старый месяц.
Пересвет: Освещённость тёмной части Луны при заходе или восходе Солнца
обусловлена светом, отражённым от земной атмосферы и поверхности Земли.
Елисей: Значит в других фазах Луны «пепельный свет» не виден?
54
Пересвет: Совершенно верно, потому что более яркий свет лунного диска,
обусловленный отражением солнечного света, затмевает свет, отражённый от
Земли.
8. Кстати, о фазах Луны...
Пересвет: А вы задумывались над тем, почему, собственно, меняется вид
Луны?
Ярослав: Существует четыре основных фазы Луны: новолуние, первая
четверть, полнолуние, последняя четверть... Такое чередование можно объяснить
различной удаленностью Луны от Солнца. Если Луна находится ближе к Солнцу,
чем Земля, то и освещена она лучше, а нам кажется, что она более яркая, полная.
Пересвет: Я с тобой не согласен, Солнце всегда освещает выпуклую сторону
Луны. Если освещает больше, то и лунный свет сильнее. Поэтому Луну можно
использовать в качестве ориентира.
Елисей: Это не самое главное. Причина изменения вида Луны для земного
наблюдателя заключается в том, что в разные дни он видит разные части
освещённой Солнцем стороны Луны вследствие изменения положения трех тел:
Луны, Земли и Солнца.
9. Фантастика!
Ярослав: В одном фантастическом романе описывается гибель всего живого
на Земле из-за внезапного угасания Солнца. Заканчивается он такими словами:
«Только серебристая Луна освещала мрачные оледенелые просторы мёртвой
Земли». Что вы можете сказать по поводу такого описания?
Елисей: Поскольку Луна светит отражаемым светом Солнца, то с угасанием
Солнца погасла бы и Луна.
Пересвет: Не совсем так. Угасание Солнца мы могли бы наблюдать
несколько минут. Причем сначала погасла бы центральная часть Солнца. Как бы это
отразилось на Луне, я не знаю.
Ярослав: Если Солнце погаснет внезапно, то Земля не сразу станет мёртвой и
оледенелой. Есть еще тепловая инерция Земли и земной атмосферы.
10. Апекс Солнца
(Апекс – точка небесной сферы, в направлении которой движется Солнце со
скоростью 19,5 км \ с.).
Пересвет: В справочнике по астрономии написано, что Солнечная система
движется в направлении созвездий Лиры и Геркулеса. Интересно было бы узнать,
скоро ли мы до них долетим?
Ярослав: Вопрос не имеет смысла, так как созвездие – пространственная
фигура. Звёзды в нём могут быть разделены сотнями световых лет. До одних звёзд
мы долетим раньше, до других – позже.
55
Елисей: Нет ничего проще. Узнаем расстояние до этих созвездий, поделим на
скорость 19,5 км \ с и получим искомое время.
Пересвет: Может быть, скорость движения изменится, и тогда все твои
расчеты окажутся неверными.
56
Солнце
Солнце. Центральное и самое массивное тело в нашей планетной системе. Его
величина огромна. Оно дает нам тепло и свет. Более 4,6 млрд. лет жизнь на Земле
поддерживается солнечной энергией. Она превращается растениями в химическую
энергию. Осознавая живительную роль таинственного Солнца, люди считали его
божеством.
Для древних греков этот пылающий диск был богом Гелиосом, славяне
называли его – Ярило. Может быть, отсюда и произошли такие слова как
«яростный», «яркий»?
Спустя тысячелетия, Солнце является для нас не менее таинственным, хотя
мы знаем о нём довольно много. Особый интерес представляют солнечно-земные
связи. Например, почему погода и рост растений на Земле испытывают изменения в
связи с периодом солнечной активности? Что служит источником неиссякаемой
энергии Солнца? Загадки, которые нам задаёт Солнце, открывают нам новые
горизонты познания.
1. Красно солнышко
Елисей: Ребята, а вы не скажете, какого все-таки цвета наше Солнце?
Пересвет: Как написано в книжке, Солнце – это жёлтый газовый шар. Жёлтая
звезда-карлик с температурой поверхности около 6000К.
Ярослав: По-моему, Солнце – красная звезда. Доказательством могут служить
наши утренние наблюдения и песни, где есть такие строчки:
«Умывает красно солнышко, Руки теплые в росе...»
Елисей: В устном народном творчестве слово «красное» означает красивое, а
покраснение солнечного диска у горизонта во время утренних наблюдений –
проявление эффекта Доплера.
2. Зелёный луч
Летом наши друзья отдыхали на море. Однажды рано утром они решили
пронаблюдать восход Солнца в южных широтах. Изумлению их не было предела.
Перед восходом Солнца неожиданно блеснул изумрудно-зелёный луч, и немного
позже взошло ярко-красное Солнце огромного размера, сплюснутое с полюсов.
«Как бы это все объяснить»? – задались вопросом мальчики.
Ярослав: Деформация солнечного диска, искажение его правильной формы,
по-моему, следствие земной рефракции. Красный цвет Солнца мы уже
рассматривали в предыдущей задаче, а увеличение размеров Солнца у горизонта –
просто оптический обман зрения.
Пересвет: Мне кажется, что происхождение зелёного луча объясняется
дисперсией солнечного света, особенно заметной у горизонта. Лучи света, проходя
сквозь толщу атмосферы, частично рассеиваются, и мы обычно видим не все, а
57
только жёлтые и красные. Следует добавить, что в момент восхода Солнца должен
появиться и фиолетовый луч, но он тоже рассеивается атмосферой. И только
сравнительно редко при большой прозрачности воздуха и в условиях ровного
морского горизонта, как у нас сейчас, можно увидеть зелёный луч, а при
исключительной прозрачности и аномальной рефракции и еще более редкий –
голубой луч.
Ярослав: Твои объяснения не вполне логичны. Голубой цвет неба также
является следствием рассеяния солнечного света в атмосфере Земли. Почему же
одна и та же причина – рассеяние света приводит к разным последствиям: Солнце
жёлтое, а небо голубое? Значит короткие (голубые) и длинные (жёлтые) волны
рассеиваются одинаково?
Елисей: Я думаю, объяснение этого эффекта можно дать на основе законов
преломления света. Перед восходом Солнца вначале появляются короткие –
голубые и зелёные лучи, а затем более длинные – жёлтые и красные, последние
испытывают меньшее лучепреломление, поэтому мы их чаще всего и наблюдаем.
3. Направление теней
Пересвет: Ребята, мы уже довольно долго отдыхаем на юге и вы, наверное,
успели заметить особенности движения Солнца в южных широтах. Не скажете ли,
куда направлены тени от вертикально стоящих предметов в полдень?
Елисей: Довольно простой вопрос. Отвечаю как на уроке. В полдень тени от
вертикально стоящих предметов направлены на север.
Ярослав: Это справедливо только для районов от северного полюса до
северного тропика. В южном полушарии за южным тропиком тени в полдень могут
иметь направление на юг. Между тропиками полуденная тень полгода направлена
на север, полгода – на юг. А при зенитном положении Солнца тень исчезает вообще,
так как попадает в основания вертикально стоящих предметов.
Елисей: Если я тебя правильно понял, направление тени меняется каждый
день.
4. Солнечный газ
Ярослав: Слушайте, интересное совпадение. Инертный газ гелий в переводе с
греческого означает «солнечный». Какое отношение имеет он к Солнцу,
находящемуся от нас на гигантском расстоянии в 150 миллионов километров?
Пересвет: Я недавно прочитал, что гелий получил своё название потому, что
впервые был обнаружен на Солнце. Во время одного из солнечных затмений 1868
года при изучении спектра солнечных выступов (протуберанцев) учёных
заинтересовала неизвестная ранее жёлтая линия. Ни одно из известных в то время
веществ не имело её в своём спектре. Поэтому...
Елисей: Поэтому неизвестное вещество, найденное на Солнце, и решили
назвать именем самого Солнца – гелием.
58
Пересвет: Точно.
Елисей: Странно, что учёные обратили своё внимание на протуберанцы лишь
в 19 веке, ведь затмения Солнца известны очень давно.
Ярослав: Мне кажется, своё название гелий получил из-за своей
ослепительной яркости и высокой температуры, при которой он был получен. Так,
например, по цветам наиболее ярких линий в спектрах, были даны названия
металлов: рубидий – «темно-красный», цезий – «голубой».
5. Источник энергии
Пересвет: Я думаю, теперь мы сможем ответить на вопросы: Почему светит
Солнце? Откуда берётся та огромная энергия, которую Солнце излучает во все
стороны?
Ярослав: Мы уже знаем, что Солнце состоит из водорода и гелия с небольшой
долей других элементов. В раскалённых недрах Солнца ядра водорода сливаются,
образуя более тяжёлые ядра гелия. При этом и выделяется энергия, благодаря
которой Солнце светит и греет.
Хотя ежеминутно Солнце теряет около 240 млн. тонн массы на излучение, но
1 всей массы, по подсчетам учёных, оно потеряет только за 150 миллиардов лет.
Елисей: Скорее всего, солнечная энергия выделяется в результате
гравитационного сжатия Солнца. Солнце имеет громадную массу – 2*1030 кг.
Гравитационное сжатие приводит к тому, что температура Солнца в его центре
составляет около 13 млн. градусов, давление – 200 миллиардов атмосфер и
плотность – более 130 г/см3. Эти цифры убедительно доказывают причины
гравитационного происхождения солнечной энергии.
6. Неблагоприятные дни
Сегодня наблюдения проводить не будем, – сказал Ярослав, откладывая
газету. Неблагоприятный день, магнитные бури.
Пересвет: Почему же он «неблагоприятный»? «Вроде всё как всегда, то же
небо голубое. Тот же лес, тот же воздух и та же вода...».
Ярослав: Неблагоприятный день в геофизическом отношении. Скорее всего,
это связано с излучением Солнца. Дело в том, что помимо электромагнитного
излучения, Солнце посылает нам ещё потоки заряженных частиц, которые
взаимодействуют с земной атмосферой и вызывают полярные сияния, возмущения
магнитного поля (магнитные бури).
Пересвет: Причина «неблагоприятных дней» объясняется появлением
известных нам озоновых дыр, которые периодически образуются над разными
участками земной поверхности.
Елисей: Я думаю, что изменения магнитного поля связаны с хромосферными
вспышками на Солнце. Во время таких вспышек яркость хромосферы сильно
возрастает, так как резко увеличивается поток раскаленного газа и плазмы.
59
Мощность солнечного излучения при этом становится больше в миллионы раз
Однако, даже при самой сильной солнечной вспышке общее количество солнечной
энергии, приходящей на Землю от Солнца не превышает и одного процента.
Коротковолновое же излучение совсем не достигает Земли. Оно полностью
поглощается в высоких слоях атмосферы.
7. Годичные кольца
На уроке биологии ребята узнали, что по кольцам на поперечном срезе дерева
можно определить его возраст. Выполняя лабораторную работу, Ярослав сделал
открытие. Оказывается толщина колец не одинаковая! Происходит периодическое
чередование узких и широких колец. Вначале наблюдается увеличение скорости
роста колец в течение 10-11 лет, а затем уменьшение в течение так же примерно 1011 лет. Как это можно объяснить?
Елисей: Скорость роста дерева определяется количеством влаги, получаемой
деревом. Если скорость роста менялась, значит, с таким периодом менялся и климат
Земли. Например, происходило чередование влажных и засушливых лет.
Ярослав: А как можно объяснить периодическое изменение климата?
Пересвет: Если с периодом примерно в 11 лет меняется скорость роста
деревьев, значит, с такой периодичностью меняется получаемое деревом количество
солнечной энергии, улавливаемой деревом в процессе фотосинтеза. Значит, с
периодом в 11 лет меняется и количество солнечной энергии, получаемой Землей.
Таким образом, период солнечной активности и составляет примерно 11 лет.
8. Солнечные пятна
С особой тщательностью ребята готовились к первому телескопическому
наблюдению Солнца. Ярослав принёс тёмный светофильтр и установил его в
окуляре телескопа. «Ты забыл протереть окуляр», – сказал Пересвет. «На Солнце
какие-то пятна».
Елисей: Всё правильно. Пятна на Солнце наблюдал ещё Галилей. Число таких
пятен и является характеристикой солнечной активности. Чем больше пятен, тем
больше энергии получает Земля.
Ярослав: Может ты и прав насчет Галилея, только мне кажется, что тёмные
пятна образуются не на поверхности Солнца, а в его атмосфере, подобно
фраунгоферовым линиям в спектре Солнца. Тем более что на разных фотографиях
Солнца число пятен различно.
Пересвет: Почему же пятна тёмные?
Елисей: В тех местах, где образуются пятна температура меньше, чем в
окружающем их пространстве. По контрасту с ослепительно яркой фотосферой они
и кажутся нам чёрными, хотя их температура довольно велика – до 4700К.
60
9. Машина времени
Приглашаю вас в путешествие в прошлое, – сказал Пересвет, наводя телескоп
на Солнце.
Ярослав: Как ты собираешься это сделать?
Пересвет: Делать ничего не надо. Взгляни в телескоп. Всё, что ты видишь и
есть прошлое.
Елисей: Давайте посчитаем, сколько времени идёт свет от Солнца до Земли.
До Солнца примерно 150 миллионов километров. Скорость света около 300000км/с.
Значит, свет от Солнца идет к нам 500 секунд. Это 8 минут и 20 секунд. Таким
образом, когда мы смотрим на Солнце, мы видим его таким, каким оно было 8
минут 20 секунд назад.
10. Сюрприз фотосферы
Пересвет: Если внимательно посмотреть на Солнце или его фотографию, то
можно заметить, что в центре Солнца его яркость максимальна, а к краям
солнечного диска уменьшается. Каким образом можно объяснить потемнение к
краю диска Солнца?
Елисей: Всё дело в том, что центральная часть солнечного диска находится к
нам почти на 700000 километров ближе краёв. По этой причине свет от центральной
части Солнца меньше поглощается.
Ярослав: Видимую поверхность Солнца образует фотосфера. Это довольно
условная граница солнечного газового шара, над которой находятся различные слои
солнечной атмосферы. Прозрачность фотосферы с глубиной быстро убывает. У
краёв солнечного диска она прозрачна до более высоких и, следовательно, более
холодных слоёв, чем в центре диска. От этого и происходит потемнение солнечного
диска.
61
Парад планет
Почему в неделе 7 дней? Наиболее правильное объяснение заключается в том,
что в глубокой древности считалось, что каждый день должен быть освещён какимлибо светилом. Таких небесных тел, видимых невооружённым, глазом было семь:
Меркурий, Венера, Луна, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн. Эти названия до сих пор
сохранились в различных языках для обозначения дней недели. Например: на
немецком – Montag – день Луны, Sonntag – день Солнца; на английском – Monday –
день Луны, Saturday – день Сатурна. Позже были открыты Уран, Нептун и Плутон –
самые дальние планеты. Все они обращаются вокруг Солнца и находятся в
различных частях нашей Солнечной системы.
Парад Планет – это такая ситуация в астрономии, когда все планеты
оказываются по одну сторону от Солнца. Конечно, они никогда не выстраиваются в
одну линию, а могут лишь находиться в секторе с углом меньшим 180 градусов.
1. Вечные странники
Пересвет: Ребята, как проще всего найти на небе планету?
Елисей: Для этого надо хорошо знать астрономию. Планеты перемещаются по
созвездиям, поэтому их так и назвали – «планеты», что означает – «блуждающие».
Конфигурация же звёзд в созвездии остается неизменной на протяжении сотен и
даже тысяч лет. Поэтому, хорошо зная созвездия, можно точно сказать, что если в
созвездии находится «лишняя» звезда, то это и есть планета.
Ярослав: Мне кажется, что планету легче всего определить по её мерцанию. В
отличие от звёзд, планета при мерцании не меняет свой цвет. Таким образом, я
обычно нахожу планеты.
Пересвет: Планеты можно отыскать и по их координатам, которые
публикуются в справочниках по астрономии.
2. Мерцание планет
– Что ж, продолжим наши наблюдения, – сказал Ярослав, наводя телескоп на
Марс. «Кстати, а как отличить яркую красноватую звезду Антарес от такого же
красноватого Марса без телескопа? Похоже, что ещё древние астрономы путали эти
объекты. Недаром Антарес означает Антимарс».
Пересвет: Всё очень просто. Все звёзды мерцают, а планеты, как правило –
нет. Между тем, Антарес, о котором ты спрашиваешь, у нас никогда не поднимается
высоко над горизонтом, поэтому его мерцание очень заметно.
Ярослав: Я думаю, ты не прав. Вчера я наблюдал Юпитер и могу точно
сказать, что он мерцает.
Пересвет: Твои наблюдения вполне объяснимы. Если планета находиться
близко к горизонту, то она мерцает, хотя и не так сильно, как звёзды на такой же
высоте. Это происходит потому, что при разнообразии размеров неоднородностей
62
воздуха могут встретиться такие, которые загораживают весь диск планеты. Чем
ниже планета, тем длиннее путь ее лучей в земной атмосфере, тем больше шансов
встретить неоднородности таких размеров.
Елисей: Не мерцают те планеты, диск которых имеет видимые размеры.
Например, Луна не мерцает, так как мерцание объясняется неоднородностями
воздушной атмосферы и на видимый диск Луны проецируется множество
неоднородностей воздуха. Поэтому различные части лунного диска мерцают не в
такт друг с другом, это приводит к тому, что мы не ощущаем изменения яркости
всего диска. То же самое можно сказать и о планетах. Звёзды же мы видим в виде
ярких точек, не имеющих размеров, то есть точечных источников света.
3. Планеты – «короли неба»
Друзья спорили: какая из планет самая яркая.
Пересвет: Ребята, по-моему, Венера – самая яркая планета. Недаром её
называют «утренней звездой». Она ярче Юпитера и является третьим по яркости
светилом после Луны и Солнца.
Ярослав: Ты что! Юпитер часто называют царём неба. Это самая большая
планета и по цвету он почти неотличим от Венеры. По этой причине их часто
путают.
Елисей: Давайте разберемся. Венера в 1,38 раза ближе к Солнцу, чем Земля и
никогда не отходит от него дальше 48 градусов. Как правило, она не видна в
полночь (за исключением полярных областей). Юпитер же может наблюдаться всю
ночь. При отсутствии Венеры он обычно превосходит по яркости все остальные
светила. Поэтому, говоря о видимой яркости планеты, нужно учитывать время её
наблюдения.
Пересвет: Значит, самыми яркими будут те, которые видны невооружённым
глазом. Это Марс, Меркурий, Юпитер, Венера, Сатурн.
4. Направление движения
Пересвет: Ребята, вы заметили, что, наблюдая планеты, мы всё время
поправляем телескоп. Интересно, в каком направлении движутся планеты: слева
направо или справа налево?
Елисей: Вопрос не имеет смысла. Мы знаем, что всё в мире относительно.
Если смотреть на Солнечную систему сверху, то все планеты двигаются по часовой
стрелке, если снизу – в обратную сторону.
Пересвет: Насчет относительности ты прав. По-моему, относительно Земли,
внутренние планеты Меркурий и Венера движутся по часовой стрелке, а все
остальные – против. Объясняется это тем, что период обращения Земли больше
периода обращения внутренних планет, и они обгоняют Землю, а внешние планеты
отстают от Земли. Иногда они даже описывают петли, то есть могут двигаться как
справа налево, так и слева направо.
63
Ярослав: Если смотреть с Земли, то все планеты смещаются к западу,
следовательно, двигаются слева направо. Это происходит потому, что Земля
вращается с запада на восток.
5. Трудности наблюдения
Елисей: Так как планеты постоянно перемещаются, то за ними нелегко ввести
наблюдения. А как вы думаете, какую планету труднее всего наблюдать?
Ярослав: Давайте посмотрим наш журнал наблюдений. У нас меньше всего
записей о Меркурии, значит Меркурий самая труднодоступная планета.
Елисей: Да, труднее всего наблюдать Меркурий, так как он находится близко
к Солнцу и не отходит от него далее 28 градусов. Поэтому его можно увидеть или
после захода Солнца или перед восходом, причём всегда низко у горизонта.
Пересвет: Известно, что условия видимости планет зависят от места
наблюдения. Поэтому я считаю, что на земном шаре есть места, откуда Меркурий
отчетливо виден и доступен для наблюдений всю ночь.
6. Фотографии - близнецы
– Напрасно мы не подписали фотографии Меркурия и Луны. Сейчас я не могу
с уверенностью сказать, где Меркурий, а где Луна, настолько они похожи, – с
досадой сказал Пересвет. Как их вообще отличить друг от друга?
Ярослав: Действительно, Меркурий изрыт кратерами так же, как и Луна,
потому что не имеет атмосферы. По внешнему виду фотографии выглядят, как
близнецы и отличить их нелегко.
Елисей: Отличие, скорее всего, в том, что фотография Меркурия должна быть
светлее, так как он находится очень близко к Солнцу и получает от него больше
света.
Ярослав: Давайте посмотрим на фотографии внимательнее. Поверхность
Меркурия имеет больше относительно ровных площадок между кратерами и
бассейнами. На фотографии Луны кратеры расположены более тесно, часто
налагающимися друг на друга цепочками. Кроме того, на поверхности Меркурия
нет больших кратеров, морей и океанов, как на Луне.
Пересвет: Ты не прав. Можно найти такие участки Лунной поверхности, где
нет ни морей, ни океанов.
Ярослав: Это не самое главное. На Меркурии ускорение силы тяжести в два
раза больше, чем на Луне, поэтому выбросы из кратеров расположены не
значительно меньшей площади, чем на Луне.
64
7. Яблони на Марсе
«Утверждают космонавты и мечтатели
Что на Марсе будут яблони цвести ...»
– Интересно, на чём было основано их утверждение? – спросил Елисей,
напевая старую песню.
Ярослав: Всему виной марсианские каналы и русла рек, которые хорошо
видны на многих фотографиях Марса. Некоторые из них можно различить даже в
школьный телескоп. Вода в жидком состоянии и атмосфера являются
необходимыми условиями для возникновения жизни. А раз есть каналы и русла рек
– следовательно, есть жизнь.
Пересвет: Еще в начале XIX века ученые знали, что Марс вращается вокруг
своей оси, делая один оборот за 24 часа, и его ось вращения наклонена к плоскости
орбиты под углом около 25 градусов. Всё, почти так же, как и у Земли. Отсюда
делался вывод, что на Марсе происходит смена времен года, аналогичная земной.
Доказательством может служить сезонное изменение полярных шапок, слоя вечной
мерзлоты. Следовательно, на Марсе можно жить.
Елисей: Может быть, всё дело в том, что у Марса меняются оптические
свойства под влиянием сезонных изменений биосферы, то есть живых организмов,
подобно тому, как это происходит на Земле.
8. Окольцованная планета
– Вот ещё одна старая песня, – сказал Елисей:
«А любовь и стоит на том, что б тропинкою, пусть завьюженной
До Сатурна дойти пешком. И кольцо принести для суженной...»
65
Только ли у Сатурна имеется кольцо?
Пересвет: Думаю, что нет. Кольца или их подобие есть почти у всех планет.
Только у одних планет они ярко выражены, как, например, у Сатурна, у других от
кольца остались только обломки – спутники, например, у Земли, Марса. И только у
немногих планет нет колец, например у Венеры, Меркурия.
Ярослав: Неправда. Сатурн – уникум среди планет. Еще Галилео Галилей
наблюдал кольцо у Сатурна. И мы с вами ни у каких планет, кроме Сатурна колец
не видели. А наблюдения за планетами мы ведём не первый год.
Елисей: Не спорьте. Конечно, Сатурн отличается от остальных планет, имея
такое мощное кольцо, не заметить которое нельзя. Однако он не является
единственной окольцованной планетой. Современные наблюдения позволили
обнаружить кольцо у планет-гигантов Юпитера и Урана и, вероятно, Нептуна.
9. С ветром споря...
«Летим мы по вольному свету,
Нас ветру догнать нелегко.
До самой далекой планеты
Не так уж, друзья, далеко...»
– продекламировал Пересвет, справившись с очередной задачей. Всё-таки, с
какой скоростью мы летим? – спросил его Елисей.
Пересвет: По вольному свету, значит со скоростью света. Это действительно
гигантская скорость. А скорость ветра, даже самого сильного около 50 м/с.
Елисей: Всем известно, что вместе с Землёй мы летим вокруг Солнца со
скоростью всего лишь 30 км/с. В то же время мы не чувствуем ураганного ветра,
значит он нас всё-таки догнал?
Ярослав: В этом смысле да. Мы летим вместе с атмосферой Земли, с её
ветрами и ураганами. Здесь мы снова встречаемся с относительным понятием
скорости. Если Земля вдруг остановится, то «нас пушинкой ураган сметёт с
ладони».
10. Далёкие планеты
Заканчивая свое путешествие по планетам, друзья с воодушевлением пропели:
«На пыльных тропинках далёких планет,
Останутся наши следы...»
Стойте, стойте, – остановился Ярослав, – вас ничто не смущает в этих словах?
Елисей: Далёкие планеты – это Уран, Нептун и Плутон. По-моему, с этим
никто спорить не станет. Это планеты, которые были открыты в более позднее
время. Что же касается пыли, то всё может быть. Только наши следы не останутся
как на Луне, а будут стерты атмосферными явлениями этих далёких планет.
66
Пересвет: Посмотрите в справочник. Какая может быть это пыль, если
плотности этих планет сравнимы с плотностью воды! Эти планеты, скорее всего, не
имеют твёрдой поверхности. Какие уж тут следы!
Ярослав: Мне кажется, прав Елисей. Мы ещё недостаточно хорошо знаем
условия на далёких планетах. Вполне может оказаться, что на Плутоне можно
оставить следы, так же как и на других планетах. Низкая средняя плотность этих
планет получается то того, что в расчёты принимается вся мощная газовая
оболочка, окружающая планету. Поэтому, объём получается очень большой, а
плотность, следовательно, малой.
67
Марс
Марс – планета, которая получила своё название в честь бога войны за
красноватый, кровавый цвет. Марс издавна привлекал внимание фантастов, поэтов
и... учёных. Столетиями не прекращаются споры относительно жизни на Марсе,
поводом для которых послужило наблюдение на Марсе извилин и борозд,
напоминающих русла высохших рек и каналов.
Марс – четвертая от Солнца планета. Он обладает малой массой и размерами,
но довольно высокой средней плотностью. У бога войны два соответствующих ему
спутника: Фобос и Деймос (Страх и Ужас).
1. Великое противостояние
Пересвет: Ребята, сегодня отличные условия для наблюдения Марса:
безоблачное небо и Великое противостояние для этой Красной планеты. Так что не
упустите свой шанс
Ярослав: А что такое Великое противостояние?
Пересвет: Это такая ситуация, когда долгота Марса отличается от долготы
Солнца на 180 градусов.
Елисей. Ты объясняешь всё очень сложно. Не знаю, чем отличается долгота,
но уверен в том, что Великое противостояние для Марса наступает тогда, когда его
расстояние до Земли становится минимальным. В это время Марс особенно удобен
для наблюдений. На его поверхности с помощью телескопа можно заметить детали
размерами 60-100км.
Пересвет: Надо отметить, что противостояния повторяются через 780 земных
суток. Ближе всего Марс к Земле приближается тогда, когда противостояние
происходит вблизи перигелия марсианской орбиты. Такие противостояния и
называют Великими. Они повторяются через 15-18 лет и случаются обычно в
августе. Во время Великого противостояния наши планеты сближаются до 55 млн.
км.
2. Марсианские сутки
Ярослав: Вчера я прочитал в справочнике, что марсианские сутки по
продолжительности такие же, как на Земле, чуть больше 24 часов. Можем ли мы с
помощью наблюдений определить сутки на Марсе?
Пересвет: Я думаю, что нет, не сможем. У нас слишком несовершенная
аппаратура.
Елисей: Если учесть, что сутки – это период осевого вращения Марса, то,
наблюдая за перемещением тёмных и светлых пятен на его поверхности, мы
сегодня же сможем определить это время.
Ярослав: Я согласен с Елисеем, только период обращения мы сможем
определить не сегодня, а завтра.
Елисей: А я утверждаю, что мы сможем это сделать и сегодня.
68
3. Тёмные пятна
Елисей: Друзья, я надеюсь, что вы заметили вчера, как смещаются тёмные
пятна на поверхности Марса. А что вы можете сказать об их природе?
Пересвет: Я где-то читал, что на поверхности Марса дуют сильные ветры,
которые сметают поверхностный слой, перенося его из одного района Марса в
другой. Временами, особенно в периоды Великих противостояний, пылевые бури
охватывают всю поверхность Марса. После окончания бури, по мере оседания
пыли, на поверхности постепенно проступают прежние детали, но изменившиеся по
форме и яркости. В результате планета как бы покрывается пятнами.
Елисей: Не могу с тобой согласиться. Какой силы должна быть буря, чтобы
переносить часть поверхностного слоя планеты с одного места на другое? Мне
кажется, что пятна – природные образования. Одна часть поверхности планеты
имеет более твёрдые породы, а другая – более рыхлые. Твёрдые (горные) породы –
более темные, мягкие (песчаные) светлые. Всё как у нас на Земле.
Ярослав: Сильные бури на Марсе – не такое уж и редкое явление. Средняя
скорость ветра на Марсе составляет 50 м/с, а максимальная превышает 100 м/с. При
такой скорости ветры увлекают с поверхности частицы почти в 5 раз тяжелее, чем
на Земле и переносят их на значительные расстояния. В результате мощных
пылевых бурь кратеры на Марсе имеют заметные темные «хвосты», вытянутые на
подветренной стороне кратера; отсюда сметаются светлые пылевые частицы,
обнажая нижние слои грунта.
4. Белые туманы
Ярослав: А вы обратили при наблюдениях внимание на белый туман вблизи
терминатора? Как вы думаете, от чего он образовался?
Пересвет: Белые туманы – по-моему, облака, которые образуются в холодные
ночные часы. Они не успевают испариться с восходом Солнца.
Елисей: Ничего подобного. Облака не остаются на одном месте, они все время
перемещаются. За их перемещением можно даже проследить. Иногда наблюдаются
даже «синие туманы», порой покрывающие значительные участки диска планеты.
Белые и синие туманы – не облака. Однако причину образования ты указал верно.
Пересвет: Если это действительно туманы, то почему они имеют разные
цвета?
Ярослав: Вероятно, их цвет определяют марсианские бури. Я читал, что в
атмосфере Марса могут быть и жёлтые туманы, причина которых всё те же пылевые
бури. Космические исследования показали, что марсианская атмосфера богата
углекислым газом, а водяных паров и кислорода там практически нет.
69
5. Марсианские реки и каналы
Когда Ярослав в очередной раз зашел к своим приятелям, он увидел, что
ребята с увлечением рассматривали фотографии Марса и о чём-то негромко
разговаривали.
Пересвет: Обрати внимание, форма рельефа поверхности Марса напоминает
земную: те же реки, долины, даже каналы. Интересно, это речные долины или
просто формы рельефа? Если извилистые борозды – русла высохших марсианских
рек, то когда они образовались, куда делась вода и вообще была ли она там? А
может, вместо воды текла другая жидкость?
Елисей: Я думаю, что такой рельеф образован ветром. Помнишь, мы говорили,
что на поверхности Марса дуют сильные ветры. Потоки ветра переносили частицы
пыли, песка. Если же на пути встречались препятствия, за ними образовывались
долины, напоминающие речные отмели.
– Мне кажется, что такой рельеф может быть образован только текущей
водой, – вмешался в разговор Ярослав, – или другой текущей жидкостью. Если бы
жидкость была, например, текущей горячей лавой, то образовывались бы русла
преимущественно одинокие, не ветвящиеся, с неровным дном. Кроме того, лавовые
потоки не вымывают грунт и могут заканчиваться внезапно, слепо.
Пересвет: По моему мнению, это действительно высохшие русла
марсианских рек. В более позднее время ветер сыграл немаловажную роль в
формировании рельефа Марса. Реки могли образовываться в результате резкого
потепления климата Красной планеты или излияний магматических расплавов на
поверхность в виде вулканической лавы.
6. Полярные шапки Марса
Пересвет: При вчерашних наблюдениях Марса в телескоп, вы, вероятно,
заметили светлые, почти белые пятна вблизи полюсов планеты. В книгах они
называются полярные шапками. Что же всё-таки представляют собой полярные
шапки Марса?
Ярослав: Так как в полярных областях Марса жуткий мороз, то это, скорее
всего – сухой лед, замёрзшая углекислота, которая образуется при замерзании
углекислого газа, входящего в состав марсианской атмосферы. В полярных шапках
может быть и водяной лёд с примесью минеральной пыли.
Елисей: Давайте сравним летние наблюдения с зимними. Полярные шапки
меняются Когда в северном полушарии Марса наступает лето, северная полярная
шапка уменьшается, а южная, наоборот, увеличивается, где в это время наступает
зима. Значит, полярные шапки Марса состоят из снега и ледников.
7. Времена года
Пересвет: При решении предыдущей задачи мы говорили о сезонных
изменениях полярных шапок Марса. Бывает ли на Марсе смена времён года?
70
Ярослав: Для ответа на этот вопрос необходимо измерить угол наклона оси
вращения Марса к плоскости орбиты. Наклон оси вращения – одно из основных
доказательств смены времен года на планете. Думаю, что ответ мы можем получить
уже сегодняшним вечером.
Елисей: Ты прав. Ось вращения Марса наклонена к плоскости орбиты под
углом около 24 градусов, почти как у Земли. Следовательно, на Марсе происходит
смена времен года, аналогичная земной. Однако марсианский год длится 687
земных суток, поэтому смена времён года происходит весьма медленно.
Пересвет: Если на Марсе происходит смена времён года, то должны быть и
сезонные изменения не только полярных шапок, но и других областей поверхности.
Елисей: Да, Марс, как и Земля, разделен на климатические пояса: полярный,
умеренный, тропический.
8. Есть ли жизнь на Марсе?
Этот вопрос, заданный известным героем фильма «Карнавальная ночь», не
дает покоя многим жителям Земли и сейчас. Почему именно Марс особенно
интересует специалистов и не специалистов, а так же и наших юных знакомых?
Послушаем, о чём они говорят, есть ли всё-таки жизнь на Марсе?
Пересвет: Марс привлекает всеобщее внимание потому, что он очень похож
на Землю. На Марсе есть смена времён года, дня и ночи, слабая, но атмосфера,
русла рек. Возможно, в прошлом Марс имел и реки и океаны, луга и поля, леса и
горы. Поэтому вполне вероятно, что на Марсе была и есть жизнь сейчас, правда
может быть в самых примитивных формах.
Елисей: Все началось в 1877 году во время очередного Великого
противостояния Марса. Выпускник Туринского университета, сотрудник Беркской
обсерватории в Милане Джованни Скиапарелли увидел на Марсе четкие линии,
протянувшиеся по поверхности Марса на многие сотни и даже тысячи километров
Это и послужило поводом для разговоров о разумной жизни на Марсе. Позднее эти
«каналы» видели астрономы многих стран мира, а на прошлых наблюдениях и мы с
вами. Остаётся добавить, что эти каналы могут иметь только искусственное
происхождение, то есть на Марсе раньше была жизнь.
Ярослав: Вопрос о жизни на Марсе по-прежнему остается без ответа.
Посещения Марса космическими аппаратами за последние десятилетия не дали
положительных результатов. Однако это не значит, что вопрос «Есть ли жизнь на
Марсе»? окончательно закрыт. Правда, сейчас уже никто не надеется обнаружить
человекоподобных «марсиан». Я бы сказал так, что на Марсе жизни скорее нет, чем
есть.
9. Снега Олимпа
Похоже, что Марс – это унылая красноватая планета, на поверхности
которого нет ничего примечательного, – с сожалением сказал Елисей, складывая в
71
стопку фотографии Марса. В чём же тогда её отличительные особенности от других
планет?
Ярослав: Наиболее впечатлительными образованиями на поверхности Марса
являются гигантские трещины, например Долина Маринер. Она тянется почти на
4000 км., достигая в ширину до 500 км. Не заметить его невозможно. Она состоит из
целого ряда гигантских провалов, глубиной в несколько километров. Привлекают
внимание также участки с повышенной раздробленностью коры – лабиринты, хаосы
и талассоиды.
Пересвет: Самое впечатлительное образование не только на Марсе, но и во
всей Солнечной системе – гигантский щитовой вулкан – Olimpis Mons. Его
поперечник около 600 км., а вершина достигает высоты 25 километров Он в два с
половиной раза выше Эвереста. Это самый молодой вулкан в солнечной системе.
10. Гороскоп для Марса
– Ребята, сказал Ярослав, – как вы думаете, что имел в виду Л. Соловьёв,
когда писал один из гороскопов:
«...Марс имеет дом в одном созвездии возвышение,
в другом – падение,
в третьем ущерб,
в четвёртом...»
Пересвет: Он хотел сказать, что Марс быстро движется по небу, так как это
одна из самых близких к Земле планет. По этой причине он сравнительно быстро
перемещается на фоне созвездий.
Елисей: Я думаю, что Л. Соловьёв имел ввиду разные фазы видимости
красной планеты. Возвышение – полный Марс (полномарсие), падение –
невидимый Марс (новомарсие), ущерб – одна из четвертей: первая или последняя
(старый или новый Марс).
Ярослав: А мне кажется, что всё это лишь литературный образ.
72
Юпитер
1. Что вы можете сказать о Юпитере?
Пересвет: Масса – 318 земных масс. Юпитер быстро вращается вокруг своей
оси, период вращения 15 часов 48 минут.
Ярослав: Юпитер вращается не как твёрдое тело, период вращения растёт от
экватора к полюсам. Ось Юпитера почти перпендикулярна его орбите.
Елисей: В телескоп на диске Юпитера видны тёмные полосы параллельные
экватору планеты и разделённые светлыми промежутками – зонами. Полярные
области всегда тёмные – их называют полярными шапками. В полосах и зонах
наблюдаются те или иные детали: тёмные и светлые пятна, выступы или
углубления. Между полосами можно наблюдать «мостики».
2. Что за Красное пятно наблюдается на Юпитере? Какова природа
его происхождения?
Ярослав: Красное пятно существует уже более 100 лет. Природа его
образования связана с циркуляцией атмосферы, это нечто вроде мощного урагана.
Елисей: Под облаками Юпитера есть твёрдая поверхность, и Красное пятно
объясняется вихревым образованием.
Пересвет: Ничего подобного, так выглядит поверхность Юпитера только в
этом месте планеты. Если бы это был вихрь, или ураган, то он обязательно двигался
бы в какую-либо сторону. Где вы наблюдали неподвижно образовавшийся и
стоящий на месте вихрь?
73
3. Юпитерианская система
Кто и когда открыл спутники у Юпитера?
Пересвет: Первым спутники Юпитера наблюдал Галилей. Он сразу
сопоставил Юпитер и его спутники с Солнцем и планетами и назвал их
юпитерианской системой, подобно солнечной системе. Своим открытием он
показал, что Земля не является во Вселенной единственным центром, вокруг
которого совершается движение небесных тел. Согласно традиции, тот, кто открыл
небесное тело, или систему тел, может давать им названия. Галилей назвал
спутники Юпитера общим именем «Звёзды Медичи» – в честь владыки Флоренции,
оказывавшему ему покровительство.
Ярослав: Первым наблюдал спутники Юпитера Симон Майер из
Гунценхаузера. Случай распорядился так, что Майер увидел «луны» Юпитера за 10
дней до Галилея, но осознать, что именно он наблюдает, ему не было дано. Он
полагал, что перед ним заурядные звёзды. С 8 января 1610 года он вёл в своём
дневнике наблюдений запись движения этих небесных тел относительно Юпитера,
чтобы определить их расстояние от планеты.
Елисей: Первым наблюдал спутники Юпитера Мариус. Немецкий ученый,
после того как их открыл, сразу дал им названия исходя из логики, учитывая
мифологию. Раз Юпитер – глава богов, то да пребудет вокруг его трона
приближенные Громовержца! Начиная с ближайшего к поверхности планеты,
спутники получили имена: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.
4. Сколько спутников у Юпитера? Кто их открыл?
Ярослав: Хорошо видны, невооружённым глазом, четыре спутника, о
которых говорил Елисей. Пятый спутник, и в телескоп наблюдать не очень просто,
так как, во-первых, свечение его очень слабое (13-я звёздная величина), во-вторых,
это ближайшее к Юпитеру небесное тело, не выходящее из зоны его яркого света.
Впервые этот спутник открыл Ч.Д. Перрайн, в ночь на 3 ноября 1904 года,
используя телескоп с 90 см. зеркалом, Кстати, он же открыл шестой (14 звёздная
величина) и седьмой (16 звёздная величина) спутники, используя этот же телескоп.
Елисей: Спутник Пасифе (17 звёздной величины), ночью 27 января 1908 года
открыл английский астроном П.Дж. Мелот. В эту же ночь он же наблюдал
неведомый дотоле ещё один спутник Юпитера (19 звёздной величины), который
впоследствии был назван Симоне.
Пересвет: Юпитер имеет спутники: Ио, Европа, Гонимед, Коллисто,
Амальтея, Пасифе, Элара, Карме, Синопе, Ананке, Леда, Лиситея.
5. Внешние или внутренние
Пересвет: Знаете ли вы друзья, что все спутники Юпитера делятся на две
группы: внешние и внутренние. В чём их различие? Откуда произошло такое
название групп?
74
Ярослав: Вероятнее всего, это название заимствовано из названия планет
солнечной системы. Помните, в солнечной системе все планеты делятся на
внешние, и внутренние.
Елисей: Моё мнение таково: к внутренним спутникам относятся четыре
галилеевых спутника и Амальтея. Все эти спутники очень крупные, даже самая
«мелкая» из них Амальтея, имеет радиус около полутораста километров. Кроме
того, эти спутники движутся по своим круговым орбитам в той же плоскости, в
которой лежит экватор планеты, причём, в прямом, а не в обратном направлении.
Внешние спутники, обращаются вокруг Юпитера в обратном направлении, и лежат
не в плоскости экватора.
6. Окраска юпитерских Лун
Какой цвет имеют спутники Юпитера?
Елисей: Цвет всех «лун» Юпитера практически одинаков – синеватоголубоватый. Это объясняется тем, что все спутники «светят» отражённым от
Юпитера светом.
Пересвет: Все спутники выглядят по-разному. Кроме того, один и тот же
спутник в разное время выглядит иначе, он, то кажется желтоватым, то сероватоголубоватым, то красновато-жёлтым, то чисто белым.
Ярослав: На Ганимеде различают тёмную область, которые одни
исследователи описывают как шоколадно-коричневую, а другие серо-зелёную.
7. Амальтея
Елисей: Что интересного вы знаете об этом спутнике?
Пересвет: Амальтея – самый красный из всех объектов нашей солнечной
системы, хотя и неизвестно, что это за тёмно-бордовое вещество которым
«выложена» её поверхность.
Ярослав: Альбедо (отражательная способность тела) Амальтеи необычно. Два
процента светового излучения поверхность Амальтеи отбрасывает во внешнее
пространство, всё остальное поглощает.
Елисей: Амальтея – «луна» самая близкая к Юпитеру.
8. Ганимед
Елисей: Что интересного вы знаете об этом спутнике?
Ярослав: Ганимед – спутник, во многом напоминающий планету. Поверхность
его состоит из воды, а участки суши на нём состоят изо льда и камней.
Пересвет: На переднем, по ходу движения полушарии почему-то льда
намного больше, чем на заднем. Об этом говорят, по наблюдениям учёных,
отчетливые различия в альбедо того и другого полушария.
75
Елисей: Друзья мои, знаете ли вы, что среднегодовая температура даже на
освещённой Солнцем стороне Ганимеда составляет около –980С (175К), а поэтому и
при некоторой потере льда там всё ещё могут существовать ледники.
9. Европа
Елисей: А что интересного можно рассказать об этом спутнике?
Пересвет: Это наименьший спутник из Галилеевых спутников. Она слегка
уступает по размерам нашей Луне, а по плотности Европа далеко превосходит и
Ганимед и Каллисто. Такая плотность говорит о том, что воды там, в отличие от
Ганимеда, очень мало.
Ярослав: Европа – самый светлый, из Галилеевых спутников. Более тёмные
области, – «острова» камней среди моря льда.
Елисей: Вся поверхность спутника покрыта паутиной толстых и тонких линий
тянущихся на сотни и даже более тысячи километров. По-видимому, это трещины и
разломы в её ледяной коре. В основном рельеф равнинный, лишь отдельные
участки возвышаются над окружающей поверхностью.
10. Спутник Ио
Елисей: Что интересного вы знаете об этом спутнике?
Ярослав: На Ио обнаружено много действующих вулканов.
Пересвет. Наличие вулканической активности и отсутствие на поверхности
ударных кратеров крупнее 1-2 километров, свидетельствуют о том, что поверхность
Ио по астрономическим меркам очень молодая, её возраст не превышает миллиона
лет.
Елисей: Рассматривая фотографии спутника Ио, полученные с космических
кораблей, можно заметить отдельные расщелины и сбросы. Равнинные области
разделены друг от друга длинными каналами, возможно образовавшимися в
процессе остывания лавы.
11. Наблюдения
Что интересного можно обнаружить, наблюдая за спутниками Юпитера?
Елисей: Наблюдения затмений спутников Юпитера в своё время
использовались для проверки часов и определения долготы места наблюдения, так
как они происходят в один и тот же физический момент для всей Земли.
Пересвет: Наблюдения прохождений спутников перед диском Юпитера дают
представления о яркости спутников и поверхности планеты. При таких
наблюдениях нужно применять по возможности большее увеличение и особенно
тщательно отличать положение спутника в момент, когда его яркость уравнивается
с яркостью поверхности Юпитера и спутник как бы пропадает.
Ярослав: Наиболее интересно наблюдать, на мой взгляд, прохождение
спутников и их теней перед диском планеты. А, имея хороший телескоп, интересно
76
пронаблюдать блеск спутника во время его захода за диск или выхода из-за диска
планеты, когда свет от спутника проходит через атмосферу Юпитера.
12. Периоды вращения спутников
Что интересного можно обнаружить, ведя постоянные наблюдения за
спутниками?
Елисей: Интересно то, что все спутники вращаются синхронно, то есть
периоды их вращения равны периодам обращения вокруг Юпитера.
Пересвет: Интересно то, что все спутники, наблюдаемые в телескоп,
обращены к планете одной стороной.
Ярослав: Интересно то, что, если подсчитать приливные ускорения этих
спутников, то окажется, что у Ио оно больше чем у Луны в 250 раз, у Европы в 53
раза, у Ганимеда – в 22 раза, у Каллисто – в 4 раза.
77
Спутники планет
Спутники есть не у всех планет и число их весьма различно. Например,
Меркурий и Венера совсем не имеют спутников, а вокруг Юпитера и Сатурна их
обращается более дюжины. Если число планет в солнечной системе уже более
полувека остается постоянным, (мы помним о том, что Плутон сейчас не считается
планетой), то число спутников, которых сейчас насчитывается около пятидесяти,
может измениться с открытием новых и «закрытием» старых, уже известных
спутников. Конечно, такое разнообразие спутников имеет свои отличительные
особенности, хотя, в целом, подчиняется определенным закономерностям. Скорее
всего, спутники появились в одно время вместе с планетами, из одного и того же
«строительного материала», впрочем, не исключается и возможность «захвата» уже
«готовых» спутников такими мощными планетами как Юпитер или Сатурн.
1. Лицом к лицу
Елисей: Ребята, я прочитал, что все спутники, у которых удалось установить
вращение вокруг собственных осей, обращены к своим планетам только одной
стороной. Что вы можете сказать по этому поводу? Почему это оказалось
возможным?
Ярослав: Это значит, что периоды обращения всех спутников вокруг своих
планет совпадают со звёздными периодами их вращения вокруг собственных осей.
Поэтому у Луны, например, мы видим только одну её сторону.
Пересвет: Такое совпадение, вероятно, можно объяснить выполнением
законов сохранения. Ведь, для того, чтобы вращаться быстрее, спутнику
необходима дополнительная энергия. При замедлении вращения уменьшается
расстояние между планетой и её спутником.
Елисей: На мой взгляд, подобная синхронизация движения объясняется тем,
что из-за близости массивных планет (по отношению к спутникам), в твёрдых телах
спутников возникли значительные приливные волны, которые действовали на
быстро вращающиеся спутники и тормозили их до тех пор, пока они не оказались
повёрнутыми к своей планете одной стороной.
2. Поиски атмосферы
1А. Разглядывая фотографии в книгах по астрономии, наши друзья обратили
внимание на то, что почти у всех спутников планет снимки поверхности были
чёткими, контрастными, с резкими границами видимых деталей. О чём это говорит?
Пересвет: Качество снимков говорит о том, что фотографии выполнены с
помощью хорошей аппаратуры.
Елисей: Это не самое главное. Из снимков ясно, что спутники не имеют
атмосферы.
78
Ярослав: Спутники могут иметь атмосферу, но качество снимков позволяет
говорить о том, что она либо слишком разряженная или вообще отсутствует.
Вспомните фотографии нашей Земли из космоса, наличие земной атмосферы не
позволяет разглядеть мелкие детали на поверхности, так как они становятся
расплывчатыми.
1Б. Ярослав: Нам остается выяснить, при каких условиях может существовать
атмосфера?
Елисей: Для того чтобы существовала атмосфера, небесное тело должно иметь
достаточную силу тяготения. В этом случае вторая космическая скорость окажется
довольно большой для «убегания» атмосферы в космическое пространство. Так как
в большинстве своём масса спутников невелика, поэтому они и не имеют
атмосферы. А у массивных спутников она должна быть.
Пересвет: Всё гораздо проще. Атмосферы не имеют те спутники, которые
обращаются вокруг массивных планет, имеющих силу тяготения больше, чем у
спутника. Например, Луна не имеет атмосферы, потому что Земля своим мощным
тяготением притянула газовую оболочку Луны.
Ярослав: Как же тогда объяснить ничтожность атмосферы Меркурия? Кроме
того, из всех известных спутников только Титан обладает мощной газовой
атмосферой, хотя Сатурн довольно массивная планета. Думаю что размеры планет
не причём, а в существовании атмосферы спутников никакой закономерности нет.
3. Траектория движения
Ярослав: Друзья, нам известно, что при наблюдении с Земли некоторые
планеты двигаются петлеобразно. Является ли движение спутников планет при
наблюдении их с Земли петлеобразным, как движение самих планет?
Пересвет: Конечно, поскольку спутники двигаются за планетами, то они
повторяют форму траектории планеты и могут описывать петли.
Елисей. Вряд ли всё здесь так однозначно. Ведь спутники имеют и
собственное вращение вокруг планеты. По этой причине траекторией их движения
будет весьма сложная кривая, хотя характер петлеобразного движения сохранится.
Ярослав: Ты прав. Скорее всего, траекторией движения спутников при
наблюдении с Земли будет раскручивающаяся спираль, так как спутники не только
обращаются вокруг своей планеты, но и двигаются вместе с ней вокруг Солнца.
4. Метеоры на спутниках
Внимательно изучая фотографии спутников, у различных планет, наши юные
астрономы заметили, что почти у всех спутников, за редким исключением,
поверхности покрыты кратерами – следами бомбардировок метеоритов.
– Если на спутники падают метеориты, то их можно наблюдать с поверхности
Луны и других спутников, – сделал заключение Пересвет.
79
Елисей: Конечно, метеориты нетрудно наблюдать. Только не с поверхности
спутников, а на поверхности спутников, после того как они упали и оставили свой
след. Вспомним, что метеоритами называются небесные тела (камни), упавшие на
Землю. Что же касается метеоров – атмосферных явлений, то здесь все гораздо
сложнее. Не у всех спутников есть атмосфера. У тех спутников, где есть атмосфера,
метеоры наблюдать можно. Уверено могу сказать, что метеорные явления можно
наблюдать на спутнике Сатурна Титане и спутнике Юпитера Ганимеде.
Ярослав: Метеорные явления, (потоки) вовсе не зависят от наличия
атмосферы, а определяются распадами комет. По этой причине метеорные потоки
существуют довольно длительное время. И наблюдаются они в тех случаях, когда
Земля или спутник попадает в те или иные части метеорного роя. И носят они не
атмосферные, а звёздные названия, например: Персеиды, Аквариды. Поэтому их
можно наблюдать на любой планете или спутнике.
5. Неожиданный вопрос
Пересвет: Друзья, как вы думаете, могут ли на спутниках планет быть
вулканы? – нашёл своим друзьям очередной вопрос неугомонный Пересвет.
Елисей: Ответ однозначный. Так как спутники планет – безжизненные
небесные тела, то вулканов на их не должно быть. Известно, что вулканы
существуют в областях с повышенной тектонической активностью. Даже на Земле
они распространены не повсеместно, а в областях молодых гор.
Пересвет: Пожалуй, ты прав. Ни на одной из рассматриваемых с вами
фотографий спутников мы не видим вулканов.
Ярослав: Я с этим не могу согласиться. Действительно, вулканы могут быть
на тех небесных телах, где не закончились тектонические изменения. Однако нельзя
считать, что все спутники планет безжизненные небесные тела. Даже на Луне
удалось обнаружить выбросы газа в кратере Альфонс. Американские сейсмологи
зафиксировали даже небольшие лунотрясения. Вулканическая деятельность
недавно была открыта на спутнике Юпитера Ио.
6. Несостоявшаяся закономерность
Ярослав: Итак, у Венеры нет спутников, у Земли – один, у Марса два
спутника, значит, у Юпитера их должно быть четыре и так далее, закономерность
хорошо прослеживается.
Пересвет: Действительно, так раньше и думали. Даже знаменитый Галилео
Галилей, направив телескоп на Юпитер, вначале обнаружил четыре спутника.
Елисей: Дальнейшие исследования показали, что никакой закономерности в
количестве спутников не обнаруживается. Например, у Меркурия тоже нет
спутников. Максимальное количество спутников имеют Юпитер и Сатурн, а у
дальних планет их снова становится меньше. Если эта зависимость и есть, то она
определяется массой планеты.
80
7. Влияние спутников
Ярослав: Как доказать, что планета имеет спутник?
Елисей: Это довольно просто. Спутник заметно перемещается вокруг планеты
и всё время как бы к ней «привязан», как наша Луна.
Пересвет: Наличие спутников у планеты вызывают так называемые
возмущения в её движении. Она отклоняется то расчетной траектории. Кроме того,
движение спутника может вызывать приливы и отливы на планете.
8. Толстый-толстый слой пыли
Пересвет: Ребята, знаете ли вы, что поверхность Луны покрыта слоем пыли,
вероятно, и спутники других планет тоже покрыты пылью. Откуда она взялась? В
чём причина её образования?
Ярослав: Мне кажется, что причина толстого слоя пыли на поверхности
спутников объясняется отсутствием атмосферы. В этом случае метеориты
беспрепятственно бомбардируют поверхность спутников, разрыхляя её.
Елисей: Причина образования толстого слоя пыли заключается в том, что на
всех спутниках, включая Луну, очень маленькое тяготение. Поэтому поверхностный
слой менее плотный, рыхлый.
Пересвет: Пыль будет на тех спутниках, где нет атмосферы, или она очень
разряжённая. Поверхность таких спутников будет иметь резкие перепады
температур в течение малых промежутков времени, в результате этих перепадов все
тела будут разрушаться.
9. Судьба спутниковых систем
Заканчивая разговор о спутниках, Ярослав спросил: Интересно, а какова
судьба спутниковых систем? Будут ли они вечно кружиться около своих планет?
Пересвет: Вечного, конечно же, ничего нет. Рано или поздно спутники упадут
на планеты, так как закон Всемирного тяготения продолжает действовать на любых
расстояниях. Правда сила притяжения ослабевает пропорционально квадрату
расстояния.
Ярослав: Я думаю иначе, рано или поздно спутники уйдут «гулять» в
космическое пространство, и, вероятнее всего, будут захвачены другими более
массивными планетами.
Елисей: Закон Всемирного тяготения никто не отменял. Но в этом случае все
определяется так называемым правилом Роше. Если спутник находится от планеты
на расстоянии меньшим 2,5 её радиуса, то спутник упадет на планету, если же его
орбита лежит вне предела Роше, то планета потеряет спутник. Правда этих событий
придется ждать очень и очень долго.
81
Луны других планет
Эти небесные тела не сразу стали именоваться спутниками. Галилей назвал их
по латыни sidera, что означает «звёзды» или «светила». Однако этот термин для
нового класса небесных тел явно не подходил, так как имел слишком общее
значение. Некоторое время для обозначения этих объектов применялся термин
«луна». Но это было образное выражение, перенесенное собственное имя самого
знакомого из них – Луны, такое название в астрономии не прижилось.
Крупнейший немецкий астроном Иоганн Кеплер в 1618 году предложил более
удачный термин – сателлит, которым стали называть спутники всех планет. Это
латинское название означает «телохранитель», «попутчик». Русский перевод
термина «сателлит» и означает в астрономическом смысле слово «спутник».
1. Открытие Галилея
Ярослав: О существовании спутников у других планет стало известно лишь
сравнительно недавно. Известна даже точная дата. Не помните ли вы, когда были
открыты первые спутники?
Пересвет: Это произошло в ночь с 7 на 8 января 1610 года, когда Галилео
Галилей направил свой телескоп на Юпитер. Великий ученый заметил три
звёздочки, расположенные близко к планете и лежащие почти на одной прямой с
ней. Следующей ночью он опять отыскал их и отметил, что они уже переменили
своё положение относительно Юпитера. Причём их движение никак нельзя было
объяснить движением самого Юпитера.
Елисей: Только 13 января Галилей заметил четвёртое крохотное светило и
довольно быстро убедился, что все четыре спутника обращаются вокруг Юпитера.
2. Происхождение имён
Елисей: Друзья, как вы думаете, почему первые спутники называют
галилеевыми, а имена им даны из древней мифологии?
Ярослав: Все дело в том, что немецкий астроном Мариус дней за десять до
Галилея тоже видел луны Юпитера, но он не понял, что это спутники планеты.
Поэтому «отцом науки о спутниках» сейчас с полным правом называют Галилея, а
открытые им спутники – галилеевыми. Первоначально Галилей открытые им
спутники назвал «Медические светила» – в честь своего покровителя герцога К.
Медичи.
Пересвет: Собственные имена каждому из галилеевых спутников дал Мариус
в 1614 году. При этом он обратился к традиционному источнику названий небесных
объектов – к древней мифологии. Юпитер – глава римских богов (как Зевс в
греческой мифологии), названия спутников ему были подобраны соответствующим
образом: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, – свита Юпитера. Хотя вначале Симон
Мариус тоже назвал спутники «Бранденбургскими светилами».
82
3. Без свиты
Ярослав: Спутники планет – это закономерность или исключение? Как вы
считаете, у всех ли планет есть спутники?
Елисей: У Земли есть один спутник – Луна. У Юпитера тоже есть спутники. Я
думаю, что это закономерность и у каждой планеты есть хотя бы один спутник.
Пересвет: Закономерность, может быть, и есть, но не такая очевидная. Из
каждого правила есть исключение. У Юпитера и Сатурна более десятка спутников,
некоторые планеты имеют несколько спутников, а Меркурий и Венера вовсе без
спутников.
4. Внутри спутника
Пересвет: Существует предположение, что один из спутников Марса полый
внутри. Какой именно?
Ярослав: У Марса всего два спутника – Фобос и Деймос. Полым может быть
тот спутник, который дальше от планеты. По этой причине он испытывает меньшее
притяжение со стороны Марса. Достаточно заглянуть в таблицу, чтобы дать ответ –
это Деймос.
Пересвет: У полого спутника диаметр должен быть больше. Так как у Фобоса
диаметр 22 км., а у Деймоса 13 км., то полым спутником Марса может быть только
Фобос.
Елисей: Движение Фобоса вокруг Марса происходит с небольшим
замедлением. Исследуя это явление, наш соотечественник, академик И. С.
Шкловский сделал предположение о том, что значительная величина торможения
Фобоса может быть объяснена тем, что при малой массе он полый внутри.
5. Лед и пламень
Пересвет: Ребята, как называются спутники Юпитера, один из которых весь
залит серой, а другой покрыт ледяной корой толщиной около 100 километров?
Елисей: Серой может быть залит спутник, расположенный ближе всего к
планете. Посмотрите в таблицу спутников солнечной системы. Это может быть Ио.
А спутник, покрытый ледяной коркой должен находиться далеко от Юпитера,
значит это Каллисто.
Ярослав: Может быть насчет Ио ты и прав, но у Юпитера не четыре спутника.
Самым дальним из них является спутник Синопе.
Пересвет: Я думаю, что ледяной коркой должен быть покрыт спутник с
меньшей массой, а это только Европа.
6. Без имени, а значит без судьбы
Рассматривая таблицу спутников планет, ребята обнаружили, что не все они
имеют собственные названия. Например, из 21 спутника Сатурна – семь не имеют
имён. Как же их тогда отличают друг от друга?
83
Пересвет: Скорее всего, их отличают по имени первооткрывателя.
Елисей: А если один и тот же астроном открыл не один, а два три спутника,
тогда как? Я считаю, что эти спутники отличаются по году открытия.
Ярослав: В астрономической литературе безымянные спутники
обозначаются римскими порядковыми числительными до тех пор, пока им всё же
не будут присвоены собственные имена.
7. Самый яркий
Ярослав: Нам известно несколько десятков разнообразных спутников планет.
Интересно, а какой из них самый яркий?
Пересвет: Самым ярким из спутников является спутник Сатурна Энцелад.
Это если под яркостью понимать отражательную способность поверхности
спутника, так называемое альбедо. Известно, что спутники, как и планеты не имеют
собственных источников энергии, а светят отраженным от Солнца и звёзд светом.
Елисей: Значит, самым ярким должен быть спутник, имеющий максимальные
размеры. Судя по таблице, это спутник Сатурна Титан. Его диаметр составляет 5840
километров!
Ярослав: Здесь могут быть использованы разные подходы. Для наблюдателя с
Земли одним из самых ярких спутников будет Европа, её звёздная величина порядка
5-6 m. Максимальное альбедо у спутника Сатурна Тефии – 0,77.
8. Против течения
Елисей: Известно, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном
направлении. А какой из спутников Сатурна движется в направлении,
противоположном вращению планеты?
Ярослав: Давайте еще раз посмотрим на нашу таблицу спутников планет.
Если наклонение орбиты спутника к плоскости экватора планеты больше 90 0, то это
означает обратное движение спутника. У Сатурна только Феба имеет наклонение
1500, а, следовательно, и обратное движение.
Пересвет: Следует отметить, что это не единственный случай в солнечной
системе. Например, Юпитер имеет четыре таких спутника, Нептун – один подобный
спутник.
9. Атмосфера Земли?
В некоторых научно-популярных изданиях наши друзья встречали
высказывания о том, что промежуточной базой на пути к дальним планетам мог бы
стать спутник Сатурна Титан. На чем основаны подобные высказывания?
Ярослав: Всё дело в том, что Титан – самый крупный из всех известных
спутников и на нём удобно размещать станции. В то же время масса его не так
велика и потому с Титана будет легко стартовать. Ускорение силы тяжести на нём
меньше земного, почти такое же, как на Луне.
84
Елисей: Мне кажется, что выбор Титана обусловлен тем, что, по мнению
некоторых учёных, атмосфера спутника похожа на атмосферу Земли по
химическому составу.
Пересвет: Может ответ заключается в небесной механике. Титан занимает
выгодное «стратегическое» положение в солнечной системе. С него удобно
стартовать во всех направлениях ко всем планетам.
10. Крутизна
Елисей: Плоскость орбиты какого спутника Урана почти перпендикулярна
плоскости орбиты планеты?
Пересвет: Всё довольно просто. Судя по таблице – это Оберон.
Ярослав: Не стану спорить. Однако перпендикулярность орбиты спутника по
отношению к плоскости орбиты своей планеты можно определить и иным
способом. Кстати, по таблице к этой группе можно отнести и Ариэль и Умбриэль.
Елисей: А я считаю, что орбиты всех спутников Урана весьма круто
наклонены к плоскости эклиптики – до 980. Мы забыли, что Уран вращается как бы
«лежа на боку».
11. Шекспировские страсти
Елисей: У какой планеты названия спутников связаны не с греческой
мифологией, а с именами шекспировских героев?
Пересвет: Это относится к спутникам Урана: Миранда, Ариэль, Умбриэль,
Титания и Оберон.
Ярослав: Когда в 1787 года В.Гершель открыл два первых спутника Урана, в
соответствующем разделе мифологии для них просто не хватило названий. Вместо
мифологии он обратился к Шекспиру, остановившись на названиях Оберон и
Титания. Другие открыватели спутников обязаны были последовать его примеру.
Так в 1851 году В. Лассаль открыл Ариэль и Умбриэль. В 1848 году Койпер выбрал
для своего спутника имя Миранда.
85
Кольца планет
Когда в июле 1610 года уже знаменитый Галилео Галилей, направив свой
телескоп на Сатурн, был несказанно удивлен. «Я нашёл, – пишет он в письме, –
двух прислужников у старика Сатурна; они его поддерживают в шествии и никогда
не отскакивают от его боков». Своё открытие Галилей опубликовал в виде
анаграммы – зашифрованного сообщения, которое следовало читать так:
«Высочайшую планету тройною наблюдал».
Однако спустя два года он увидел «высочайшую» планету в полном
одиночестве. Старик Сатурн непостижимым образом успел растерять своих
прислужников! Великий Галилей так и не смог дать объяснение этому странному
небесному происшествию.
Разгадку странного поведения Сатурна удалось найти лишь полстолетия
спустя голландскому ученому Гансу Христиану Гюйгенсу. Наблюдая за планетой,
он пришел к выводу, что Сатурн «Кольцом окружен тонким, плоским, нигде не
прикасающимся, к эклиптике наклонённым». Таким образом, история планетных
колец начинается с 1655 года.
1. Рождение кольца
Пересвет: Долгое время считалось, что происхождение кольца у Сатурна
объясняется тем, что к планете неосторожно приблизился один из его внутренних
спутников и был разорван приливными силами. Ваше мнение на этот счёт?
Ярослав: Так оно и есть. Если бы происхождение колец было закономерным
этапом эволюции планет, то кольца имели бы все планеты, что далеко не так.
Значит существование колец действительно обусловлено планетной катастрофой.
Елисей: Я считаю, что кольца Сатурна представляют собой остатки огромного
околопланетного облака. Они состоят из обычного водяного льда самой разной
величины: от мелких пылинок до крупных глыб с поперечником 10-15 метров. По
этой причине кольцо Сатурна – закономерный этап эволюции планеты.
2. Почему кольца плоские?
Елисей: Известно, что кольца Сатурна чрезвычайно тонки: около 10-20 метров
толщиной. В то же время их ширина составляет тысячи километров, в некоторых
местах – 137 тыс. км. Чем это можно объяснить?
Пересвет: Сплющивание колец – результат противоборства гравитационной и
центробежной сил. Гравитационное притяжение стремиться сжать кольцо со всех
сторон. Вращение же препятствует сжатию поперек оси вращения, но не может
помешать сплющиванию вдоль оси. Этим и объясняется происхождение различных
космических дисков, включая кольца планет.
Ярослав: Всё это довольно интересно, но не очень убедительно. Сжатие
можно наблюдать и у не вращающихся тел. В то же время некоторые вращающиеся
86
тела имеют сферическую форму. Вероятно, всё дело в плотности этих тел. Если
плотность мала, то тела сплющиваются, если же довольно высока – то остаются
шарообразными. Такой ориентировочной плотностью может быть, например,
плотность Земли.
3. Деления колец
Пересвет: Сразу же после открытия кольца Сатурна астрономы высказывали
сомнения по поводу его целостности. В соответствии с третьим законом Кеплера
внутренняя часть кольца должна вращаться быстрее внешней, что неизбежно
должно привести к разделению кольца. Однако наблюдениями это не
подтверждалось. Что мы имеем в этом случае: либо практика отстает от теории,
либо теория от практики?
Елисей: Всё дело было в несовершенстве телескопов. С Земли хорошо
различаются три основных ярких кольца: яркое среднее кольцо В, более слабое
внешнее кольцо А и едва светящееся креповое кольцо С. Кольца А и В широкой
черной полосой разделяет деление Кассини, названное в честь французского
астронома Джованни Доменико Кассини.
Если взглянуть на кольца с расстояния 100-200 тыс. км., то окажется, что
кольца Сатурна разделены на тысячи разных колечек. Среди них есть узкие потоки,
отклоняющиеся от круговой орбиты. Края некоторых колец зазубриваются, а сами
они колышутся под гравитационным напором спутников, изгибаясь и образуя
волны.
Ярослав: Я думаю, что все эти деления весьма условны. Ведь если
приблизиться к ним вплотную, то они окончательно потеряют свою монолитность и
превратятся в огромное количество отдельных «спутничков» Сатурна. Каждый из
таких спутничков движется по своей орбите, сближаясь с другими, разрушаясь на
мелкие частицы и вновь соединяясь в крупные глыбы. По этой причине кольца и
кажутся нам всегда сплошными.
4. Пропажа колец
Елисей: Друзья, как вы думаете, почему Галилей через два года после
фактического открытия кольца Сатурна не смог его увидеть снова?
Ярослав: Думаю, изменились условия видимости. За два года Сатурн и Земля
изменили своё положение в пространстве. Может быть, Сатурн стал дальше от
Земли и при наблюдении даже в сильный телескоп отдельные детали «хозяйства»
Сатурна были не видны. В наших наблюдениях мы тоже отмечаем различные
условия видимости Сатурна. Иногда «Сатурн почти не виден».
Пересвет: Сатурн обращается вокруг Солнца так, что плоскость колец всегда
остаётся параллельна самой себе. Вследствие этого при наблюдении Сатурна с
Земли мы видим его кольца попеременно под разными углами. В какой-то момент
времени раскрытие у колец максимально и они видны с Земли наилучшим образом.
87
Елисей: По мере движения Сатурна по орбите раскрытие колец уменьшается,
и иногда мы видим кольцо Сатурна строго с ребра. Так как толщина кольца
невелика, то наблюдать его в это время вообще невозможно. Кольца в такие
периоды как бы вовсе исчезают для земного наблюдателя.
5. Споки
Ярослав: На одной из фотографий колец Сатурна, переданной американскими
космическими кораблями мы видим поперечные темные полосы на кольцах,
которые ученые называют «споки» или «спицы». Что вы можете сказать по поводу
их образования?
Елисей: Может быть, это тени от спутников Сатурна. Поскольку и спутники и
кольца лежат почти в одной плоскости, то тень от спутника как бы скользит по
кольцам, образуя радиальные полосы. Вспомним, что толщина колец невелика –
всего 10-20 метров, а диаметры спутников имеют размеры до 5 тыс. км. Так что
вполне возможно, что такие спутники отбрасывают длинные тени.
Пересвет: «Спицы» – это облака мелкой пыли. Их появление объясняется
тем, что мелкие снежные пылинки колец получают небольшой электрический заряд
под действием солнечного ветра. В кольце В эти пылинки обладают самой малой
скоростью, относительно магнитного поля планеты. По этой причине они образуют
«споки» внушительных размеров – десятки тысяч километров; иначе из-за
кеплеровского движения они должны бы распадаться.
6. Кольца Урана
Елисей: Кольца Урана были открыты только 10 марта 1977 года. Почему это
событие не могло произойти раньше?
Ярослав: Всё дело в том, что кольца Урана – это прямая противоположность
кольцам Сатурна. Кольца Сатурна – светлые, снежные и широкие, а кольца Урана –
в тысячу раз более узкие, черные и каменистые. Они представляют собой набор из
девяти черных «паутинок». Радиусы их орбит лежат в пределах от 40-50 тыс. км., а
ширина 1-10 километров. Толщина колец всего несколько десятков метров.
Частицы, из которых образованы кольца, достигают в размерах нескольких метров
и отражают примерно 3% падающего на них света.
Пересвет: Из всякого правила есть исключения. Так, например, внешнее
кольцо Е совершенно отлично от остальных. Его ширина меняется в пределах от 20
до 100 километров, причём она зависит от расстояния до планет. Оно пропускает до
60% света. Кроме того, это эксцентрическое кольцо прецессируется как целое
вокруг Урана с периодом 8-9 месяцев.
7. Арки в кольцах Нептуна
Пересвет: Какова особенность колец Нептуна?
88
Елисей: Только в средине 80-х годов астрономы открыли кольца Нептуна.
Однако они были очень странными – неполными. Эти разорванные кольца стали
называть дугами или арками. Вещество в них распределено крайне неравномерно:
плотность резко падает у концов дуги. Размеры самых крупных частиц составляют
несколько сот метров.
Ярослав:
Арки
Нептуна
представляют
собой
цепочки
вихрей
антициклонического типа, состоящие из твёрдых частиц. Эти уникальные вихри
названы эпитонами. Кроме того, у Нептуна есть ещё непрерывное, узкое и
прозрачное пылевое кольцо.
8. Открытие «Вояджера»
Пересвет: В 1979 году «Вояджер-1» открыл внутреннее кольцо Юпитера. Его
внутренний край лежит на расстоянии 0,8 радиуса планеты от видимой границы
облаков. Кто может продолжить рассказ дальше?
Елисей: Ширина наиболее яркой части кольца достигает 800 километров. Она
окружена зоной более слабого свечения, протянувшейся примерно на 5200 метров.
Толщина кольца около 30 километров.
Ярослав: Кольцо Юпитера весьма похоже на кольцо Сатурна: оно довольно
широкое и тонкое, просвечиваемое лучами Солнца. Это значит, что частицы, из
которых состоит кольцо, очень малы.
9. Реликт древних времен
Елисей: Как заметил Ярослав, кольцо Юпитера очень похоже на кольцо
Сатурна по своим характеристикам. А что можно сказать об эволюции этого
образования?
Ярослав: Кольцо Юпитера образовалось одновременно с планетой. На это
указывает его ширина – почти до слоя дымки в верхней атмосфере и достаточная
его разрежённость. Наверное, здесь уместно говорить не о сплошном кольце, а о
системе мельчайших частиц, образующихся вокруг Юпитера. Вообще, кольцо –
закономерный результат эволюции системы Юпитера.
Пересвет: В своих высказываниях надо быть очень осторожным. Я не думаю,
что кольцо – реликт древнейшей истории Юпитера. По-моему, оно непрерывно
пополняется частицами межпланетной пыли, частицами, выбрасываемыми при
ударах метеоритов с больших галилеевых спутников или даже из вулканов Ио.
Доказательством этого служат слабые пылевые структуры, которые тянутся от
главного кольца к поверхности Юпитера и образуют над кольцом толстое гало,
простирающееся до ближайших спутников.
89
10. Кольцо-невидимка
Ярослав: Друзья, а почему кольцо Юпитера не было открыть Галилеем тогда,
когда он обнаружил спутники Ио, Европу, Ганимед и Каллисто?
Елисей: Кольцо Юпитера очень прозрачное – оно отражает всего несколько
тысячных долей процента падающего света. А телескоп Галилея, большую часть
света не пропускал. Поэтому в свой несовершенный телескоп Галилей в принципе и
не мог увидеть кольцо Юпитера.
Пересвет: На мой взгляд, дело в том, что с Земли увидеть кольцо
невозможно, так как оно очень тонкое и постоянно повернуто к нам ребром из-за
малого наклона оси вращения Юпитера к плоскости его орбиты.
90
Космическое излучение
Что такое космическое излучение? Мы знаем, что одной из его составляющих
является видимый свет. Способность человека различать свет в определенном
диапазоне длин волн необычайно важна, так как зрение дает нам 90% всей
информации об окружающем мире. Однако видимый свет на шкале длин волн
излучения занимает лишь узенькую полоску от 4500 до 7000 ангстрем (0). Из
космоса на Землю падает и радиоволновое излучение, и тепловое инфракрасное, и
жёсткое гамма-излучение. Кроме того, Земля подвергается непрерывной
бомбардировке массивными частицами, входящими в состав так называемых
космических лучей. Поговорим о природе этих видов излучения.
1. Тепловая смерть Вселенной
Ярослав: Друзья, вы знаете, что наша Земля непрерывно излучает тепло в
мировое пространство. Означает ли это, что она постепенно остывает? Не грозит ли
такое явление тепловой смертью Земле и всей Вселенной?
Елисей: Для того, чтобы наступила тепловая смерть Земли, её температура
должна стать равной абсолютному нулю, тогда прекращается всякое тепловое
движение молекул. Мне кажется, такое невозможно, так как Земля всё время
получает тепловую энергию от Солнца. С другой стороны, атмосфера Земли
препятствует рассеянию инфракрасного излучения, от Земли в окружающее
пространство. В конце концов, всё это запрещено третьим началом термодинамики,
утверждающим недостижимость абсолютного нуля.
Пересвет: Тепловая смерть может наступить и в том случае, если температура
Земли выровняется с температурой окружающего пространства и прекратится
теплообмен. Тепловое равновесие такой термодинамической системы вполне
реально.
Ярослав: Всё зависит от того, что считать термодинамической системой и
будет ли она изолированной. Известно, что только в замкнутых термодинамических
системах энергия сохраняется.
Мистер Икс: (Пояснения для учителя.) Под тепловой смертью
термодинамической системы понимается ситуация, когда система приходит в
термодинамическое равновесие с окружающей средой (термостатом) и её
параметры перестают изменяться со временем. Такое возможно в ограниченных
областях пространства. Например, когда погаснет Солнце (примерно через 10 млрд.
лет), солнечная система придёт в термодинамическое равновесие с окружающим
космическим пространством, и наступит тепловая смерть этой системы. Несколько
иначе обстоит дело со всей Вселенной. Если выделить какую-то достаточно
большую область открытой (непрерывно расширяющейся) Вселенной, то после
того, как все звёзды в ней завершат свою эволюцию, эта расширяющаяся область
термодинамически умрёт. Температура такой области будет постоянно (бесконечно
91
долго) приближаться к абсолютному нулю. Однако это не означает, что вся
бесконечная Вселенная обречена на тепловую смерть, поскольку предыдущие
аргументы верны только для замкнутых термодинамических систем, а Вселенную в
целом отнести к таким системам, по-видимому, нельзя.
2. Ультрафиолетовая катастрофа
Пересвет: Физики давно научились рассчитывать поток электромагнитного
излучения от звезды, рассматривая её как тело, нагретое до определенной
температуры. Однако ученые встретились с большими трудностями при попытке
теоретического объяснения законов излучения нагретого твёрдого тела. По теории
Рэлея-Джинса излучательная способность абсолютно чёрного тела должна всё
время возрастать с увеличением частоты, то есть быть максимальной в
ультрафиолетовой области. Если бы это было верно, то полное количество
излученной на всех частотах энергии равнялось бы бесконечности. Подобное,
противоречащее
здравому
смыслу
предсказание,
получило
название
ультрафиолетовой катастрофы. Кроме того, эксперимент прямо указывал на то, что
максимум излучения нагретого тела приходится на жёлто-зелёную часть спектра, а
затем спектральная интенсивность уменьшается (а не растёт, как по теории
Джинса). В чём здесь дело?
Елисей: Ошибка очевидна. Физики считали звезду твёрдым телом, а мы знаем,
что звёзды являются светящимися газовыми шарами. Нагретые газы излучают не
так, как твёрдые тела.
Ярослав: Закономерность, выведенная физиками Релеем и Джинсом, и
основанная на законе Стефана-Больцмана излучения нагретого тела, справедлива
только для малых частот (больших длин волн). При больших частотах (малых длин
волн) излучение теряет волновые свойства и становится всё более корпускулярным,
то есть потоком фотонов определенной энергии. Гипотеза о квантах излучения
позволила Максу Планку устранить ультрафиолетовую катастрофу.
Мистер Икс: А) Абсолютно чёрное тело, по определению, поглощает всё
падающее на него излучение. Выдающийся немецкий физик прошлого века Р.
Кирхгоф показал, что абсолютно чёрное тело обладает при заданной температуре
максимальной излучательной способностью по сравнению со всеми другими
нагретыми телами. В природе нет, строго говоря, абсолютно чёрных тел, но эта
абстрактная модель с очень хорошей точностью описывает, например, законы
излучения звёзд, поскольку они фактически ведут себя как нагретые до
определённой температуры абсолютно чёрные тела.
Б) Количество излучённой абсолютно чёрным и обладающим температурой Т
телом энергии в единице объёма пространства (плотность энергии излучения)
пропорционально Т4 (закон Стефана-Больцмана). Напоминаем, что речь идёт о
равновесном излучении, энергия которого не изменяется со временем.
92
В) Физики прошлого века пытались разными способами теоретически
рассчитать спектральную плотность излучения, то есть плотность излучения,
приходящуюся на заданный малый интервал частот (или длин волн). Поскольку, в
соответствии с законом Стефана-Больцмана, полная плотность излучения (интеграл
по всем частотам) при заданной температуре излучающего тела конечна, это
означает, что спектральная плотность не может бесконечно возрастать с ростом
частоты, иначе сумма (интеграл) по всем частотам будет стремиться к
бесконечности.
Г) Из этого следует, что кривая зависимости спектральной плотности
излучения от частоты должна стремиться к нулю с ростом частоты. Объяснение
этому дает теория квантов. Энергия фотона пропорциональна частоте (вспомним
формулу E = h). Поэтому при больших частотах на заданное количество плотности
энергии излучения в определенном интервале частот нужно всё меньше квантов,
значит, спектральная плотность излучения падает.
3. Солнечная постоянная
Пересвет: В учебниках по астрономии написано, что солнечная постоянная
равна 1,37 кВт/м2. Как вы думаете, что же характеризует эта величина?
Ярослав: Она определяется количеством энергии видимого света от Солнца,
приходящейся на 1 м2 поверхности Земли.
Елисей. Мне кажется, что здесь следует учитывать все виды излучения
Солнца, и не только видимый свет. Иными словами, солнечная постоянная
характеризует общее излучение Солнца. Поскольку некоторая часть излучения
задерживается атмосферой Земли, то определять эту постоянную следует за
пределами земной атмосферы.
Пересвет: Солнечная постоянная показывает, какое количество солнечной
энергии ежесекундно попадает на поверхность площадью в 1 м 2, расположенную
перпендикулярно солнечным лучам. Определяется эта постоянная в полдень.
Мистер Икс: Конечно, солнечную постоянную следует определять вне земной
атмосферы. Момент времени измерения безразличен. Точное определение:
солнечной постоянной называется величина полной энергии излучения Солнца,
падающей в 1 с на 1 м2 площадки, расположенной вне земной атмосферы
перпендикулярно солнечным лучам на среднем расстоянии от Земли до Солнца.
Таким образом, солнечная постоянная определяется свойствами Солнца, а не Земли.
4. Анализ звёздного света
Пересвет: Какую информацию можно получить, исследуя свет звёзд?
Ярослав: По спектральному составу можно узнать, какова температура
излучающего тела, его химический состав, магнитное поле в окружающем
пространстве, скорость звезды относительно земного наблюдателя.
93
Елисей: Получается, что в свете звёзд содержатся данные, как о строении
звезды, так и о составе космического вещества, с которым свет звезды
взаимодействовал на пути к Земле.
Мистер Икс: Исследование спектрального состава света звёзд является
основной экспериментальной базой для развития теории эволюции звёзд и
Вселенной в целом. Во-первых, спектры звёзд дают возможность точно установить
химический состав звёздного вещества на поверхности звезды и сравнить
результаты с теорией звёздной эволюции. Во-вторых, изменение сдвига
спектральных линий, благодаря эффекту Доплера, позволяет узнать скорость звезды
или галактики вдоль луча зрения от земного наблюдателя, а также скорость
вращения звезды. Благодаря этому выясняют не только детали эволюции
компактных звёздных систем и галактик, но и законы расширения Вселенной.
5. Невидимые звёзды
Пересвет: Я недавно прочитал в одной популярной книжке по астрономии,
что на небе насчитывается примерно 6000 звёзд. Я не могу с этим согласиться. Мне
кажется, что звёзд намного больше. На чём основано такое утверждение?
Елисей: Вероятно, в книжке было сказано только о звёздах, видимых
невооружённым глазом. Если посмотреть в телескоп или даже в бинокль, то
количество видимых звёзд значительно возрастет.
Ярослав: Могу добавить, что кроме видимых в оптическом диапазоне звёзд,
есть ещё невидимые глазом рентгеновские пульсары, нейтронные звёзды, чёрные
дыры.
Мистер Икс: Конечно, число видимых звёзд на небе неизмеримо больше
6000. Только увидеть их можно в телескопы, причём тем больше, чем телескоп
мощнее. Всего в нашей Галактике 1011 звёзд типа Солнца. Однако современная
астрофизика в основном изучает космические объекты, не видимые в оптическом
диапазоне. Именно переход от оптических наблюдений к наблюдениям в
рентгеновском и гамма-диапазонах стал более 50 лет назад началом великой
научной революции в астрономии. Но есть и такие объекты в нашей и других
галактиках, которые не видны ни в каком диапазоне излучения. Теория
предсказывает, что общая масса этих объектов, составляющих «скрытую массу»
Вселенной, может быть на порядок больше, чем масса видимого вещества.
Изучение проявлений скрытой массы – главная задача современных исследований.
6. Свидетели прошлого
Елисей: Все рассматриваемые нами виды излучения испускаются
конкретными космическими объектами – звёздами, межзвездным газом. Однако во
Вселенной есть излучение, не связанное ни с одним из известных тел или их систем.
Что это за излучение?
94
Ярослав: Это реликтовое излучение. Названо оно так потому, что
образовалось на ранних этапах эволюции Вселенной, когда водород превращался в
гелий. Это было до формирования звёзд.
Пересвет: Если учесть, что образование гелия происходит в термоядерных
реакциях при высокой температуре, то вначале это излучение было весьма горячим.
По мере расширения Вселенной оно охлаждалась, и к настоящему времени
температура реликтового излучения составляет всего 3К (–270оС).
Елисей: Это излучение заполняет всю Вселенную и по своему характеру
является тепловым.
Мистер Икс: В предыдущих ответах много ошибочных утверждений.
Действительно, в настоящее время вся Вселенная заполнена равновесным
реликтовым излучением с эквивалентной температурой 2,7К (такое излучение
исходило бы от абсолютно чёрного тела, нагретого до указанной температуры).
Однако это излучение не имеет отношения к термоядерным реакциям в звёздах. По
современным представлениям, наша Вселенная зародилась примерно 15 млрд. лет
тому назад в результате грандиозного Большого Взрыва некоторой исходной
материи (лучше не задаваться вопросом о том, что было до этого; на сегодняшний
день этот вопрос не имеет смысла).
В начальный момент после Взрыва плотность и температура материи
достигали трудно вообразимых значений 10 93 кг\м3 и 1032 К. Практически
мгновенно началось расширение этой сверхгорячей и сверхплотной Вселенной.
Смысл такого расширения легко понять, надувая воздушный шарик, на поверхность
которого фломастером нанесено много точек. При надувании все точки будут
удаляться друг от друга, оставаясь на поверхности того же шарика. Точно так же
стали удаляться друг от друга пространственные области Вселенной. Из чего же
состояла Вселенная в ту эпоху? Поскольку температура первичной материи была
много больше, чем температура, необходимая для рождения пар любых частиц и их
античастиц (протонов и антипротонов, нейтронов и антинейтронов), то все
мыслимые частицы и их античастицы находились в равновесии с фотонами
(квантами излучения), потому что с равной вероятностью происходили как реакции
рождения пар  +  р + р-, так и реакции аннигиляции р + р   + .
Таким образом, в рассматриваемую эпоху (её называют эрой доминирования
излучения) материя была равновесной смесью фотонов и всех мыслимых пар
частиц и античастиц. По мере расширения Вселенной температура её падала, так
что в определённый момент энергии фотонов стали меньше, чем те, которые
необходимы для рождения пар частиц определенной массы. В этот момент началась
аннигиляция этих пар частиц и античастиц с превращением в фотоны. Если бы
Вселенная в начальный момент своего рождения имела строго одинаковое
количество частиц и античастиц данного сорта, то после необратимой аннигиляции
во Вселенной через какое-то время остались бы только фотоны и нейтрино (эти
частицы благодаря крайне слабому взаимодействию с остальным веществом могут
95
избежать участи других и сохраниться до наших дней). Поскольку мы с вами
существуем, значит, число частиц (протонов, нейтронов, электронов) было сначала
чуть больше числа античастиц. Астрофизика может даже сказать, на сколько
больше: отношение числа массивных частиц к числу фотонов во Вселенной равно
10-9. Таким образом, мы – это малая примесь к фотонной Вселенной. Все
описываемые процессы завершились примерно через три минуты после «начала»,
оставив после себя первичные ядра химических элементов (водород и гелий в
пропорции 3:1), электроны и фотоны. Вот эти-то фотоны и образуют реликтовое
излучение. В результате расширения Вселенной они охладились до 2,7 К. В 1 см 3
пространства в любой точке Вселенной содержится примерно 550 фотонов
реликтового излучения. Однако вклад их в полную энергию Вселенной в наши дни
ничтожен. Мы живем в эру доминирования вещества.
7. Жёстче не бывает
Пересвет: В гамма-астрономии принято говорить не о длине волны
излучения, а об энергии соответствующего фотона. Что ещё можно сказать о гаммаастрономии?
Елисей: Я знаю о классификации гамма-квантов то , что они делятся на
мягкие, энергичные, жёсткие и сверхжёсткие. Предполагается, что гамма-кванты
возникают в Метагалактике при столкновении релятивистских электронов с
малоэнергичными фотонами.
Ярослав: Анализ этого вида излучения позволит получить данные о
распределении космической пыли, межзвёздного газа. Кроме того, в последнее
время обнаружено несколько дискретных источников гамма-излучения.
Мистер Икс: Гамма-астрономия – одна из самых молодых и самых
многообещающих ветвей наблюдательной астрономии. Действительно, гаммаизлучение умеренной энергии (менее 100 Мэв. в принятых единицах измерения)
позволяет изучать распределение межзвёздного вещества. Однако наибольший
интерес в наши дни представляет изучение так называемых гамма-барстеров, то
есть внезапно, взрывным образом (английское слово burst означает «взрыв»)
возникающих в космосе точечных источников мощнейшего излучения (их сейчас
известно уже около сотни).
Природа барстеров до конца не выяснена. Средствами гамма-астрономии
обнаружено специфическое излучение, идущее от центра нашей Галактики. Анализ
этого излучения позволяет предположить, что там находится сверхмассивная
черная дыра, являющаяся источником энергии для всей остальной Галактики.
8. Неуловимая частица
Пересвет: Поток фотонов, регистрируемых наблюдателем, рассказывает ему
о физических условиях во внешних слоях звезды. А можно ли заглянуть внутрь
звезды?
96
Елисей: Да. «Свидетелями» всех процессов, происходящих во внутренних
областях звезды, вплоть до её центра, являются частицы, называющиеся нейтрино,
образующиеся в термоядерных реакциях синтеза водорода и гелия.
Пересвет: Поймать нейтрино очень сложно. Как пел в своё время Высоцкий:
«нет, не поймаешь нейтрино за бороду». Нейтрино практически не взаимодействует
с веществом. Длина свободного пробега нейтрино в сотни раз превышает размеры
солнечной системы.
Ярослав: Учёные, тем не менее, ловят. Сейчас построены детекторы
обнаружения нейтрино. Это весьма сложные и дорогостоящие сооружения.
Мистер Икс: Нейтринная астрономия – бурно развивающаяся область
астрофизики, поскольку только нейтрино несёт уникальную информацию о
процессах внутри звёзд. Регистрация нейтрино от Солнца и от взрывов сверхновых
дает возможность проверить теоретические модели эволюции звёзд. Нейтринные
обсерватории есть во многих странах, в том числе в России. (Баксан, Северный
Кавказ.)
9. 21 сантиметр
Елисей: В 1944 году голландский студент-физик Ван де Хулст доложил в
Лейденском университете свою работу, в которой он предсказывал существование
излучения нейтральных атомов водорода с длиной волны излучения 21 сантиметр.
Почему это излучение не наблюдается в земных условиях?
Пересвет: В земных условиях атомы водорода сталкиваются друг с другом
сотни миллиардов раз в секунду, поэтому атом просто не успевает отдать энергию в
виде излучения с длиной волны 21 сантиметр. Эта энергия в результате
столкновений переходит в другие формы.
Ярослав: Для того чтобы атом водорода отдал свою энергию,
самопроизвольно испустив квант длиной волны 21 см. в среднем требуется 11 млн.
лет. В межзвездном пространстве атомы находятся очень далеко друг от друга и
сталкиваются редко – в среднем, один раз в 300 лет. В последние годы это
излучение удалось обнаружить экспериментально.
Мистер Икс: Ответ Пересвета полностью неверен. Значительно ближе к
истине ответ Ярослава. Речь идет о сильно запрещённом квантовом переходе в
атоме водорода из состояния, в котором спины электрона и ядра направлены в
противоположные стороны, в состояние с параллельными спинами электрона и ядра
(так называемое сверхтонкое расщепление уровней). Время жизни атома водорода
относительно спонтанного перехода из одного указанного состояния в другое равно
12 млн. лет. Однако количество нейтральных атомов водорода в Галактике
настолько велико, что вероятность обнаружения такого излучения достаточно
высока. Оно было зарегистрировано в 1951 году Эвансоном и Перселлом. Изучение
такого излучения очень важно, поскольку оно несет информацию не только о
97
межзвёздной среде, но и о галактиках (в частности о внутренних движениях
отдельных областей внутри галактики).
10. Космические лучи
Ярослав: Я тоже напомню вам одну историю. 7 августа 1912 года австрийский
физик Виктор Гесс, поднялся с электроскопами на воздушном шаре на высоту 5000
метров. Он обнаружил, что ионизация воздуха на такой высоте намного больше,
чем у поверхности Земли. Это можно было объяснить тем, что из космического
пространства на Землю падают потоки ионизирующего излучения. Что же собой
представляет это излучение?
Пересвет: Космическое излучение, на мой взгляд, – корпускулярное
излучение Солнца, более жёсткое, чем ультрафиолетовое излучение.
Елисей: Я думаю, что космическое излучение – это потоки заряженных
частиц. Их называют космическими лучами. Они обладают огромной энергией.
Полагаю, что они не солнечного происхождения, а приходят к нам из далёкого
космоса, так как заполняют всё пространство. Космические лучи в большинстве
состоят из протонов, ядер гелия и электронов.
Ярослав: Эти частицы высокой энергии до Земли не доходят. В верхних слоях
атмосферы, они сталкиваются с атомами и молекулами, порождая целые линии
вторичных частиц, которые и регистрируются вблизи поверхности Земли.
Мистер Икс: Следует различать первичное и вторичное космическое
излучение. Первичное космическое излучение в основном состоит из протонов,
ядер гелия и электронов, изотропно (одинаково со всех сторон) падающих на
Землю. Эти частицы имеют галактическое происхождение. Современные
астрофизики полагают, что главным источником таких высокоэнергичных частиц
(энергией более 1 ГэВ) являются взрывы сверхновых в нашей Галактике. Энергия
отдельных частиц может достигать чудовищных значений – 1011 ГэВ = 12Дж
(энергии такой частицы достаточно, чтобы поднять груз массой 1 кг. на высоту 1
метр). Малую примесь в космических лучах составляют частицы умеренных
энергий, рождающиеся во время хромосферных вспышек на Солнце. Вторичные
космические лучи рождаются в атмосфере Земли, образуя линии вторичных частиц.
В состав вторичных космических лучей входят пионы, мюоны и другие частицы.
11. Многоликий «Краб»
Ярослав: Крабовидная туманность – остаток вспышки сверхновой,
произошедшей в 1054 году в созвездии Тельца. Эта туманность является мощным
источником радиоизлучения и рентгеновского излучения. В чём особенности
излучения «Краба»?
Елисей: Особенность в том, что магнитное поле, имеющееся в туманности,
тормозит электроны, рождённые при взрыве звезды и движущиеся со скоростью,
98
близкой к скорости света. В результате торможения электроны излучают энергию.
Называется это излучение синхротронными.
Пересвет: Мне кажется, что необычность радиоизлучения Крабовидной
туманности ещё и в том, что оно имеет несколько диапазонов и вот уже тысячу лет
не меняет своей интенсивности.
Мистер Икс: Крабовидная туманность представляет собой расширяющуюся
оболочку звезды, сброшенную во время взрыва сверхновой. При взрыве сверхновой
центральная часть звезды за очень короткий промежуток времени превращается в
нейтронную звезду (типичный радиус порядка 10 км., и масса порядка массы
Солнца). Мощное излучение, сопровождающее этот процесс, сбрасывает внешнюю
оболочку звезды, так что в результате образуется центральный точечный источник
и кольцевая расширяющаяся оболочка, постепенно превращаясь в туманность.
Последний раз учёные смогли наблюдать весь этот процесс во время вспышки
сверхновой в 1987 году. Поскольку исходная звезда обладала определенным
магнитным полем, после образования нейтронной звезды её магнитное поле
становится в миллионы раз сильнее (силовые линии магнитного поля звезды
замкнуты и при сжатии одновременно возрастает напряжённость магнитного поля,
которое привязано к звезде). Ультрарелятивистские электроны, двигаясь в этом
магнитном поле, испускают рентгеновское синхротронное излучение, максимум
которого находится в направлении оси вращения нейтронной звезды. На Земле
такое излучение фиксируется как периодические пульсации (их период
определяется скоростью вращения нейтронной звезды). Поэтому подобные объекты
стали называть пульсарами.
12. Экран Земли
Пересвет: Мы выяснили, что Солнце, да и другие небесные тела могут быть
рентгеновскими источниками. Насколько это безопасно для человека?
Елисей: Все рентгеновское излучение поглощается атмосферой Земли. Для
защиты космонавтов, выходящих в открытый космос, изготовляют специальные
скафандры.
Ярослав: Ты не прав. Часть излучения, конечно, проходит сквозь атмосферу
Земли. Кроме того, Земля, и все мы с вами также являемся рентгеновскими
источниками. Только всё это излучение в сумме не превышает так называемого
естественного фона радиоактивности.
Мистер Икс: Атмосфера Земли защищает нас не только от космического
излучения, но, прежде всего, от жёсткой компоненты излучения Солнца. Поэтому
разрушение озонового слоя в атмосфере Земли может привести к катастрофическим
последствиям. Что касается естественного радиоактивного фона, то он определяется
в большей степени радиоактивностью земных пород, а не падающим на Землю
излучением. Конечно, вне пределов атмосферы радиоактивное облучение за счёт
космических лучей становится опасным для жизни человека.
99
Эволюция звёзд
«История существования любой звезды – это поистине
титаническая борьба между силой гравитации, стремящейся её
неограниченно сжать, и силой газового давления, стремящейся
её «распылить», рассеять в окружающем межзвёздном
пространстве. Но, в конце концов…, победа будет за
гравитацией».
И.С. Шкловский
Звёзды как люди, рождаются, взрослеют, стареют и умирают. В своём
развитии звезда «проживает» несколько этапов. Попробуем разобраться, что
происходит на каждом из них. Как всегда, с нами юные друзья – Ярослав, Елисей и
Пересвет. Послушаем, о чём это они так увлечённо разговаривают?
1. Вычертить путь звезды…
Елисей: Друзья, а что вы понимаете под выражением «эволюция звезды?»
Ярослав: Мне кажется, эволюция звезды – это последовательное её развитие,
от самых ранних этапов к более поздним. При этом меняются характеристики
звезды: светимость, температура, радиус.
Елисей: Следует отметить, что эволюционный путь звезды определяется её
исходной массой. Чем более массивна звезда, тем быстрее происходят в ней
процессы, которые переводят её на следующий этап эволюции.
Пересвет: Мне кажется, более правильным определение эволюции звезды как
функциональной зависимости её физических характеристик от времени.
2. На ранних этапах развития
Пересвет: Я знаю, что у каждого явления есть начало и конец. Поэтому меня
особенно интересует вопрос рождения звёзд. Как они появляются? Когда звезда
становится звездой?
Ярослав: Еще И. Ньютон доказал, что однородное и изотропное
распределение вещества во Вселенной неустойчиво. В некоторых областях
пространства могут появиться неоднородные сгущения газового вещества. Если
сила тяготения превысит силу газового давления в сгущении, оно начнет сжиматься.
Елисей: Эти сгущения, сжимающиеся под действием собственного тяготения,
получили название протозвёзд. По мере сжатия плотность и температура
протозвезды возрастают, и она становится источником теплового излучения.
Пересвет: Однако это ещё не звезда. Сгущение становится звездой тогда,
когда температура в его центре повышается до нескольких миллионов градусов и в
центральных областях сгущения вспыхивает термоядерный «котёл», то есть
начинаются реакции синтеза водорода в гелий. При этом выделяется огромная
энергия, препятствующая дальнейшему сжатию. Протозвёзды становятся
самосветящимися газовыми шарами – звёздами в обычном понимании.
100
Мистер Икс: (Комментарий с пояснениями). Исходное однородное и
изотропное распределение вещества возникло в результате Большого Взрыва,
примерно через 700 000 лет от «начала». К этому времени температура Вселенной
уменьшилась настолько, что электроны смогли «сесть» на орбиты вокруг ядер, и
образовался первичный химический состав вещества Вселенной – 75% водорода и
25% гелия (с ничтожными примесями дейтерия и лития). В таком однородном и
изотропном веществе по законам статистической физики неизбежны флуктуации
плотности, то есть спонтанные, хаотические уплотнения и разряжения. Ньютон
показал, что всякое уплотнение в какой-то малой области немедленно приводит к
тому, что окружающая материя начинает притягиваться к комку, увеличивая его
массу. Таким образом, казалось бы, всё вещество должно довольно быстро
превратиться в комки произвольных размеров и массы. Однако этого не произошло,
потому что существует некоторая минимальная масса, которую силы гравитации
могут сжать и удержать. На этом этапе гравитации противостоит отталкивание
электронов на атомных орбитах. Если масса комка слишком мала, то
электростатическое отталкивание превышает гравитационное притяжение, и
протозвезда не рождается. Оценки показывают, что минимальная масса комка
должна по порядку величины равняться массе планеты Юпитер. Итак, за счёт
гравитационной неустойчивости на раннем этапе эволюции Вселенной могли
образоваться протозвёзды массами больше 1027 – 1028 кг. Далее такие протозвёзды
сжимаются под действием тяготения, постепенно разогреваясь (как при сжатии
любого газа). В какой-то момент в центре зажигается первая термоядерная реакция
превращения водорода в гелий, и это знаменует рождение звезды из протозвезды.
Дальнейшее сжатие звезды прекращается, так как гравитационное притяжение
уравновешивается расталкивающей силой давления, обусловленного тепловым
движением. Звезда вступает в самый длительный и спокойный этап своей
эволюции.
3. Главная последовательность
Ярослав: Как вы считаете, почему про один из этапов жизни звезды говорят,
что звезда находится на главной последовательности?
Пересвет: Так говорят потому, что на этом этапе развития находится больше
всего звёзд.
Елисей: Я думаю, что главная последовательность потому так называется, что
на этом этапе эволюции звезда находится самое продолжительное время.
Ярослав: Главная последовательность отражает важнейшие закономерности в
мире звёзд, например, зависимость их температуры от светимости. Точки,
соответствующие звёздам с известными характеристикам, располагаются не
хаотично, а вдоль наклонной линии, которая является частью диаграммы
Герцшпрунга-Рессела. Продолжительность пребывания звезды на главной
101
последовательности определяется мощностью излучения и запасами ядерного
топлива, количество которого зависит от массы звезды.
Мистер Икс: (Комментарий с пояснениями). На главной последовательности
диаграммы спектр-светимость (диаграммы Герцшпрунга-Рессела.) находится
большинство наблюдаемых звёзд. Время пребывания звезды на главной
последовательности определяется массой. Чем больше масса звезды, тем быстрее
протекает её эволюция и тем меньше времени она находится на главной
последовательности (для звёзд массой в несколько масс Солнца – всего несколько
миллионов лет, для звёзд, подобных Солнцу, – порядка десяти миллиардов лет).
4. Красные гиганты
Рассматривая таблицу, иллюстрирующую эволюцию звёзд, друзья сразу
обратили внимание на красные шары. Под ними была подпись, указывающая, что
это красные гиганты.
Пересвет: Как же образуются красные гиганты? Обязательно ли каждая
звезда проходит такой этап в своей эволюции?
Елисей: Мы знаем, что в недрах звёзд происходит превращение водорода в
гелий. Выгорание водорода вызывает увеличение газового давления, под действием
которого фотосфера звезды расширяется. Энергия звезды при этом распределяется
на большую площадь её поверхности, и поэтому температура звезды падает. Звезда
становится красным гигантом.
Пересвет: Ты забыл, что перед раздуванием в звезде образуется плотное
гелиевое ядро. Я считаю, что этап красных гигантов не обязателен для всех типов
звёзд. Все зависит от первоначальной массы звезды.
Ярослав: По моему мнению, красные гиганты – особый тип звёзд. Это
довольно холодные звёзды больших размеров. Следовательно, красные гиганты
представляют один из ранних этапов в жизни звезды.
Мистер Икс: (Комментарий с пояснениями). Все обычные звёзды,
находящиеся на главной последовательности, проходят через стадию красных
гигантов. Возникновение таких звёзд связано со всё убывающими термоядерными
реакциями в центре звезды. После выгорания водорода и образования гелиевого,
центрального ядра в нём начинается синтез гелия в углерод, затем углерода в
кремний, вплоть до элементов группы железа (на этом термоядерные реакции
прекращаются, поскольку энергия связи на нуклон у ядер железа максимальна, и
дальнейший синтез требует затрат энергии). Одновременно продолжаются реакции
синтеза водорода в гелий во внешних оболочках звезды. Все эти процессы приводят
к раздуванию звезды и увеличению её светимости. В результате постепенно звезда
превращается в красный гигант или сверхгигант («по дороге» звёзды могут ещё
пульсировать, проходить стадию цефеид). Дальнейшая судьба красного гиганта
полностью определяется общей массой звезды.
102
5. Белые карлики
Елисей: Говоря о красных гигантах, мы как-то забыли о белых карликах. Помоему, это тоже один из важных этапов эволюции звёзд. Как образуются белые
карлики?
Ярослав: Это этап эволюции, следующий за этапом красных гигантов. После
остывания красного гиганта давление внутри звезды резко падает, её оболочка
сжимается. При сжатии возрастает температура. Так звезда становится белым
карликом.
Пересвет: Всё это не совсем так. Белым карликом может стать только
небольшая по массе звезда. Тогда раздувающаяся оболочка красного гиганта будет
слабо притягиваться к ядру и постоянно рассеиваться в окружающее пространство.
Оставшееся очень плотное и горячее ядро звезды и будет белым карликом.
Елисей: Мне кажется, что прав Ярослав. Иначе, куда же исчезает вещество
звезды? Белых карликов не так уж и мало, значит, Вселенная должна быть
заполнена остатками раздувшихся оболочек звёзд, чего мы не наблюдаем. Значит,
белые карлики – это очень маленькие звёзды (иногда меньше Луны), излучающие
яркий свет.
Мистер Икс: (Комментарий с пояснениями). Если масса холодной звезды не
превышает 1,5 массы Солнца, то такая звезда обязательно превращается в белый
карлик, пройдя перед этим стадию красного гиганта. Как уже было объяснено в
задаче четвёртой, в плотном ядре красного гиганта довольно быстро завершаются
все возможные термоядерные реакции. Что же может теперь удержать ядро звезды
от гравитационного сжатия? Ответ связан с очень непривычными свойствами
элементарных частиц, из которых состоят атомы. При тех же температурах и
плотностях, которые характерны для ядра красного гиганта, электроны атомов,
составляющих вещество центрального ядра, «содраны» со своих оболочек и
заполняют весь объём этого ядра, как своего рода электронная жидкость. Однако
это не простая жидкость. Её поведение определяется законами той науки, которая
описывает микромир, – квантовой механики. Эта наука утверждает (а эксперименты
в земных условиях полностью подтверждают такой вывод), что электронную
жидкость нельзя сколь угодно сильно сжимать. В какой-то момент возникают
специфические квантовые силы отталкивания (их природа существенно
определяется тем, что электрон относится к классу фермионов – частиц с
полуцелым значением спина, то есть – собственного момента импульса). Таким
образом, гравитационное сжатие ядра звезды останавливается квантовыми силами
отталкивания электронов вещества в ядре. Система опять приходит в равновесие и в
таком состоянии может существовать очень долго (десятки миллиардов лет). Как
правильно заметил Пересвет, внешняя раздувшаяся оболочка красного гиганта
рассеивается в пространство. Итогом эволюции становится облако межзвёздного
газа и маленькая компактная сверхплотная горячая звезда – белый карлик (размеры
103
порядка 100 км., поверхностная температура 10 000 К.) Напомним ещё раз, что
такой путь эволюции возможен только для не слишком массивных звёзд.
6. Кладбище звёзд
Путешествуя по диаграмме жизненного пути звёзд, наши друзья забрели в
довольно жуткое место – кладбище звёзд. В том, что оно реально существует, никто
из них не сомневался. А вот что это представляет собой в действительности?
Ярослав: Это может быть скопление отработавших свой ресурс звёзд. Я могу
даже показать это место на диаграмме Герцшпрунга-Рессела. С этими словами он
взял карандаш и быстро очертил некоторую область в правом нижнем углу
страницы.
Пересвет: Кладбище звёзд – условное название. Звёзды находятся
совершенно в различных местах пространства. Это название конечной стадии в
эволюции звёзд. В дальнейшем вещество звезды может быть использовано в другом
качестве, например, «стройматериала» для формирования звёзд нового поколения.
Елисей: К конечному периоду своей эволюции звёзды могут приходить поразному. Для одних звёзд – это смерть «от старости», для других – «несчастный
случай».
7. Новые и сверхновые
При очередной встрече Елисей торопливо сказал: «Ребята, я сегодня узнал,
что в созвездии Ориона появилась новая звезда»! На это Ярослав спокойно ответил:
«Вряд ли это новая звезда, скорее – сверхновая».
Пересвет: Новая, сверхновая О чём вы говорите? Чем они отличаются?
Ярослав: Вначале это небольшие, малозаметные, чаще всего двойные
звёздные системы. Присутствие спутника вызывает неустойчивость главной звезды,
что и приводит к взрыву. Возникает яркое свечение – вспышка новой звезды.
Елисей: Такое определение подходит и для сверхновых звёзд. Сверхновые
вспыхивают так же неожиданно, как и новые, и вспышка длится несколько суток.
Различаются они тем, что взрывы сверхновых в тысячи раз сильнее, чем новых
звёзд.
Пересвет: Вспомнил Мы уже знакомились с Крабовидной туманностью. А
это как раз остаток вспышки сверхновой звезды, вспыхнувшей в 1054 году. В
момент взрыва со звезды срывается внешняя оболочка и со скоростью около 1000
км/с расширяется в окружающее пространство. Изменение яркости новых и
сверхновых звезд используют для измерения расстояний до них.
Мистер Икс: (Комментарий с пояснениями). Здесь ребята смешали в одну
кучу два совершенно разных по физической природе явления. Оставим обсуждение
сверхновых до следующего вопроса, а здесь поговорим о новых звёздах. По
современным представлениям, это обязательно двойные звёздные системы, одним
из компонентов которых является белый карлик, а другим – обычная звезда малой
104
светимости. Вспышки новых звёзд сопровождаются внезапным ростом их блеска в
тысячи и миллионы раз за время от нескольких суток до нескольких месяцев.
Природа таких вспышек – перетекание (в результате гравитационной
неустойчивости системы) вещества обычной звезды на белый карлик. Этот процесс
сопровождается ускорением больших количеств газа при падении на белый карлик
(так называемая аккреция газа). В результате газ начинает разогреваться и
светиться, что и наблюдается как вспышка новой звезды.
8. Нейтронные звёзды
Ярослав: После вспышки сверхновой остается ядро. Какова его дальнейшая
судьба?
Пересвет: Если его масса в 2,5 раза больше массы Солнца, то оно продолжает
сжиматься. При этом происходит распад ядер тяжёлых элементов, из которых
состоит ядро звезды, на отдельные протоны и нейтроны.
Елисей: Необходимо добавить, что протоны затем превращаются в нейтроны.
В конечном счете, сжатие прекращается и образуется так называемая нейтронная
звезда радиусом около 10 км.
Мистер Икс: (Комментарий с пояснениями). И в этой задаче многое в ответах
ребят неверно. Во-первых, эволюция звезды с превращением в сверхновую
начинается при массе звезды больше 1,5 массы Солнца. Во-вторых, неверно
полагать, что сначала происходит вспышка сверхновой, а затем что-то ещё. Суть
дела в следующем. Если масса звезды превосходит некоторый предел порядка 1,5
массы Солнца, то электроны в ядре звезды становятся релятивистскими, их энергия
сравнима с их энергией покоя. В этом случае, как показывает квантовая теория,
давление электронного газа (смотри ответ к задаче 5) уже не может противостоять
гравитационному сжатию. Ядро звезды продолжает сжиматься. До каких пор?
Конечно, в ядре звезды все атомы уже разрушены, и в результате роста давления в
центре начинается процесс «вдавливания» электронов в протоны с образованием
нейтронов и дополнительным испусканием нейтрино и фотонов. Этот процесс
носит взрывной характер, и длится всего несколько секунд! Именно это и
называется взрывом сверхновой. В результате такого взрыва образуется компактное
нейтронное ядро радиусом порядка 10 км., которое с чудовищной скоростью
вращается и обладает огромным по величине магнитным полем. Внешняя оболочка
срывается взрывом и в виде кольцевой туманности расширяется в пространство.
Астрономам повезло наблюдать подобный процесс совсем недавно, в 1987 г.
Нейтронные звёзды проявляются как пульсары – источники мощного «игольчатого»
излучения, период которого с большой точностью постоянен.
9. Сигналы «зелёных человечков»
Просматривая в очередной раз книги по астрономии, наши друзья нашли
интересный материал, в котором говорилось о том, что 24 февраля 1968 года в
105
английском журнале «Природа» была опубликована статья о том, что в августе 1967
года на частоте 81,5 Мгц были зарегистрированы странные периодические сигналы
с изменяющейся амплитудой. Что это? Сигналы «братьев по разуму»?
Пересвет: Вначале все так и считали. Источниками этих сигналов даже
присваивали такие названия – LDM, что в переводе с английского означает
«маленькие зелёные человечки».
Елисей: Позднее этим объектам присвоили общепринятое название пульсаров
– пульсирующих звёзд. Это обычные белые карлики, маленькие, плотные звёзды,
которые, кроме постоянного оптического, имеют ещё и периодическое
радиоизлучение.
Ярослав: Я думаю, что пульсарами могут быть небольшие по размерам,
сверхплотные, быстро вращающиеся, сильно намагниченные небесные тела.
Больше всего на эту роль подходят нейтронные звёзды.
10. Экзотика в мире звёзд
Елисей: Друзья, я вдруг подумал, что если звезда будет сжиматься, то при
уменьшении радиуса звезды сила тяготения на её поверхности будет всё время
возрастать. В конечном итоге может наступить такой момент, что с поверхности
звезды не сможет вырваться даже луч света Насколько верны мои рассуждения?
Ярослав: Ты прав. Такие объекты называются чёрными дырами. На самом
деле это никакие не дыры, а сверхсжатые звёзды. Их плотность заметно превышает
плотность атомного ядра. Чтобы наше Солнце стало чёрной дырой, его радиус
необходимо уменьшить до 2,97 км. Этот радиус называется радиусом
Шварцшильда, или гравитационным радиусом.
Пересвет: Это на самом деле дыры. Иначе, почему говорят, что всё, что
попадает в область гравитационного захвата чёрной дыры, бесконечно долго в неё
проваливается? А в книгах об этом пишут, например, что «при пересечении
шварцшильдовского радиуса, путешественник может увидеть другую Вселенную».
Что вы на это скажете?
Елисей: Всё это из области фантастики. Чёрные дыры настолько экзотические
объекты, что не все явления, теоретически возможные в них, мы способны
объяснить на сегодняшнем уровне знаний.
Мистер Икс: (Комментарий с пояснениями). Следует отделить действительно
не до конца ясные вопросы о том, что происходит внутри чёрных дыр (кстати, на
такие вопросы никогда нельзя будет дать экспериментального ответа), от вопросов
о самом факте существования таких объектов. Чёрные дыры – закономерный итог
эволюции массивных звёзд массой центрального ядра более 2 –2,5 массы Солнца
(точные оценки затруднительны). Мы помним, что при массе центрального ядра
более 1,5 массы Солнца оно превращается в нейтронную звезду. Что мешает
дальнейшему сжатию нейтронной звезды? Если её масса не превышает
определенного предела, то ситуация полностью аналогична белому карлику. Там
106
гравитационному сжатию противостоит квантовое давление электронов, а в
нейтронной звезде – такое же по природе давление нейтронов (тоже фермионов –
частиц с полуцелым спином). Таким образом, достигается равновесие нейтронных
звёзд. Но если масса превышает некоторое критическое значение, давление
нейтронов уже неспособно противостоять неудержимому гравитационному сжатию
(употребляют термин «коллапс звезды»). Звезда сжимается, как говориться, «до
упора», так как всё её вещество уходит под сферу, радиус которой равен Rg =
2GM/c2 (М – масса звезды, G – ньютоновская гравитационная постоянная, с –
скорость света). Действительно, с поверхности такой сферы не может вылететь ни
один луч света (тяготение заворачивает свет обратно), не говоря уже о массивных
частицах. Такой объект (неизбежность существования которого есть следствие
твердо установленных законов природы) и называется чёрной дырой. Важно
отметить, что чёрные дыры найдены. Первым кандидатом является невидимый
компонент двойной звёздной системы Лебедь Х-1, вокруг которого вращается
небольшой видимый спутник. С помощью законов Кеплера можно оценить массу
центрального тела. Она оказывается равной 10 массам Солнца, то есть должна быть
чёрной дырой. Есть и другие аналогичные системы. Сейчас есть серьёзные
экспериментальные основания полагать, что в центре нашей Галактики находится
сверхмассивная чёрная дыра массой в десятки миллионов масс Солнца. Именно эта
чёрная дыра обеспечивает энергетику Галактики.
107
Наша Галактика
В ясную безлунную ночь мы можем увидеть, что весь небосвод пересекает,
тускло светящаяся, туманная полоса Млечного Пути. Она представляет сложную
клочковатую структуру, очертания её размыты. В различных частях неба она имеет
разную ширину и яркость. В направлении созвездия Стрельца свечение Млечного
Пути наиболее интенсивное, а в противоположном постепенно сходит на нет.
Легенда говорит, что Млечный Путь – это якобы то молоко, которое пролила
богиня Гера, когда кормила младенца Геркулеса. Разлившись по небесному своду,
это молоко и образовало собой Млечный Путь. Отсюда и произошло название
Галактика, так как «галактикос» в переводе с греческого означает «млечный»,
«молочный».
Когда в 1609 году Галилео Галилей впервые направил свой телескоп на небо,
он обнаружил, что слабая полоса Млечного Пути вовсе не сияние, как тогда
считали, а скопление громадного количества звёзд. Попытаемся и мы установить
хотя бы общие очертания этой звёздной системы. А затем отправимся дальше – в
просторы Вселенной.
1. Звёздный остров Вселенной
Наблюдения уже подходили к концу, когда Елисей неожиданно спросил:
Друзья, а вы не задавались вопросом, почему звёзды распределены по небу более
менее равномерно и лишь в области Млечного Пути их концентрация резко
возрастает?
Пересвет: Еще Вильгельм Гершель определил, что самая богатая звёздами
область неба совпадает с Млечным Путём. А по обе стороны от Млечного Пути
среднее количество звёзд плавно убывает. Тем самым Гершель доказал, что
видимые на небе звёзды не разбросаны хаотично, а образуют гигантскую звёздную
систему, определенным образом организованную.
Ярослав: Эта звёздная система – Млечный Путь и называется Галактикой.
Чтобы отличить её от других звёздных систем, название нашей Галактики пишется
с большой буквы.
Пересвет: Иногда и говорят, что Млечный Путь это наша Галактика. Однако
это только одна из ее частей – галактический диск. Не надо забывать, что на нашу
Галактику мы смотрим изнутри. Поэтому богатая звёздами область галактического
диска и представляется нам туманной россыпью звёзд – Млечным Путем,
пересекающим весь небесный свод.
2. Портрет на фоне звёзд
Ярослав: Если Млечный Путь – часть нашей Галактики, видимая изнутри в
виде ленты звёзд, простирающейся по всему небу, то совершенно очевидно, что вся
Галактика представляет собой гигантский звёздный обруч?
108
Елисей: Это было бы вполне возможно, если бы кроме Млечного Пути не
существовало других звёзд. Тщательное изучение распределения звёзд в
пространстве показало, что в нашей Галактике выделяется ядро, галактический
диск, спиральные рукава. Причём это не сплошная материя, а отдельные звёзды,
шаровые и рассеянные звёздные скопления.
Пересвет: Форма нашей Галактики в целом напоминает двояковыпуклую
линзу или две одинаковые тарелки, сложенные донышками наружу. Лист картона,
зажатый между тарелками, и дает наглядное представление о богатой звёздами
галактической плоскости с Млечным Путём. Толщина Галактики меньше её
поперечника в 12 раз.
3. Наш адрес не дом и не улица…
Пересвет: Совершенно очевидно, что наше Солнце не может находиться в
центре галактической плоскости, так как форма Млечного Пути очень неоднородна.
Я думаю, что оно лежит ближе к созвездию Стрельца, так как в этом месте полоса
Млечного Пути наиболее яркая.
Ярослав: Для ответа на этот вопрос давайте еще раз рассмотрим структуру
нашей Галактики. Вот примерная её форма, видимая с ребра. Это ядро, это
галактическая плоскость, – уверенно рисовал он на бумаге плавные линии. Наше
Солнце должно находиться в одном из спиральных рукавов Галактики, почти в
галактической плоскости, но очень далеко от её ядра. Ядро Галактики наблюдается
на небе как большое яркое облако Млечного Пути в созвездии Стрельца.
Елисей: Мне кажется, что Солнце должно быть в центре Галактики, так как
все наблюдаемые нами звёзды двигаются относительно Солнца. Неподвижных
звёзд нет.
4. Вблизи Галактического ядра
Елисей: Галактическое ядро – это наименее изученная область Галактики.
Далёкая и таинственная. Основная часть ядра Галактики скрыта от глаз земного
наблюдателя тёмной материей «угольным мешком». Общие очертания ядра были
зарегистрированы аппаратурой, чувствительной к тепловым инфракрасным лучам.
Ярослав: Вероятно, ядро нашей Галактики представляет собой
сверхмассивное образование, поле тяготения которого распространяется на всю
нашу звёздную систему. По этой причине звёзды, находящиеся в галактической
плоскости, медленно вращаются вокруг ядра Галактики.
Пересвет: Думаю, это именно так. Солнце движется вокруг центра Галактики
со скоростью 220 км/с и совершает полный оборот вокруг него за 200 млн. лет.
Елисей: Я считаю, маловероятным, что ядро Галактики состоит из очень
большого скопления звёзд. По этой причине поле тяготения внутри Галактики
определяется не единой, центральной массой, а складывается из суммарной
совокупности входящих в ядро звёзд. В этом случае каждая звезда должна
109
двигаться вокруг общего центра масс по сложной кривой, которая имеет вид цветка
со многими лепестками. Траектории движения большинства звёзд оказываются
даже не замкнутыми. Звёзды практически никогда не возвращаются на старое место
относительно центра Галактики.
5. Спиральные рукава
Пересвет: Интересно, откуда взялись эти спиральные ветви Галактики? Ведь
в Галактике, как мы знаем, действует закон Всемирного тяготения?
Ярослав: Образование спиральных рукавов Галактики можно объяснить тем,
что Галактика вращается вокруг своего центра масс, который находится в районе
созвездия Стрельца. Вращение её происходит не как у твердого тела, поэтому
периферийная часть галактического диска напоминает спиральную форму.
Елисей: По-моему всё гораздо проще. Галактики, как и звезды – взрываются.
Спиральные выбросы это и есть последствия взрыва Галактики.
Пересвет: Мне кажется, что ты абсолютно прав. Потому что звёзды в
Галактической плоскости распределены крайне неравномерно. Это можно судить и
по форме нашего Млечного Пути. Такая форма звёздных скоплений может быть
только в результате мощного взрыва.
6. Летающая тарелка
Елисей: Наша Галактика по форме напоминает летающую тарелку. Жаль
только, что она никуда не летит.
Ярослав: Как это не летит? Летит и ещё как! Кроме своего вращения со
скоростью 800000 км/ч. она ещё с колоссальной скоростью в 1500000 км/ч. мчится в
космическом пространстве. Наша Галактика это огромный космический корабль и
мы все в нём экипаж.
Пересвет: Твои слова напомнили мне старую песню: «Мы дети Галактики, но
самое главное, мы дети твои, дорогая Земля». Наш космический корабль –
Галактика – вечный странник Вселенной.
7. Звёздные скопления
Пересвет: Из чего же, из чего же, из чего же сделана наша Галактика? Одну
составляющую часть мы уже знаем – это Млечный Путь, гигантское скопление
звёзд. Но ведь этим не исчерпывается все «население» Галактики?
Ярослав: Ты прав, кроме Млечного Пути в галактической плоскости
находятся рассеянные звёздные скопления. В рассеянных звёздных скоплениях
насчитывается от нескольких десятков до нескольких тысяч звёзд. Классическим
примером таких скоплений служат Плеяды в созвездии Тельца. На Руси их ещё
называли Стожары.
Елисей: Вблизи центра Галактики концентрируются шаровые звёздные
скопления. В этих скоплениях насчитывается сотни тысяч и даже миллионы звёзд.
110
Примером таких скоплений является шаровое скопление в созвездии Геркулеса.
Оно интересно тем, что в его направлении почти 40 лет назад была направлена
радиограмма о нашей цивилизации. Правда ответа придется ждать довольно долго –
40 тысяч лет.
Пересвет: Есть ещё один тип звёздных группировок – звёздные ассоциации,
насчитывающие 20-30 звёзд. Взаимодействие между такими звёздами крайне мало и
они постепенно расходятся в пространстве.
8. Туман, туман, сплошная пелена…
Елисей: Туманностями астрономы называют всё то, что имеет туманный вид,
только непонятно, из чего они состоят?
Пересвет: Примерно 20% вещества нашей Галактики находится в
распыленном состоянии – в виде газа и межзвёздной пыли. Все пылевые
туманности можно разделить на две группы: светлые и тёмные. Тёмные туманности
частично или полностью поглощают свет ближайших звёзд. Примером такой
туманности может быть тёмная туманность Конская Голова. Светлые туманности
иногда называют отражательными, так как они отражают свет близких к ним
горячих белых звёзд. Астрономы установили, что размеры пылинок, из которых
состоят туманности, очень малы: от 0,3 до 3 мкм и в пространстве объёмом один
кубический километр таких пылинок всего около 500.
Ярослав: Известно ещё два вида туманностей, состоящих из газовых смесей, –
планетарные и волокнистые. Планетарные туманности возникают после выгорания
водорода в недрах звезды. Ядро звезды при этом сжимается и превращается в белый
карлик, а оболочка разбухает и с большой скоростью расширяется. С Земли она
выглядит как еле заметный зеленоватый диск, напоминающий далёкие планеты. По
этой причине и назвали такие туманности планетарными, хотя по своей природе
они никакого отношения к планетам не имеют. Волокнистые туманности
представляют собой остатки вспышек сверхновых звёзд. Примером такой
туманности может служить известная нам Крабовидная туманность. Волокнистые
туманности иногда еще называют диффузными, за то, что они имеют неправильный
вид и клочковатые, размытые очертания. Основную массу газовых туманностей
составляет водород с примесью гелия, кислорода и других газов.
9. Магнитное поле
Ярослав: Интересно, что магнитное поле нашей Галактики было открыто
совсем недавно, во второй половине ХХ века. Друзья, вы могли бы привести
примеры, подтверждающие существование магнитного поля?
Елисей: Да. Одного не понимаю, как до этого не могли догадаться раньше?
Ведь всем известно, что звёзды Галактики находятся в разнообразном движении. А
движение заряженных частиц и является причиной появления магнитного поля.
Правда, не все звёзды имеют магнитное поле, но пульсары, наверняка, его имеют.
111
Пересвет: Магнитное поле было обнаружено по сильно вытянутой волнистой
структуре газовых водородных туманностей. Из курса физики нам известно, что
магнитное поле препятствует распространению ионизированного газа поперек
линий магнитной индукции, вынуждая заряженные частицы двигаться вдоль них.
Другим доказательством существования магнитного поля нашей Галактики
является радиоизлучение некоторых её объектов, возникающее в результате
торможения быстрых электронов магнитным полем Галактики. Такое
радиоизлучение наблюдается, например от Крабовидной туманности.
10. Аршином общим не измерить
Елисей: В нашей Галактике содержится не менее 200 миллиардов звёзд! Они
должны быть удалены друг от друга на гигантские расстояния. Я даже не могу
представить себе, какими могут быть размеры такой звёздной системы?
Ярослав: Это действительно нелегко сделать. Если до Солнца «всего» 150
миллионов километров, то поперечник нашей Галактики в таких единицах измерить
очень трудно. В качестве удобной единицы для измерения сверхбольших
расстояний астрономы используют световой год – расстояние, которое свет,
летящий со скоростью 300000 км/с. проходит за год. В этом случае поперечник
Галактики будет равным 100000 световых лет!
Пересвет: Да размеры впечатляют. Солнце находится на расстоянии
примерно в 33000 световых лет от центра Галактики. Пока человечество не
изобрело способы быстрого перемещения в пространстве, о других мирах остается
только мечтать.
112
В просторах Вселенной
Наша Галактика не одинока в безграничных просторах Вселенной. Ещё В.
Гершель, обнаружив свыше 2000 туманностей, высказал смелое по тем временам
утверждение, что все эти туманности представляют собой далёкие звёздные
системы, похожие на нашу Галактику. В отличие от нашей звёздной системы все
они получили нарицательное имя галактик. Большинство галактик так далеко от
нас, что отдельных звёзд в них не видно. Спиральная галактика в созвездии
Андромеды кажется нам больше всех и значительно ярче только лишь потому, что
расположена на сравнительно близком расстоянии – 2,25 миллиона световых лет!
Свет от этой галактики, доходящий сейчас до нас покинул туманность Андромеды
тогда, когда на Земле еще не было человека.
Очередной маршрут наших знакомых можно представить так: «Туманность
Андромеды – далее везде…».
1. Туманность Андромеды
Ярослав: Я недавно с большим интересом прочитал книгу И. Ефремова
«Туманность Андромеды». За увлекательным сюжетом межзвёздных путешествий,
я как-то упустил описание самой туманности. Что вы можете сказать по этому
поводу? Туманность – это звезда, галактика или… .
113
Елисей: Книжка мне тоже понравилась. Я думаю, что Туманность Андромеды
это та самая «железная звезда», в поле тяготения которой, оказался межзвёздный
корабль.
Пересвет: По-моему, Туманность Андромеды – спиральная галактика,
похожая на нашу. Учёные установили у неё наличие спиральных ветвей,
рассеянных и шаровых звёздных скоплений, тёмных и светлых газовых
туманностей. В телескоп, при благоприятных условиях, можно отчётливо видеть её
устройство. В книге описываются события, которые якобы происходили в одном из
уголков этой галактики.
2. Другие галактики
Елисей: Значит, кроме Нашей Галактики существует множество других
звёздных систем, например: Туманность Андромеды, Лагуна, Калифорния,
галактика в созвездии Гончих Псов и другие. Поддаются ли они какой-нибудь
классификации?
Пересвет: Во-первых, надо отличать галактические туманности и собственно
галактики. А галактики классифицировать весьма затруднительно, так как
неизвестно, какой из параметров взять за основу: возраст, внешний вид, расстояние
до галактики. По этой причине в большинстве справочников они обозначены
просто в порядке их обнаружения, например: М31, М104 по каталогу Ш. Месье или
NGC224 по новому генеральному каталогу.
Ярослав: Другие галактики мы можем классифицировать по внешней форме.
Галактики похожие на нашу называют спиральными, например Туманность
Андромеды. Другие галактики эллиптические, линзообразные. Кроме того, ещё
бывают неправильные галактики. Вот они-то, вероятнее всего и являются
взрывными. Примером неправильной галактики являются Магеллановы Облака.
Остается добавить, что впервые подобная классификация была предложена Э.
Хабблом.
3. Галактики подают голос
Пересвет: В последние годы выяснилось, что природа галактик оказалась
намного разнообразнее, чем это представлялось Хабблу. Многие из галактик
занимают промежуточные положения классификации, некоторые вообще в неё не
укладываются. Особое положение занимают галактики, излучающие энергию не
только в области видимого света, но и в радиодиапазоне. Что является причиной
радиоизлучения галактик?
Ярослав: Мне кажется, что радиоизлучение галактик объясняется взрывными
процессами, происходящими в ядрах таких галактик. Во время взрыва из ядер
галактик выбрасываются со скоростями, близкими к скоростям света потоки
заряженных элементарных частиц: протонов и электронов, которые тормозятся
магнитным полем галактики. Другая причина радиоизлучения – облака горячей
114
плазмы – ионизированного газа. Ближайшая к нам радиогалактика находится в
созвездии Лебедя, она получила название «Лебедь А». Расстояние до неё миллиард
световых лет!
Елисей: Я думаю, всё гораздо сложнее. Радиоизлучение вызывается
колебательными процессами в недрах галактик. Электрически заряженная плазма,
которая заполняет всё пространство галактики, находится в неустойчивом
состоянии, совершая колебания относительно равновесного состояния. Подобный
осциллятор и является причиной радиоизлучения.
4. Квазизвёзды
Ярослав: В 1960 году один из источников сильного радиоизлучения в
созвездии Треугольника удалось отождествить со слабой звёздочкой шестнадцатой
величины. Так как эти радиоисточники напоминают звёзды их и стали называть
квазарами, то есть почти звёздами. Так ли это?
Елисей: Ты не совсем прав. На звёзды они похожи только своими небольшими
размерами, примерно 1300 астрономических единиц, то есть они в несколько
десятков раз больше нашей планетарной системы.
Пересвет: Светимость большинства квазаров в сотни и тысячи раз превышает
светимость крупнейших галактик, насчитывающих сотни миллиардов звёзд.
Квазары излучают не только в радиодиапазоне, но и в тепловом, рентгеновском,
сверхжёстком гамма-диапазоне. Астрономы считают, что квазары представляют
собой активные ядра очень далёких галактик.
Ярослав: Следует отметить, что такая модель квазара не единственная.
Существует модель квазара состоящего из массивной чёрной дыры и компактного
звёздного скопления.
5. Соседи по космосу
Елисей: Оглянувшись вокруг, мы увидим наших ближайших соседей:
Местную группу галактик или Местную систему. Какие галактики входят в
Местную группу?
Ярослав: Это самые близкие к нам галактики: Туманность Андромеды,
галактика Треугольника, Большое и Малое Магеллановы облака, Наша Галактика.
Пересвет: Кроме этих, самых крупных галактик, в Местную систему входят
еще около 20 карликовых галактик, преимущественно эллиптических и
сфероидальных в созвездиях Дракона, Малой Медведицы, Льва, Печи, Скульптора,
Секстанта. Галактики нашей группы, согласно закону Всемирного тяготения,
вращаются вокруг общего центра масс.
Елисей: Из ваших рассуждений получается, что карлики в Местной системе
являются преобладающими и средняя абсолютная величина галактик должна
сместиться в сторону малых светимостей.
115
6. Глобальная сеть
Елисей: Уже давно астрономы пришли к выводу, что большинство галактик
находится внутри скоплений. Но существуют ли скопления скоплений?
Пересвет: Яркие ближайшие галактики образуют сверхсистему сплющенной
формы. В её центре находится созвездие Девы, которое играет роль ядра. В
суперсистему галактик входят так же облако Большой Медведицы и наша Местная
система. Так как наша система находится почти в плоскости симметрии
сверхсистемы, то другие яркие галактики образуют для нас кольцо, подобное
Млечному Пути.
Ярослав: Подобные сверхскопления образуют в пространстве гигантские
волокнообразные структуры. Эти структуры представляют собой ячеистую сеть.
Ячейки – «каверы», ограничиваются стенками из галактик. Такая сеть, подобная
INTERNET, накрывает собой весь далёкий космос.
7. Метагалактика
Елисей: Интересно, а наблюдаемое разнообразие скоплений галактик
объединяется в какую-нибудь систему или расположено хаотично?
Пересвет: Так как наблюдаемых галактик известно несколько десятков
миллиардов то, безусловно, они должны быть объединены в некую громадную
суперсистему, называемую Метагалактикой.
Ярослав: Ты сказал «Метагалактику». Что ты хотел этим сказать? Наверно то,
что данная система неустойчива, так как приставка «мета» означает «почти».
Пересвет: Я хотел сказать, что отдельные галактики и их системы слабо
взаимодействуют друг с другом и объединение происходит здесь по
«территориальному»
признаку.
Правда
существует
целый
класс
взаимодействующих галактик галактических систем.
8. Что называют Вселенной?
Пересвет: Мы давно ведем разговор о Вселенной. А кто из вас может дать
определение Вселенной?
Елисей: Вселенная – это вся наблюдаемая нами безграничная звёздная
система систем.
Ярослав: Вселенная это весь окружающий нас мир, ближний и дальний
космос.
9. Границы Вселенной
Ярослав: Мы настолько далеко ушли в глубины Вселенной, что невольно
задаёшься вопросом, а существуют ли границы Вселенной, кончается ли она?
Елисей: Вопрос не имеет смысла. Допустим, что Вселенная кончилась. А за
концом что? Другая Вселенная? Вселенная нигде не кончается. Она безгранична.
116
Пересвет: Всё, что имеет начало, должно иметь конец. «И всё же конец мой
ещё не конец. Конец – это чьё-то начало» – пел Высоцкий. Вселенная нигде не
кончается, но ограничена. Возможно, она замыкается сама на себя. Но для нас,
трёхмерных существ, она нигде не кончается. Если бы мы могли представить
четвёртое измерение, то смогли бы вероятно, увидеть и ограниченность Вселенной.
Вселенная безгранична, но конечна.
10. Красное смещение
Ярослав: В ХХ веке американский астроном Хаббл, измеряя лучевые скорости
многих звёзд, обнаружил почти невероятный факт: все наблюдаемые на небе
галактики удаляются от Земли. В спектрах галактик описанное явление выражается
смещением всех линий к красному концу, поэтому оно и получило название
красного смещения. Уж, не в центре ли Вселенной находится наша Галактика?
Елисей: Все галактики, в том числе и наша, удаляются друг от друга. Их
удаление происходит с различными скоростями. Чем больше расстояние между
галактиками, тем выше скорость их взаимного удаления.
Пересвет: Согласно теории относительности никакой центральной точки
разлёта быть не может. Красное смещение говорит о том, что наблюдаемая часть
Вселенной сейчас расширяется. Например, самые далёкие от нас квазары,
находящиеся на расстоянии в 10 миллиардов световых лет расширяются со
скоростью 272000км/с, это почти 0,9 скорости света!
117
Эволюция Вселенной (дела давно минувших дней)
Ты помнишь, как всё начиналось?
Всё было впервые и вновь…
Машина времени
Мы уже знаем, что Вселенная находится в непрерывном развитии и
изменении. Материя Вселенной принимает самые разнообразные формы: от
различного вида излучений, диффузной материи ничтожной плотности до
нейтронных звёзд; от карликовых объектов до гигантских объединений звёздных
систем. Разнообразие видов материи говорит о том, что они постоянно
взаимопревращаются друг в друга. Поэтому эволюция Вселенной представляет
собой вечно существующую материю, которая находится в непрерывном движении
и развитии. Вселенная всегда была и всегда будет. Сейчас она расширяется, об этом
говорит красное смещение. Сменится ли расширение сжатием? Каково будущее
Вселенной?
1. Что было, когда ничего не было?
Пересвет: Красное смещение в спектрах далёких галактик доказывает, что
Вселенная расширяется. И окружающий нас мир постоянно изменяется. А что было,
когда ничего не было?
Елисей: Я думаю, что вначале действительно ничего не было. Хотя это трудно
представить, но раньше не было ни Вселенной, ни времени, ни пространства.
Ярослав. Ты хочешь сказать, что Вселенная образовалась из вакуума
(пустоты), в котором частицы не имеют масс?
Пересвет: Может, это действительно так. Вначале появились тяжёлые
частицы – бозоны, которые распались на кварки и антикварки. При понижении
температуры из этих частиц образовались известные нам элементарные частицы, а
затем – водород и гелий. Конечно, самые ранние этапы возникновения Вселенной
представляются ещё очень неясными.
2. Большой взрыв
Елисей: Вероятно, вначале всё вещество Вселенной было в сверхсжатом
состоянии, которое астрономы называют сингулярным. Что же явилось причиной
разлета вещества, появления высокой температуры, при которой начинается синтез
элементов?
Пересвет: Наиболее правдоподобно в этом плане выглядит гипотеза
«Большого взрыва». Астрономы предполагают, что причиной образования и
разбегания галактик является состоявшийся много миллиардов лет назад
грандиозный взрыв дозвёздного вещества, называемый Большим взрывом. При
118
Большом взрыве вещество, из которого впоследствии образовались галактики, стало
удаляться от центра взрыва, со всё возрастающими скоростями.
Ярослав: Действительно, большинство астрономов считает, что Большой
взрыв, который случился 15-20 миллиардов лет назад, разметал раскалённое
вещество во всех направлениях. По мере остывания это дозвёздное вещество
превратилось в водород и гелий. Примерно через 1 миллион лет после Большого
Взрыва из водорода и гелия стали образовываться галактики.
3. Возраст Вселенной
Ярослав: Значит возраст Вселенной не более 20 миллиардов лет?
Елисей: Даже эта цифра с трудом укладывается в нашем сознании, но я
думаю, что правильный ответ будет другим.
Пересвет: Если Большой Взрыв произошел примерно 20 миллиардов лет
назад, то эту точку и можно принять за начало отсчета времени Вселенной.
Елисей: Мне кажется, что Вселенная не имеет возраста. Она всегда была и
всегда будет. Конечно, это непривычно для нашего сознания, но это именно так.
Астрономы не могут столь категорично ответить на этот вопрос, так как мы очень
мало знаем о состоянии Вселенной, предшествующем Большому Взрыву. Вовсе не
обязательно считать, до Большого Взрыва Вселенная не существовала. Она могла
развиваться, видоизменяться, принимать формы, о которых мы пока не можем
знать.
4. Гравитационная конденсация
Елисей: Мы всё время говорим о расширении Вселенной, между тем как
галактики формировались в результате гравитационной конденсации. Нет ли здесь
какого-нибудь противоречия?
Пересвет: Конечно, открытие И. Ньютоном закона Всемирного тяготения
оказало большое влияние на понимание механизма образования галактик и звёзд. В
соответствии с этим законом получается, что в конечной Вселенной вещество за
весьма малый промежуток времени должно стянуться в точку. А в бесконечной
Вселенной вещество под действием гравитационных сил скапливается в
определенных ячейках.
Ярослав: Действительно, раньше считалось, что во Вселенной существует
последовательность систем всё более высокого порядка: звёзды объединяются в
галактики, галактики в скопления галактик. Наблюдения доказывают, что
крупномасштабная структура Вселенной имеет ячеистую структуру.
Елисей: Если я правильно вас понял, то Вселенная имеет неоднородность,
структурность в малых масштабах, где действует закон Всемирного тяготения и
однородность и изотропность в больших, где и наблюдается её всеобщее
расширение. Этим и достигается согласование теории расширяющейся Вселенной с
законом Всемирного тяготения.
119
5. Горизонты видимости
Пересвет: Граница наблюдаемой части Вселенной сейчас находится на
расстоянии примерно в 10 миллиардов световых лет. Если Галилей, направив
телескоп на небо, раздвинул границы окружающего мира, то изобретение новых
телескопических систем позволит заглянуть за пределы известного космоса.
Ярослав: Думаю, что это принципиально невозможно. Наличие предела
видимости связано с расширением Вселенной. Чем дальше от нас находится
галактика, тем больше времени требуется свету, чтобы достичь наблюдателя. Если
Вселенная начала расширяться двадцать миллиардов лет назад, то свет, от какоголибо источника, ушедший даже в момент начала расширения успеет пройти
расстояние только до 10 миллиардов лет. Точки Вселенной, лежащие от нас на
таком расстоянии, и называют горизонтом видимости.
Елисей: Значит, горизонт видимости так же всё время расширяется. Горизонт
видимости делает для нас не столь существенной разницу между открытым и
закрытым миром. Даже за весь период расширения от сингулярного состояния до
смены расширения сжатием свет успеет пройти только половину замкнутого
пространства и лишь на фазе сжатия он завершит полный обход мира.
6. Будущее Вселенной
Ярослав: Согласно эффекту красного смещения, Вселенная сейчас находится
в стадии расширения. А что будет дальше?
Пересвет: Теория расширяющейся Вселенной предполагает, что Вселенная
образовалась в результате Большого Взрыва, и всегда будет расширяться.
Елисей: Я с тобой не согласен. Расширение уже сейчас происходит по
инерции и постепенно замедляется. В будущем Вселенная остановится в своём
расширении, гравитационные сила будут медленно, но верно преобладать над
силами расширения и Вселенная начнёт сжиматься.
Ярослав: Вероятно, правильный ответ зависит от распределения вещества во
Вселенной, его средней плотности. Если плотность вещества меньше некоторой
критической, то Вселенная будет расширяться, если больше, то сжиматься. А может
быть вернее всего будет модель пульсирующей Вселенной, когда расширение
периодически сменяется сжатием. Кроме того, существует проблема «скрытой
массы».
7. Горячая Вселенная
Пересвет: Почему одну из моделей Вселенной называют моделью горячей
Вселенной?
Елисей: Во время Большого Взрыва вещество Вселенной было, согласно
расчётам, нагрето до 1 миллиарда градусов! Космос и сейчас немного «тёплый». Об
этом говорит реликтовое излучение, – свидетель её далёкого прошлого. Реликтовое
120
излучение возникло на ранней стадии развития Вселенной, когда ни галактик, ни
звёзд еще не было. Температура реликтового излучения составляет 3К.
Ярослав: Модель горячего начала Вселенной удачно объясняет процессы
рождения и взаимного уничтожения элементарных частиц. Они могут идти лишь
при температурах выше десяти миллиардов градусов, когда много-много квантов
света обладает подобными энергиями. По мере расширения температура падала, и
энергии частиц уже не хватало для рождения пар тяжелых частиц и античастиц.
Следовательно, эти частицы «вымерзли».
8. Первые мгновения
Ярослав: Около 15 миллиардов лет, всё вещество Вселенной было
сосредоточено в небольшом объёме с чрезвычайно высокой плотностью. А что
было на самых ранних этапах развития Вселенной?
Пересвет: Мы пока не знаем физические процессы, происходящие во
Вселенной, до этого сингулярного состояния вещества и причины, вызвавшие
расширение Вселенной. Однако анализ красного смещения и распределения
вещества позволяют описать ранние этапы эволюции Вселенной. После Большого
Взрыва через 0,3с всё вещество Вселенной, становится прозрачным для нейтрино,
они перестают взаимодействовать с веществом. Через 3 минуты вещество на 30%
состоит из ядер атомов гелия и на 70% из ядер атомов водорода. Ещё через
миллиард лет образуются галактики и звёзды и процессы нуклеосинтеза начинаются
в недрах звёзд.
Елисей: По-моему, всё здесь – дело случая. Вселенная развивается согласно
теории катастроф, когда любое событие – случайность, а не закономерность.
9. Космология и космогония
Пересвет: Не понимаю, почему астрономы разделяют эти понятия:
«космология и космогония»? Мне кажется, это одно и тоже, оба понятия
обозначают устройство космоса.
Елисей: Это два принципиально разных понятия. Космология объясняет
наблюдаемое распределение вещества во Вселенной, её расширение. В переводе с
греческого, «космос» – мир, Вселенная, «логос» – учение. Таким образом,
космология объясняет устройство наблюдаемого нами пространства.
Ярослав: Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие
(эволюцию) галактик, звёзд и планет называется космогонией. От греческого
«космос» – мир, «гонос» – происхождение. То есть, космогония изучает
происхождение мира. Основная трудность в решении вопросов космогонии состоит
в том, что небесные тела претерпевают изменения чрезвычайно медленно.
121
10. Границы познания
Елисей: Есть ли предел познания Вселенной? Мы открываем всё новые и
новые горизонты и тайны Природы. Когда можно будет сказать, что весь
наблюдаемый нами мир изучен?
Пересвет: Процесс познания бесконечен. Мы с вами рассмотрели только
самые общие контуры окружающего нас мира. Многие задачи мы решали,
пользуясь нашими сегодняшними знаниями. Возможно, что некоторые из них
заменяются на новые, более совершенные и глубокие. Чем больше круг наших
знаний, тем больше оказывается невыясненных вопросов.
Ярослав: Сила науки в её движении вперёд. Она постоянно заменяет видимое
действительным, предполагаемое – твёрдо установленным. Этим самым наука
доказывает возможность неограниченного познания Природы. Мы только едва
прикоснулись к проблеме мироздания. Впереди лежит ещё более безбрежный океан.
122
Системы мира
На протяжении тысячелетий человек пытался разгадать тайну великого
совершенства Вселенной, которую древние мыслители называли Космосом,
«порядком» в отличие от Хаоса – «беспорядка». Умы античных ученых волновал
вопрос: в чём причина правильности и «вечности» небесных движений и явлений,
например, таких как, восход и заход Луны и Солнца, смена дня и ночи? Как
устроена и возникла окружающая нас Вселенная? Как работает этот
величественный механизм?
Создавая в своём воображении целостную систему явлений, объектов, их
причин и следствий, древние натурфилософы по-своему объясняли окружающий
мир. Драматическая история развития астрономии свидетельствует о сложности и
противоречивости различных попыток описания астрономической картины мира.
1. Определение понятия
Елисей: Друзья, прежде чем говорить о системах мира, надо определить, что
понимать под этим термином.
Ярослав: Я считаю, что система мира – это модель солнечной системы. Такая
модель включает в себя небесные тела и механизм их движения.
Пересвет: Здесь всё гораздо сложнее. Исходным принципом являются
наиболее общие представления об окружающем мире, о взаимодействиях тел, в том
числе и небесных. Система мира должна объяснять прошлое, настоящее и будущее
тел, входящих в систему.
Елисей: Никакая модель Вселенной не в состоянии отобразить всего
многообразия материального мира в его движении и развитии. По-моему, система
мира – это система наших знаний о нём. История астрономии как раз и
свидетельствует о том, что с накоплением знаний об окружающем мире, менялась и
астрономическая картина мира, – система мира. Во времена натурфилософии,
учёные пытались проникнуть в суть вещей только силой мысли, мало интересуясь
собиранием фактов. По мере накопления знаний некоторые из догадок были
отвергнуты, другие остались. На протяжении тысячелетней истории астрономии не
раз происходило не только совершенствование отдельных элементов
астрономической картины мира, но и фундаментальные, качественные
преобразования.
2. Милетская школа
Пересвет: Уже в 5 веке до н. э. возникли первые космологические
представления, в которых миф играет роль образного средства выражения мысли.
Можно считать эти наивные представления системой мира?
Елисей: Исходной точкой натурфилософии античности был материализм.
Анаксимандр, Анаксимен, Гераклит при всех различиях между ними полагали, что
123
все вещи произошли из какого-то одного и притом вещественного начала.
Милетские ученые отмечали движение, как наиболее всеобщую характеристику.
Наблюдение круглых дисков Солнца и Луны, закругленной линии горизонта на
море, правильная повторяемость дня и ночи наводили древних ученых на мысль о
том, что в основе строения Вселенной лежит принцип круговых форм и
циклических движений.
Ярослав: Математическое моделирование кругового движения небесных тел –
весьма неблагодарная задача. Например, для сносного описания движения Солнца,
Луны и известных тогда планет мне на компьютере пришлось ввести почти
полсотни различных круговых движений. Какая уж тут система?
3. Платон мне друг…
Ярослав: Ребята, вы помните, как учитель истории часто нам повторял
поговорку «Платон мне друг, но истина дороже». А не скажете ли, кем и по какому
поводу это выражение впервые было сказано?
Елисей: Заглянем в учебник истории. Возможно, это сказал известный нам
Демокрит, который считал, что все тела состоят из атомов. Демокрит и его
последователи правильно догадывались о причинах смены дня и ночи, времен года,
затмений, движения планет. Платон же утверждал, что идеи правят миром. Вот
Демокрит и сказал ему, что, несмотря на их дружбу, что истина дороже.
Пересвет: Остается добавить, что «идеи» у Платона были вечны и не
зависели от свойств пространства и времени.
4. Магия чисел
Елисей: Я где-то читал, что в создании астрономической картины мира
участвовал и знаменитый Пифагор. Какова же здесь роль великого математика?
Пересвет: Конечно, Пифагор и его последователи – пифагорейцы внесли
существенный вклад в развитие астрономии. Движение и положение небесных тел
они объясняли с позиций количественных соотношений чисел, свойств
геометрических фигур. На этой основе выросли пифагорейский символизм и полная
суеверий мистика чисел. Достаточно вспомнить школьные истории с числом «пи» и
знаменитую «Теорему Пифагора».
Ярослав: Несомненная заслуга пифагорейцев в том, что качественные явления
они заменили количественными соотношениями. В то же время их представления о
космосе были фрагментарными, недостаточно чёткими. И эти математические
представления не могли отразить сложного многообразия окружающего мира.
5. Четыре стихии Аристотеля
Елисей: В истории науки Аристотель занимает особенное место. Именно он
объединил, систематизировал и предельно логически развил накопленные знания о
природе. Какова же в общих чертах астрономическая картина мира по Аристотелю?
124
Ярослав: Свою картину мира Аристотель изложил в специальном трактате «О
небе». Под Вселенной Аристотель понимал всю материю, состоящую из привычных
элементов – стихий. Самый тяжёлый элемент стихии – земля, поэтому земной шар
не может не быть в центре мира. По учению Аристотеля, Вселенная никогда не
возникала и принципиально неуничтожима.
Пересвет: Я думаю, что основное отличие теории Аристотеля от
разнообразных идей его предшественников в том, что здесь впервые, кроме
логических рассуждений, привлекались астрономические наблюдения. Основанная
на наблюдениях, эта теория стала определяющим фактором развития науки на
целые столетия.
6. Эпициклы Птолемея
Пересвет: Аристотель, конечно величайший учёный древности, но всё же
первая теория на основе принципа геоцентризма была предложена Клавдием
Птолемеем в его знаменитом «Алмагесте». Или я не прав?
Ярослав: Ты прав. В Алмагесте речь идёт о теории солнечной системы.
Однако наряду с правильным положением о шарообразности Земли, её
колоссальной удалённости от сферы звёзд Птолемей принимал и ошибочные
утверждения Аристотеля: равномерность и круговой характер движения планет, и
самое главное – неподвижность Земли и её центральное место во Вселенной.
Движение планет, чтобы удовлетворять наблюдениям, должно было описываться с
помощью эпициклов, деферентов и эквантов. Такая система мира стала называться
геоцентрической.
Елисей: Теория Птолемея была лишь математическим способом описания
явлений, не отражающим существа вещей. По этой причине системой мира её
считать нельзя. Да и основные положения Птолемеевой системы, как уже отмечал
Ярослав, были ошибочными.
7. Революция Коперника
Пересвет: Друзья, давайте разберемся, в чём же смысл революционности
теории Коперника?
Елисей: В отличие от своих современников и предшественников, пытавшихся
лишь совершенствовать детали птолемеевской системы, Николай Коперник
отказался от самого принципа геоцентризма. В центре мира он поместил Солнце,
вокруг которого движутся планеты. Среди них – Земля, впервые объявленная
рядовой планетой вместе со своим спутником – Луной. Поэтому система Коперника
получила название гелиоцентрической.
Ярослав: Я думаю, что не замена геоцентризма на гелиоцентризм и не
большая точность были главными в теории Коперника. Система Птолемея была, в
общем-то, искусственной, в ней отсутствовал единый стержневой принцип,
который бы мог объяснить основные закономерности движения планет. Если
125
раньше теория «подгонялась» под наблюдения при помощи различных
математических ухищрений, то у Коперника теория шла впереди наблюдений,
позволяла заполнять «пустые места» вновь открытыми планетами.
Пересвет: Значит, революционный смысл теории Коперника заключался в её
внутренней логичности, достигнутой введением гелиоцентрического принципа. Он
вскрыл важнейший принцип устройства Вселенной – относительность, первым
понял, что видимое и действительное – не одно и то же.
8. Попытка Тихо Браге
Елисей: Известно, что последнюю попытку спасти геоцентризм предпринял
известный датский астроном Тихо Браге. Что он предложил?
Ярослав: Браге не принял теорию Коперника, так как считал, что невозможно
удовлетворительно объяснить расхождение прямых следствий системы Коперника с
наблюдениями. По этой причине в 1588 году он предложил компромиссную
систему – с подвижной Землей в центре мира, вокруг которой обращается Луна,
Солнце и пять известных тогда планет.
Елисей: Здесь надо немного уточнить. Браге считал, что Солнце движется
вокруг Земли, а планеты – вокруг Солнца. Землю он по-прежнему считал
неподвижной.
Пересвет: Более поздние наблюдения Галилея окончательно доказали
несостоятельность геоцентризма. Галилей измерил параллакс звёзд, обнаружил
смену фаз у Меркурия и Венеры, открыл спутники Юпитера, что неопровержимо
свидетельствовало в пользу гелиоцентрической системы Коперника.
9. Расчеты Кеплера
Ярослав: Иоганна Кеплера мы знаем по школьному учебнику астрономии как
автора законов движения планет. А какова его роль в создании системы мира?
Елисей: Вначале, под влиянием взглядов пифагорейцев, Кеплер построил
свою теорию, в которой круговые орбиты планет вписывались в правильные
многогранники. Только благодаря богатому наследию Браге, он впоследствии
признал свою ошибку и сделал вывод о движении планет по эллипсу.
Пересвет: Особой заслугой Кеплера было возрождение в астрономии идей
пифагорейцев о «гармонии мира» и раскрытие более глубокого смысла этого
понятия.
Ярослав: Мне кажется, что в исследованиях Кеплера роль наблюдений ещё
больше. Недаром его законы – математика чистой воды. Вся его работа свелась к
подчинению явлений природы простым, математически красивым качественным
законам.
126
10. «Гипотез не измышляю…»
Елисей: В ХVII веке авторитет И. Ньютона был непререкаем. Однако его
вариант системы мира был далеко не единственным. Кто осмелился спорить с
самим Ньютоном?
Пересвет: Свою уникальную картину мира на основе принципа
гелиоцентризма пытался построить французский ученый Рене Декарт. Он развивал
идею относительности движения. Согласно Декарту, все небесные тела
образовались в результате вихревых движений, происходящих в однородной
вначале мировой материи – эфире. Солнечная система представляет один из таких
вихрей. Центральное светило – Солнце – состоит из более тонкой мировой материи.
Планеты и кометы состоят из достаточно крупных частиц, отброшенных в процессе
вращения к периферии. Планеты не имеют собственного движения, они увлекаются
мировым вихрем. В 1644 году Декарт предложил диалектическую идею первичного
протопланетного облака вопреки господствовавшим тогда метафизическим
взглядам.
Ярослав: Родоначальником идеи естественного возникновения и развития
солнечной системы в рамках гравитационной картины мира был другой
французский ученый Бюффон. Все наблюдаемые явления и изменения, начиная с
возникновения Земли и планет, он объяснял естественными причинами. Бюффон
создал космогоническую гипотезу о возможности столкновения комет с Солнцем.
Здесь впервые «рука Бога», божественный первотолчок, была заменена толчком
кометы. Однако и эта теория носила скорее вероятностный, чем эволюционный
характер.
Елисей: Лишь гению Ньютона оказалось под силу объединить качественную
теорию тяготения с точными математическими расчётом и наблюдениями. Идея
превратилась в универсальный закон действия центральных сил. Законы движения
планет перестали быть эмпирическими, опытными правилами. Эта роль была
передана Всемирному тяготению, который стал физическим фундаментом небесной
механики.
11. «Небулярная» гипотеза
Пересвет: Ребята, до сих пор все рассматриваемые нами теории были
статическими, неподвижными. Идея же эволюционного развития природы первое
своё применение нашла именно в астрономии и оформилась в виде «небулярной»
гипотезы. Что вы можете сказать по этому поводу?
Елисей: Эта гипотеза, которую иногда ещё называют гипотезой КантаЛапласа послужила переходным этапом от метафизического мировоззрения к
эволюционному. Основная её идея заключается в том, что постепенное
количественное изменение звёздной материи приводит к скачкообразным
изменениям её качества. Всё же существенным недостатком этой гипотезы была
127
идея о самопроизвольном возникновении вращения изолированной системы, что
противоречило законам сохранения.
Пересвет: Кроме того, за Богом Кант оставлял и акт божественного творения.
Ярослав: Мне кажется, гипотеза Канта-Лапласа – это попытка совместить
механику Ньютона-Кеплера с законами природы. Только законами механики
явления природы объяснить нельзя.
12. Вторая революция в астрономии
Ярослав: Друзья, если первая революция в астрономии связана с именем
Кеплера, то вторая – с именем нашего соотечественника. Не подскажете ли с кем
именно?
Пересвет: В 1922 году А. А. Фридман обнаружил, что уравнения теории
тяготения А. Эйнштейна имеют нестационарное (зависящее от времени)
космологическое решение, описывающее расширяющуюся Вселенную.
Елисей: Открытое позднее Хабблом универсальное расширение всей
наблюдаемой части Вселенной подтвердило теоретические выводы Фридмана
относительно нестационарной Вселенной. В астрономии и космологии утвердился
образ Вселенной как нестационарной, непрерывно развивающейся системы.
Ярослав: Я думаю, что «отцом» второй революции в астрономии является
Отто Юльевич Шмидт. Согласно его гипотезе Солнце и планеты образовались из
одного протопланетного облака. Поэтому все планеты обращаются вокруг Солнца в
одном направлении.
128
Земное эхо космических сил
В окно смотрели – двое. Один увидел – пыль и грязь,
Другой – листвы зеленой вязь. И небо голубое.
В окно смотрели – двое.
Мы живем на Земле. В своей повседневной деятельности, мы часто не
замечаем того, какое влияние на нас оказывают космические явления. Сегодня наши
друзья, обсуждают эту странную тему.
1. Жалюзи на окнах
Елисей: Друзья, почему в южных странах предпочитают ставить жалюзи на
окнах с вертикально расположенными планками, а в северных – с
горизонтальными?
Пересвет: Вряд ли расположение планок в жалюзи играет какую-либо роль.
Насколько мне известно, жалюзи служат для затемнения помещения. А как
расположить эти планки, решает фирма-изготовитель. Поэтому одни фирмы
выпускают жалюзи с горизонтальными планками, а другие с вертикальными.
Ярослав: Мне кажется, что в северных странах удобнее ставить жалюзи с
вертикальными планками, так как Солнце поднимается относительно невысоко
над горизонтом, и его лучи освещают значительную часть помещения. В южных
странах большую часть времени Солнце находится сравнительно высоко, поэтому,
какие ставить жалюзи там, вертикальные или горизонтальные не имеет значения.
Елисей: Через вертикальные жалюзи смотреть удобнее. Какие жалюзи ставить
решает сам человек, и это не зависит от страны, где он живет.
2. Маятниковые часы
Ярослав: Моя бабушка привезла из Ташкента часы-ходики с длинным
маятником. Она утверждает, что в Ташкенте часы шли исключительно точно, а у
нас в Кирове, в первый же день они стали показывать неправильное время. Как вы,
друзья, думаете, они спешат или отстают?
Пересвет: В разных точках земного шара длина маятника должна быть
разной. Так как Земля вращается вокруг своей оси, то на любое тело действует
дополнительная центробежная сила. Эта сила максимальна на экваторе и равна
нулю на земных полюсах. Благодаря этой силе меняется период колебания маятника
часов. По этой причине, если часы были перевезены из южных широт в северные, и
при этом длина маятника не менялась, то часы будут отставать.
Елисей: Часы будут забегать вперёд, так как на любое тело, находящееся на
поверхности Земли, будет действовать Кориолисова сила инерции. Она обусловлена
вращением Земли вокруг своей оси.
Ярослав: Вы не учли того, что ускорение свободного падения в южных
широтах меньше, чем в северных. Поэтому период качания маятника часов будет
больше, и часы станут отставать.
129
3. Под крышей дома…твоего
Елисей: Друзья, как по-вашему, случайно или нет, в странах Западной Европы
крыши домов островерхие, у нас примерно 50-60 градусов, а в странах ЮгоВосточной Азии – закругленные?
Пересвет: Любая крыша служит, прежде всего, для защиты от осадков. В тех
странах, где дожди наиболее часты, как, например, в Западной Европе, крыши
домов должны быть наиболее крутыми. Наши крыши делают более пологими
потому, чтобы снег весной, находящийся на крышах быстрее таял, так как
поверхность крыши будет прогреваться прямыми солнечными лучами. Всё это
можно легко продемонстрировать с помощью чертежа.
Ярослав: Если быть более точным, то угол крыши в наших краях должен быть
равен географической широте места наблюдения. В станах Юго-Восточной Азии
осадков в виде дождя и снега выпадает мало. Поэтому крыши домов делают
легкими и красивыми, чуть закругленными, чтобы они меньше нагревались и
задерживали небольшое количество выпавшей влаги.
Елисей: А я считаю, крыши – это элемент национального зодчества и
никакого отношения к природным явлениям они не имеют.
4. Приливы и отливы
Ярослав: Как вы думаете, почему приливы в одних и тех же местах земного
шара имеют разную высоту?
Пересвет: Согласно закону Всемирного тяготения возникает сила
притяжения на Землю со стороны Луны. В результате поверхность мирового океана,
да суша тоже, искривляется, образуя «горб». Этот горб появляется в точке Земли
наиболее близкой к Луне и на диаметрально противоположной ей. Это объясняется
тем, что приливное ускорение равно векторной разности ускорений в данной точке
и в центре Земли. В то же время, в двух других точках Земли образуются отливы.
Точки прилива и отлива расположены под углом в 90 градусов относительно
радиуса Земли. Прилив в точке наиболее близко расположенный к Луне и будет
более высокий.
Елисей: Высота прилива и отлива зависит от расстояния между Землей и
Луной. Так как орбита Луны не круговая, а эллиптическая, то и приливы, и отливы
будут иметь разную высоту. Дважды в месяц Солнце и Луна находятся на одной
линии относительно Земли, и их суммарное притяжение вызывает высокий прилив.
Когда Солнце и Луна находятся под прямым углом к Земле, Солнце компенсирует
часть лунного притяжения, что приводит к появлению слабого квадратурного
прилива.
Ярослав: Приливы и отливы, на мой взгляд, зависят не только от влияния
Луны, но и от атмосферных явлений. Например, если во время прилива дует ветер
130
попутного направления, по прилив выше, если противоположного, то, естественно –
ниже.
5. Отпустите меня в Гималаи…
Ярослав: Гималаи, Гималаи… . Кстати, не скажите ли, друзья, почему самые
высокие горы на Земле находятся в южных широтах?
Елисей: Горы выше там, где более высокая температура, и большая
сейсмическая активность. Эти условия как раз и выполняются в южных широтах.
Ярослав: В северных широтах высоких гор быть не может, так как слишком
велик перепад температур, в результате которого горные породы разрушаются.
Пересвет: Образование высоких гор происходило в начальный период
формирования земной поверхности. Так как скорость движения экваториальных
участков земной поверхности более высокая и ускорение силы тяжести там меньше,
то горы образовались более высокие.
6. Снова птицы в стаи собираются, ждет их за моря дорога дальняя…
Пересвет: Почему птицы осенью улетают на юг? Как они ориентируются в
пути?
Ярослав: Перелётные птицы хорошо ориентируются в пространстве, так
ночью они летят по Млечному Пути. Осенью созвездие Лебедь указывает им путь
на юг.
Елисей: Перелётные птицы довольно уверенно ориентируются по Солнцу,
учитывая его дневное перемещение. У них даже есть свои «навигационные» звёзды,
по которым они находят верный путь.
Пересвет: Мне кажется, что здесь всё дело в безусловном рефлексе птиц.
Ориентируются они в основном по изменению магнитного поля Земли. Поэтому «…
покинув заморское великолепье, оазисы, пальмы и зной, летят журавли над
пустынною степью и клином летят надо мной…».
7. Как скоротать ночь?
Елисей: Этой весной 21 марта мы с папой сели в поезд и поехали на запад.
Поезд двигался со средней скоростью 60 км/час вдоль параллели 60 градусов
северной широты. Мы ехали ровно сутки. Как вы думаете, друзья, сколько часов
длилась ночь, если рефракцией пренебречь?
Ярослав: Ваше путешествие происходило в день весеннего равноденствия,
поэтому продолжительность ночи была 12 часов.
Пересвет: Скорость движения Земли вокруг своей оси равна 2пRcos(i)/Т =
834км/ч. Движение поезда на запад фактически увеличивает эту скорость до
834км/ч +60км/ч=894км/ч. Долгота ночи, для неподвижного наблюдателя 21 марта
равна 12 часов, а для пассажира она возрастает обратно пропорционально
131
увеличению линейной скорости его движения вместе с поверхностью Земли и
станет равной 11 часам 4 минутам.
Елисей: Я подсчитывал так: скорость движения Земли вокруг своей оси
834км/ч. Движение поезда на запад фактически замедляет эту скорость до 834км/ч60км/ч=774км/ч. Долгота дня для неподвижного наблюдателя 21 марта равна 12
часов, а для пассажира она возрастает обратно пропорционально уменьшению
линейной скорости его движения вместе с поверхностью Земли и станет равной 12
часам 56 мин. Следовательно, ночь длилась 11 часов 4 минуты.
Кто из друзей прав?
8. Когда включать свет?
Елисей: В нашем городе уличное освещение включают, как попало. Бывает
так, что ещё светло, а фонари уже горят. А иногда, наоборот, на улице темнымтемно, а освещение ещё не включили. Существуют ли вообще, какие ни будь
правила на этот счет?
Ярослав: Уличное освещение, а так же маяки в аэропортах должны
включаться в гражданские сумерки, когда Солнце зашло под горизонт на 6
градусов. Так как в течение года Солнце всякий раз заходит под горизонт в разное
время, то и освещение также будет включаться по-разному.
Пересвет: В гражданские сумерки ещё светло и нет нужды в искусственном
освещении. Мне кажется, что освещение надо включать в навигационные сумерки,
когда Солнце опускается под горизонт на 12 градусов. Эти сумерки потому и
называются навигационными, так как маяки, огни аэропортов включаются именно
в это время. Освещение городов относятся к навигационным сигналам,
позволяющим штурманам самолетов и кораблей ориентироваться на маршруте.
Елисей: Я считаю, что искусственное освещение нужно включать во время
астрономических сумерек, когда Солнце опускается под горизонт на 18 градусов.
В это время становится так темно, что появляются первые звёзды.
9. Куда показывает отвес?
Ярослав: Прошлым летом мы с дедушкой плотничали в деревне. Он довольно
часто пользовался отвесом для проверки вертикальности стен. Как вы думаете, куда
показывает отвес?
Елисей: Вовсе не к центру Земли, как многие считают. Отвес показывал бы
направление к центру Земли в том случае, если бы Земля была идеально
шарообразна, а форма её геоид. На положение отвеса влияет и неравномерное
распределение вещества Земли по всему объёму.
Пересвет: Насколько я знаю, деревня, в которой живет наш дедушка,
находится весьма далеко от гор и тем более от Курской магнитной аномалии,
которые бы отклоняли отвес. Кроме того, широта деревни очень сильно отличается
132
от экваториальной, где на положение отвеса влияет вращение Земли, Значит, отвес
показывает направление точно к центру Земли.
10. На космодроме света - море
Пересвет: На заре космонавтики мысли Главного Конструктора занимали два
вопроса: где строить космодром и когда запускать космические корабли?
Ярослав: Где строить космодром, понятно – в безлюдной степи, чтобы не
причинять вреда людям. А космические корабли запускались раньше исходя из
политических целей, например: обогнать Америку, навстречу очередному съезду
КПСС и так далее.
Пересвет: Насчет космодрома, согласен. Но 4 октября 1957 года и 12 апреля
1961 года – нет, эти даты никак не связаны с революционными юбилеями и
партийными съездами. Значит тут дело в другом.
Елисей: Космодром должен строиться там, где для этого есть возможность.
При этом в качестве основного фактора должна быть его близость к экватору. В
этом случае при запуске космического корабля учитывается скорость вращения
Земли с запада на восток. Время же старта выбирается только исходя из
благоприятного расположения Земли по отношению к другим небесным телам.
11. Неожиданный стандарт
Ярослав: Когда мы с папой строили дачу, он мне говорил о каких-то
стандартах на древесину. Я забыл, какова длина шестиметровых досок: 6 метров
или больше?
Пересвет: Тут и гадать нечего. Если сказано 6 метров, то, следовательно, 6
метров и должно быть. Стандарт – он и есть стандарт.
Ярослав: Нет, все доски и бревна 6 – метрового стандарта были заметно
длиннее.
Пересвет: Значит, их специально так опилили, как говорят «с запасом»,
чтобы деловая часть была ровно 6 метров.
Елисей: В стандартах написано, что эта длина равна 6 метров 38 см. Предвижу
вопрос: «Почему так точно, до сантиметра?» Ответ очень прост. Это же одна
миллионная часть среднего радиуса Земли.
Пересвет: По-моему, здесь просто случайное совпадение.
12. Где ставить кресты?
Пересвет: «На братских могилах не ставят крестов, и вдовы на них не
рыдают…». Крестов не ставят, а есть ли какие-нибудь закономерности в
сооружении монументов на могилах?
Ярослав: Закономерность здесь одна. По христианским обычаям могилы
располагают по линии запад-восток. Крест, памятник, да и любой монумент
133
ставится в восточной части могилы. Таким образом, когда человек становится к
памятнику лицом, он смотрит на восток.
Елисей: Здесь никакой закономерности нет. Всё определяется местными
особенностями архитектуры. Обычно памятники ставят лицом к людям и спиной к
зданиям. Кому как удобно, тот так и делает, лишь бы всё это было прилично и не
оскорбляло чувства людей.
13. Почему полярные сияния можно наблюдать только на северном
или южном полюсах?
Елисей: Полярные сияния похожи на вспышки молнии. Но в северных
широтах нет облаков, в том виде какие мы наблюдаем на нашем небе. Облака
состоят из кристалликов льда, поэтому между облаками возникают электрические
разряды в виде маленьких молний. Их и называют полярные сияния.
Пересвет: Причина северных полярных сияний – в космической пыли и
частицах. Элементарные частицы, космическая пыль несут на себе заряды, они,
попадая в магнитное поле Земли, искривляют свою траекторию движения. На них
действует сила Лоренца. Поэтому частицы всегда попадают на полюса, а затем,
попадая в плотные слои атмосферы, сгорают.
Ярослав: Возможно, ты более прав.
14. Транссибирский экспресс
Елисей: «Пусть весь вагон сидит в одном купе и радуется собственной судьбе.
Оно совсем не тесное, купе четырехместное – мы это испытали на себе…». А вы не
задумывались над тем, почему купе в вагонах поездов располагается с левой
стороны по ходу поезда?
Ярослав: Все дело в силе Кориолиса, возникающей в результате вращения
Земли. При движении по поверхности Земли поезд переходит с одного радиуса
вращения на другой. В нашем северном полушарии сила Кориолиса направлена по
ходу движения. По абсолютной величине она незначительна. При движении
автомобиля со скоростью 72 км/час она составляет лишь сотую долю процента от
силы тяжести. Её проявления становятся заметными при дальнем воздействии.
Пересвет: Меня всегда учили в школе, что любая сила – есть результат
действия реальных сил. В этом случае, я не вижу тех тел, со стороны которых
действует твоя Кориолисова сила инерции. Иными словами, все твои объяснения –
фикция. В электричках, например, сидения в вагонах расположены равномерно.
Елисей: Система отсчета, связанная с вращающейся Землей неинерциальная.
По этой причине во все расчеты необходимо добавлять силу инерции. Сила
Кориолиса действует перпендикулярно направлению скорости тел и
пропорциональна её модулю. Конечно, она не вызывается каким-нибудь реальным
телом, а возникает только вследствие вращающейся системы координат. Поэтому не
надо считать силу Кориолиса фиктивной, её действия вполне реальны.
134
Правда ли, что…?
Астрономия – одна из немногих наук, где изучаются объекты и явления, на
которых человек никогда не бывал и вряд ли побывает. Поэтому часть знаний
воспринимается на веру, на основе косвенных и вторичных признаков и следствий.
По этой причине в астрономии велика роль гипотезы, научного предположения,
интуиции. Не все утверждения являются окончательно сформированными, со
временем они могут изменяться (например, вопрос о статусе планеты Плутон). При
этом правильное объяснение того или иного факта зависит от того, какие
фундаментальные закономерности положены в его основу. Кроме того, следует
иметь в виду, что видимое и действительное в астрономии – не одно и то же.
Сегодня наши старые знакомые активно используют этот метод, формулируя
свои гипотезы. Все их вопросы начинаются одинаково: «правда ли, что…?»
1. Братья Луны
Пересвет: Правда ли, что у Земли, кроме Луны, есть ещё один спутник?
Елисей: Ну, ты даёшь! Всем давно известно, что у Земли единственный
спутник – Луна. В наших многочисленных наблюдениях мы с вами что-то не
видели никакого другого спутника.
Ярослав: И не увидим. Всё дело в том, что эти спутники, и не один, как
говорит Пересвет, а даже два, состоят из пыли. Находятся они в точках либрации
(равновесия) системы Земля – Луна. Их размеры сравнимы с Землей, а масса
порядка 10 000 тонн.
Елисей: В таком случае эти спутники и спутниками назвать нельзя, так как
они имеют ничтожную плотность: одна пылинка массой 20 миллиграммов на один
кубический километр, так показывает мой компьютер.
Ярослав: Так оно и есть. Остается добавить, что эти спутники были открыты в
1961 году польским учёным К. Кордылевским.
2. Неизбежность расставания
Елисей: Правда ли, что Луна постепенно удаляется от Земли?
Ярослав: Это действительно так. Под действием лунных приливов Земля
постепенно тормозит своё вращение. По законам небесной механики, в частности:
закону сохранения импульса, замедленное вращение Земли вызывает удаление
Луны от Земли.
Пересвет: Ты забыл сказать, что Земля и Луна представляют собой
равновесную саморегулирующуюся систему. По этой причине, спустя некоторое
время, удаление сменится приближением. Такие периодические колебания
расстояния известны были даже древним астрономам.
Ярослав: Здесь речь идет об очень больших промежутках времени. Через
много миллионов лет Земля, как и Луна, будет обращена к Луне тоже одной
135
стороной. Земные сутки будут равны месяцу, который будет значительно длиннее,
чем современная продолжительность оборота Луны вокруг Земли. Надо только
«немного» подождать.
3. Сверхплотность
Ярослав: Правда ли, что во Вселенной обнаружено вещество колоссальной
плотности?
Елисей: Мы давно говорим о единстве земной и вселенской материи. Все
небесные тела, в том числе и наша Земля, состоят из одних и тех же химических
элементов. Существование этих тел описывается одними и теми же физическими
законами. Поэтому говорить о том, что где-то есть вещество с плотностью, больше
чем встречающееся на Земле, по-моему, бессмысленно.
Пересвет: Насчет единства ты прав. Но надо помнить и об условиях, в
которых находится это вещество. Много различных объектов находится во
Вселенной. Одним из таких объектов с большой плотностью является спутник
Сириуса, так называемый «Сириус – В». Эта звезда состоит из вещества в 60 000 раз
более плотного, чем вода! А звезда Ван-Маанена 12 величины состоит из вещества
в 400 000 раз более плотного, чем вода!
Ярослав: Значит вполне возможно, что во Вселенной можно встретить и более
сверхплотное вещество.
4. Метаморфозы Солнца
Пересвет: Правда ли, что Солнце скоро погаснет?
Елисей: Примерно через 5 миллиардов лет содержание водорода в ядре
Солнца настолько уменьшится, что его «выгорание» начнется в слое вокруг ядра.
Это приведет к раздуванию солнечной атмосферы, увеличению размеров Солнца,
падению температуры на поверхности и повышение её в ядре. Постепенно Солнце
превратиться из жалкого карлика в красный гигант – сравнительно холодную звезду
огромных размеров. То есть в буквальном смысле слова, Солнце не погаснет, оно
будет на небе в виде громадного красного шара.
Ярослав: Всё это так, однако, жизнь Солнца на этом не закончится. Оно
начнет сжиматься и превратится в белый карлик, внутри которого уже не будет
происходить никаких термоядерных реакций.
Елисей: Следовательно, Солнце, как астрономический объект, будет видно
всегда, только количество солнечной энергии, приходящей на Землю, будет
различным. По этой причине разным будет и количество света и тепла.
5. Маленькие зелёные человечки
Ярослав: Правда ли, что открытие пульсаров дало основание говорить
астрономам о существовании внеземных цивилизаций?
136
Елисей: В средине 60-х годов радиоастрономы Великобритании решили
провести полный радиообзор северного полушария неба на волне 75 см. для
выявления мерцающих радиоисточников. И вот однажды они обнаружили
быстропеременный радиоисточник, точность повторения коротких импульсов
которого была просто феноменальной. Вначале астрономы действительно полагали,
что обнаружили сигналы внеземных цивилизаций, поэтому несколько месяцев
открытие держали в строгом секрете.
Пересвет: Это была ошибка, так как поводом для разговоров было то, что
исследователи Энони Хьюиш и его аспирантка Джослин Белл для обозначения
обнаруженных сигналов ввели обозначение LGM – little green men, что в переводе
означает «маленькие зелёные человечки».
6. Обида Змееносца
Елисей: Правда ли, что зодиакальных созвездий на самом деле 13, а не 12?
Ярослав: Зодиакальные созвездия – это те, через которые проходит Солнце в
своем годичном движении. За год Солнце бывает разное время в 13 созвездиях.
Например, в созвездии Змееносца Солнце проводит 20 дней с 27 ноября по 17
декабря. Поэтому с уверенностью можно сказать, что на самом деле зодиакальных
созвездий не 12, а 13.
Пересвет: Во всем виноваты астрологи. В древние времена эклиптика была
разделена на 12 частей, которые назывались знаками зодиака. Этим знакам позднее
стали приписывать соответствующие созвездия. Так и получилось, так и
получилось, что зодиакальных созвездий тоже стало 12, только непонятно, почему
обидели Змееносец?
7. Страх и Ужас
Ярослав: Правда ли, что спутники Марса были известны задолго до их
официального открытия?
Елисей: Да, в книге Джонатана Свифта о приключениях Гулливера, написано:
«…кроме того, они открыли две маленькие звезды, или два спутника,
обращающиеся около Марса. Ближайший из них удален от центра этой планеты на
расстояние, равное трём её диаметрам, второй находится от неё на расстоянии пяти
таких же диаметров». Следовательно, можно с уверенностью сказать, что о
существовании марсианских спутников было известно за полтораста лет до их
обнаружения.
Пересвет: Этот удивительный факт, о котором ты говорил, просто редчайшее
совпадение, не имеющее ничего общего с научным открытием. Если бы люди знали
об этих спутниках, то, наверняка, открыли бы их, ведь Свифт указал даже их
положение около Марса. Однако только в 1877 году во время великого
противостояния Марса их смог обнаружить американский астроном Асаф Холл.
137
8. Парадокс близнецов
Пересвет: Правда ли, что космонавт, вернувшийся из длительного
космического путешествия, окажется значительно моложе своих сверстников?
Ярослав: Время в быстро движущейся системе отсчета замедляет свой ход по
сравнению с неподвижной. Из этого следует, что космонавт, совершивший полет с
околосветовой скоростью, при возвращении на Землю на самом деле окажется
моложе своего брата-близнеца, всё время остававшегося на Земле. Факт замедления
времени уже экспериментально подтвержден при исследованиях космических
лучей. Помните у Высоцкого: «Земля же ушла лет на 300 вперёд по гнусной теории
Эйнштейна».
Елисей: По теории Эйнштейна всё правильно, но ты забыл, что при полётах с
околосветовой скоростью необходимо время для разгона и торможения. На этих
участках космонавт будет двигаться с ускорением. Здесь время пойдет значительно
быстрее, чем в неподвижной системе координат. Так что космонавт догонит своего
брата-близнеца по возрасту и никакого «парадокса близнецов» не существует.
9. Гравитационный резонанс
Пересвет: Правда ли, что две самые дальние планеты Солнечной системы
Нептун и Плутон могут столкнуться?
Елисей: Это предположение основано на том, что до 1999 года Нептун был
самой дальней планетой. Эксцентриситет (степень сжатия) орбиты Плутона
настолько велик, что эта планета в указанный период находилась внутри орбиты
Нептуна. Так что возможно, ты прав, могут столкнуться.
Ярослав: Я не согласен. Орбиты Нептуна и Плутона лежат в разных
плоскостях, так что они не пересекаются. Если мы посмотрим на схему Солнечной
системы, где все орбиты спроецированы на плоскость эклиптики, то может
сложиться ложное мнение, что и не только Плутон и Нептун столкнуться, но и
другие планеты. Кроме того, периоды обращения этих планет относятся как 2:3.
Наблюдается так называемый гравитационный резонанс, при этом расстояние
между ними не бывает меньше 18 астрономических единиц. Следовательно, эти
планеты никогда не столкнуться друг с другом.
10. На кончике пера
Ярослав: Правда ли, что Нептун был открыт, как говорят «на кончике пера»,
то есть теоретически?
Пересвет: Нептун был открыт, можно сказать, случайно. Всё дело в том, что
Уран «не подчинялся» законам движений небесной механики: то убегал вперёд, то
отставал в своём движении от расчетного положения. За решение этой проблемы
взялись англичанин Джон Адамс и француз Урбен Леверье. Они предположили, что
«виновником» странного движения Урана может быть трансурановая планета и
138
даже вычислили её положение на небе. Осталось только зафиксировать её
положение в телескоп, что и было сделано.
Елисей: Все планеты, в том числе и Нептун, были открыты при помощи
астрономических наблюдений. В средине ХIХ века уже имелись достаточно
мощные телескопы, чтобы разглядеть Нептун. Удача улыбнулась немецкому
астроному Иоганну Галле, который, проводя систематический обзор неба, 23
сентября 1846 года случайно обнаружил восьмую планету. Кстати, и Плутон был
найден американским астрономом Клайдом Томбо тоже случайно.
11. Фаэтон – сын Солнца
Пересвет: Правда ли, что на месте пояса астероидов когда-то была планета с
красивым названием Фаэтон?
Елисей: Для этого утверждения есть весьма веские основания. У
подавляющего большинства астероидов большие полуоси орбит лежат в пределах
от 2,2 до 3,6 астрономических единиц. Все астероиды или малые планеты
двигаются в прямом направлении. Их линейная скорость практически одинакова и
составляет около 20 км/с. Эксцентриситеты орбит примерно 0,4. Так что вполне
возможно, что на этом месте раньше существовала планета Фаэтон. Она могла быть
разрушена в результате столкновения с каким-нибудь небесным телом или
действием приливных сил гиганта Юпитера.
Ярослав: То, что орбиты почти всех малых планет лежат между орбитами
Марса и Юпитера вовсе не означает, что на этом месте раньше существовала
десятая планета. Принадлежность астероидов одному семейству определяется не
только свойством орбит, а, что более важно, их вещественным составом, который
существенным образом отличается. Да и законы движения астероидов противоречат
их образованию из одного материнского тела.
139
Астрономические курьёзы в литературе
Звёздное небо привлекает людей своей загадочностью и неисчерпаемостью.
Оно награждает достойных восхищением глубины и неповторимости. Небо
вдохновляет писателей на создание великих и вечных, как и оно само,
произведений. Например, описание звёздного неба встречается ещё в знаменитой
«Илиаде» Гомера. Джонатан Свифт, повествуя о приключениях Гулливера, попутно
«открыл» спутники Марса и «определил» параметры их орбит.
Однако описание астрономических явлений требует не только лирической и
эмоциональной окраски, сколько исключительной точности и наблюдательности,
что прослеживается далеко не всегда.
Наши друзья обратили на это внимание на одном из уроков литературы.
Заинтересовавшись этим вопросом, им пришлось пересмотреть и заново
переосмыслить некоторые эпизоды, связанные с астрономией как известных им
произведений, так и прочитанных заново.
1. Над Пречистенским бульваром
Ярослав: Друзья, послушайте, что написано в романе «Война и мир» Л. Н.
Толстого: «… при въезде на Арбатскую площадь огромное звёздное пространство
открылось глазам Пьера. Почти в средине неба над Пречистенским бульваром,
окруженная, осыпанная со всех сторон звёздами… стояла огромная яркая комета».
О какой комете идёт речь?
Елисей: Мне кажется, это просто художественное воображение автора. Если и
была в 1812 году какая-то яркая комета, то в зимней Москве её не должно быть
видно, так как «почти в середине неба» это относительно невысоко. Градусов 40.
Пересвет: Я думаю, что в этом эпизоде романа описана яркая комета 1811
года, видимая невооруженным глазом. Эту комету современники ещё называли
«кометой Наполеона».
2. Стожары
Пересвет: В повести «Соколинец» В. Г. Короленко пишет: «…Мы оба вышли
на двор. Мороз сдавал, туман рассеялся. Бродяга посмотрел на небо. «Стожары-то
высоко поднялись, – сказал он, – за полночь зашло». Спрашивается, когда это было?
По крайне мере, в каком месяце?
Елисей: Во-первых, если мороз сдавал, то туман наоборот должен усилиться.
Во-вторых, по карте звёздного неба можно определить, когда в полночь Стожары,
то есть Плеяды поднимаются высоко, иначе говоря, кульминируют. Далее смотрим
время – «за полночь». Возможно, разговор В.Г. Короленко с бродягой «Бобылем»
был в ноябре. Если быть точным, – то между 15 и 20 ноября.
Ярослав: Определяя время кульминации Плеяд, ты не учитывал место
наблюдения. Судя по тексту, это Сибирь, возьмем 50-60 градусов. Затем, если был
140
мороз, то, очевидно, дело происходило зимой. «За полночь зашло» – значит,
наблюдения были после полуночи. В то же время, звёзды были видны, но было ещё
довольно темно. Зимой на широте 50-60 градусов светает около 6 часов утра.
Значит, разговор был часа в три. Берем звёздную карту и смотрим, – в три часа
Плеяды поднимаются высоко в октябре. Точнее, по-моему, определить нельзя.
3. На охоте
Елисей: В повести Л. Н. Толстого «Анна Каренина» читаем: «… стало
темнеть. Ясная серебряная Венера низко на западе уже сияла из-за берёзок своим
нежным блеском, и высоко на востоке уже переливался своими красными огнями
мрачный Арктурус. Над головой у себя Левин ловил и терял звёзды Медведицы».
Когда же происходила эта охота Облонского и Левина?
Ярослав: Возьмём подвижную карту звёздного неба и установим её так, чтобы
«высоко на востоке был Арктур, а в зените – звёзды Большой Медведицы». Затем
используем условие «стало темнеть» и найдем приблизительно дату, когда это
возможно. В 12 часов в сентябре и в 15 часов в августе и 18 часов в июне ещё
светло. Отсюда делаем вывод, что охота могла быть либо в начале мая, либо в конце
апреля, так как в 20 часов в мае или в 24 часа в апреле уже темно.
Пересвет: Глядя на карту нельзя с уверенностью сказать, что Облонский и
Левин были на охоте в апреле или в мае. Точно так же можно сказать про охоту или
в январе или в декабре. В это время в указанные тобой месяцы тоже довольно
темно.
4. Ущерб Луны
Пересвет: В рассказе «Табу» А. С. Грина есть такие строчки: «… Луна была
на ущербе, я выждал, пока она не исчезла совсем, потому что нуждался в одной
совсем тёмной ночи, и перешёл в наступление». Сколько же времени, по-вашему,
ждал наступающий?
Ярослав: Так как Луна была на ущербе, то она находилась в восточной части
неба. Известно, что Луна двигается с запада на восток. Таким образом, до захода
Луны в восточной части неба ей необходимо пройти максимум 90 градусов. Мы так
же знаем, что звёздное небо поворачивается за один час на 15 градусов.
Следовательно, нашему герою надо подождать часов шесть.
Елисей: Серп старого месяца, «на ущербе», появляется на востоке из-за
горизонта перед восходом Солнца и поднимается всё выше, пока не раствориться в
дневном свете. Значит «совсем тёмная ночь» наступит недели через две, когда Луна
будет в новолунии.
5. «Наутилус»
Елисей: «Когда «Наутилус» ещё был на Южном полюсе, созвездия блистали с
удивительной яркостью. В зените стоял чудный Южный Крест – Полярная Звезда
141
антарктических стран». Такую картину южного неба даёт Жюль Верн в знаменитых
«8000 километров под водой». Как вы считаете, может ли на Южном полюсе в
зените стоять Южный Крест? Если нет, то на какой широте находился «Наутилус»?
Является ли Южный Крест «Полярной Звездой» антарктических стран?
Пересвет: Посмотрим на карту. Южный Крест на южном полюсе в зените не
может быть никогда. Чтобы Южный Крест был в зените «Наутилус» должен быть
примерно на 55-65 градусов южной широты.
Ярослав: Южный Крест не звезда, а созвездие. Поэтому «полярной звездой
антарктических стран» он быть не может. Южный Полюс мира лежит в созвездии
Октанта. Да и «антарктических стран» я что-то не знаю.
6. Старик и море
Пересвет: В рассказе «Старик и море» Эрнст Хемингуэй описывает, как
старый Сантьяго рыбачит в море у берегов Кубы: «…было темно; в сентябре
темнота всегда наступает внезапно, сразу же после захода Солнца… . На небе
появились первые звёзды. Он не знал названия звезды Ригель, но, увидев её, понял,
что скоро покажутся и все остальные». Докажите, что Сантьяго не мог видеть
Ригель. Какую звезду он на самом деле наблюдал?
Елисей: В сентябре прямое восхождение Солнца примерно 12 часов и после
его захода будут видны звёзды с прямым восхождением от 12 до 0 часов. Ригель
имеет прямое восхождение около 5 ч. и появиться над горизонтом примерно в
полночь. Темнота в южных странах действительно «наступает внезапно», так как
Солнце круто уходит за горизонт и продолжительность сумерек невелика.
Ярослав: Вероятнее всего Сантьяго видел Антарес или Арктур над южным
или западным горизонтом соответственно. Так же, может быть, он видел одну из
звёзд осенне-летнего треугольника.
7. На шуршащих снопах
Елисей: В романе В. Дрозда «Спектакль» я прочитал: «… Дальше кони сами
доберутся до села, а ты лежишь на шуршащих снопах и ищешь среди щедрой
россыпи звёзд над самой головой Полярную Звезду и Большую и Малую
Медведицы». Вас ничего не смущает в этом описании?
Ярослав: Если герой романа лежит на «шуршащих снопах», то время
действия, скорее всего – август. В это время Полярная Звезда и другие
околополярные созвездия не могут быть над самой головой, то есть в зените.
Пересвет: Мне кажется, что над самой головой Полярная Звезда может быть
только в полярных широтах, так как высота Полюса Мира над горизонтом равна
географической широте места наблюдения. А Полярная Звезда находится в
непосредственной близости от Полюса Мира. Значит её склонение близко к 90
градусам. Но на полярных широтах никаких «снопов» нет.
142
8. Чудесная ночь
Пересвет: И. Шемякин в романе «Криницы» так описывает ночь: «А ночь
была чудесная. На ясном, без единого облачка, голубом небе, с россыпью звёзд и
туманной полосой Млечного Пути, сияла полная Луна». Что вы скажете по этому
поводу?
Елисей: Насколько я знаю, Млечный Путь при полной Луне не виден.
Ярослав: Ночью о голубом небе говорить, по меньшей мере, странно.
Конечно, в полнолуние россыпи звёзд и Млечный путь вряд ли будут видны так
отчетливо. Хотя наиболее яркие звёзды и звезды в северной стороне неба будут
заметны.
9. Народившийся месяц
Ярослав: У М. Алексеева в романе «Вишневый омут» мы читаем: «… всю
ночь её сторожил молодой, недавно народившийся месяц, то и дело, заглядывая на
неё через тихо покачивающиеся ветви яблонь». Прав ли здесь автор романа?
Елисей: Молодой месяц, появившийся в западной части неба сразу после
захода Солнца, также довольно скоро заходит и не может быть стражем всю ночь.
Пересвет: Эпизод романа описывает летнюю ночь на широте примерно в 50
градусов. Это значит, что молодой месяц, двигаясь с запада на восток (против
вращения небосвода), может находиться на небе довольно продолжительное время,
то есть несколько часов. Значит, автор романа не погрешил против
астрономической истины.
10. Прошит метеоритами простор…
Елисей: В. Жилин в повести «Черные флажки» так представляет себе звёздное
небо: «Тёмное звёздное небо тут и там прочеркивали яркие метеориты. Один из них
пролетел дальше всех и потух... . Небо стало ещё ярче. Всё жарче расчеркивались
метеориты». Не вводит ли автор в заблуждение своих читателей?
Пересвет: Вероятно, речь идет о метеорах. Метеорит – небесное тело,
упавшее на Землю. Метеор же – световое явление, происходящее в атмосфере
Земли. Это прощальный автограф навсегда исчезнувшей в межпланетном
пространстве космической частицы. И если «небо стало ещё ярче», то есть светлее,
то метеориты не могут расчеркиваться всё жарче, они будут более тусклыми.
Ярослав: Метеориты сгорают в плотных слоях атмосферы на высоте порядка
80-100 километров. Световое явление возникает в результате трения метеорных
частиц, летящих с большой скоростью. Значит, никакого заблуждения нет и автор
абсолютно прав.
11. Украинская ночь
Елисей: П. Панч в романе «Клокотала Украина» пишет: «Над их головами в
синей бездне тянулся усыпанный золотой пылью Млечный Путь. Ярко мерцали
143
Близнецы, прямо над головой Дева несла воду на коромысле, а впереди блистал
Крест». Наверняка, в этом повествовании есть астрономические ошибки.
Пересвет: Созвездие Девы на Украине никогда не бывает в зените.
Ярослав: Мы уже говорили о синем небе ночью. Так как действие происходит
летом на Украине, то я считаю, что там, в летние месяцы Близнецы не видны, не
говоря уж о созвездии Южный Крест, который автор весьма вольно называет
Крестом.
12. Серп Земли
Ярослав: Интересную астрономическую ошибку, на мой взгляд, делает В.
Степанов в книге «Серп Земли», послушайте: «Плыви под солнечным ветром, шар
голубой! И он всё уплывает, всё тает в звёздных далях. И вот уже висит в
поднебесье сияющий серп Земли…». Прав ли он в описании удаляющейся от
наблюдателя Земли?
Пересвет: Думаю, что прав. Если Луна, Меркурий и Венера меняет свои
фазы, то и Земля при наблюдении из космоса тоже может иметь «сияющий серп».
Елисей: Здесь необходимо уточнение. При удалении от наблюдателя диск
Земли должен постоянно уменьшаться, пока не превратиться в точку. Землю в виде
серпа можно увидеть только тогда, когда она будет проходить между
наблюдателем, находящимся вне Земли, и Солнцем.
144
Ответы:
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Календарь и время»
№ ? 1А 1Б 1В 2
3
4
5
6
7
8
9
ответ Я
Я ЕЯ Е ЯЕ ЯЕП ЕЕЯ Я
Е
Е ЕЯ
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Астрономические наблюдения»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
ответ Я ЕПЯ ЯЕ ЯЕП ЯЕ ПЯ ЯЕ ПЕ Е ЯЕ
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Звездное небо»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ответ ПЕЯ П
Я ЕЯ ЕЯ Я
ЕП ЕПЯ ЯЕП
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Ориентирование»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ Е
ЯП ПЯЕ Я ЕП Е ЯЕ ЕПЯ ЯП ЕЯ
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ « Земля»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
ответ Я
ПЯ
П
Я
Е
Е ПЕП ПЕ
№?
ответ
9
ЯП
10
Я
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Луна»
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Я
ЯЕ ЯЕ ЕЯ ЯПЕ ЯП ЯЕ
ЯЕ ПЕЯ П
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «На Луне»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ ЕП ПЯ ПЯ
Я
ПЯ ЕП
Я
ЕЯ ЕПЯ Я
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Задачи затмений»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ ПЕ Я
ЕЕ ПЕ
Я ЕПЯ ПЕ
Е ЯПЯ Я
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Солнечная система»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ Е
Е
ЯЕ ЯЕ
Е
ПЕ ЯП
Е
Е
Я
145
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Солнце»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
ответ П ЯПЕ Я
ПЕ
Я
Я
Я
ЕЕ
9
ПЕ
10
Е
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Парад планет»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ответ Е
ПЕ
П
Я
Е
Я
П
Е
ЕЯ
10
ПЯ
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Марс»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
ответ ЕП ЕЯЕ ПЯ ЕП ЕЯП Я
ЯП ПЕЯ
9
П
10
П
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Юпитер»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
ответ ПЯ ЯЕ ПЕ ЯЕП Е ПЯ ПЯЕ П ПЯЕ ЯПЕ ЯЕ ЕПЯ
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Спутники планет»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ ЯЕ Е
Е
ЕЯ
Я
Е
ЕП
Я
ПЯ
Е
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Луны других планет»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
ответ ПЕ П
П
ПЕ ЕЯП Я ПЯ ЯП
Е ПЯЕ ПЯ
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ « Кольца планет»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ Е
П
Е
ПЕ
П
ЯП П
Е
П
ЕП
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Космическое излучение»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
ответ ЕЯ
Я
Е
ЯЕ ЕЯ ЯПЕ ЕЯ ЕПЯ Я ЕЯ ЕП
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Эволюция звезд»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ ЯЕ
П ПЕЯ ЯЕ
П
ПЕ
Я
ПЕ ПЯ ЯП
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Наша Галактика»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ ПП ЕП
Я
Е
Я
П ЯЕП ПЯ
П ЯП
146
12
Я
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «В просторах Вселенной»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ П
П
Я ЕПЯ ЯПЕ П ПЯП ЕЯ
Е ЕП
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Эволюция Вселенной»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ответ ЯП Я
Е ПЯЕ Я
Я
ЕЯ
П
ЕЯ ПЯ
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Системы мира»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
ответ ПЕ Е
ЕП ПЯ ЯП ЯЕ ЕПЯ ЯЕ ЕП ПЯЕ ЕП ПЕ
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Земное небо космических сил»
№? 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13
ответ Я ПЯ ПЯ ПЕ
П
Е
Е
Е
Е Е ЕП ЯЕ П
14
ЯЕ
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Правда ли что?»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11
ответ ЯЕЯ ЯЯ
П
ЕЕ ЕП
П
П
Е
Я П
Я
КОДЫ ПРАВИЛЬНЫХ ОТВЕТОВ «Астрономические курьезы в литературе»
№?
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
ответ П
Е
Я
Е ПЯ ЕЯ
П ЕЯ Е П ПЯ ПЕ
147
Статьи, ранее опубликованные автором:
Елькин В.И., Пивоваров А.А. «Тестовые задачи по астрономии».
Приложение к газете «Первое сентября». Газета. «Физика».
За 1997 год.
1. N40. «Звездное небо». Стр.16.
2. N44. «Календарь и время». Стр.16.
3. N48. «Задачи затмений». Стр.16.
За 1998 год.
4. N8 «Земля!». Стр.16.
5. N20 «Луна». Стр.16.
6. N28 «Ориентирование». Стр.16.
7. N40 «Солнечная система». Стр.16.
За 1999 год.
8. N4 «Эволюция звезд». Стр.16.
9. N8, N12, N16, N20. «Космическое излучение». Стр.16.
10.N36, N40 «Системы мира». Стр.16.
За 2000 г.
11.N8 «Солнце». Стр. 16.
12.N12 «Парад планет». Стр.16.
13.N16 «На Луне». Стр.16.
14.N20 «Наша Галактика». Стр.16.
15.N24 «В просторах Вселенной». Стр.16.
16.N28 «Спутники планет» Стр.16.
148
Литература:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
149
Агекян Т. А. Звезды, галактики. Метагалактика. Изд. 2-е, Наука, 1973.
Аллер Л., Атомы, звезды и туманности. М.; Мир, 1976.
Баев К. Л.; Земля и Планеты; Москва; 1956 .
Балк М.Б. Элементы динамики космического полета. -М.:Наука.1968.
Большая Советская энциклопедия.
Болдуин Р. Что мы знаем о Луне? М., Мир, 1967 г.
Бакулин П. И.. Курс общей астрономии. М., Наука, 1994 г.
Вуд Дж. Метеориты и происхождение Солнечной системы. Мир. 1972.
Воронцов- Вельяминов Б.А., Сборник задач и практических упражнений по
астрономии. Изд. 6-е, Наука, 1974.
Воронцов - Вельяминов Б. А.. Очерки о Вселенной. М., Наука, 1975 г.
Воротников А. А.; География и Астрономия; Минск; 1995.
Гуди Р. и Уокер Дж., Атмосферы, Мир, 1975.
Гинзбург В. Л. Как устроена Вселенная и как она развивается во времени. М.;
Знание, 1968.
Дагаев М. М. Лабораторный практикум по курсу общей астрономии. «Высшая
школа», 1972.
Демин В. Г. Судьба Солнечной системы. Наука, 1975.
Дж. Нарликар. Гравитация без формул. (Пер. с англ.). - М.: Наука. 1981.
Детская энциклопедия. «Юный астроном».
Дитрих А.К., Юрмин Г. А., Кошурникова Р.В. -Почемучка. - М.: Педагогика,
1990. - 416с.
Ефремов Ю. Н.. В глубины Вселенной М., Наука, 1977 г.
Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли, Луны и планет. Знание, 1973.
Засов А. В., Кононович Э. В.; Астрономия; Москва; 1993 .
Куликов С. Нить времен: Малая энциклопедия календаря с заметками на полях
газет. - М., - Наука, 1991. -228с.
Куликов К.А. Гуревич В. Б. Новый облик старой Луны. Наука, 1974.
Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении.
М.:Наука. 1970.
Маковецкий П.В. Смотри в корень. - М.: Наука. 1979.
Миннарт М. Практическая астрономия. Мир. 1971.
Мартынов Д. Я. Планеты, решенные и нерешенные проблемы. Наука, 1970.
Полак И. Ф.; Строение Вселенной; Москва ; 1947.
Пивоварова Г.П. По страницам занимательной географии. М.:Просвещение.
1990.
Шкловский И. С.. Звезды: их рождение, жизнь и смерть М., Наука, 1975г.
Шкловский И.С.. Вселенная, жизнь, разум. Изд.4-е, «Наука», 1976.
Уиппл Ф. Земля, Луна и планеты. М., Наука, 1967 г.
Физический фейерверк Дж. Уокер. М.: Мир. 1989. (Пер. с англ.)
150
Александр Анатольевич Пивоваров – зав. кафедрой
информационно-технологического и физико-математического
образования института развития образования Кировской
области.
В 1980 году окончил физический факультет Кировского
государственного педагогического института. Кандидатскую
диссертацию на тему «Система внеклассной работы по
астрономии как форма внешней дифференциации при обучении
физике» защитил в 1994 году в Московском государственном
педагогическом университете.
Автор более 100 научных работ и публикаций.
151