Звезды различаются не только по блеску, но и по цвету.
Дата: 03.09.21
Группа: Д-116
Дисциплина: Астрономия
Тема: 5-6
Урок. Звезды и созвездия. Небесные координаты и звездные карты.
Звезды и созвездия. Видимая звездная величина
Невооруженным глазом видно на небе большое количество звезд. Их так много, что, кажется, не сосчитать, однако звезд, которые видны невооруженным глазом, около трех тысяч. В общем случае на небе можно насчитать до 2500-3000 звезд (в зависимости от вашего зрения) – а всего видимых звезд около 6000.
Вероятно, еще на заре цивилизации люди, стремясь как-то разобраться во множестве звезд и запомнить их расположение, мысленно объединяли их в определенные фигуры. Тысячи лет назад люди глядели на небо, считали звезды и мысленно соединяли их в разнообразные фигуры (созвездия), называя их именами персонажей древних мифов и легенд, животных и предметов.
У разных народов имелись свои мифы и легенды о созвездиях, свои названия, разное их количество. Деления были чисто условны, рисунки созвездия редко соответствовали названной фигуре, однако это существенно облегчало ориентирование по небу. Даже босоногие мальчики в древней Халдее или Шумерах знали небо лучше любого из нас.
Многие характерные «звездные фигуры» уже в глубокой древности получили имена героев греческих мифов и легенд, а также тех мифических существ, с которыми эти герои сражались. Так появились на небе Геркулес, Персей, Орион, Андромеда и т. д., а также Дракон, Телец, Кит и т. п. Некоторые из этих созвездий упоминаются в древнегреческих поэмах «Илиада» и «Одиссея». Их изображения можно видеть в старинных звездных атласах, на глобусах и картах звездного неба (рис. 2.1).
|
|
|
Созвездия - это определенные участки звездного неба, разделенные между собой строго установленными границами. Созвездия - область неба с характерной группой звезд и всеми звездами, находящимися внутри его границ. Соседство звезд, кажущиеся, в проекции на небесную сферу.
Старейшие по названиям считаются созвездия зодиакальные – пояс, вдоль которого происходит годичное движение Солнца, а также видимые пути Луны и планет. Так созвездия Телец – было известно > 4000 лет назад, так как в это время в этом созвездии находилась точка весеннего равноденствия.
У разных народов и в разное время был разный принцип деления звезд.
· 4 век до н.э. был список 809 звезд входящих в 122 созвездия.
· 18 век – Монголия – было 237 созвездий.
· 2 век – Птолемей (“Альмагеста”) – описано 48 созвездий.
· 15-16 век – период великих морских путешествий – описано 48 созвездий южного неба.
· В Русском звездном атласе Корнелия Рейссига, изданном в 1829г содержались 102 созвездия.
|
|
|
Были попытки переименовать установившиеся созвездия, но не одно название не прижилось у астрономов (так церковь в 1627г издала атлас созвездий «Христианское звездное небо», где им давались названия монархов – Георг, Карл, Людовик, Наполеон).
Многие звездные карты (атласы) 17-19 века содержали названия созвездий и рисунки фигур. Но прижился только один звездный атлас Яна Гевелия (1611-1687, Польша) изданный в 1690г и имеющий не только точное расположение звезд и впервые экваториальных координатах, но и прекрасные рисунки. (видеофильм «Звездный атлас Яна Гевелия»
Созвездия Южного полушария автор Гевелий Ян, Уранография 1690 год
Атласы звёздного неба XVII века
Путаница с созвездиями прекращена в 1922г Международный астрономический союз разделил все небо на 88 созвездий, а границы окончательно установлены в 1928 году.
Среди всех 88 созвездий известное каждому Большая Медведица — одно из самых крупных.
Смотря на небо, нетрудно заметить, что звезды различны по яркости, или, как говорят астрономы, по блеску.
Видимые на небе невооруженным глазом звезды астрономы еще до нашей эры разделили на шесть величин. В 125г до НЭ Гиппарх (180-125, Греция) вводит деление звезд на небе по видимой яркости на звездные величины, обозначив самые яркие - первой звездной величины (1m), а еле видимые – 6m (т. е. разность в 5 звездных величин).
|
|
|
Звездная величина - видимая яркость (блеск) звезды. Звездная величина характеризует не размеры, а только блеск звезд. Чем слабее звезда, тем больше число, обозначающее ее звездную величину.
Когда ученые стали располагать приборами для измерения величины потока света, приходящего от звезд, оказалось, что от звезды первой величины света приходит в 2,5 раза больше, чем от звезды второй величины, от звезды второй величины в 2,5 раза больше, чем от звезды третьей величины, и т. д. Несколько звезд были отнесены к звездам нулевой величины, потому что от них света приходит в 2,5 раза больше, чем от звезд первой величины. А самая яркая звезда всего неба — Сириус (α Большого Пса) получила даже отрицательную звездную величину -1,5.
Было установлено, что поток энергии от звезды первой величины в 100 раз больше, чем от звезды шестой величины. К настоящему времени звездные величины определены для многих сотен тысяч звезд.
Звезды 1-й звездной величины - 1m, наиболее яркие назвали.
Звезды 2-й звездной величины - 2m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 1-й величины
|
|
|
Звезды 3-й звездной величины - 3m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 2-й величины
Звезды 4-й звездной величины - 4m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 3-й величины
Звезды 5-й звездной величины - 5m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 4-й величины
Звезды 6-й звездной величины - 6m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 5-й величины. Самые слабые по блеску из доступных невооруженному глазу Они слабее звезд 1-й звездной величины в 100 раз.
Всего на небе 22 звезды 1-й звездной величины, но блеск их не одинаков: одни из них несколько ярче 1-й величины, другие слабее. Так же обстоит дело со звездами 2-й, 3-й и последующих величин, поэтому для точного определения блеска той или иной пришлось ввести дробные числа. Измерения светового потока от звезд позволяют теперь определить их звездные величины с точностью до десятых и сотых долей.
Самая яркая звезда северного полушария неба Вега имеет блеск 0,14 звездной величины, а самая яркая звезда всего неба Сириус - минус 1,58 звездной величины, Солнце - минус 26,8.
Самые яркие звезды или наиболее интересные объекты из числа более слабых звезд получили собственные имена арабского и греческого происхождения (более 300 звезд имеют имена).
В 1603г Иоганн Байер (1572-1625, Германия) публикует каталог всех видимых звезд и впервые вводит их обозначение буквами греческого алфавита в порядке уменьшения блеска (наиболее яркие). Самые яркие – α, затем β, γ, δ, ε и т.д.
В каждом созвездии звезды обозначаются буквами греческого алфавита в порядке убывания их яркости. Наиболее яркая в этом созвездии звезда обозначается буквой α, вторая по яркости - β и т. д.
Поэтому звезды сейчас обозначаются: Вега (α Лиры), Сириус (α Большого Пса), Полярная (α М. Медведицы). Средняя звезда в ручке ковша Большой Медведицы называется Мицар, что по-арабски означает «конь». Эта звезда второй величины обозначается ζ Большой Медведицы. Рядом с Мицаром можно видеть более слабую звездочку четвертой величины, которую назвали Алькор - «всадник». По этой звезде проверяли качество зрения у арабских воинов несколько веков тому назад.
Звезды различаются не только по блеску, но и по цвету.
Они могут быть белыми, желтыми, красными. Чем краснее звезда, тем она холоднее. Солнце относится к желтым звездам.
С изобретением телескопа ученые получили возможность увидеть более слабые звезды, от которых приходит света гораздо меньше, чем от звезд шестой величины. Шкала звездных величин все дальше и дальше уходит в сторону их возрастания по мере того, как увеличиваются возможности телескопов. Так, например, хаббловский космический телескоп позволил получить изображение предельно слабых объектов - до тридцатой звездной величины.
Д/З – записать в тетради вопросы теста и правильные ответы прописью (цифры и буквы мне не нужны)
1. Как называется наука, изучающая звезды:
а) Астрономия
б) Астрология
в) Геология
2. Из чего состоит звезда:
а) кусочки метеоритов
б) газ
в) железо
3. С помощью какого прибора ученые изучают звезды:
а) подзорная труба
б) хронометр
в) телескоп
4. Как называется самая яркая звезда, расположенная ближе всего к Земле:
а) Солнце
б) Полярная
в) Сириус
5. В какой цвет окрашены самые яркие и горячие звезды:
а) оранжевый
б) красный
в) синий
6. За счет чего звезды в созвездиях находятся рядом друг с другом:
а) электрические силы
б) взаимное притяжение
в) магнитные силы
7. В каком созвездии расположена Полярная звезда:
а) Кассиопея
б) Большая Медведица
в) Малая Медведица
8. В форме какой буквы расположены звезды в созвездии Кассиопея:
а) л
б) м
в) п
9. В какое время года можно любоваться созвездием Орион:
а) осень
б) весна
в) зима
10. Какая звезда является путеводной для путешественников и моряков:
а) Проксима Центавра
б) Полярная
в) Солнце
11. Необъятное небесное пространство:
а) Вселенная
б) Солнечная система
в) звёздное небо
12. Самая большая планета:
а) Марс
б) Юпитер
в) Сатурн
13. Самая маленькая планета:
а) Меркурий
б) Нептун
в) Уран
14. Её звёзды образуют фигуру в виде ковша:
а) созвездие Орион
б) созвездие Тельца
в) созвездие Большой Медведицы
15. Самая яркая звезда в созвездии Малой Медведицы:
а) Полярная звезда
б) Альдебаран
в) Сириус
Урок 6. Небесные координаты
Звезды расположены в трехмерном пространстве, но мы, когда вводили модель небесной сферы, одну координату сферической системы координат зафиксировали: расстояние. Остались две угловые координаты, которые определяют точку на небесной сфере, как х и у – точку на плоскости. Похожей системой мы пользуемся в географии: точку на поверхности Земли можно задать двумя угловыми координатами, широтой и долготой. На картах созвездий мы уже обратили внимание на координатную сетку и обозначения углов: в градусах и часах (см. рис. 20).
Рис. 20. Географические координаты
Обсудим, какие придумали системы координат. Углы в астрономии обычно выражают в градусах (минутах, секундах), но в некоторых случаях, когда угловое перемещение небесного объекта связано с суточным вращением Земли, удобно градусы переводить в часы.
Важнейшие линии и точки на небесной сфере – это Северный и Южный полюсы мира (их определения мы уже ввели), проходящая через них ось мира, отвесная линия (направление силы тяжести), которая пересекает небесную сферу в точках зенит и надир. Секущая плоскость, проходящая через центр сферы, делит ее на две одинаковые полусферы по окружности, которую астрономы называют большим кругом. Если секущая плоскость не содержит центр сферы, то круг называется малым (см. рис. 21).
Рис. 21. Линии, точки и секущие плоскости небесной сферы
Через любые две точки небесной сферы проходит в точности один большой круг. Углы между точками небесной сферы отсчитывают по дугам больших кругов, измеряя соответствующие центральные углы ( 
, О – центр).
Выделим важнейшие большие круги на небесной сфере:
· математический горизонт – большой круг, плоскость которого перпендикулярна отвесной линии;
· небесный экватор – большой круг, плоскость которого перпендикулярна оси мира;
· небесный меридиан – большой круг, проходящий через зенит и Северный полюс мира (или через надир и Южный полюс мира) (см. рис. 22).
Рис. 22. Большие круги на небесной сфере, математический горизонт
Математический горизонт пересекается с небесным меридианом в точках севера N и юга S, а с небесным экватором в точках востока E и запада W. Математический горизонт делит небесную сферу на видимую и невидимую половины, а небесный экватор – на северную и южную.
Положение точки на поверхности Земли определяют географические координаты – широта и долгота. Широты отсчитываются от экватора (экваториальной плоскости), а долготы от нулевого (гринвичского) меридиана. Похожим образом придумали и так называемую экваториальную систему небесных координат (см. рис. 23), рассмотрим ее подробнее.
Рис. 23. Экваториальная система небесных координат
Представьте, что вы находитесь внутри большого пустого глобуса (в его центре) и видите сквозь стенки глобуса сетку географических координат. Практически так выглядит экваториальная система координат.
В качестве основной плоскости отсчета углов используется плоскость небесного экватора. Каждая точка небесной сферы имеет две угловые координаты, которые назвали склонением и прямым восхождением.
Чтобы определить первую координату точки небесной сферы M (некоторого светила), через эту точку нужно провести большой круг P N MP S, плоскость которого перпендикулярна плоскости небесного экватора. Этот круг назвали кругом склонения. Точка M1 принадлежит и кругу склонения, и экватору. Дуга MM1 круга склонения называется склонением (δ). Склонение выражается в градусах, его приняли положительным в северной полусфере и отрицательным – в южной. Понятно, что, если точка лежит на небесном экваторе, ее склонение равно нулю. Это аналог широты в географических координатах.
Вторая координата (аналог географической долготы) называется прямым восхождением (α). Этот угол отсчитывается по небесному экватору, а за ноль принята точка весеннего равноденствия, строгое определение этой точки мы введем позже. Она находится в зодиакальном созвездии Овен и обозначается 
. Поэтому прямым восхождением мы назвали угловую меру дуги M1. Прямое восхождение приняли положительным, если дуга M1 направлена с запада на восток, и в противном случае – отрицательным.
Угол прямого восхождения α принято выражать в часах (минутах, секундах) из расчета, что 24 часа соответствуют полной окружности 360 градусов (Земля совершает полный оборот вокруг своей оси за 24 часа), т. е. 1 градус равен 4 минутам времени.
Если не рассматривать движение звезд друг относительно друга, получится, что из-за вращения Земли все звезды (и точка весеннего равноденствия ) передвигаются по небу с постоянной угловой скоростью, 15 градусов в час, это так называемое суточное движение (см. рис. 24).
Рис. 24. Суточное движение
А так как относительное расположение звезд в суточном движении не меняется и направление земной оси (а значит и оси мира) фиксировано, то и координаты звезд в экваториальной системе координат (α, δ) можно считать неизменными.
Для ориентации среди звезд астрономы используют именно экваториальную систему координат, потому что в ней удобно создавать звездные карты и каталоги звезд. Карты, на которых мы рассматривали примеры созвездий, используют именно эту систему координат.
| Небесные координаты на пальцах Расстояния на небесной сфере измеряются в градусах. Для этого есть грубый, но очень простой измерительный инструмент. Он у нас буквально в руках. Угловой размер пальца вытянутой руки приблизительно равен 1°. Конечно, у всех людей пальцы разные, но все-таки обычно в среднем палец закрывает полностью диск Солнца или Луны, угловые размеры которых 0,5°. Самая широкая часть ладони вытянутой руки имеет угловой размер около 10°. Проверить точность можно по «ковшу» Большой Медведицы. Ладонь с растопыренными пальцами – 16°. Оценить точность можно по астеризму Квадрат Пегаса, состоящему из трех самых ярких звезд созвездия Пегас и одной звезды созвездия Андромеды. |
При наблюдении звезд часто используют другую систему координат, которая связана с местом наблюдения, ее назвали горизонтальной системой небесных координат. В этой системе основной линией является горизонт – в модельном понимании, которое мы уже обсудили, без учета рельефа, его еще называют математический горизонт.
Чтобы найти эту линию на небесной сфере, нужно сначала построить вертикальную линию, например с помощью отвеса. Эта вертикаль пересечет небесную сферу в точке зенита Z (прямо над наблюдателем). Плоскость, перпендикулярная вертикальной линии и содержащая точку наблюдения, является горизонтальной плоскостью. Линия пересечения этой плоскости с небесной сферой называется математическим горизонтом (см. рис. 25).
Рис. 25. Горизонтальная система небесных координат
Небесный экватор пересекает горизонт в двух точках: E (восток) и W (запад). Небесный меридиан, проходящий через зенит и полюсы мира, пересекает горизонт в точках N (север) и S (юг). Обратите внимание, что N и S– это не полюсы мира, а точки горизонта. Угловое расстояние от горизонта до некоторой точки небесной сферы (звезды и т. п.) назвали высотой (на рисунке высота обозначена h). Высота измеряется в градусах от – 90 (под горизонтом) до +90 (над горизонтом). Высота – это аналог склонения в экваториальной системе координат, только эти две системы повернуты друг относительно друга на некоторый угол. Представим, что мы проводим наблюдения, находясь на Северном полюсе. Тогда Северный полюс мира будет находиться вертикально над нами, в зените, и вертикальная линия совпадет с осью мира. И если мы будем смещаться на юг на какое-то количество градусов географической широты, то наша вертикальная линия сместится относительно оси мира на тот же угол. Поэтому высота h p полюса мира над горизонтом равна географической широте места ϕ наблюдения (см. рис. 26).
Рис. 26. Горизонтальная система координат, координаты звезды зависят от положения наблюдателя
Вторую координату точки небесной сферы назвали азимутом A. Азимут также измеряют в градусах (от 0 до 360). Этот угол договорились отсчитывать от точки юга по направлению к западу. Таким образом азимут Северного полюса мира (а он не смещается при суточном вращении Земли) равен 180°.
Горизонтальная система координат удобна для измерений, но неудобна тем, что координаты светил непрерывно меняются из-за суточного вращения небесной сферы (это модель, на самом деле вращается Земля, но тем не менее). Светила восходят, поднимаются над горизонтом до максимальной высоты, а затем опускаются и заходят за горизонт.
Таким образом, в экваториальной системе координат координаты звезд неизменны, а в горизонтальной системе координат координаты звезд постоянно меняются. В физике часто систему координат, связанную с неподвижными звездами, с хорошей точностью принимают за инерциальную систему отсчета. В этом смысле экваториальную систему небесных координат можно считать инерциальной (см. рис. 27).
Рис. 27. Координаты звезды в разных системах координат (неизменные на протяжении суток – в экваториальной и изменяющиеся – в горизонтальной системе координат)
При восходе и заходе светило имеет высоту h = 0. Максимальную высоту светило имеет при пересечении небесного меридиана над точкой юга. Этот событие называется верхней кульминацией. Соответственно, нижней кульминацией называется нахождение светила на минимальной высоте h. В зависимости от того, над горизонтом или под ним происходят кульминации светил, их относят к незаходящим, невосходящим или к таким, которые восходят и заходят (см. рис. 28).
Рис. 28. Суточное движение светил относительно наблюдателя
На рисунках показано, как наблюдатель видит суточное движение светил, находясь в разных географических широтах. На полюсе видны звезды только одной полусферы (северной или южной), зато в любое время суток (полярной ночью). В средних широтах никогда не видны звезды одной из полярных областей, а некоторые звезды другой приполярной области никогда не заходят. Звезды средней (околоэкваториальной) области восходят и заходят за горизонт. На экваторе наблюдению доступны все звезды, и все они восходят и заходят.
Системы координат – это наш инструмент, который мы придумали для удобства, и для разных целей их можно создать еще сколько угодно. Кроме двух рассмотренных нами систем, широко используются и другие, но их мы сегодня рассматривать не будем.
Домашнее задание
1. Попробуйте самостоятельно рассмотреть в ночном небе созвездия по приведенной в уроке схеме. Запишите свои наблюдения и начертите схематический рисунок по наблюдению.
2. С помощью данных в интернете составьте таблицу освещенности наиболее ярких звезд, которые вы найдете на звездном небе.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 29; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!