Б)Інфрачервоне випромінювання

Тема №3 Методи та засоби астрономічних досліджень

СПРС№1

Електромагнітний спектр. Вікна прозорості атмосфери Землі. Розвиток всехвильової астрономії: гамма-, рентгенівська, ультрафіолетова, оптична, інфрачервона, радіоастрономія.

Актуальність теми:

Розширити уявлення студентів про методи пізнання безмежного Всесвіту.

Навчальні цілі.

Ознайомити студентів з методами пізнання Всесвіту; показати застосування знань з фундаментальних законів фізики для дослідження віддалених об’єктів ; ввести поняття всехвильової астрономії та ознайомити учнів з різноманітними приладами, апаратами, за допомогою яких проводять спостереження у різних діапазонах.

Рекомендована література.

Конспект прикладається.

Карта ООД для роботи з літературою

№ з/п	Навчальні завдання (питання)	Вказівки до виконання	Самостійна робота
1.	Діапазон довжин хвиль електромагнітного випромінювання.	1. Записати діапазон довжин хвиль електромагнітного випромінювання; 2. Дати визначення світлової хвилі; 3. Як розрахувати енергію фотона. Запишіть формулу. 4. Запишіть властивості електромагнітних хвиль; 5. Яка заслуга В.Гершеля у вивченні електромагнітного випромінювання; 6. Як вивчали інфрачервоний Всесвіт і Сонячну систему з 1983 року? Коротко опишіть; 7. Як називають електромагнітні хвилі довжиною від 100 до 4000 А? 8. Яка місія телескопа «Галекс»? Укажіть; 9. Як називається телескоп «Чандра» і яке його призначення? Запишіть; 10. Що таке Краб? Поясніть; 11. Запишіть шкалу ел.маг. випромінювання	Шкала електромагнітного випромінювання.

Виконайте тест на закріплення (письмово).

1.Як збирають інформацію на сучасних телескопах?

А) Оком;

Б) фотоплівкою;

В)ПЗЗ- матрицею;

Г) плівкою.

2.Яке з перераховних електромагнітних випромінювань має найбільшу довжину хвилі?

А) інфрачервоне;

Б) Видиме;

В) ультрафіолетове;

Г) ренгенівське.

3.Термін «всехвильова астрономія» означає:

А) прозорість земної атмосфери для всіх хвиль електромагнітного випромінювання , щонадходить з космосу;

Б) Вивчення небесних об'єктів у всьому діапазоні шкали електромагнітного спектра;

В) Вивчення невидимих діапазонів електромагнітного спектра у небесних світил;

4.Позасистемна одиниця , яку використовують для вираження щільності потоку випромінювання в радіоастрономії:

А) електрон-вольт;

Б) джоуль;

В) 1 ян.

5. Інфрачервоне випромінювання вперше відкрив:

А) Е. Хаббл;

Б) Г.Галілей;

В) В. Гершель;

Г) А. Пензіас.

6.Який вид електромагнітних хвиль має найменшу частоту?

А) Ренгенівські;

Б) ультрафіолетові;

В) інфрачервоні;

Г) радіохвилі.

7. Позасистемна одиниця, яку використовують для вираження густини ренгенівського випромінювання від космічних джерел.

А) Кіль-електронвольт;

Б) джоуль;

В) 1 краб.

8. Яка роздільна здатність ока?

А) 1 кутова секунда;

Б) 1 кутова хвилина;

В) 10 кутових хвилин;

Г) 1 градус.

9.Щоб зменшити роздільну силу телескопа, потрібно:

А) Збільшити фокусну відстань окуляра;

Б) збільшити фокусну відстань об'єктива ;

В)збільшити діаметр об'єктива ;

Г) збільшити фокусну відстань окуляра і діаметр об'єктива.

10.Назвіть одне відкриття, яке не було зроблене Галілеєм?

А) Гори на Місяці;

Б) фази Венери;

В) атмосфера Венери;

Г) супутники Юпітера.

11.Перевагою космічних телескопів порівняно з наземними є те, що…:

А) у них менше маси;

Б) їм не потрібні джерела енергії;

В) на них не впливають коливання атмосфери;

Г) на них не впливає світіння атмосфери.

12.Сонце випромінює значну частину електромагнітної енергії в …:

А) радіо- та ІЧ – діапазонах;

Б) ІЧ- і видимому діапазонах;

В) видимому та УФ- діапазонах;

Г) УФ- і ренгенівському діапазонах.

13.Електромагнітне випромінювання довжиною хвилі 550 нм у вакуумі сприймають як…:

А) радіохвилі;

Б) інфрачервоне випромінювання;

В) видиме світло;

Г) ультрафіолетове випромінювання .

14.Використання ПЗС на телескопі дозволяє збільшити:

А) фокусну відстань;

Б) збільшення;

В) контраст зображення.

15.Деякі радіохвилі не досягають земної поверхні через…:

А) сонячний вітер;

Б) атмосферні явища;

В) магнітне поле Землі;

Г) іоносферу.

Конспект до даної теми:

1. Фотони — джерело інформації

Світлова хвиля, як і будь яка електромагнітна, рухається зі швидкістю світла — 300 000 км/с. Світлову хвилю можна розглядати як потік фотонів. Саме вони приносять нам інформації про далекі Сонця.

Що являють собою ці далекі Сонця? Які закони їх будови й розвитку? На ці питання, здавалося, людина ніколи не одержить відповіді. Саме так і навчав своїх учнів давньогрецький філософ Сократ (469-399 pp. до н. е.): «Усе це назавжди залишиться таємницею для смертного, і, звичайно, самим богам смутно бачити прагненні людини розгадати те, що вони назавжди сховали від неї...»

Те саме, але двома тисячами років пізніше стверджував відомий філософ Огюст Кант (1798-1857): «Ми нічого не можемо дізнатися про зорі, крім того, що вони існують. Навіть температура їх назавжди залишиться невизначеною... Ну і, звичайно, не варто займатися астрономією, тому що це порожнє витрачання часу, що не дає ні корисних, ні цікавих результатів...»

Сьогодні ці висловлення ми згадуємо з посмішкою. Адже виявилося,- що людина може пізнати закони будови й розвитку як окремих зір, так і Всесвіту загалом. І цьому сьогодні є численні підтвердження. І розповідають про це людині фотони, кванти світла, ці дивні вісники далеких світів.

За іронією долі Кант не дожив усього три роки до відкриття спектрального аналізу, що став потужною зброєю астрономів у їхніх дослідженнях Всесвіту. Вивчаючи світлове випромінювання, що приходить до Землі від далеких зір і галактик, астрономи визначають температуру поверхонь зір, їхні маси і розміри, хімічний й ізотопний склад атмосфери, розподіл густини й температури в надрах, намічають схеми розвитку зір протягом мільярдів років.

У фотона найбільш яскраво виражена подвійність основних ознак елементарних частинок: фотон поширюється як електромагнітна хвиля. Кожний фотон переносить окрему порцію (квант) енергії, що дорівнює ɛ = hv, h = 6,62 10~²⁷ерг с.

Світлове випромінювання, що сприймає наше око,— де лише незначна частина надзвичайно широкого діапазону електромагнітних хвиль. В атмосферах зір і космічному просторі виникають і поширюються електромагнітні хвилі (фотони) з найрізноманітнішими довжинами хвиль. Зазвичай довжини хвиль вимірюють

в ангстремах (1А = 10 ^-8 см).

2. Всехвильова астрономія

Якими ж бувають електромагнітні хвилі?

їхні властивості різні. І залежать ці властивості від довжини хвилі випромінювання.

а) Світло

Діапазон довжин хвиль видимого світла міститься між 4000 А (фіолетовий колір) і 7000 А (червоний колір).

З усіх видів космічного електромагнітного випромінювання до поверхні Землі крізь її атмосферу проходять, практично не слабшаючи, тільки видиме світло, близьке (короткохвильове) інфрачервоне випромінювання і частина спектра радіохвиль.

До 1609 року небесні тіла вивчали неозброєним оком. 1009 року Г. Галілей уперше застосував оптичний телескоп для дослідження небесних тіл і зробив ряд відкриттів. Але перші телескопи Галілея були зовсім не досконалі: перша труба телескопа давали всього лише трикратне збільшення. Після вдосконалення телескопа Галілей отримав трубу 30-кратного збільшення.

Завдання телескопа — «вловити» слабкий світловий потік від зір. Щоби вловити світло далеких зір, необхідно було збільшити площу зіниці — у цьому полягало первинне завдання телескопа. Тож найважливішим у телескопі був так званий «вхідний отвір» для світла зір — об'єктив відповідного діаметра (D). Об'єктив —щ та частина телескопа, яка «дивиться» на об'єкт. Ту частину тело-скопа, до якої спостерігач прикладає око, називають окуляром (від слова «око»). Об'єктив будує зображення об'єкта (Місяця, планет) або ділянок зоряного неба у фокальній площині. Окуляр, що виконує роль лупи, дозволяє наблизитися до зображення цього об'єкти і розглядати його під більшим кутом, ніж сам об'єкт. Ще одна важлива властивість телескопа – збільшити кут, під яким ми спостерігаємо небесне тіло. Збільшення (п^x) телескопа залежить від фокусної відстані об'єктива (F) і фокусної відстані використовуваного окуляра (/):

n^x=F/f

Або його можна визначити як відношення кутових відстаней:

n^x= p/β

де р — кутова відстань між двома зорями, які розглядають у телескоп, і Р — та сама відстань між зорями під час спостереження неозброєним оком.

Зараз астрономи мають оптичні телескопи з діаметром об'єктива 10 м, триває розробляння проектів більших телескопів. Земна атмосфера сильно поглинає випромінювання, тому виведення телескопа за межі атмосфери розширило можливості оптичних телескопів. Космічні телескопи було створено після 1957 року.

б)Інфрачервоне випромінювання

Вільям Гершель розклав сонячні промені в спектр за допомогою скляної призми і помістив у кожну колірну зону однакові термометри. Стовпчик термометра, освітленого червоними променями, піднявся вище за інших, а найнижчим виявилися показання термометра, освітленого фіолетовим світлом. Для контролю

Гершель поставив термометри обабіч границь видимого світлового поля. На його подив, максимально нагрівся термометр в темній ;юні поблизу червоної ділянки. Гершель зрозумів, що він виявив невидимі оку промені, і незабаром встановив, що вони відбиваються і заломлюються подібно до видимого світла. Він назвав це випромінювання калоріфічним, тобто тепловим; пізніше його перейменували на інфрачервоне (infra латиною означає «нижче»). Інфрачервоні промені випускає будь-яке тіло, навіть якщо око не бачить його світіння. ,

Діапазон інфрачервоних хвиль міститься між 7000 Â і 5 000 000 À.5 000 000 À — це вже півміліметра. Отже, діапазон теплових променів набагато ширший, ніж видимий спектр.

Земна атмосфера пропускає зовсім незначну частину інфрачервоного випромінювання. Його поглинають молекули вуглекислого газу. Світлове випромінювання нагріває поверхню та виробляє тепло, якому назад у космос заважає вийти накопичений в атмосфері вуглекислий газ. Такий ефект називають парниковим. У космосі вуглекислого газу небагато, тому теплові промені з незначними втратами проходять крізь пилові хмари. Саме завдяки інфрачервоному випромінюванню в нашій країні була отримана перша фотографія центра Галактики, закритого від Землі газопиловими хмарами.

Спостереження в ІЧ-променях можна виконувати за допомогою наземних телескопів, встановлених високо в горах, зі стратостатів І навіть, з висотних літаків. З розвитком космічної техніки інфрачервоні телескопи почали розміщувати на супутниках.

Інфрачервону астрономію започаткував огляд неба в ІЧ-діапазоні, здійснений уперше міжнародною космічною обсерваторією «IRAS» (Infra Red Astronomical Survey). Обсерваторія вийшла панавколоземну орбіту 1983 р. і пропрацювала там рік. За цей час вченим вдалося багато чого дізнатися про інфрачервоний Всесвіт

I про Сонячну систему. Зокрема, було відкрито шість нових комет пиловий диск навколо Веги. Істотно більші можливості мала запущена в 1989 р. на навколоземну орбіту американська космічна обсерваторія «СОВЕ» (CosmicBackgroundExplorer). З її допомогою «далося отримати чітке ІЧ-зображення всього Чумацького Шляху

побудувати модель галактичного диска, вимірявши, зокрема, відстань від площини Галактики до Сонця (близько 40 св. років).

Ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне випромінювання утворює так звану оптичну область спектра. Виділення такої області обумовлене не тільки близькістю відповідних ділянок спектра, але й спільністю методів і приладів, що використовують для їх , слідження.

В) Радіохвилі

Усе електромагнітне випромінювання, довжина хвилі якої перевищує півміліметра; і, належить до радіохвиль.

Радіохвилі здебільшого без проблем проходять крізь зе атмосферу, і лише деякі :.» них, які називають короткими, відбиваються від іонізованого шару земної атмосфери. Завдяки цьому можливий зв'язок між радіостанціями, розташованими на протилежних точках планети.

Середовище незначною мірою поглинає радіохвилі, тому вивчення Всесвіту в радіодіапазоні дуже інформативне для астрономів. Радіоастрономи зазвичай працюють у діапазоні довжин хвиль від декількох міліметрів до 16 20м. Багато об'єктів Всесвіту, включаючи Сонце, планет, туманності, галактики і особливо такі незвичайні об'єкти, як, наприклад, пульсари і квазари, випромінюють радіохвилі. Але під винаходу радіо до відкриття космічного радіовипромінювання минуло кілька десятиліть. Причина в тому, що радіовипромінювання космічних об'єктів надто слабке, тому для його дослідження її ні дуже чутливі прилади і величезні приймальні антени.

Радіоастрономічні дослідження дозволяють: а) вивчати космічні об'єкти, дослідження яких іншими методами дає дуже обмежені відомості про їх фізичну природу; б) проводити ряд спостережень вдень і в погану погоду, а також орієнтуватися за радіоджерелами в) радіолокаційними методами можна уточнити відстані до Micяця, планет і Сонця, а також дослідити метеори.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 199; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!