Билет № 24. Средства наблюдения объектов Вселенной.
Все сведения о космических объектах приносят на Землю различные излучения – электромагнитные волны и потоки частиц. В XX в. родилась радиоволновая астрономия, которую дополняет нейтринная астрономия.
Первым вестником далеких миров был световой луч – электромагнитные волны в видимой части спектра излучения. Это не случайно: световое излучение человек воспринимает непосредственно – при помощи глаз. Для обнаружения светового излучения небесных тел применяются специальные приборы – телескопы. Иногда не совсем правильно говорят, что телескоп увеличивает звезды или приближает их. В действительности же телескоп – устройство для собирания света с помощью объектива – двояковыпуклой линзы или вогнутого зеркала. Простейшая труба Галилея собирала в 144 раза больше света, чем глаз человека. А сооруженный в 1974 г. в нашей стране на Северном Кавказе, вблизи станицы Зеленчукской, один из крупнейших в мире телескоп с поперечником зеркала в 6 м собирает света в миллион с лишним раз больше, чем глаз. Это очень сложное уникальное устройство. Состоит оно из деталей более 25 тыс. наименований. Труба телескопа длиной 24 м весит около 280 т. Телескоп оснащен разнообразной высокочувствительной аппаратурой и комплексом электронных вычислительных систем для наблюдений в соответствии с заданной программой и для обработки полученных результатов. В последнее время вступили в строй телескопы с диаметрами зеркал 8, 10 и 11 м. Современные телескопы снабжены спектрографами, с помощью которых изучается спектр излучения, а по нему определяется химический состав и температура источника излучения.
Как уже отмечалось, свет – не единственный вестник космических миров. С появлением высокочувствительной радиоаппаратуры открылась возможность исследовать космическое излучение. Радионаблюдения Вселенной не зависят от времени суток и погодных условий. Источниками космического радиоизлучения являются объекты Вселенной, в которых протекают бурные физические процессы. Принцип действия радиотелескопа похож на принцип действия обычного телескопа. Но роль объектива, собирающего космическое излучение играют в радиотелескопе огромные антенны специальной формы. Один из крупнейших отечественных радиотелескопов (РАТАН) построен в 40 км от 6-метрового оптического телескопа и вступил в строй в 1977 г. Его кольцевая антенна диаметром 600 м состоит из 895 алюминиевых щитов-зеркал, каждый из которых может поворачиваться вокруг горизонтальной и вертикальной осей, что позволяет наводить радиотелескоп на разные участки звездного неба.
Еще одним вестником Вселенной являются инфракрасные лучи, расположенные в промежутке между радиоволнами и волнами видимого света. Они обладают важным качеством: проходят сквозь космическую пыль и межзвездный газ. Человеческий глаз не воспринимает инфракрасное излучение, нечувствительны к нему и обычные фотопластинки. Поэтому при фотографировании космических объектов в инфракрасных лучах применяют специальные фотоматериалы и электронно-оптические преобразователи.
Из глубин Вселенной поступают еще три вида сигналов: ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-лучи. Для данных видов коротковолнового излучения земная атмосфера является препятствием. Такое излучение стало доступным лишь при появлении ракетной и космической техники. С помощью прибора, установленного на борту высотных ракет удалось получить, например, ультрафиолетовый снимок Солнца.
С помощью рентгеновских телескопов, установленных на борту космических аппаратов, зарегистрировано рентгеновское излучение большого числа различных космических объектов, обнаружены межгалактический газ внутри скоплений галактик и рентгеновское свечение всего неба – своеобразный рентгеновский фон.
К многообещающим источникам космической информации можно отнести гамма-излучение. Энергия гамма-квантов значительно превосходит энергию фотонов видимого света. Для них Вселенная почти прозрачна. Они приходят к нам от весьма удаленных объектов и несут информацию о физических процессах в глубине Вселенной.
С развитием ядерной физики и физики элементарных частиц наметился еще один путь, ведущий к сокровенным тайнам Вселенной. Он связан с регистрацией космических нейтрино и лежит в основе нейтринной астрономии. Отличительная особенность нейтрино состоит в том, что обладает чрезвычайно высокой проникающей способностью. Регистрируя нейтринный поток с помощью детекторов, можно получить информацию о термоядерных процессах, которые протекают в звездах и являются мощным источником энергии.
С появлением космической техники открылась новая возможность исследования Вселенной. Созданный уникальный телескоп-спутник «Хаббл» позволил получить не только четкие изображения планет Солнечной системы, но и новые сведения о происходящих там процессах. На снимках, сделанных в 1996 г. с расстояния примерно в 100 млн. км можно различить детали поверхности Марса размером не менее 25 км – такова разрешающая способность телескопа «Хаббл». Для сравнения следует отметить, что один из лучших наземных телескопов в мире, расположенный в обсерватории Маунт-Паломар (США) позволяет рассмотреть детали на Марсе размером не менее 300–400 км. С помощью спутникового телескопа «Хаббл» удалось лучше рассмотреть кольца Сатурна и обнаружить кольцевые системы, украшающие Юпитер, Уран и Нептун. С поверхности Земли такие системы не видны – мешает замутненность атмосферы нашей планеты.
В настоящее время создается новый внеземной телескоп, который заменит «Хаббл» в 2006 г. Новый телескоп гораздо чувствительнее «Хаббла». Он сможет обнаружить в десятки раз более слабые объекты. Диаметр зеркала нового прибора равен 8 м. Для сравнения: зеркало телескопа «Хаббла» имеет диаметр 2,4 м и весит 826 кг. Предложенная новая конструкция зеркала весит всего 7 кг. В ней зеркальную поверхность образует слой золота, нанесенный на силиконовую пленку.
Ежедневная картина восхода Солнца вряд ли вызывает удивление. А можно ли наблюдать восход Земли? Оказывается, можно. Такую возможность представляют космические аппараты .
Долгое время Земля казалась человеку необъятной и безграничной. Понадобились сотни, даже тысячи лет, чтобы разглядеть собственными глазами Землю из космоса, откуда представилась прекрасная возможность увидеть нашу планету всю, целиком, и откуда она больше не кажется нам необъятной и безграничной.
Таким образом, созданный во второй половине XX в. огромный арсенал средств астрономических наблюдений, наземных и комических, способствует дальнейшему успешному раскрытию тайн Вселенной.
Источник
Астрономических инструменты
С древнейших времен у человека, исследовавшего и познававшего природу, было два основных способа действия — наблюдение и эксперимент. Однако астрономы на протяжении тысячелетий не могли и мечтать об экспериментах — ведь те объекты, которые их интересовали, находились невероятно далеко и были недостижимы.
Волей-неволей исследователям Вселенной приходилось создавать и совершенствовать все новые средства «дистанционного познания» — различные инструменты, которые позволяли не просто вести наблюдение за небесным телом или явлением, но и определять расстояние, положение на небосклоне, фиксировать размеры объекта, его цвет, силу испускаемого им света и многие другие параметры. Но и этого недостаточно — для того чтобы наблюдения имели научную ценность, они должны быть обработаны и приведены в систему. Поэтому астрономия еще в древности была тесно связана с математикой и физикой, а в наши дни — с теорией относительности и квантовой механикой.
Лицом к лицу с беспредельностью
С началом космической эры астрономия впервые смогла вплотную приблизиться к предмету своей науки — космосу. Исследования околоземного пространства, ближайших тел Солнечной системы и межпланетного пространства, разных явлений за пределами Солнечной системы, поиски внеземных форм жизни — все это стало доступно с помощью пилотируемых космических кораблей, беспилотных космических аппаратов и зондов-роботов. Постоянные наблюдения за Вселенной ведут с околоземных орбит десятки научных спутников, космических телескопов и обсерваторий.
Особенно широкое распространение получили космические зонды — автоматические космические аппараты, предназначенные для прямого изучения самых далеких объектов Солнечной системы и пространства между ними. Они способны пролетать на близком расстоянии от планет, астероидов и комет, фотографировать их поверхность с близкого расстояния, брать пробы атмосферы и грунта, измерять электромагнитные поля, вести сейсмические исследования.
За несколько тысячелетий был пройден путь от простейших угломерных инструментов до космических телескопов и приборов, способных на Земле уловить излучение от спички, зажженной на Луне. Современные астрономы научились наблюдать процессы, происходящие на расстоянии нескольких миллиардов световых лет от Солнечной системы, в недрах звезд и галактик.
«Глаза земли»
Современные оптические телескопы и другие приборы на их основе — спектрографы, солнечные телескопы, астрографы — изменились до неузнаваемости по сравнению с инструментами Галилея и Ньютона.
Зеркальные телескопы нового поколения имеют главные зеркала диаметром 8—10 м и способны самостоятельно устранять помехи, возникающие в атмосфере. Рекордсмены среди этих гигантов по разрешающей способности — 10 метровые телескопы Кек I и Кек II (США), 9,2-метровый телескоп Хобби-Эберли и 8-метровые телескопы Джемини и Субару, телескоп VLT Европейской южной обсерватории, а также находящийся в стадии постройки Большой бинокулярный телескоп LBT в штате Аризона (США).
С помощью современных радиотелескопов можно принимать большинство видов космических излучений, которые возникают в результате различных процессов, происходящих в веществе Вселенной при определенных условиях. Многие из них можно использовать не только в качестве «приемников», но и «передатчиков» мощных сигналов. Посылая импульсы излучения, телескоп улавливает их отражение от небесных тел, что позволяет получать изображения поверхности планет, скрытых плотной атмосферой, и изучать глубины таких «газовых гигантов», как Сатурн и Юпитер. Антенны радиотелескопов используются также для осуществления связи с космическими аппаратами, отправленными в странствия к границам Солнечной системы. С помощью радиотелескопов были открыты такие неизвестные в недалеком прошлом объекты, как нейтронные звезды, квазары, реликтовое излучение Вселенной.
Еще более необычные инструменты познания — инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-телескопы — настолько чувствительны и сложны, что просто не могут работать в земных условиях. Чтобы защитить их от «земных помех» и получить новую важную информацию о глубинах мироздания, эти приборы устанавливают на борту орбитальных астрономических обсерваторий-автоматов.
Крупнейшие астрономические обсерватории мира соревнуются между собой, создавая все более крупные инструменты и наращивая размеры их зеркал. Современный телескоп-рефлектор занимает целое здание, им управляет множество компьютеров. Самый мощный телескоп в Евразии построен в России — он находится на Северном Кавказе близ станицы Зеленчукской. Диаметр его главного зеркала — 6 м. Зеркало имеет массу около 70 т, а процесс его изготовления занял более двух лет. Но «королем» всех астрономических инструментов, расположенных на Земле, сегодня является Большой Канарский телескоп, построенный на Канарских островах по проекту ученых Мексики, Испании и США. Его зеркало имеет диаметр 10,4 м, он способен различать в межзвездном пространстве объекты в миллиард раз более слабые, чем человеческий глаз.
Измеряем космос
Для изучения и измерения космоса человек давно придумал мощнейшие телескопы, некоторые из них он даже вывел в космос, чтобы быть ближе к изучаемым объектам. Однако для измерения космоса у людей есть намного более простые «приборы», которые всегда с собой, — это наши руки. Стоящий в любой точке планеты человек может представить небо в виде сферы с окружностью размером 360 градусов, центром которой является он сам. Если полностью вытянуть руку и расположить пальцы определенным образом, можно измерить в градусах угловое расстояние между двумя небесными объектами: планетами, звездами и пр.
Конечно, измерение руками весьма приблизительно. И вообще, градусы — довольно большая величина для небесных тел. Говоря об их размерах и расстояниях между ними, часто используют минуты и секунды. В одном градусе — 60 минут, а в одной минуте — 60 секунд. К примеру, диаметры самых больших видимых с Земли космических объектов — Луны и Солнца — составляют по половине градуса (30 минут), а диаметр планеты Венера — всего 1 минуту.
Астролябия
Такое название носит один из старейших астрономических инструментов. Его основой служит «тарелка» с подвесным кольцом. Также имеется ось с двумя диоптрическими отверстиями. Установив центральную линию автролябии на уровне горизонта и «прицелившись» через диоптрические отверстия на выбранный объект (Луну, Солнце и др.), можно определить собственные координаты.
Высота над горизонтом
Секстант (от латинского — «шестой») — измерительный инструмент, с помощью которого определяют высоту космических тел над горизонтом. Через подзорную трубу «ловится» линия горизонта. Потом рычаг регулируется до тех пор, пока в эту трубу не «ловится» через систему линз изображение Солнца. Тем самым мы установим рычаг в определенном положении на дугообразной шкале. Цифра этой шкалы, на которой установился рычаг, будет использоваться в дальнейшем для вычисления координат.
Источник
Астрономические инструменты
Вы будете перенаправлены на Автор24
Астрономические инструменты — это приборы и аппараты которые используются в ходе астрономических наблюдений за небесными объектами.
Первыми в истории подобными инструментами были гномоны, позже появились такие инструменты как астролябия, квадрант и секстант.
В Новое время, в XVII веке, в Европе появились в телескопы. Первый телескоп был создан знаменитым итальянским астрономом Галилео Галилеем. В ХХ веке на вооружении астрономов появились более совершенные приборы. Это были радиотелескопы, рентгеновские, нейтринные, а также гравитационные телескопы.
Гномон и астролябия
Гномон – из всех астрономических инструментов он является наиболее древним. Он представляет собою поставленный вертикально столбик. Таким предметом может быть обелиск или колонна, например. Используя его, древние могли узнавать по наименьшей его тени в полдень угловую высоту Солнца. В результате, полуденная кратчайшая тень указывала и направление истинного меридиана.
Помощь со студенческой работой на тему
Астрономические инструменты
Рисунок 1. Гномон. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Считается, что его изобрел древнегреческий философ Анаксимандр, из древнегреческого города Милет, расположенного в Малой Азии, на берегу Эгейского моря.
Кроме того, гномоном называли ещё и часть солнечных часов. В них по направлению его тени можно определить время.
С помощью гномонов можно определить следующие астрономические величины:
- астрономический полдень. Астрономическим полднем считается момент, когда длина тени гномона становится наименьшей.
- направление на географический полюс – такое направление можно выяснить по направлению тени гномона в астрономический полдень.
- широта места – её определяют по длине тени, которую можно наблюдать в астрономический полдень.
Чем выше сам гномон, тем выше его точность.
Астролябия.Этот астрономический инструмент также является одним из древнейших в мире. Он использовался для измерения горизонтальных углов и определения широты и долготы тех или иных небесных тел. Само слово астролябия происходит от древнегреческого слова, означающего «берущий звезды». Астролябия работала по принципу стереографической проекции, которая переводила окружность на сфере в окружность на плоскости.
Рисунок 2. Астролябия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Этот прибор использовался для определения времени и продолжительности дня, математических вычислений и астрологических предсказаний.
Впервые астролябия появилась во времена Древней Греции. Её изобретателем считается Аполлоний Пергский, живший в третьем веке до нашей эры.
Начиная с восемнадцатого века, астролябия стала использоваться при межевании земель, чтобы измерить горизонтальные углы при работе. В настоящее время астролябия вытеснена теодолитом.
Квадрант и секстант
Квадрант является ранним прототипом другого астрономического прибора секстанта и предназначен для определения высот небесных объектов и угловых расстояний между светилами.
Квадрант устроен из пластины с лимбом в четверть окружности, для того чтобы иметь возможность отсчитывать углы. Также у квадранта есть планка для телескопа
Рисунок 3. Квадрант. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Использовались большие стенные квадранты, которые прикреплялись к стенам астрономических обсерваторий. К концу семнадцатого века квадрант вышел из употребления.
Секстант. Это измерительный навигационный прибор, который используется для измерения высоты Солнца и иных небесных объектов над горизонтом. Целью таких измерений является определение географических координат той точки, в которой, собственно, и производится измерения.
Рисунок 4. Секстант. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Под горизонтом, в основном, понимается горизонт моря. А под точкой измерения понимается судно, с которого и производится операция.
Использование секстанта позволяет узнать широту того места, в котором располагается наблюдатель. Для этого нужно узнать высоту Солнца, а также дату, в которой и производилось измерение.
Также с помощью секстанта можно проводить измерение горизонтального угла, который расположен между направлениями на разные объекты.
Секстант был изобретен независимо друг от друга в 1730 году английским математиком Джоном Хэдли и американским изобретателем Томасом Годфри
Секстант основан на принципе совмещения изображений при использовании двойного отражения одного из них. Такой метод был придуман ещё Исааком Ньютоном в 1699 году, однако, не был опубликован.
Телескопы
Телескоп — это прибор, с помощью которого люди могут проводить визуальные наблюдения отдалённых небесных объектов.
Изобретателем телескопа считается Галилео Галилей который в 1609 году создал телескоп с восьмикратным увеличением, имевшим длину около полуметра. Само, название, «телескоп» было предложено в 1611 году греческим математиком Иоаннисом Димисианосом.
Различают несколько видов телескопов.
Оптический телескоп – телескоп, который собирает и фокусирует электромагнитное излучение оптического диапазона. С помощью оптического телескопа происходит увеличение наблюдаемого объекта, и его становится возможным наблюдать или фотографировать.
Рисунок 5. Оптический телескоп. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Оптические телескопы в основном делятся на следующие типы:
- Линзовые телескопы – в них в качестве объектива используется линза либо система линз.
- Зеркальные телескопы, они же рефлекторы, в них в роли объектива выступает вогнутое зеркало.
- Зеркально-линзовые телескопы – в таких телескопах объективом выступает в основном сферическое главное зеркало.. В качестве компенсации его аберраций используются линзы.
Радиотелескопы. Они применяются при изучении космических объектов в радиодиапазоне.
Рисунок 6. Радиотелескопы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Радиотелескоп состоит из таких основных элементов как принимающая антенна, принимающая аппаратура и радиометр, являющийся чувствительным радиоприемником, который перестраивается по частоте.
Так как радиодиапазон является больше оптического, то для отслеживания и регистрации радиоизлучения специалисты используют радиотелескопы той конструкции, которая подходит для того или иного радиодиапазона.
Для регистрации радиоизлучения в длинноволновой области телескопы составляются из большого числа от десятков до тысяч элементарных приемников, в основном диполей.
Если нужен радиодиапазон коротких волн, то специалистами используется полу- или полноповоротные параболические антенны.
Радиоинтреферометрия — радиотелескопы, расположенные в разных частях земного шара и объединенные в одну сеть.
Рентгеновский телескоп – такой телескоп используется при наблюдении объектов в рентгеновском спектре. Поскольку атмосфера Земли не является прозрачной для рентгеновских лучей, то такие телескопы используют на искусственных спутниках или высотных ракетах.
Гравитационно-волновой телескоп или детектор гравитационных волн используется для поиска и регистрации гравитационных волн.
Детектор гравитационных волн (гравитационно-волновой телескоп) техническое устройство, предназначенное для регистрации гравитационных волн. Такие волны могут образовываться в результате процесса слияния двух черных дыр.
Впервые такие волны были непосредственно обнаружены в 2015 году. Таким образом, было подтверждено одно из утверждений общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Источник