Слънцето е централният обект на нашата звездна система. В него е концентрирана почти цялата му маса - 99%. Можете да определите размера на небесно тяло, като използвате наблюдение, геометрични модели и точни изчисления. Учените трябва не само да знаят диаметъра на Слънцето в километри, както и ъгловите му размери, но и да проследят активността на звездата. Влиянието му върху нашата планета е много голямо – потоци от заредени частици силно въздействат върху магнитосферата на Земята.
Как да определим диаметъра на Слънцето в километри
Определянето на диаметъра на Слънцето винаги е занимавало хората, които се интересуват от астрономия. От древни времена човекът наблюдава небето и се опитва да добие представа за видимите на него обекти. С тяхна помощ са създадени календари и са предсказани много природни феномени. От хиляди години на небесните тела е придавано мистично значение.
Луната и Слънцето станаха централни обекти на изследване. С помощта на спътника на Земята беше възможно да се установят точните размери на звездата. Диаметърът на Слънцето се определя с помощта на розария на Бейли. Това е името на оптичния ефект, който възниква по време на фазата на пълно слънчево затъмнение. Когато ръбовете на слънчевия и лунния диск съвпадат, светлината пробива неравностите на лунната повърхност, образувайки червени точки. Те помогнаха на астрономите да определят точната позиция на ръба на слънчевия диск.
Най-подробните проучвания на това явление са извършени в Япония през 2015 г. Данните от няколко обсерватории бяха допълнени с информация от лунната сонда Кагуя. В резултат на това беше изчислено колко е диаметърът на Слънцето в километри - 1 милион 392 хиляди 20 км. Други параметри на звездата също са важни за астрономите.
Ъглов диаметър на Слънцето
Ъгловият диаметър на обекта е ъгълът между линиите, простиращи се от наблюдателя до диаметрално противоположни точки по ръбовете му. В астрономията се измерва в минути (′) и секунди (″). Под него се разбира не плосък ъгъл, а плътен (обединението на всички лъчи, излизащи от точка). Ъгловият диаметър на звездата е 31′59″.
През деня Слънцето променя размера си (2,5-3,5 пъти). Тази поява обаче е само психологически феномен. Илюзията на възприятието се крие във факта, че ъгълът, под който се вижда Слънцето, не се променя в зависимост от позицията му на небето.
Небето обаче изглежда на човек не като полукълбо, а като купол, който граничи с хоризонта по ръбовете. Следователно проекцията на звездата върху нейната равнина изглежда е различна по големина.
Има и друго обяснение. Всички обекти стават по-малки, когато се приближават до хоризонта. Слънцето обаче не променя размера си. Това го кара да изглежда, че става все по-голям. Интересен психологически ефект е лесен за проверка: струва си да измерите диаметъра на Слънцето с помощта на малкия пръст. Размерите му в зенита и на хоризонта ще бъдат еднакви.
Слънчеви изследвания
Преди изобретяването на телескопа астрономите нямаха представа за структурата на небесното тяло. В Европа слънчевите петна са открити едва през 17 век. Те са магнитни полета, излизащи към повърхността на фотосферата. Пречейки на движението на материята в местата на изхвърляне, те създават понижаване на температурата на повърхността на Слънцето. В същото време Галилей определя периода на въртене на Слънцето около оста си. Външният му слой прави пълен оборот за 25,38 дни.
Структура на Слънцето:
- водород - 70%;
- хелий - 28%;
- други елементи - 2%.
В ядрото на звезда протича ядрена реакция, превръщаща водорода в хелий. Тук температурата достига 15 милиарда градуса. На повърхността той е равен на 5780 градуса.
След появата на космическите кораби бяха направени много опити за изследване на небесното тяло. Американски спътници, изстреляни в космоса между 1962 и 1975 г., изследваха Слънцето в ултравиолетовите и рентгеновите дължини на вълната. Серията е наречена Орбитална слънчева обсерватория.
През 1976 г. е изстрелян западногерманският спътник KA Helios-2, който се приближава до звездата на разстояние от 43,4 милиона км. Предназначена е за изследване на слънчевия вятър. Със същата цел през 1990 г. слънчевата сонда Ulysses излиза в открития космос.
НАСА планира да изстреля спътника Solar Probe Plus през 2018 г., който ще се приближи до Слънцето на 6 милиона километра. Такова разстояние ще бъде рекорд за последните десетилетия.
Сравнение с други небесни тела
При определяне на размера на Слънцето помага сравнението с други небесни обекти. Интересно сравнение в перспектива. Например диаметърът на Слънцето е 109 земни диаметъра, 9,7 диаметъра на Юпитер. Гравитацията на Слънцето надвишава гравитацията на Земята с 28 пъти. Човек тук щеше да тежи 2 тона.
Масата на звездата е 333 хиляди земни маси. Полярната звезда е 30 пъти по-голяма от слънцето. Сред небесните тела има среден размер. Слънцето все още е далеч от гигантите. Най-голямата звезда VY Canis Majoris има 2100 слънчеви диаметъра.
Въздействие върху Земята
Животът на Земята е възможен само на разстояние от 149,6 милиона км. от слънцето. Всички живи организми получават необходимата топлина от него, а фотосинтезата се извършва от растенията само с участието на светлина. Благодарение на тази звезда са възможни метеорологични явления като вятър, дъжд, сезони и др.
Отговорът на въпроса какъв диаметър на Слънцето е необходим за нормалното развитие на живота на планета като Земята е прост – точно същият, какъвто е сега. Магнитното поле на нашата планета често отразява "атаките на слънчевия вятър". Благодарение на него на полюсите се появяват северното и южното сияние. През периода на слънчеви изригвания може да се появи дори близо до екватора.
Значително е и влиянието на светилото върху климата на нашата планета. Периодът от 1683 до 1989 г. имаше най-студените зими. Това се дължи на намаляване на активността на звездата.
Поглед в бъдещето
Диаметърът на Слънцето се променя. След 5 милиарда години ще изхаби цялото си водородно гориво и ще се превърне в червен гигант. След като се увеличи по размер, той ще абсорбира Меркурий и Венера. Тогава Слънцето ще се свие до размера на Земята, превръщайки се в звезда бяло джудже.
Размерът на звездата, която определя живота на нашата планета, е една от най-интересните данни не само за учените, но и за обикновените хора. Развитието на астрономията дава възможност да се определи далечното бъдеще на небесните тела и допринася за натрупването на информация за метеорологичната служба. Развитието на нови планети също става възможно, нивото на защита на Земята от сблъсъци с малки небесни тела се повишава.
Работа N 7. Определяне на ъглови и линейни размери на Слънцето (или Луната)
I. С помощта на теодолит.1. След като инсталирате устройството и поставите светлинен филтър в окуляра на тръбата, подравнете нулата на алидадата с нулата на хоризонталния крайник. Закрепете алидадата и с незакрепен крайник насочете тръбата към Слънцето, така че вертикалната резба да докосне десния ръб на слънчевия диск (това се постига с помощта на микрометровия винт на крайника). След това, чрез бързо завъртане на микрометровия винт на алидадата, преместете вертикалната нишка към левия ръб на изображението на Слънцето. Вземете показания от хоризонталния крайник и вземете ъгловия диаметър на Слънцето.
2. Изчислете радиуса на Слънцето по формулата:
R = D ∙ sinr
където r е ъгловият радиус на Слънцето, D е разстоянието до Слънцето.
3. За да изчислите линейните размери на Слънцето, можете да използвате друга формула. Известно е, че радиусите на Слънцето и Земята са свързани с разстоянието до Слънцето чрез съотношението:
R \u003d D ∙ sin r,
R 0 \u003d D ∙ sin p,
където r е ъгловият радиус на Слънцето и p е неговият паралакс.
Разделяйки тези равенства член по член, получаваме:
Поради малкостта на ъглите, съотношението на синусите може да бъде заменено със съотношението на аргументите.
Тогава
Стойностите на паралакса p и радиуса на Земята са взети от таблиците.
Пример за изчисление.
| R 0 = 6378 км, | 
|
| r=16" | |
| р = 8",8 |
Поведение 
, т.е. радиусът на слънцето е 109 пъти по-голям от радиуса на Земята.
По подобен начин се определят и размерите на луната.
II. Според времето на преминаване на диска на осветителното тяло през вертикалната нишка на оптичната тръба
Ако погледнете Слънцето (или Луната) през фиксиран телескоп, тогава поради ежедневното въртене на Земята, светилото постоянно ще напуска зрителното поле на телескопа. За определяне на ъгловия диаметър на Слънцето с помощта на хронометър се измерва времето, необходимо на неговия диск да премине през вертикалната резба на окуляра и намереното време се умножава по cos d, където d е деклинацията на звездата. След това времето се преобразува в ъглови единици, като се помни, че за 1 минута Земята се завърта с 15 "а за 1 секунда - с 15". Линейният диаметър D се определя от съотношението:
Където R е разстоянието до звездата, a е нейният ъглов диаметър, изразен в градуси.
Ако използваме ъгловия диаметър, изразен в единици време (например в секунди), тогава 
където t е времето, необходимо на диска да премине през вертикалната нишка, изразено в секунди.
Пример за изчисление:
Дата на наблюдение - 28 октомври 1959г
Времето на преминаване на диска през нишката на окуляра t = 131 сек.
Деклинация на слънцето на 28 октомври d = - 13њ.
Ъгловият диаметър на Слънцето a = 131∙ cos 13њ = 131∙0.9744 = 128 сек. или в ъглови единици a = 32 = 0,533њ.
Методически забележки
1. От двата метода вторият е по-достъпен. Тя е по-проста като техника и не изисква никаква предварителна подготовка.
2. При извършване на подобни измервания е интересно да се отбележи разликата в видимия диаметър на Слънцето, когато то е в перигей и апогей. Тази разлика е около 1" или във времето - 4 секунди.
Привидният диаметър на Луната варира в много по-големи граници (от 33,4 до 29,4). Това ясно се вижда от фиг. 55. Вече има времева разлика – около 16 секунди.
Ориз. 55. Най-големите и най-малките видими размери на диска на Луната, разположен концентрично (вляво) ексцентрично (вдясно).
Такива наблюдения ще убедят учениците със собствените си очи, че орбитите на Земята и Луната не са кръгови, а елипсовидни (илюстрация на законите на Кеплер).
3. Използвайки втория метод, можете да определите размера на някои лунни образувания, дължината на сенките от планините и т.н.
1 Деклинацията е взета от астрономическия календар.
| << Предыдущая |
|
Публикации с ключови думи:теза - движение на планетата - движение на луната - движение на слънцето - слънчеви петна - секстант - гониометричен инструмент - актинометър - спектроскоп - теодолит - зрителна тръба - телескоп - демонстрации - училищен атлас - числена симулация - звездно небе - звездна карта - лабораторна работа - практическа работа - астрономия курс - обучение по астрономия - методика на обучение Публикации с думи: |
Задача 2.Определяне на времето на максимална и минимална слънчева активност
Анализирайте данните в таблица 1P, сравнете числата на Wolf за 2000–2011 г. (по-добре е да направите това чрез изграждане на зависимост в EXCEL).
Задача 3.Определяне на размера на слънчевите петна
Определете ъгловия и линейния размер на слънчевото петно (виж фиг. A3). Сравнете размера на това петно с размера на Земята.
таблица 2
Задача 4.Определяне на температурата на фотосферата в зоната на петното
Разгледайте ярките ореоли около слънчевите петна в SOHO изображения на повърхността на Слънцето. Направете заключение за температурата на слънчевите петна, температурата на яркото ореол и средната температура на фотосферата.
Таблица 3
Направете заключение за разликите в изображението на снимките и температурните стойности.
Задача 5.Изучаване на забележителности
изпъкналости(Немски Protuberanzen, от лат. protubero- набъбване) - плътни кондензации на относително студена (в сравнение със слънчевата корона) материя, която се издига и се задържа над повърхността на Слънцето от магнитно поле.
Приета е следната класификация на изпъкналостите, като се отчита естеството на движението на материята в тях и формата, и е разработена в Кримската астрофизична обсерватория:
Тип I (рядък) има формата на облак или струя дим. Развитието започва от основата; материята се издига спираловидно до големи висоти. Скоростта на движение на материята може да достигне 700 км/сек. На височина от около 100 хиляди км парчетата се отделят от изпъкналостта, след което падат обратно по траектории, наподобяващи линии на магнитно поле;
· II тип има формата на извити струи, започващи и завършващи на повърхността на Слънцето. Възлите и струите се движат сякаш по магнитни силови линии. Скоростите на гроздове са от няколко десетки до 100 км/сек. На височини от няколкостотин хиляди километра струите и бучките избледняват;
Тип III има формата на храст или дърво; достига много големи размери. Движенията на гроздове (до десетки км/сек) са неуредени.
 |  |
|
| пиша | II тип | III тип |
| Ориз. единадесет |
Проучете изпъкналостите от снимките на фигура 12. Направете заключение за техния размер, преценете приблизителната температура.Опитайте се да ги отнесете към един от трите вида, които познавате.
Задача 6.Изучаване на короналните изхвърляния на Слънцето
изхвърляне на коронална маса(Коронални масови изхвърляния или CME) са гигантски обеми слънчева материя, изхвърлена в междупланетното пространство от слънчевата атмосфера в резултат на активни процеси, протичащи в нея. Очевидно именно веществото от коронални изхвърляния, което достига до Земята, е основната причина за появата на полярни сияния и магнитни бури.
коронални дупкиса области от короната на Слънцето с намалена осветеност. Те са открити след началото на рентгенови изследвания на Слънцето с помощта на космически кораби извън земната атмосфера. В момента се смята, че слънчевият вятър започва точно в короналните дупки. Коронарните дупки са нискотемпературни източници на слънчевия вятър, така че изглеждат тъмни в изображенията на Слънцето.
Задача 7.Изследване на кометите на Кройц
Близо до слънчевата комета Кройц(Английски) Kreutz Sungrazers) е семейство околослънчеви комети, кръстени на германския астроном Хайнрих Кройц (1854–1907), който за първи път показа връзката им. Смята се, че всички те са части от една голяма комета, която се е сринала преди няколко века.
Кометите на Кройц могат да се наблюдават както в системата Lasco C2, така и в системата Lasco C3. Редовните наблюдения позволяват да се открият нови комети и да се определи тяхната приблизителна скорост.
За да се определи скоростта на кометите, е необходима поредица от изображения с точно известно време на наблюдение на всяка от тях. След това координатите на кометата се определят от изображението и въз основа на предположението за равномерното им движение се изчислява скоростта им.
Фактът, че Земята не е плоска, хората знаят от дълго време. Древните навигатори наблюдавали как картината на звездното небе постепенно се променя: стават видими нови съзвездия, докато други, напротив, излизат отвъд хоризонта. Корабите, които плават в далечината, „минават под вода“, като последни изчезват от погледа върховете на мачтите им. Кой първи предложи идеята за сферичността на Земята, не е известно. Най-вероятно - питагорейците, които смятаха топката за най-съвършената от фигурите. Век и половина по-късно Аристотел дава няколко доказателства, че Земята е сфера. Основното: по време на лунно затъмнение сянката от Земята се вижда ясно на повърхността на Луната и тази сянка е кръгла! Оттогава непрекъснато се правят опити за измерване на радиуса на земното кълбо. Два прости метода са описани в упражнения 1 и 2. Измерванията обаче са неточни. Аристотел, например, греши повече от един и половина пъти. Смята се, че първият, който успява да направи това с висока точност, е гръцкият математик Ератостен от Кирена (276-194 г. пр. н. е.). Името му вече е известно на всички благодарение на сито на Ератостенначин за намиране на прости числа (фиг. 1).
Ориз. един |
Ако зачеркнете едно от естествения ред, след това зачеркнете всички четни числа с изключение на първото (самото число 2), след това всички числа, които са кратни на три, с изключение на първото от тях (число 3) и т.н., тогава в резултат на това ще останат само прости числа. Ератостен е бил известен сред съвременниците си като най-великият учен и енциклопедист, който се е занимавал не само с математика, но и с география, картография и астрономия. Дълго време той оглавява Александрийската библиотека, център на световната наука от онова време. Работейки върху съставянето на първия атлас на Земята (разбира се, ставаше дума за частта, известна по това време), той решава да направи точно измерване на земното кълбо. Идеята беше тази. В Александрия всички знаеха, че на юг, в град Сиена (днешен Асуан), един ден в годината, по обяд, Слънцето достига своя зенит. Сянката от вертикалния стълб изчезва, дъното на кладенеца се осветява за няколко минути. Това се случва в деня на лятното слънцестоене, 22 юни - денят на най-високото положение на Слънцето в небето. Ератостен изпраща своите помощници в Сиена и те установяват, че точно на обяд (според слънчевия часовник) Слънцето е точно в зенита си. По същото време (както пише в първоизточника: „в същия час“), т. е. по обяд според слънчевия часовник, Ератостен измерва дължината на сянката от вертикалния полюс в Александрия. Получи се триъгълник ABC (AC- шест, AB- сянка, фиг. 2).
И така, слънчев лъч в Сиена ( н) е перпендикулярна на повърхността на Земята и следователно преминава през нейния център - точката З. Греда, успоредна на нея в Александрия ( НО) прави ъгъл γ = ACBс вертикално. Използвайки равенството на кръстосано разположените ъгли при успоредни, заключаваме, че AZN= γ. Ако е означено с лобиколка и през хдължината на дъгата му AN, тогава получаваме пропорцията. Ъгъл γ в триъгълник ABCЕратостен измери, оказа се 7,2 °. Стойност Х -нищо повече от дължината на пътя от Александрия до Сиена, около 800 км. Ератостен го изчислява точно въз основа на средното време за пътуване на кервани с камили, които редовно пътуват между двата града, както и на базата на данни бематисти -хора от специална професия, които измерваха разстояния със стъпки. Сега остава да се реши пропорцията, като се получи обиколката (т.е. дължината на земния меридиан) л= 40000 км. След това радиусът на земята Рсе равнява л/(2π), това е приблизително 6400 км. Фактът, че дължината на земния меридиан се изразява като такова кръгло число от 40 000 km не е изненадващо, ако си припомним, че единицата за дължина от 1 метър е въведена (във Франция в края на 18 век) като една четиридесет- милионна част от обиколката на Земята (по дефиниция!). Ератостен, разбира се, използва различна мерна единица - етапи(около 200 м). Имаше няколко етапа: египетски, гръцки, вавилонски и кой от тях е използвал Ератостен не е известно. Поради това е трудно да се прецени със сигурност за точността на измерването му. Освен това възникна неизбежна грешка поради географското разположение на двата града. Ератостен разсъждава по следния начин: ако градовете са на един и същ меридиан (т.е. Александрия се намира точно на север от Сиена), тогава пладне в тях настъпва по едно и също време. Следователно, като правим измервания в момента на най-високата позиция на Слънцето във всеки град, трябва да получим правилния резултат. Но всъщност Александрия и Сиена далеч не са на един и същи меридиан. Сега е лесно да се провери това, като погледнете картата, но Ератостен не е имал такава възможност, той просто е работил върху съставянето на първите карти. Следователно неговият метод (абсолютно правилен!) доведе до грешка при определянето на радиуса на Земята. Въпреки това, много изследователи са уверени, че точността на измерването на Ератостен е била висока и че той е сгрешил с по-малко от 2%. Човечеството успя да подобри този резултат едва след 2 хиляди години, в средата на 19 век. Над това работиха група учени във Франция и експедицията на В. Я. Струве в Русия. Дори в ерата на големите географски открития, през 16-ти век, хората не са могли да постигнат резултата на Ератостен и са използвали неправилната стойност на земната обиколка от 37 000 км. Нито Колумб, нито Магелан знаеха какви са истинските измерения на Земята и какви разстояния ще трябва да преодолеят. Те смятали, че дължината на екватора е с 3000 км по-малка, отколкото е в действителност. Ако знаеха, може и да не са плували.
Каква е причината за такава висока точност на метода на Ератостен (разбира се, ако той използва правилния сцена)? Преди него измерванията бяха местен,на разстояния, видими за човешкото око, т.е. не повече от 100 км. Това са например методите в упражнения 1 и 2. В този случай грешките са неизбежни поради терена, атмосферни явления и т. н. За да постигнете по-голяма точност, трябва да направите измервания глобално, на разстояния, сравними с радиуса на Земята. Разстоянието от 800 км между Александрия и Сиена се оказа напълно достатъчно.
Как са измерени Луната и Слънцето. Три стъпки на Аристарх
Гръцкият остров Самос в Егейско море сега е отдалечена провинция. Дължина четиридесет километра, ширина осем километра. Трима от най-големите гении са родени на този малък остров по различно време - математикът Питагор, философът Епикур и астрономът Аристарх. Малко се знае за живота на Аристарх от Самос. Датите на живота са приблизителни: роден около 310 г. пр. н. е., починал около 230 г. пр. н. е. Не знаем как е изглеждал, нито едно изображение не е оцеляло (модерният паметник на Аристарх в гръцкия град Солун е просто фантазия на скулптора). Дълги години прекарва в Александрия, където работи в библиотеката и в обсерваторията. Основното му постижение - книгата "За величините и разстоянията на Слънцето и Луната", - според единодушното мнение на историците, е истински научен подвиг. В него той изчислява радиуса на Слънцето, радиуса на Луната и разстоянията от Земята до Луната и до Слънцето. Той го направи сам, използвайки много проста геометрия и добре познатите резултати от наблюдения на Слънцето и Луната. Аристарх не се спира на това, той прави няколко важни заключения за структурата на Вселената, които са далеч пред времето си. Неслучайно впоследствие той е наречен „Коперник на древността”.
Изчислението на Аристарх може условно да бъде разделено на три стъпки. Всяка стъпка се свежда до проста геометрична задача. Първите две стъпки са доста елементарни, третата е малко по-сложна. В геометричните конструкции ще означаваме с З, Си Лцентрове на Земята, Слънцето и Луната, съответно и през Р, Rsи Rlса техните радиуси. Ще разглеждаме всички небесни тела като топки, а техните орбити като кръгове, както смята самият Аристарх (въпреки че, както сега знаем, това не е съвсем вярно). Започваме с първата стъпка и за това ще наблюдаваме малко луната.
Стъпка 1. Колко пъти по-далече е Слънцето от Луната?
Както знаете, луната свети от отразена слънчева светлина. Ако вземете топка и я осветите отстрани с голям прожектор, тогава във всяка позиция точно половината от повърхността на топката ще бъде осветена. Границата на осветеното полукълбо е окръжност, лежаща в равнина, перпендикулярна на лъчите на светлината. Така Слънцето винаги осветява точно половината от повърхността на Луната. Формата на луната, която виждаме, зависи от това как се намира тази осветена половина. В НоволуниеКогато Луната изобщо не се вижда на небето, Слънцето осветява далечната му страна. Тогава осветеното полукълбо постепенно се обръща към Земята. Започваме да виждаме тънък полумесец, след това месец („нарастваща луна“), след това полукръг (тази фаза на луната се нарича „квадратура“). След това ден след ден (или по-скоро нощ след нощ) полукръгът нараства до пълнолуние. След това започва обратният процес: осветеното полукълбо се отвръща от нас. Луната "остарява", постепенно се превръща в месец, обърна се към нас с лявата си страна, като буквата "С", и накрая изчезва в нощта на новолунието. Периодът от едно новолуние до следващото продължава приблизително четири седмици. През това време Луната прави пълен оборот около Земята. От новолуние до половината луна минава една четвърт от периода, откъдето идва и името "квадратура".
Забележителното предположение на Аристарх е, че когато е квадратура, слънчевите лъчи, осветяващи половината от Луната, са перпендикулярни на правата линия, свързваща Луната със Земята. Така че в триъгълник ZLSъгъл на върха L-права (фиг. 3). Ако сега измерим ъгъла LZS, означаваме го с α, тогава получаваме, че = cos α. За простота приемаме, че наблюдателят е в центъра на Земята. Това няма да повлияе значително на резултата, тъй като разстоянията от Земята до Луната и до Слънцето са много по-големи от радиуса на Земята. И така, след като измерим ъгъла α между лъчите ZLи ZSпо време на квадратурата Аристарх изчислява съотношението на разстоянията до Луната и до Слънцето. Как едновременно да хванем Слънцето и Луната в небето? Това може да се направи рано сутрин. Трудността възниква по друга, неочаквана причина. По времето на Аристарх не е имало косинуси. Първите понятия за тригонометрия ще се появят по-късно, в произведенията на Аполоний и Архимед. Но Аристарх знаеше какви са подобни триъгълници и това беше достатъчно. Начертаване на малък правоъгълен триъгълник Z"L"S"със същия остър ъгъл α = L"Z"S"и измервайки неговите страни, намираме, че , и това съотношение е приблизително равно на 1/400.
Стъпка 2. Колко пъти Слънцето е по-голямо от Луната?
За да намери съотношението на радиусите на Слънцето и Луната, Аристарх използва слънчеви затъмнения (фиг. 4). Те се появяват, когато луната блокира слънцето. С частично или, както казват астрономите, частен, по време на затъмнение Луната преминава само над диска на Слънцето, без да го покрива напълно. Понякога такова затъмнение дори не може да се види с просто око, Слънцето свети като в обикновен ден. Само чрез силно потъмняване, например опушено стъкло, може да се види как част от слънчевия диск е покрита с черен кръг. Много по-рядко се случва пълно затъмнение, когато Луната напълно покрива слънчевия диск за няколко минути.
По това време става тъмно, на небето се появяват звезди. Затъмненията ужасяваха древните хора, смятаха се за предвестници на трагедии. Слънчевото затъмнение се наблюдава по различни начини в различните части на Земята. По време на пълно затъмнение на повърхността на Земята се появява сянка от Луната – кръг, чийто диаметър не надвишава 270 км. Само в онези региони на земното кълбо, през които преминава тази сянка, може да се наблюдава пълно затъмнение. Следователно на едно и също място пълно затъмнение се случва изключително рядко - средно веднъж на всеки 200-300 години. Аристарх имаше късмет - успя да наблюдава пълно слънчево затъмнение със собствените си очи. В безоблачно небе Слънцето постепенно започна да намалява и да намалява в размер, настъпи здрач. За няколко мига слънцето изчезна. Тогава се появи първият лъч светлина, слънчевият диск започна да расте и скоро Слънцето засия с пълна сила. Защо затъмнението продължава толкова кратко? Аристарх отговаря: причината е, че Луната има същите видими размери на небето като Слънцето. Какво означава? Нека начертаем равнина през центровете на Земята, Слънцето и Луната. Получената секция е показана на фигура 5 а. Ъгъл между допирателните, изтеглени от точка Здо обиколката на луната се нарича ъглов размерлуната или тя ъглов диаметър.Определя се и ъгловият размер на Слънцето. Ако ъгловите диаметри на Слънцето и Луната са еднакви, то те имат еднакъв видим размер на небето и по време на затъмнение Луната наистина напълно блокира Слънцето (фиг. 5 б), но само за момент, когато лъчите съвпадат ZLи ZS. Снимката на пълно слънчево затъмнение (виж фиг. 4) ясно показва равенството на размерите.
Заключението на Аристарх се оказа удивително точно! В действителност средните ъглови диаметри на Слънцето и Луната се различават само с 1,5%. Принудени сме да говорим за средните диаметри, тъй като те се променят през годината, тъй като планетите не се движат в кръг, а в елипси.
Свързване на центъра на земята Зс центровете на слънцето Си луна Л, както и с допирни точки Ри В, получаваме два правоъгълни триъгълника ZSPи ZLQ(виж фиг. 5 а). Те са подобни, защото имат двойка равни остри ъгли β/2. Следователно, . По този начин, съотношението на радиусите на Слънцето и Луната е равно на съотношението на разстоянията от техните центрове до центъра на Земята. Така, Rs/Rl= κ = 400. Въпреки факта, че видимите им размери са равни, Слънцето се оказва 400 пъти по-голямо от Луната!
Равенството на ъгловите размери на Луната и Слънцето е щастливо съвпадение. Това не следва от законите на механиката. Много планети в Слънчевата система имат спътници: Марс има два, Юпитер има четири (и няколко десетки по-малки) и всички те имат различни ъглови размери, които не съвпадат със слънчевия.
Сега преминаваме към решаващата и най-трудна стъпка.
Стъпка 3. Изчисляване на размерите на Слънцето и Луната и техните разстояния
И така, ние знаем съотношението на размерите на Слънцето и Луната и съотношението на техните разстояния до Земята. Тази информация роднина: възстановява картината на околния свят само до подобие. Можете да премахнете Луната и Слънцето от Земята 10 пъти, като увеличите размера им със същия фактор и картината, която се вижда от Земята, ще остане същата. За да намерите реалните размери на небесните тела, е необходимо да ги съпоставите с известен размер. Но от всички астрономически величини Аристарх все още знае само радиуса на земното кълбо R= 6400 км. Ще помогне ли? Появява ли се радиусът на Земята в някое от видимите явления, случващи се в небето? Неслучайно казват "небето и земята", имайки предвид две несъвместими неща. И все пак такъв феномен съществува. Това е лунно затъмнение. С негова помощ, използвайки доста гениална геометрична конструкция, Аристарх изчислява съотношението на радиуса на Слънцето към радиуса на Земята и веригата се затваря: сега едновременно намираме радиуса на Луната, радиуса на Слънцето и в същото време разстоянията от Луната и от Слънцето до Земята.
Сравнявайки кръговете на земната сянка върху Луната по време на лунно затъмнение, Аристарх намери числотоT= 8/3 е отношението на радиуса на земната сянка към радиуса на Луната. Освен това той вече е изчислил κ = 400 (отношението на радиуса на Слънцето към радиуса на Луната, което е почти равно на отношението на разстоянието Слънце-Земя към разстоянието Луна-Земя). След доста нетривиални геометрични конструкции Аристарх открива, че съотношението на диаметрите на Слънцето и Земята е , а на Луната и Земята е . Замествайки известните количества κ = 400 и T= 8/3, получаваме, че Луната е приблизително 3,66 пъти по-малка от Земята, а Слънцето е 109 пъти по-голямо от Земята. Тъй като радиуса на земята Рзнаем, намираме радиуса на луната Rl= Р/3.66 и радиуса на Слънцето Rs= 109Р.
Сега разстоянията от Земята до Луната и Слънцето се изчисляват в една стъпка, това може да се направи с помощта на ъгловия диаметър. Ъгловият диаметър β на Слънцето и Луната е около половин градус (0,53° за да бъдем точни). Как древните астрономи са го измервали, ще говорим за това по-нататък. Отпадане на допирателната ZQвърху обиколката на луната получаваме правоъгълен триъгълник ZLQс остър ъгъл β/2 (фиг. 10).
От него намираме, че е приблизително равно на 215 Rlили 62 Р. По същия начин разстоянието до Слънцето е 215 Rs = 23 455Р.
Всичко. Намерени са размерите на Слънцето и Луната и разстоянията до тях.
За ползите от грешките
Всъщност всичко беше малко по-сложно. Геометрията тепърва се оформяше и много неща, познати още от осми клас, тогава изобщо не се виждаха. Отне Аристарх да напише цяла книга, за да представи това, което сме представили на три страници. И с експерименталните измервания също не всичко беше лесно. Първо, Аристарх направи грешка при измерването на диаметъра на земната сянка по време на лунно затъмнение, като получи съотношението T= 2 вместо . Освен това той сякаш изхожда от грешната стойност на ъгъла β - ъгловия диаметър на Слънцето, като приема, че е 2°. Но тази версия е противоречива: Архимед в своя трактат „Псамит“ пише, че, напротив, Аристарх е използвал почти правилната стойност от 0,5 °. Най-ужасната грешка обаче се случи на първата стъпка, при изчисляването на параметъра κ - съотношението на разстоянията от Земята до Слънцето и до Луната. Вместо κ = 400, Аристарх получи κ = 19. Как може да е повече от 20 пъти погрешно? Нека се върнем отново към стъпка 1, Фигура 3. За да намерим съотношението κ = ZS/ZL, Аристарх измерва ъгъла α = SZL, и след това κ = 1/cos α. Например, ако ъгълът α е равен на 60°, тогава ще получим κ = 2 и Слънцето ще бъде два пъти по-далече от Земята от Луната. Но резултатът от измерването се оказа неочакван: ъгълът α се оказа почти правилен. Това означаваше, че кракът ZSмногократно превъзхождащ ZL. Аристарх получи α = 87°, а след това cos α = 1/19 (припомнете си, че всички наши изчисления са приблизителни). Истинската стойност на ъгъла и cos α =1/400. Така че грешка при измерване от по-малко от 3° доведе до грешка от 20 пъти! След като завърши изчисленията, Аристарх стига до извода, че радиусът на Слънцето е 6,5 радиуса на Земята (вместо 109).
Грешките бяха неизбежни предвид несъвършените измервателни уреди на онова време. По-важното е, че методът се оказа правилен. Скоро (по исторически стандарти, тоест след около 100 години) изключителният астроном от древността Хипарх (190 - около 120 г. пр. н. е.) ще премахне всички неточности и, следвайки метода на Аристарх, ще изчисли правилните размери на Слънцето и Луната . Може би грешката на Аристарх в крайна сметка се оказа дори полезна. Преди него преобладаваше мнението, че Слънцето и Луната или имат еднакъв размер (както изглежда на земния наблюдател), или се различават леко. Дори 19-кратната разлика изненада съвременниците. Следователно е възможно, ако Аристарх беше намерил правилното съотношение κ = 400, никой не би повярвал в него и може би самият учен щеше да изостави метода си, считайки резултата за абсурден. .. За 17 века преди Коперник той осъзнава, че центърът на света не е Земята, а Слънцето. Така за първи път се появява хелиоцентричният модел и концепцията за Слънчевата система.
Какво има в центъра?
Преобладаващата идея в Древния свят за структурата на Вселената, позната ни от уроците по история, беше, че в центъра на света има неподвижна Земя, около нея се въртят 7 планети в кръгови орбити, включително Луната и Слънцето (което също се смяташе за планета). Завършва с небесна сфера със звезди, прикрепени към нея. Сферата се върти около Земята, като прави пълен оборот за 24 часа. През годините този модел е променян многократно. И така, те започнаха да вярват, че небесната сфера е неподвижна и Земята се върти около оста си. След това започнаха да коригират траекториите на планетите: кръговете бяха заменени от циклоиди, тоест линии, които описват точките на кръга, докато се движи по друг кръг (можете да прочетете за тези прекрасни линии в книгите на G. N. Berman " Циклоид“, А. И. Маркушевич „Забележителни криви“, както и в „Квант“: статия на С. Веров „Тайните на циклоида“ № 8, 1975 г. и статия на С. Г. Гиндикин „Звездната епоха на циклоида“, бр. 6, 1985). Циклоидите са в по-добро съгласие с резултатите от наблюденията, по-специално те обясняват "обратните" движения на планетите. То - геоцентриченсистема на света, в центъра на която е Земята („гей“). През II век той приема окончателния си вид в книгата "Алмагест" на Клавдий Птолемей (87-165), изключителен гръцки астроном, съименник на египетските царе. С течение на времето някои циклоиди стават по-сложни, добавят се все повече и повече нови междинни кръгове. Но като цяло системата на Птолемей доминира около хилядолетия и половина, до 16-ти век, преди откритията на Коперник и Кеплер. Първоначално Аристарх също се придържа към геоцентричния модел. Въпреки това, след като изчисли, че радиусът на Слънцето е 6,5 пъти по-голям от този на Земята, той зададе прост въпрос: защо толкова голямо Слънце трябва да се върти около толкова малка Земя? В крайна сметка, ако радиусът на Слънцето е 6,5 пъти по-голям, тогава обемът му е почти 275 пъти по-голям! Това означава, че Слънцето трябва да бъде в центъра на света. Около него се въртят 6 планети, включително Земята. И седмата планета, Луната, се върти около Земята. Значи имаше хелиоцентриченсистема на света ("хелиос" - Слънцето). Самият Аристарх вече отбеляза, че такъв модел по-добре обяснява видимото движение на планетите в кръгови орбити и е в по-добро съгласие с резултатите от наблюденията. Но нито учените, нито официалните власти го приеха. Аристарх е обвинен в безбожие и е преследван. От всички астрономи на древността само Селевк стана привърженик на новия модел. Никой друг не го е приел, поне историците нямат солидна информация по този въпрос. Дори Архимед и Хипарх, които почитат Аристарх и развиват много от неговите идеи, не смеят да поставят Слънцето в центъра на света. Защо?
Защо светът не възприе хелиоцентричната система?
Как се случи така, че в продължение на 17 века учените не приемат простата и логична система на света, предложена от Аристарх? И това въпреки факта, че официално признатата геоцентрична система на Птолемей често се проваляше, не съответстваща на резултатите от наблюденията на планетите и звездите. Трябваше да добавям все повече и повече нови кръгове (т.нар вложени цикли) за "правилното" описание на движението на планетите. Самият Птолемей не се страхуваше от трудностите, той пише: „Защо да се изненадваме от сложното движение на небесните тела, ако същността им е неизвестна за нас?“ Но до XIII век тези кръгове са натрупали 75! Моделът стана толкова тромав, че започнаха да се чуват предпазливи възражения: наистина ли светът е толкова сложен? Широко известен е случаят с Алфонс X (1226-1284), крал на Кастилия и Леон, държава, която окупира част от съвременна Испания. Той, покровителят на науките и изкуствата, който събра в двора си петдесет от най-добрите астрономи в света, каза на един от научните разговори, че „ако Господ ме беше уважил и поиска съвета ми по време на сътворението на света, много щеше да бъде уредено по-просто.” Такава наглост не беше простена дори на кралете: Алфонс беше свален и изпратен в манастир. Но съмненията останаха. Някои от тях биха могли да бъдат разрешени чрез поставяне на Слънцето в центъра на Вселената и приемане на системата на Аристарх. Творбите му бяха добре известни. Въпреки това в продължение на много векове никой от учените не смееше да предприеме такава стъпка. Причините бяха не само в страха от властите и официалната църква, която смяташе теорията на Птолемей за единствено вярна. И не само в инерцията на човешкото мислене: не е толкова лесно да се признае, че нашата Земя не е центърът на света, а просто обикновена планета. И все пак за истинския учен нито страхът, нито стереотипите са пречка по пътя към истината. Хелиоцентричната система беше отхвърлена по доста научни, дори може да се каже, геометрични причини. Ако приемем, че Земята се върти около Слънцето, тогава нейната траектория е окръжност с радиус, равен на разстоянието от Земята до Слънцето. Както знаем, това разстояние е равно на 23 455 земни радиуса, тоест повече от 150 милиона километра. Това означава, че Земята се движи на 300 милиона километра за половин година. Гигантски размер! Но картината на звездното небе за земния наблюдател остава същата. Земята или се приближава, или се отдалечава от звездите с 300 милиона километра, но не се променят нито видимите разстояния между звездите (например формата на съзвездията), нито тяхната яркост. Това означава, че разстоянията до звездите трябва да са няколко хиляди пъти по-големи, т.е. небесната сфера трябва да има напълно невъобразими размери! Това, между другото, осъзнава самият Аристарх, който пише в книгата си: „Обемът на сферата на неподвижните звезди е толкова пъти по-голям от обема на сфера с радиус Земя-Слънце, колко пъти обемът от последния е по-голям от обема на земното кълбо”, т.е. според Аристарх се оказа, че разстоянието до звездите е (23 455) 2 Р, това е повече от 3,5 трилиона километра. В действителност разстоянието от Слънцето до най-близката звезда все още е около 11 пъти по-голямо. (В модела, който представихме в самото начало, когато разстоянието от Земята до Слънцето е 10 m, разстоянието до най-близката звезда е ... 2700 километра!) Вместо компактен и уютен свят, в центъра от които се намира Земята и която е поставена вътре в относително малка небесна сфера, Аристарх нарисува бездната. И тази бездна уплаши всички.
Следователно за обикновен човек е доста трудно да прецени размера и формата на Слънцето. В същото време астрономите са установили, че Слънцето е топка, която има почти правилна форма. Следователно, за да оцените размера на Слънцето, можете да използвате стандартните индикатори, използвани за измерване на размера на кръг.
Така диаметърът на Слънцето е 1,392 милиона километра. За сравнение, диаметърът на Земята е само 12 742 километра: по този начин, според този показател, размерът на Слънцето надвишава размера на нашата планета със 109 пъти. В същото време обиколката на Слънцето по екватора достига 4,37 милиона километра, докато за Земята тази цифра е само 40 000 километра, в това измерение размерите на Слънцето са по-големи от размерите на нашата планета, със същото число от времена.
Въпреки това, поради огромната температура на повърхността на Слънцето, която е почти 6 хиляди градуса, размерът му постепенно намалява. Учените, които изучават слънчевата активност, твърдят, че Слънцето се свива с 1 метър в диаметър всеки час. Така те предполагат, че преди сто години диаметърът на Слънцето е бил приблизително 870 километра по-голям от сега.
маса на слънцето
Масата на Слънцето се различава още по-съществено от масата на планетата Земя. И така, според астрономите, в момента масата на Слънцето е около 1,9891 * 10 ^ 30 килограма. В този случай масата на Земята е само 5,9726 * 10 ^ 24 килограма. Така Слънцето е по-тежко от Земята почти 333 хиляди пъти.В същото време, поради високата температура на повърхността на Слънцето, повечето от съставните му вещества са в газообразно състояние, което означава, че имат доста ниска плътност. И така, 73% от състава на тази звезда е водород, а останалата част е хелий, който заема около 1/4 в състава й, и други газове. Следователно, въпреки факта, че обемът на Слънцето надвишава съответния показател за Земята с повече от 1,3 милиона пъти, плътността на тази звезда все още е по-ниска от тази на нашата планета. Така плътността на Земята е около 5,5 g/cm³, докато плътността на Слънцето е около 1,4 g/cm³: по този начин тези цифри се различават около 4 пъти.
Нютон нарече маса количеството материя. Сега се определя като мярка за инерцията на телата: колкото по-тежък е обектът, толкова по-трудно е да се ускори. За да намерите инертни масатяло, сравнете натиска, упражняван от него върху повърхността на опората, със стандарта, въведете скалата за измерване. Гравиметричният метод се използва за изчисляване на масата на небесните тела.
Инструкция
Малко хора се замислят колко далеч е звездата от нас и какъв размер е. И цифрите са удивителни. Така разстоянието от Земята до Слънцето е 149,6 милиона километра. Освен това всеки отделен слънчев лъч достига повърхността на нашата планета за 8,31 минути. Малко вероятно е в близко бъдеще хората да се научат да летят със скоростта на светлината. Тогава би било възможно да се стигне до повърхността на звездата за повече от осем минути.
Слънчеви размери
Всичко е относително. Ако вземем нашата планета и я сравним по размер със Слънцето, тя ще се побере на повърхността й 109 пъти. Радиусът на звездата е 695 990 км. В същото време масата на Слънцето е 333 000 пъти по-голяма от масата на Земята! Освен това за една секунда той отделя енергия, еквивалентна на 4,26 милиона тона загуба на маса, тоест 3,84x10 на 26-та степен на J.
Кой от земляните може да се похвали, че е ходил по екватора на цялата планета? Вероятно ще има пътници, които прекосиха Земята с кораби и други превозни средства. Това отне много време. Щеше да им отнеме много повече време, за да обиколят Слънцето. Ще са необходими поне 109 пъти повече усилия и години.
Слънцето може визуално да промени размера си. Понякога изглежда, че е няколко пъти по-голям от обикновено. Друг път, напротив, намалява. Всичко зависи от състоянието на земната атмосфера.
Какво е Слънцето
Слънцето няма същата плътна маса като повечето планети. Една звезда може да се сравни с искра, която постоянно отдава топлина в околното пространство. Освен това на повърхността на Слънцето периодично се появяват експлозии и плазмено отделяне, което силно се отразява на благосъстоянието на хората.
Температурата на повърхността на звездата е 5770 К, в центъра - 15 600 000 К. На възраст от 4,57 милиарда години Слънцето е в състояние да остане същата ярка звезда за цяло време, в сравнение с човешкия живот.
