Урок з астрономії 2

Тема 2. Небесні світила й небесна сфера. Сузір’я. Зоряні величини. Визначення відстаней до небесних світил. Астрономія та визначення часу.  Типи календарів.

Зоряне небо!.. Напевне, немає людини, яку б не вражала його витончена довершеність, його незбагненна краса і таємничість. Недаремно давні греки дали всьому зоряному Всесвіту назву космос, що означає - оздоба, прикраса. І в цьому немає нічого дивного! Свого часу М. Коперник висловився з захопленням: «...Бо що може бути чарівнішим від небосхилу, який вміщує у собі все прекрасне?»

Розмірковуючи над будовою зоряного Всесвіту, філософ Арістотель (384-322 рр. до н. е.) стверджував: «Всесвіт - досконалий, а тому сферичний, бо сфера - єдина досконала фігура». Згідно з його розрахунками, радіус Всесвіту, тобто відстань до сфери зір, має бути у дев'ять разів більшою, ніж відстань від Землі до Сонця, а Земля, за його уявленнями, займає центральне положення у Всесвіті, адже «усі важкі тіла прямують до центра Землі, а оскільки будь-яке тіло прямує до центра всесвіту, то Земля мусить перебувати нерухомо в цьому центрі». Щоправда, інший відомий грецький філософ Демокріт (460-370 рр. до н. е.), а ближче до наших часів Галілей доводили протилежне: Всесвіт - безмежний, зорі перебувають на різних відстанях від Землі, але ця різниця у відстанях на око не сприймається, тому і здається, що зорі знаходяться на внутрішній поверхні деякої сфери. Це виявилось і справді так!

Сьогодні ми знаємо, що немає сфери над нашими головами, знаємо, що зорі дуже далекі від нас, та поняття небесної сфери залишилось, бо виявилося дуже зручним при вивченні видимих рухів світил та визначенні їхніх взаємних розташувань на небі.

Небесна сфера - уявна сфера довільного радіуса, в центрі якої знаходиться спостерігач і на яку спроектовано всі світила так, як він бачить їх у певний момент часу з певної точки простору. Небесну сферу можна уявити у вигляді велетенського глобуса (довільного радіуса), схожого на глобус Землі, але розглядається він зсередини. Центр небесної сфери збігається з оком кожного окремого спостерігача. Як і на земному глобусі, на небесній сфері можна намалювати уявні лінії і певні точки, що дає змогу ввести систему небесних координат.

Перше враження від спостереження зоряного неба - це незліченність зір і хаотичність їхнього розташування на небосхилі. Насправді ж зір, які можна побачити неозброєним оком, на небі Землі близько 6 000.

Видиме розташування зір на небі змінюється надзвичайно повільно. Без точних вимірів помітити його впродовж сотень і навіть тисяч років неможливо. Ця обставина дозволила за незапам'ятних часів намалювати по найяскравіших зорях перші характерні «зоряні візерунки» - сузір'я.

Більшість їхніх назв, які використовуються й сьогодні - це спадок від давніх греків. Так, у творі «Альмагест» Птолемея перелічено 48 сузір'їв. Нові сузір'я з'явилися на небі після перших подорожей у південну півкулю Землі під час великих географічних мандрівок ХУІ-ХУІІ ст., а також після винайдення телескопа.

На початку XX ст. налічувалося 108 сузір'їв. Але на конгресі Міжнародного Астрономічного Союзу 1922 р. їхню кількість було зменшено до 88. Тоді ж було встановлено також нові межі сузір'їв, що існують і досі.

Сузір'я — це певна ділянка зоряного неба з чітко окресленими межами, що охоплює всі належні їй світила і яка має власну назву.

У деяких сузір'ях виділяють менші групи зір, наприклад Плеяди та Пади в сузір'ї Тельця, Ківш у сузір'ї Великої Ведмедиці тощо. Поряд із загальноприйнятими в астрономії назвами для окремих сузір'їв вживають і народні назви. Так, в Україні Велика Ведмедиця - це «Великий Віз», Мала Ведмедиця - «Малий Віз», Кассіопея -«Борона» чи «Пасіка», Дельфін - «Криниця», Пояс Оріона - «Косарі», Орел - «Дівчина з відрами», зоряне скупчення Пади, що утворюють голову Тельця, - «Чепіги», а зоряне скупчення Плеяди -«Стожари».

Про кожну істоту, яку давні люди уявляли у візерунку конкретної групи зір і ім'ям якої називали це сузір'я, було складено певну легенду. Наприклад: син грецького бога морів Посейдона, Оріон, був хоробрим і вправним мисливцем. Не було звіра, якого він не міг би вполювати. Розлючена богиня Артеміда, охоронниця звірів, підіслала до Оріона отруйного Скорпіона, від укусу якого він загинув. Та Зевс, головний у пантеоні грецьких богів, забрав на небо і Оріона, перетворивши його на зимове сузір'я, і Скорпіона, помістивши його на літньому небі, щоб той ніколи не наздогнав Оріона.

Позначення і назви зір.

 Астрономи минулого задовольнялися тим, що визначали положення окремих зір на малюнку істоти, яку вони «бачили» у візерунку тієї чи іншої їхньої групи (наприклад, зоря Серце Скорпіона).

Згодом найяскравіші зорі отримали власні назви (їх налічується 275). Із них лише 15 % - грецькі назви і 5 % - латинські, а 80 % - це арабські назви. Перекладаючи трактати арабських астрономів, європейські вчені, очевидно, спеціально залишали їх для використання. Наприклад, в арабських списках зорі сузір'я Лебідь названі прийнятим у ті часи способом: Денеб- «Яскрава на хвості», Садр - «Груди». Так вони називаються і зараз. Назва найближчої до нас зорі Проксима перекладається з грецької як «найближча».

Майже 500 років тому зорі в кожному сузір'ї було позначено літерами грецького алфавіту а (альфа), Р (бета), у (гамма) і т. д. в міру зменшення їхньої яскравості. Щоправда, в окремих випадках порядок позначень «переплутаний», і подекуди переставлені літери для слабкіших і яскравіших зір. Наприклад, у сузір'ї Близнят найяскравіша зоря Поллукс позначена літерою р, тоді як слабкіша - Кастор - літерою а.

Для зір, яскравість яких змінюється з часом, запроваджені позначення літерами латинського алфавіту: К, 8 ... 2, далі КК, А2. Якщо в сузір'ї змінних зір більше, ніж 334 (стільки комбінацій можна утворити з однієї і двох літер), то такі змінні зорі позначають так: У335, 336... (наприклад, У335 Лебедя).

Окремі зорі названо іменами вчених, що їх вивчали. Наприклад, є зоря Барнарда, яка знаходиться в сузір'ї Змієносця. Вона цікава тим, що за 180 років зміщується на небі на величину діаметра Місяця. Є зоря Тіхо Браге - залишок спалаху Наднової зорі 1572 р., яку вивчав відомий астроном Тіхо Браге.

Назва нашої зорі - Сонце - походить від індоєвропейського кореня «сау» - «світити».

Визначення часу.

Відстані до планет Сонячної системи вдалося визначити лише у XVII ст. через вимірювання горизонтального паралаксу.

Горизонтальний паралакс - це кут між напрямом на світило з якої-небудь точки земної поверхні і напрямом з центра Землі.

Відстані до близьких зір визначають за допомогою вимірювання їхнього річного паралаксу.

Річний паралакс π— кут, під яким із зорі було б видно радіус земної орбіти.

Крім того, в астрономії використовують особливі одиниці для вимірювання відстаней: астрономічна одиниця (а. о.), яка дорівнює середній відстані Землі від Сонця (149 600 000 км), і парсек (пк), від слів «паралакс» і «секунда» - відстань, з якої середній радіус земної орбіти видно під кутом 1" (секунда дуги). Часто використовують похідні одиниці: кілопарсек (1 кпк = 1 000 пк) і мегапарсек (1 Мпк = 1 000 000 пк).

Інколи використовується одиниця довжини світловий рік (св. р.). Це така відстань, яку проходить світло за один рік, поширюючись зі швидкістю 300 000 км/с.

Між одиницями довжини, що використовуються в астрономії, існують такі співвідношення:

1 пк = 3,26 св. р. = 206 265 а.о. = 3·10¹⁶м; 1 св. р. = 0,3066 пк = 63240 а.о. = 9,5•10¹⁵м.

Для визначення кутової швидкості обертання Землі орієнтирами можуть служити небесні світила – Сонце, зорі та інші небесні світила. Тому і використовують дві системи відліку – зоряний час і сонячний час. Зоряний час переважно використовують астрономи, а в повсякденному житті всі люди застосовують тільки сонячний час. Проміжок часу, за який Земля робить повний оберт навколо своєї осі відносно Сонця, називають сонячною добою. Доба поділяється на 24 години. Сонячний час у певному місці, або місцевий час, можна визначити за допомогою сонячного годинника – звичайної палички, тінь від якої допоможе приблизно виміряти місцевий час. Поясний час дорівнює місцевому часу середнього меридіана відповідного пояса. Всесвітній час – місцевий час Гринвіцького меридіана.

Типи календарів

У сучасному календарі усіх європейських країн за основу береться 1 тропічний рік – період обертання Землі навколо Сонця відносно точки весняного рівнодення, але при створення ідеального календаря виникає ускладнення, бо тропічний рік не має цілого числа діб. Типи календарів:

• Юліанський – був запроваджений ще Юлієм Цезарем у 46 році до н.е. У цьому календарі тривалість тропічного року була прийнята за 365 діб 6 год 00 хв 00 с, а для того щоб рік мав ціле число діб, було прийнято, що кожні 3 роки підряд триватимуть по 365 діб, а четвертий рік – 366 діб (високосний рік). Але в середньому кожний календарний рік був довший за тропічний на 11 хв 14 с ;

• Григоріанський – діє у наш час. У ньому вилучили три доби з кожних 400 років, тобто три високосні роки зробили простими. Григоріанський календар теж не є ідеальним, але похибку на одну добу він дає приблизно через 33 століття ;

Сонячний час — система відліку часу, в якій як основна одиниця прийнятий інтервал (сонячна доба) між двома послідовними верхніми (або нижніми) кульмінаціями Сонця.

Істинний сонячний час вимірюється часовим кутом центра Сонця. Внаслідок нерівномірності видимого річного руху Сонця по екліптиці і нахилу екліптики до екватора істинний сонячний час вимірюється нерівномірно, внаслідок чого не зручний для практичного життя. Для усунення цього недоліку вводиться так зване середнє Сонце — фіктивна точка, що протягом року рухається рівномірно по екватору і здійснююча відносно точки весняного сонцестояння одне обернення за той же час, що і істинне Сонце, яке рухається нерівномірно по екліптиці.

Тропічний рік – період обертання Землі навколо Сонця відносно точки весняного рівнодення;

Зоряний рік – проміжок часу між двома послідовними проходженнями центром сонячного диску одного й того ж (щодо зірок) місця на небесній сфері (екліптиці).