· АСТРОНОМІЯ
Зміст.
§1. Загальні відомості про астрономію та ті об’єкти, що
є предметом її вивчення.
Тема 1. Загальні відомості про закономірності
видимого руху Сонця, Місяця, зірок та планет.
§2. Закономірності видимого руху Сонця.
§3. Закономірності видимого руху Місяця.
§4. Сонячні і місячні затемнення. Припливи та відпливи.
§5. Зоряне небо. Сузір’я. Зоряні величини. Небесна сфера.
Система зоряних координат.
§6. Закономірності видимого руху зірок.
§7. Закономірності видимого руху планет.
§8. Закони Кеплера.
§9. Про теорію Ньютона та про те, як вона пояснює
загальний устрій Сонячної системи.
Тема 2. Загальні відомості про методи та засоби
астрономічних досліджень.
§10. Визначення відстаней до космічних об’єктів.
Одиниці вимірювання космічних відстаней.
§11. Про прямі та непрямі вимірювання, або про те
як зважують планети зірки і галактики. Про галактичне
гало та темну матерію.
§12. Спектральний аналіз – базовий метод космічних
досліджень.
§13. Сучасні наземні та орбітальні телескопи.
Тема 3. Загальні відомості про об’єкти Сонячної системи.
§14. Загальні відомості про Сонце.
§15. Загальні відомості про Землю.
§16. Місяць – природний супутник Землі.
§17. Планети земної групи.
§18. Планети-гіганти.
§19. Карликові планети та малі тіла Сонячної системи.
Тема 4. Загальні відомості про зірка та галактики.
§20. Спектральна класифікація зірок.
§21. Еволюційна класифікація зірок.
§22. Загальні відомості про галактики та квазари.
Тема 5. Космологія – наука про Всесвіт.
§23. З історії наукових поглядів на устрій Всесвіту.
§24. З історії становлення сучасної теорії еволюційного
Всесвіту та про філософські аспекти цієї теорії.
§25. Основи сучасної теорії еволюційного Всесвіту
(теорії Великого Вибуху).
§26. Про докази того, що сучасна теорія еволюційного
Всесвіту є правильною.
§27. Про еволюцію зірок.
§28. Про еволюцію Сонячної системи.
§29. Геологічна історія Землі.
§30. Про еволюційну теорію Дарвіна, або про те,
що з’явилось раніше, яйце чи курка.
§31. Про енергетичні передумови еволюційного
самозародження та саморозвитку життя на Землі.
§32. Чи одинокі ми у Всесвіті?
§33. Про НЛО, інопланетян та позаземні цивілізації.
§34. Про дикунські теорії, чорні дірки, паралельні світи
та розумну сутність Землі.
§1. Загальні відомості про астрономію та ті об’єкти, що є предметом її вивчення.
Астрономія (від грец. astron – зоря, nomos – закон) – це наука, яка вивчає загальний устрій, параметри, закономірності руху та еволюційного саморозвитку, всієї сукупності космічних об’єктів і Всесвіту загалом. Предметом вивчення астрономії є вся сукупність космічних об’єктів, основними з яких є Сонце та його планетарна система, все різноманіття зірок, наша та інші галактики, системи галактик та Всесвіт загалом. Гранично стисло про ці об’єкти, можна сказати наступне.
Найчисельнішими та найрізноманітнішими макрооб’єктами Всесвіту є зірки. Зірка (зоря) – це самосвітній космічний макрооб’єкт, в надрах якого відбуваються або відбувалися термоядерні реакції. Зірки, як і люди, народжуються, живуть, старіють та помирають. Просто зірки живуть набагато довше. Про те, як народжуються, живуть, старіють та помирають зірки, ми поговоримо дещо пізніше, а точніше, в тому розділі який називається космологією – наукою про Всесвіт (від грец. kosmos – Всесвіт, logos – наука, вчення). Наразі ж просто зауважимо, що в своєму еволюційному розвитку, зірка проживає декілька стадій: стадію народження (протозоряна туманність) → стадію активного життя (звичайна зірка) → стадію старіння (червоний гігант) → стадію смерті (в залежності від початкової маси зірки: відносно поступове оголення ядра червоного гіганта та перетворення цього гіганта на білого карлика, або надпотужний вибух, який триває близько тижня і який прийнято називати надновою зіркою) ? стадію пасивного життя (в залежності від початкової маси зірки: білий, а згодом і чорний карлик; нейтронна зірка; чорна дірка).
Напевно найважливішим параметром зірки, параметром від якого залежить тривалість життя, променева активність (світність) та кінцева доля зірки, є її маса. А ця маса може знаходитись в межах від 0,05 до тисяч сонячних мас. Якщо ж говорити про геометричні розміри зірок і зокрема про їх діаметр, то він може становити від десятка кілометрів – для нейтронних зірок, до тисяч діаметрів Сонця – для червоних надгігантів (мал.2). При цьому, якщо мова йде про так звані чорні дірки, то їх геометричні розміри не перевищують розмірів горошини. Втім, для чорної дірки, терміни: геометричні розміри, густина, хімічний склад, тощо – втрачають сенс. Не менш разючими є і відмінності в світності зірок: від практично невидимих чорних карликів, нейтронних зірок та чорних дірок, до над яскравих спалахів наднових зірок, світність яких в мільярди разів перевищує світність Сонця.
Мал.1 Порівняльні розміри зірок.
Однією з незлічених зірок Всесвіту, є Сонце. За мірками сучасного Всесвіту, Сонце є активною зіркою середніх розмірів, середньої маси, середнього віку та середньої світності (енергетичної потужності). Сонце представляє собою розжарену газоподібну кулю, температура поверхні якої близька до 6000К. Радіус цієї кулі 695·106м, що в 109 разів перевищує радіус Землі. При цьому маса Сонця в 330 000 разів перевищує масу Землі і в 750 разів – загальну масу всіх планет Сонячної системи. Сонце, на 73% складається з водню, на 25% – з гелію і на 2% – з інших хімічних елементів. Джерелом тієї енергії яку постійно випромінює Сонце, є термоядерні реакції які відбуваються в розжарених до 15·106К надрах Сонця, і в процесі яких, ядра атомів водню перетворюються на ядра атомів гелію.
Сонце належить до числа тих не надто розповсюджених зірок, які мають планетарні системи. При цьому основними складовими планетарної системи Сонця (Сонячної системи) є: Сонце, вісім планет (Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун) та понад 100 супутників цих планет, п’ять карликових планет (Плутон, Церера, Макемаке, Ерида, Хаумеа) пояс астероїдів та пояс Койпера, комети, метеороїди та космічний пил.
Мал.2 Сонячна система – це сукупність гравітаційно пов’язаних космічних об’єктів, які обертаються навколо Сонця.
Наймасивнішими та найпомітнішими елементами планетарної системи Сонця (звичайно окрім самого Сонця), є планети. Планета (від грец. planetes – блукаюча) – це масивне космічне тіло, яке обертається навколо зірки і гравітаційне поле якого є достатнім для того щоб надати цьому тілу кулястої форми, але не достатнім, щоб генерувати термоядерні реакції, і яке шляхом приєднання до себе дрібніших тіл, очистило околиці своєї орбіти.
Планети Сонячної системи обертаються по слабо видовженим еліптичним (майже круговим) орбітам, які знаходяться в межах майже плоского диску – площині екліптики. Чотири внутрішні планети Сонячної системи (Меркурій, Венера, Земля, Марс), прийнято називати планетами земної групи. Ці планети мають відносно малі розміри, відносно малі маси, і складаються з відносно важких хімічних елементів. Планети земної групи мають тверду поверхню, яка оточена газоподібною атмосферою. (Окрім Меркурія, який атмосфери не має). Чотири зовнішні планети Сонячної системи (Юпітер, Сатурн, Уран, Плутон), прийнято називати планетами-гігантами. Ці планети мають відносно великі розміри та маси, і складаються головним чином з водню та гелію. Планети-гіганти не мають чітко вираженої твердої чи рідкої поверхні. Атмосфери цих планет, являють собою безпосереднє продовження їх надр.
Шість із восьми планет Сонячної системи мають природні супутники, тобто достатньо масивні космічні тіла, які обертаються навколо відповідної планети. Крім цього, всі планети-гіганти мають безліч дрібних супутників (дрібних камінців, крижинок та пилу) які обертаються в екваторіальній площині планети та утворюють характерне кільце. Особливо помітним та ефектним це планетарне кільце є у Сатурна.
В Сонячній системі є дві ділянки заповнені малими тілами: пояс астероїдів та пояс Койпера. Пояс астероїдів розташований між орбітами Марса та Юпітера і складається з величезної кількості кам’янистих брил, загальна маса яких співрозмірна з масою Місяця. При цьому четверта частина цієї маси зосереджена в найбільшому астероїді (Церера), який за сучасною класифікацією відноситься до так званих карликових планет. Пояс Койпера (названо на честь нідерландського астронома Джерарда Койпера) знаходиться за орбітою планети Нептун і представляє собою сукупність величезної кількості льодяних брил, складовими частинами яких є вода, аміак та метан. Найбільші об’єкти поясу Койпера (Плутон, Макемаке, Ерида, Хаумеа) прийнято вважати карликовими планетами. Карликова планета – це таке небесне тіло, яке обертається навколо Сонця (тобто не є супутником іншої планети) і маса якого є достатньою для того щоб надати цьому тілу кулястої форми, але не достатньою для того, щоб очистити околиці своєї орбіти від інших подібних тіл. На сьогоднішній день, астрономи налічують п’ять карликових планет. При цьому ще п’ять об’єктів Сонячної системи претендують на це звання.
Важливими та помітними складовими Сонячної системи є комети і метеороїди. Кометами (від грец. kometes – довговолосий) називають ті об’єкти Сонячної системи, які рухаються по сильно витягнутим еліптичним орбітам і які представляють собою відносно невеликі (діаметром від десятків метрів до десятків кілометрів) крижані тіла з вкрапленнями дрібних твердих частинок. В процесі наближення до Сонця, зовнішні шари криги випаровуються. При цьому, навколо ядра комети утворюється пароподібна атмосфера (кома) та довгий хвіст, які на фоні зоряного неба світяться відбитим сонячним світлом.
Метеороїдами називають дрібні тверді тіла, що рухаються в міжпланетному просторі і розміри яких значно менші за розміри дрібних астероїдів (d<10м), але значно більші за розміри космічного пилу (d>0,1мм). Ті метеороїди, які потрапляючи в атмосферу Землі, повністю згорають в ній, називаються метеорами. А ті, які падають на поверхню Землі – метеоритами.
Сонячна система, є маленьким фрагментом величезної зіркової системи, яку називають Молочним (Чумацьким) ляхом, або просто – наша Галактика. Дані назви походять від факту того, що в ясну безмісячну ніч, на фоні зоряного неба, можна побачити широку сріблясту смугу (мал3). Цю зоряну смугу, наші прадіди називали Чумацьким Шляхом. Напевно тому, що вона нагадувала їм ту чумацьку дорогу, якою вони ходили в далекі мандри. Ті ж хто не чумакував, називали цю зоряну смугу Молочним Шляхом. Можливо тому, що вона їм нагадувала смужку густо розбризканих крапель молока. Та як би там не було, а на сьогоднішній день достовірно відомо, що та срібляста смуга яка опоясує зоряне небо, є видимою частиною величезної зоряної системи (галактики), яку називають по різному: Чумацьким Шляхом, Молочним Шляхом, чи просто – наша Галактика (з великої літери Г). До речі, слово «галактика» походить від грецького galakticos, що означає «молочний».
Мал.3 Та срібляста смуга, що опоясує зоряне небо, є видимою частиною нашої Галактики (Чумацького Шляху, Молочного Шляху).
Галактика – велетенська космічна система, яка складається з зірок та їх скупчень, міжзоряної речовини, хмар газу та пилу, різноманітних випромінювань, і можливо з того, що прийнято називати чорною матерією. При цьому всі речовинні складові галактики, так чи інакше обертаються навколо спільного центру мас, та утворюють цілісну систему гравітаційно пов’язаних об’єктів. Маси галактик варіюються від 107 до 1012 мас Сонця. А їх діаметри – від десятків до сотень тисяч світлових років.
Все різноманіття галактик умовно розділяють на три групи: 1) еліптичні галактики: мають виражене ядро та кулясту або еліпсоїдну форму; 2) спіральні галактики: мають виражене ядро та дископодібну форму з характерними спіральними рукавами: 3) неправильні галактики: не мають вираженого ядра та певної симетричної форми.
Галактики рідко бувають поодинокими. Зазвичай вони об’єднані в невеликі групи, або входять до складу величезних скупчень які налічують сотні, а іноді і тисячі галактик. Скажімо Чумацький шлях входить до складу галактичного скупчення, яке називають Місцевою групою. Ця група складається з трьох великих галактик (Чумацький Шлях, Туманність Андромеди, Галактика Трикутника), та більш як 50, дрібних карликових галактик, найвідомішими з яких є Велика та Мала Магелланові Хмари. Потрібно зауважити, що з Землі, неозброєним оком, можна побачити лише три галактики: Туманність Андромеди, Велику та Малу Магелланові Хмари (дві останні видно лише в південних широтах Землі).
Як вже зазначалось, Сонце та його планетарна система, є частиною галактики, яка називається Чумацьким Шляхом (Молочним Шляхом). Чумацький Шлях – це велика спіральна галактика, до складу якої входить близько 200·109 найрізноманітніших зірок. Загальна маса Галактики, близька до 500·109 Мc. Діаметр галактичного диску, близький до 100 000 світлових років, а його товщина – близька до 2 000 св.р. Сонце знаходиться на відстані 30 000 св.р. від центру галактичного диску і обертається навколо цього центру з швидкістю 250 км/с. При цьому період обертання Сонця, становить 220 мільйонів років. І потрібно зауважимо, що Сонце, знаходиться в достатньо затишному та спокійному місці Галактики. Тому нам надзвичайно пощастило, що впродовж мільярдів років, Земля практично не стикалась з тими космічними катаклізмами, якими наповнена наша Галактика.
Мал.4 Картина загального устрою нашої Галактики.
На завершення додамо, що сучасна астрономія нерозривно пов’язана з фізикою. Цей нерозривний зв’язок полягає не лише в тому, що астрономічні дослідження цілком і повністю базуються на застосуванні фізичних законів, фізичних методів вимірювань та фізичному методі досліджень. Нерозривний взаємозв’язок астрономії і фізики з усією очевидністю ілюструє факт того, що той базовий розділ сучасної астрономії який називається космологією – наукою про Всесвіт, одночасно є і певним розділом сучасної фізики – науки про Природу. Не будемо забувати і про те, що за сучасною науковою термінологією, термін «Природа», є більш загальним аніж термін «Всесвіт».
Контрольні запитання.
1. Що є предметом вивчення астрономії?
2. Які стадії проживає зірка в процесі своєї еволюції?
3. Опишіть загальний устрій Сонячної системи.
4. Які планети Сонячної системи можна побачити не озброєним оком?
5. Як називається наша Галактика і чому вона має таку назву?
6. Опишіть загальний устрій нашої Галактики.