III. Домашнє завдання

Опрацювати §7, §8.

Д ля допитливих.

Найдавніше затемнення Сонця, зафіксоване в історичних хроніках, спостерігалося 22 жовтня 2137 р. до н.е. в Китаї. У Вавилонських архівах перші записи про затемнення зроблені у VIII ст. до н.е. Завдяки тривалим систематичним спостереженням у Вавилоні була встановлена періодичність затемнень Місяця. Через рідкісність сонячних затемнень їх повторюваність людство виявило значно пізніше. Австрійський учений Т. Оппольцер (1841-1886 рр.) у «Каноні затемнень» навів дані про всі затемнення з 1208 р. до н. е. до 2163 р. н.е. (близько 8 000 сонячних і 5 000 місячних затемнень). Бельгійські вчені у 1966 р. склали аналогічний канон затемнень із 1898 р. н.е. до 2510 р. н.е. (усього 1449 затемнень).

Про затемнення часто згадується в історичних хроніках. Маючи точний час затемнень та використовуючи згадки про них, можна встановити точні дати історичних подій. Панічний страх людей перед затемненнями та лихом, яке вони віщують, зумовлював припинення війн, відстрочення військових походів тощо. Так, за переказами, затемнення Сонця зупинило битву лідійців і мідян. Йдеться про сонячне затемнення 28 травня 585 р. до н.е., отже. встановлений точний час війни та інших подій, про які згадується в літописах, що відбувалися одночасно з нею.

Заняття 6. Геліоцентрична система. Конфігурації планет. Видимі рухи планет. Закони Кеплера.

Мета: ознайомити студентів із розвитком уявлень про будову світу; дати означення та загальну характеристику планетних конфігурацій; ознайомити учнів із законами Кеплера; дати означення горизонтального паралаксу; сформувати уявлення про способи визначення відстаней до небесних тіл.

Основні поняття: система світу, конфігурації планет, сполучення (верхнє та нижнє), протистояння, елонгація (західна та східна), квадратура (західна та східна), афелій, перигелій, середня відстань до планети, паралактичне зміщення, горизонтальний паралакс, астрономічна одиниця.

Обладнання: модель Сонячної системи.

Студенти повинні знати: суть геліоцентричної систем світу; основні конфігурації планет; будову Сонячної системи та назви її великих планет; зміст трьох законів Кеплера; афелій, перигелій, горизонтальний паралакс; величину астрономічної одиниці.

Студенти повинні вміти: визначати відстань до світила за його паралаксом і навпаки, пояснити причини і закономірності видимого руху планет.

Структура та зміст уроку

І. Перевірка домашнього завдання

Запитання для бесіди:

— Що таке екліптика? Чим зумовлений видимий рух Сонця серед зір?

— Які фази Місяця ви знаєте? Чому вони змінюються?

— За якої умови спостерігаються місячні та сонячні затемнення?

II. Вивчення нового матеріалу

Ще на початку цивілізації люди, спостерігаючи за небесними світилами та їхніми рухами, намагалися пояснити побачене. Найдавніші, найпримітивніші уявлення про світобудову полягають в тому, що Землю вважали плоскою, розташованою на трьох китах чи слонах. Із часом були створені інші моделі, у яких обов'язково Землі відводилось центральне місце. Вони теж виявились неправильними. Лише у XV ст. Миколай Копернік запропонував таку модель світу, якою користуються дотепер.

Системою світу називають уявлення про розташування в просторі і рух Землі, Сонця, Місяця, планет, зір та інших небесних тіл.

Автором першої системи світу був Аристотель (384-322 рр. до н.е.) — один із найвидатніших та найавторитетніших учених Стародавньої Греції. Він був наставником та другом Олександра Македонського, брав участь у військових походах. Подорожуючи, учений проводив наукові спостереження. Аристотель довів, що Земля кулеподібна (за формою тіні на диску Місяця під час затемнення). Система світу Аристотеля називається геоцентричною (від грецького «геос» — земля). Навколо Землі, яку вчений вважав центром Всесвіту, обертаються прозорі тверді сфери, до яких прикріплені Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер та Сатурн. На восьмій сфері розташовані всі зорі, а на дев'ятій, на думку Аристотеля, — «двигун», який обертає всі сфери.

Через півтисячоліття інший грецький учений Клавдій Птоломей (бл. 90-160 рр. н.е.) у праці «Альмагест» (арабізована назва «Велика будова») описав систему світу, яка теж є геоцентричною. У центрі Всесвіту розміщена нерухома Земля. Навколо неї рухаються по колах— деферентах — Місяць і Сонце. Планети Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн рівномірно рухаються по малих колах — епіциклах, центри яких обертаються навколо Землі по відповідних деферентах (див. рис.).

Підбором радіусів орбіт та шляхом складних геометричних побудов ученому вдалося створити систему світу, яка пояснювала складний видимий петлеподібний рух планет на небосхилі та дозволяла передбачати сонячні і місячні затемнення. Геоцентрична система світу проіснувала 1300 років.

Р езультатом тридцятилітньої наукової роботи видатного польського астронома Миколая Коперніка (1473-1543) стали шість книг зі спільною назвою «Про обертання небесних сфер» (1543 рік). У цій праці були викладені основи геліоцентричної системи світу (від грецького геліос — сонце). Учений вважав, що Земля обертається навколо своєї осі і разом з іншими планетами — навколо Сонця, причому періоди обертання та радіуси планет різні (див. рис.). Копернік спростував уявлення про Землю, як особливе центральне тіло Всесвіту і вважав її рядовою планетою, що рухається навколо Сонця. Своїм ученням Копернік насмілився заперечити геоцентричну систему світу, яку визнавала церква. Тривалий час, аж до 1836 року, католицька церква забороняла читання праць великого вченого. Зараз геліоцентричну систему світу використовують для опису Сонячної системи — мізерної частини Галактики. Будову ж Всесвіту в цілому вивчає космологія, у якій і створені повніші та загальніші моделі світу.

До складу Сонячної системи входять Сонце, дев'ять великих планет (Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон), 58 супутників планет, понад сто тисяч малих планет (астероїдів), понад сто мільярдів комет, та безліч метеорних тіл (діаметром до 100 м). Усі вони об'єднанні гравітаційною взаємодією (див. рис.).

Найвіддаленіша з великих планет — Плутон — перебуває на відстані 6 млрд км від Сонця. Є малі тіла, що належать, до Сонячної системи, але віддалені ще більше. Незважаючи на такі величезні відстані між об'єктами нашої планетної системи, вона доволі компактна, адже найближча зоря Проксима Кентавра віддалена від Сонця у 7000 разів далі, ніж Плутон.

Меркурій та Венера розташовані ближче до Сонця, ніж Земля. Ці дві планети називають внутрішніми, або нижніми (відносно Землі). Відповідно Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон називають зовнішніми, або. верхніми планетами, бо їхні орбіти розміщені зовні земної.

Характерні взаємні розміщення планет, Землі і Сонця називають конфігураціями. Розглянемо конфігурації внутрішніх та зовнішніх планет, вважаючи, що вони обертаються навколо Сонця в одній площині.

В нутрішня планета може опинитися на одній прямій із Сонцем та Землею, перебуваючи або між ними, або за Сонцем. Такі конфігурації називаються відповідно нижнім та верхнім сполученнями (див. рис.). У нижньому сполученні планета найближча до Землі, а у верхньому — перебуває на максимальній віддалі. За умови такого розташування планети її із Землі не видно, бо у випадку нижнього сполучення планета повернута до Землі нічною (неосвітленою Сонцем) півкулею, а у верхньому сполучені вона губиться в сонячному світлі, хоча і повернута до Землі освітленою півкулею.

Конфігурація внутрішніх планет:

1 — верхнє сполучення;

2 — нижнє сполучення;

3 — західна елонгація;

4 — східна елонгація.

Кутова відстань планети від Сонця називається елонгацією (від латинського елонго — віддаляюся). Елонгацію позначають буквою . Розрізняють східну та західну елонгації. Для внутрішніх планет існує найбільший кут (максимальна елонгація, або найбільше віддалення), на який вони віддаляються від Сонця при спостереженні із Землі (див. рис.). Для Меркурія _max ≈ 28°, а для Венери — _max ≈ 48°.

Отже, конфігураціями внутрішніх планет є верхнє та нижнє сполучення, східна та західна елонгації.

Розглянемо конфігурації зовнішніх планет. Якщо планета розташована на одній прямій із Сонцем та Землею, то вона може опинитись або за Сонцем (відносно Землі), або проти Сонця. Тоді планета відповідно у сполученні або протистоянні (див. рис.). У сполученні планету із Землі не видно, бо її закриває Сонце. Протистояння — оптимальна конфігурація для спостереження зовнішніх планет. За такого розміщення відстань між Землею і планетою мінімальна, планета повернута до Землі освітленою півкулею і видно планету на небосхилі цілу ніч.

К вадратура — це така конфігурація, за якої кут між напрямами на планету і на Сонце прямий. Є західна і східна квадратури (див. рис.).