18.Элементы специальной теории относительности. Постулаты сто. Эффект Доплера. Доплеровское смещение спектральных линий. Синхротронное излучение.

СТО –теория пространства-времени для областей, в которых поля тяготения пренебрежимо малы и в которых могут быть введены локально инерционные системы отсчёта.

Постулаты СТО: 1)Принцип относительности: Все физические процессы протекают одинаково во всех инерциальный системах отсчёта. 2)Принцип постоянства скорости света: Скорость света не зависит от скорости движения источника или приемника излучения.

Следствия из постулатов СТО:1)Преобразования Лоренца; 2)Сложение скоростей; 3)Сокращение линейных размеров; 4)Замедление времени; 5)Эффект Доплера.

1)Преобразования Лоренца. Пусть x, y, z–неподвижная система координат; a, b, c–система координат, которая движется со скоростью vотносительно x, y, zвдоль оси x. Тогда:

; b=y; c=z; ;

2)Сложение скоростей: ; ; ;

3 и 4)Сокращение линейных размеров и замедление времени: ; ;

5)Эффект Доплера – изменение частоты колебаний или длиныволны, воспринимаемой наблюдателем при движении источникаколебаний и наблюдателя друг относительно друга:

где ν0 – частота колебаний неподвижного источника, u – скоростьисточника, θ – угол между направлением движения источника инаправлением на приёмник.

• При θ = 0 и θ = π – продольный эффект Доплера, при θ = π/2 –поперечный эффект Доплера.

• Эффект Доплера играет исключительно важную роль вастрофизике, т.к. позволяет на основании положения

спектральных линий судить о движении небесных тел.

• Эффект Доплера позволяет также определить угловую скоростьвращающегося тела. Вследствие вращения Солнца его восточныйкрай приближается к наблюдателю, а западный – удаляется.Поэтому спектральные линии излучения на восточноми западном краяхСолнца вблизи его экватора сдвинуты относительно друг друга.

Измерения доплеровского смещения линий в спектрах излучениядалёких галактик привели к выводу о расширяющейся Вселенной(красное смещение).

Синхротронноеизлучение— электромагнитноеизлучение, испускаемое заряженнымичастицами, движущимися срелятивистскимискоростями по траекториям искривлённыммагнитным полем.

19. Общие сведения о Солнечной системе. Состав и структура, характер движения объектов. Планеты земной группы и планеты-гиганты. Спутники планет. Карликовые планеты и их спутники. Малые тела.Пояс Койпера. Гелиосфера. Облако Оорта.

Солнечная система

• Солнечная система – планетная система, включающая в себя Солнце и все естественные космические объекты,обращающиеся вокруг Солнца: планеты и ихспутники, астероиды, кометы,метеорные тела, космическую пыль.

• Масса Солнца составляет 99,8 % от суммарноймассы всей Солнечной системы.

Планеты

• Планета — это небесноетело, которое:обращается вокруг звезды, не является звездой, обладает достаточной массой, чтобы иметь форму, близкую ксфере, вблизи орбиты которого имеется «пространство, свободное отдругих тел».

Планеты Солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля, Марс,Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Спутники планет

• Спутник - объект, вращающийся вокругцентрального тела так, что центр масс системынаходится внутри центрального тела.

• У Земли один естественный спутник – Луна. Барицентрорбиты Луны находится примерно на расстоянии 4700 кмот центра Земли.

• У Марса два спутника – Фобос и Деймос.

• У Юпитера известно 63 спутника и система колец.

• У Сатурна известно 62 спутника и система колец.

• У Урана известно 27 спутников и система колец.

• У Нептуна известно 13 спутников и система колец.

Карликовые планеты

• Карликовая планета — небесноетело, которое:обращается по орбите вокруг Солнца, имеет достаточную массу для того, чтобы под действием сил гравитацииподдерживать гидростатическое равновесие и иметь близкую к округлойформу, не доминирует на своей орбите т.е. не может расчистить пространство отдругих объектов, не является спутником.

Карликовые планеты занимают промежуточное положение между планетами и малыми телами.• В настоящее время Международным астрономическим союзомофициально признаны пять карликовых планет: Церера, Плутон,Хаумеа, Макемаке, Эрида.• При этом предполагается, что по меньшей мере ещё 40 изизвестных объектов в Солнечной системе принадлежат к этойкатегории. У Плутона известно три спутника: большой спутник Харон, атакже два малых спутника – Гидра и Никта. Барицентр системыПлутон—Харон находится вне поверхности Плутона, поэтомуПлутон и Харон считают двойной планетой У Хаумеи иЭриды также имеются спутники.

Малые тела Солнечной системы

• Малые тела Солнечной системы -все малыемалые планеты, в том числе:классические астероиды;«троянцы», «греки» и «кентавры»;транснептуновые объекты (ТНО), исключаякарликовые планеты и все кометы.

Астероиды (малые планеты)

Большая часть известных астероидов движется междуорбитами Марса и Юпитера на средних расстояниях от 2,2 до 3,6 а.е.от Солнца. Эти астероиды составляют пояс астероидов.В поясе астероидов находится от1 100 000 до 1 900 000 астероидов диаметром более 1 км. Диаметр самого большого астероида – Паллады – составляет 500 км.Общая масса всех астероидов главного пояса составляет всего около4% от массы Луны. Масса Цереры — около 32% от общей, а вместе стремя крупнейшими астероидами — Вестой (9%), Палладой (7%) иГигеей (3%) — 51%, то есть абсолютное большинство астероидовимеют ничтожную массу.• Вне главного пояса, по орбитам, близким к орбитеЮпитера, движутся «троянцы» и «греки». Эти двегруппы астероидов расположены в окрестностяхчетвёртой и пятой точек Лагранжа.

Транснептуновые объекты (пояс Койпера)

Пояс Койпера – область Солнечной системы,находящаяся за орбитой Нептуна, на расстоянии, превышающем30 а.е. от Солнца. Пояс Койпера похож на пояс астероидов, но в20 раз шире и в 20-200 раз превышает пояс астероидов по массе. Вотличие от каменных и металлических астероидов главногопояса, объекты пояса Койпера состоят в основном иззамороженного метана, аммиака и воды.Объекты пояса Койпера и естьтранснептуновые объекты.

Облако Оорта.

• В настоящее время предполагается, что Солнечная системаокружена облаком Оорта, которое служит источникомдолгопериодических комет. Наблюдениями существование облакаОорта пока не подтверждено.• Предполагаемое расстояние до внешних границ облака Оорта отСолнца составляет от 50 000 до 100 000 а.е. Внешняя граница облака Оорта определяет гравитационнуюграницу Солнечной системы.• Облако Оорта, как предполагают, включает две отдельныеобласти: сферическое внешнее облако Оорта и внутреннее облакоОорта в форме диска.

20. Видимые движения планет на фоне звёзд. Нижние и верхние планеты. Система мира Клавдия Птолемея, Николая Коперника и Тихо Браге. Конфигурации планет. Синодические и сидерические периоды обращения планет. Гелиоцентрические и геоцентрические долготы. Парад планет.

Видимые движения планет на фоне звёзд. Нижние и верхние планеты

По видимому движению планет все планеты делятся на нижние(Меркурий и Венера) и верхние(все остальные, кроме Земли). Нижние планеты – планеты, которые не откланяются далеко от Солнца(не больше 48 градусов). Верхние – отходят от Солнца на 180 градусов.

Видимое движение нижних планет происходит так: Например, Венера, может находиться в восточной элонгации, затем Венера движется в попятном направлении с востока на запад, проходит между Солнцем и Землей, т.е. нижнее соединение, и идет к западной элонгации, где она останавливается, и идет в прямом направлении, проходя за Солнцем к восточной элонгации.

Система мира Птолемея

1. Земля шарообразна инаходится в центреВселенной;2. Земля неподвижна;3. Все небесные тела движутсявокруг Земли;4. Движение небесных телпроисходит по окружностямс постоянной скоростью.

Суточное движение всех светилобъяснялось вращениемВселенной как одного целоговокруг неподвижной Земли. Это геоцентрическая система мира.

Система мира Коперника

Это гелиоцентрическая система мира.

1. В центре мира находится Солнце;2. Шарообразная Земля вращается вокруг своей оси и это вращение объясняеткажущееся суточное движение всех светил;3. Земля, как и другие планеты, обращается вокруг Солнца по окружности, и этообращение объясняет видимое движение Солнца среди звёзд;4. Все движения представляются в виде равномерных круговых движений;5. Кажущиеся прямые и попятные движения планет принадлежат не им, а Земле.

В результате анализа наблюдательных данных Коперник пришёл к выводу, что всепланеты, в т.ч. и Земля, движутся вокруг Солнца примерно в одной плоскости.Луна движется вокруг Земли и, как спутник, вместе с Землёй – вокруг Солнца.Т.к. Меркурий и Венера в видимых движенияхне отходят далеко от Солнца, то их орбиты расположены ближе к Солнцу, чеморбита Земли. Чем медленнее движется внешняя планета, тем дальше онарасположена от Солнца.

Система мира Тихо Браге

Гео-гелиоцентрическаясистема мира:Солнце, Луна и звёзды вращаются вокругнеподвижной Земли,а все планеты и кометы — вокруг Солнца. С расчётной точки зрения эта модель ничем неотличалась от системы Коперника, однакоимела одно важное преимущество, особенно после суда над Галилеем: она не вызывалавозражений у инквизиции.

К онфигурации планет

C – Солнце, T – Земля

V1 – нижнее соединение, V2 – верхнее соединение

V3 – западная элонгация, V4 – восточная элонгация

M1 – противостояние, M2 – соединение

M3 – западная квадратура, M4 – восточная квадратура

Синодические и сидерические периоды обращения планет

• Синодический период (S) -промежутоквремени между двумя её последовательными одноимёнными конфигурациями.

• Сидерический, период (T) - промежуток времени, за который планета совершает одинполный оборот вокруг Солнца.

• Сидерический период обращения Земли называется звёздным годом (TΔ).

• Непосредственно из наблюдений с Земли можно определить только TΔ исинодические периоды планет.

• Периоды S, T и TΔ связаны уравнением синодического движения:ω = 360/ T – угловое смещение планеты за суткиωΔ = 360/ TΔ – угловое смещение Земли за суткиΔω = |ω – ωΔ| – видимое угловое смещение планеты за сутки

Гелиоцентрические и геоцентрические долготы

• C – Солнце, • P – внутренняя планета• Т – Земля

• L – гелиоцентрическаядолгота Земли

• l – гелиоцентрическаядолгота планеты

• λ – геоцентрическаядолгота планеты

Парад планет – астрономическое явление, при котором несколько планет Солнечной системы находятся в секторе поля зрения с углом раствора 30 градусов.