1.2. Элементы астрономии и небесной механики

(Занятие12) 1.2.1. Метагалактика, галактики, звездные скопления,

звезды, Солнце, Солнечная система, Земля и Луна:

некоторые характеристики и целостная система

Всю существующую (известную и неизвестную нам) Природу в астрономии называют Вселенной. Наблюдаемая астрономическими методами ее часть – Метагалактика изучается наукой, космологией. Наблюдения и теоретическое моделирование на основании общих законов науки есть метод космологии. Физической основой космологии являются теория тяготения и общая теория относительности, связавшие пространство, время и геометрические характеристики Метагалактики. Космология, как и другие научные направления, развивается по ходу развития науки вообще. Поэтому кроме своей физической основы она включает в себя всю науку как свою внешнюю среду на макро и микроуравне.

Среди астрономических объектов, наполняющих Метагалактику, мы, прежде всего, выделим звезды. Звезда есть астрономический объект, излучающий электромагнитную энергию и имеющий структуру определенного типа. В рамках этой структуры каждая звезда имеет свою характеристику (возраст, размер и т. д.), которая относит ее к месту в классе звезд. Множества звезд могут образовывать более или менее плотные звездные скопления и галактики, в которых каждая звезда отличается от других своими индивидуальными характеристиками. Так Солнце является звездой среднего класса (среднего возраста и размера). Вокруг Солнца по орбитам вращаются планеты, астероиды, кометы и другие тела, образующие Солнечную систему. Свои системы могут иметь и другие звезды. Однако объекты звездных систем (как индивидуальные объекты) только начали изучаться. По сравнению с ними Солнечная система изучена достаточно хорошо. Она состоит из девяти планет. По последним данным девятая планета (Плутон), вероятно, не является собственным телом Солнечной системы, а есть тело, захваченное ею из более отдаленного пространства. Солнце – плазменный (газ, атомы которого лишены электронных оболочек) шар, в 109 раз больше радиуса Земли и в 330000 раз больше ее по массе. Температура на поверхности порядка 6000 гр., в центре 14 млн. гр. Такая температура поддерживается термоядерной реакцией.

Большинство планет Солнечной системы имеют спутники. На рисунке показаны относительные размеры Солнца, планет и количество их спутников. Земля – третья планета земной группы - имеет экваториальный радиус 6378 км. Средний радиус орбиты вокруг Солнца – около 150 млн. км. Он принят за астрономическую единицу. Луна имеет средний радиус

орбиты вокруг Земли 384000 км.

Еще в семидесятых советский философ – космист Е.Т.Фаддеев предложил представление о структуре природы в координатах макро-микро-сложность, которое в макро охватывается Метагалактикой. Эту гипотезу, названную тогда «рядом развития» тогда достаточно активно изучали и обсуждали специалисты от физиков до философов. Вся система этого представления объединяла живую и неживую материю от полюсов «макро» и «микро» вдоль оси «сложности» от Метагалактики и пространственно-временного континиума, через генезис элементарных частиц в звездах, планетный химизм, зарождение жизни к биосфере и социуму и к ноосфере в развитии. Это в определенной степени есть расширение, обобщение и позитивная перефраза представлений, выработанных В.И.Вернадским и представлениями о возникновении Метагалактики из сингулярности по теории «большого взрыва». Здесь «гипотеза развития материи» представляла собой ряд уровней сложности ее организации, возникающей из первоначального пространственно-временного континиума, первоначального ее неструктурного состояния. Структура зарождается на микроуровне возникновением из континиума элементарных частиц, формирующих на макроуровне реликтовые звездные скопления и галактики, в которых процесс на микроуровне ускоряется и структурно оформляется. На этом первом уровне организации материи во взаимодействии макро и микро «созревают» элементарные частицы и ядра легких и более тяжелых химических элементов, а также звезды и галактики как условие дальнейшего усложнения материи на следующих уровнях ее организации.

На втором уровне организации около звезд на макроуровне формируются планеты, внутри которых на микроуровне идут планетнохимические процессы. Применительно к Земле это есть ее геохимическая эпоха.

Третий уровень есть уровень зарождения организмов (начиная с живой клетки) в органохимических реакциях планетохимических процессов на микроуровне и формирования биосферы.

Четвертый уровень есть уровень индивидуумов на микроуровне и социумов на макро.

Пятый уровень – индивидуальное сознание и ноосфера (сфера разума).

Все уровни созревают по мере их генезиса и развития во взаимодействии и взаимном усилении. Эта гипотеза представляется нам полезной для понимания Метагалактики в ее развитии и Природы в целом, если между ними можно видеть различие.

(Занятие 8) 1.2.2. Понятие гравитационного поля. Центральное и

плоскопараллельное гравитационные поля.

Потенциал точки и потенциальная энергия тела,

движущегося в центральном поле

Физике известны силовые поля четырех видов: гравитационное, электрическое, магнитное и внутриядерное. Силовое поле есть пространство, в котором между телами проявляется силовое взаимодействие. Гравитационным полем называют поле силового взаимодействия между массами тел. Для двух масс величина силы взаимодействия будет:

m m

F= f -------- …. (2.1), где

r

F – силы, действующие на первое и второе тело навстречу друг другу.

Этот закон открыт в 1665- 1666 гг. Исааком Ньютоном и носит название закона всемирного тяготения. Он использовал, объяснил и обобщил три эмпирических закона Кеплера, сформулированных в начале семнадцатого века:

1. Все планеты движутся в плоскости по орбитам-эллипсам, в одном из фокусов которого находится Солнце.

2. Часть площади орбиты определенной планеты, ометаимая ее радиусом -вектором пропорциональна времени ометания.

3. Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы их средних расстояний от Солнца.

Каждое из тел в (2.1) имеет свое силовое поле, которое определяется тем, что в любую его (поля) точку может быть помещено второе тело для проверки наличия силы со стороны испытываемого поля. Это второе тело мы, по отношению к испытываемому полю, можем назвать проверочным, калибровочным и принять его массу, равной единицы. Им мы устанавливаем всеобщность принадлежности точек испытываемому полю. Теперь сила в точке испытываемого поля, действующая на проверочное тело, становится для нас единственным объектом идентификации точек поля.

Рассмотрим точку поля, сколь угодно удаленную от его центра. Сила поля в этой точке сколь угодно близка к нулю. Перемещение нулевой силы вдоль радиуса-вектора в области этой точки совершается без затраты и выделения работы (энергии).

Любое механическое тело имеет энергию в двух формах: кинетическую

(энергию движения – она не может быть отрицательной, но но может быть равна нулю, если скорость тела равна нулю) и потенциальную (энергию положения). Сумма энергий этих двух форм есть величина постоянная. Это закон сохранения энергии для механического тела – фундаментальный закон механики.