1.1 Контрольные вопросы

1. Гипотеза возникновения Вселенной.

2. Мера яркости звёзд.

3. Большая яркая стареющая звезда.

4. Характерные особенности черной дыры.

5. Самая плотная часть галактики «Млечный Путь».

6. Звезда с переменной яркостью.

7. Газовая оболочка вокруг звезды.

8. Самая близкая к Северному полюсу яркая звезда в созвездии Малой Медведицы.

9. Галактики с сильным источником электромагнитного излучения в радиочастотном диапазоне.

10. Теория стационарной Вселенной.

Рисунок 1.2 – Оптический телескоп ТАЛ – 150

2 Солнечная система

Солнце является центральной звездой Солнечной системы и составляет 99,86% массы системы. Вокруг Солнца вращается девять планет (рисунок 2.1). Диаметр Солнца 1 392 000 км, температура поверхности около 5 500º С. Температура в центре Солнца 15 000 000º С. Солнце состоит на 70% из водорода и на 30% из гелия. Солнечная энергия вырабатывается в ходе реакций ядерного синтеза, превращающих водород в гелий в центральных областях звезды. Газ в ядре Солнца по плотности превосходит ртуть на Земле. Возраст Солнца приблизительно 4,7 млрд. лет, а срок дальнейшего существования еще 10 млрд. лет.

Рисунок 2.1 - Солнечная система

Кроме указанных в таблице 2 девяти больших планет, вокруг Солнца движутся малые планеты (астероиды) с размерами в диаметре от 1 км до 940 километров. Большинство из них находятся в поясе, расположенном между орбитами Марса и Юпитера. Считается, что они представляют собой осколки, оставшиеся со времен формирования Солнечной системы. Некоторые астероиды при своем вращении могут сближаться с Землей, а астероиды Аполлона даже пересекают земную орбиту (рисунок 2.2). Астероиды группы Аполлона были открыты в 1932 году. Эти тела в диаметре около 2 км отражают очень мало света, поэтому их можно наблюдать только вблизи Земли.

Таблица 2 – Параметры планет Солнечной системы

Название планет	Расстояние от Солнца, млн. км	Период обращения вокруг собственной оси, земные. сутки	Масса планеты, единица массы Земли	Экваториальный диаметр, км
Меркурий Сатурн	58 1 427 млрд. км	59 10 ч. 14 м.	0,056 95	4 880 120 000
Венера	108,2	243	0,82	12 100
Земля	149 500	23 ч. 56 м. 4,1 с.	-	12 756
Марс	227,9	24 ч. 37 м.	0,11	6 780
Юпитер Уран	778 2,9 млрд. км	9 ч.51 м. 17 ч. 12 м.	318 14,5	142 800 508 000
Нептун	4,4 млрд. км	16 ч. 7 м.	17,2	48 600
Плутон	5,9 млрд. км.	6,39	0,002	2 300

Естественный спутник есть любой естественный космический объект, вращающийся вокруг планеты и не имеющий собственных спутников.

Рисунок 2.2 – Орбиты планет земной группы. Времена года

Прохождение одного небесного тела сквозь тень другого вызывает затмение. Этот термин обычно применяется, когда говорят о солнечных или лунных затмениях, которые могут быть полными или частичными (рисунки 2.3, 2.4). Можно говорить о затмениях Юпитера с его спутниками. Затмение какой – либо звезды объектом Солнечной системы называют покрытием.

Рисунок 2.3 – Частное затмение Солнца «Бриллиантовое кольцо» (29 марта 2006 года). Фотография С.В. Булдакова

Солнечное затмение происходит, когда Луна оказывается между Солнцем и Землей, что возможно лишь в новолуние. Во время полного затмения Солнца становится видимой солнечная корона (рисунок 2.5). Полное солнечное затмение может продолжаться до 7,5 минуты. Когда Луна находится в самой удаленной точке от Земли, её диск не может целиком закрыть диск Солнца, в данном случае возникает кольцеобразное затмение. Ежегодно бывает до пяти солнечных затмений.

Лунное затмение наступает, когда Луна попадает в тень Земли и становится тёмной вплоть до выхода из тени. Лунные затмения могут быть частичными или полными и возможны лишь в полнолуние. Полное лунное затмение может длится до 100 минут. В год может происходить до трёх лунных затмений.

Рисунок 2.4 – Полное затмение Солнца 29 марта 2006 года (Алтай)

Рисунок 2.5 – Схема полного солнечного затмения

Такое понятие, как знаки зодиака является областью небесной сферы, где пролегают траектории Солнца (эклиптика*), Луны и планет. Древним грекам было известно только пять планет, и зодиак имел ширину около 16º. В астрологии, как известно, он разбит на 12 знаков: Овна, Тельца, Близнецов, Рака, Льва, Девы, Весов, Скорпиона, Стрельца, Козерога, Водолея и Рыб. Каждый знак зодиака простирается на 30º. Области знаков зодиака не совпадают с соответствующими астрономическими созвездиями.

* Эклиптика – большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение центра массы Солнца. Эклиптика наклонена к плоскости небесного экватора под углом 23º 27'.

Площади, занимаемые 12-ю зодиакальными созвездиями, не равны друг другу. Эти созвездия не покрывают целиком зодиак с линией эклиптики, часть которого проходит через созвездие Змееносца.

Небольшие небесные тела, состоящие изо льда, называют кометами. Кометы состоят из центрального ядра, имеющего в поперечнике несколько километров и состоящего изо льда и пыли. Комета, приближаясь к Солнцу, нагревается, высвобождая газ и пыль, которые образуют вокруг разреженную оболочку (кому), достигающую в поперечнике до 100 000 км. Газ и пыль, под воздействием центробежных сил устремляются от ядра, образуя один или несколько хвостов, которые простираются на миллионы километров. Кометы подразделяются на два типа, с высоким и низким содержание метанола*. Очевидно, что кометы образовались во времена зарождения Солнечной системы. Большинство комет проносятся мимо Солнца и возвращаются в дальний космос. Их следующее появление может произойти через тысячи или миллионы лет. Есть кометы, которые возвращаются каждые 200 лет. Их называют в астрономии периодическими. Из нескольких сотен известных комет, около 160 являются периодическими. Самым коротким периодом обладает комета Энке, совершающая оборот вокруг Солнца за 3,3 года.

* Метанол – тоже, что метиловый спирт.

Вокруг Солнца, с помощью коронографа, наблюдается корона состоящая из разреженного горячего газа температура которого около 2 000 000ºС. Корона хорошо видна даже не вооруженным глазом во время солнечных затмений. Газ, испускаемый короной, образует солнечный ветер. Разреженные газ и пыль, распределенные по пространству Солнечной системы, представляют собой межпланетную материю. Мелкая пыль, сосредоточенная в плоскости Солнечной системы, рассеивает солнечный свет, образуя зодиакальный свет. Кометы испускают облака пыли, которые, попадая в атмосферу Земли, вызывают метеоритные потоки.

Вспышку света в ночном небе, часто называют падающей звездой. На самом деле это метеоры. Вызывается вспышка частицами пыли или метеором, входящими в атмосферу на скорости до 70 км/с и сгорающими на высоте около 100 км. В ясную ночь можно наблюдать десятки спорадических метеоров в час. Несколько раз в году Земля проходит через пылевые облака, порожденные кометами, при этом наблюдаются метеорные потоки. Светящиеся частицы исходят из одной точечной области на небе, дающей название метеорному потоку. Ежегодно в августе, в созвездии Персея появляется метеорный поток Персеиды. Леониды, исходящие из созвездия Льва, вызываются кометой Темпля – Туттля, которая совершает оборот вокруг Солнца за 33 года. Поток Леонид достигает максимума, когда комета наиболее близка к Солнцу.

Каменные или металлические космические объекты, достигающие поверхности Земли или других небесных тел называют метеоритами. Предполагается, что большинство метеоритов представляют собой обломки астероидов или частями кометных ядер. Больше всего каменных метеоритов, меньшая часть метеоритов состоит из железа, и небольшое количество имеют смешанную железокаменную структуру.

Каменные метеориты разделяют на две группы: Хондриты и Ахондриты. Хондриты составляют 85% метеоритов. Они содержат мелкие сферические частицы селикатных минералов оливина ортопироксена. Ахондриты не содержат хондр. Метеориты представляют свидетельства о природе Солнечной системы, не исключено, что их состав может быть близким к веществу земного ядра и мантии.

Красочное свечение в ночном небе, вблизи магнитных полюсов, в северном и южном полушариях, называют Полярным сиянием. Полярное сияние представляет собой светящуюся арку, вершина которой направлена к магнитному полюсу и обрамлена дугами, лентами, лучами и пологими коронами. Свечение представлено желтыми, зелеными, голубыми, красными, цветами и их оттенками. Полярное сияние вызывается на высотах свыше 100 км быстрыми потоками заряженных частиц, испускаемых солнечными вспышками и областями солнечной короны с низкой плотностью вещества – «дырами».

Яркое газовое облако, поднимающееся с поверхности Солнца на высоту 100 000 км и более, называют протуберанцем (рисунок 2.6). Протуберанцы существуют месяцами, удерживаясь на месте магнитным полем солнечной короны. Эруптивные протуберанцы представляют собой струи газа устремляющиеся в космос со скоростью около 1 000 км/с. Петлеобразные протуберанцы образуются тогда, когда газ спускается обратно на Солнце после солнечной вспышки.

Рисунок 2.6 – Солнечные протуберанцы

Две зоны, расположенные вокруг магнитосферы Земли, содержащие заряженные частицы представляют собой радиационный пояс Ван Алена. Элементарные частицы поступают из верхних слоев атмосферы и солнечного ветра захватываются магнитным полем Земли. Внутренний пояс, состоящий из протонов и электронов, расположен на высоте 1 000 – 2 500 км над экватором, снижаясь у полюсов. Пояс, в основном, состоит из электронов солнечного ветра.

Яркое извержение на Солнце, происходящее над солнечным пятном и связанное (предположительно) с выбросом магнитной энергии называется солнечной вспышкой. Вспышки достигают максимальной яркости за несколько минут, а затем постепенно угасают в течение часа или нескольких минут. Вспышка испускает в пространство поток элементарных частиц, скорость распространения которых достигает 1 000 км/ч. Достигнув Земли, эти частицы способны вызывать нарушение радиосвязи, возмущения магнитного поля и полярные сияния.

Чем дальше от Солнца, тем жарче: солнечная корона на 1 994 000ºС горячее, чем само Солнце.

Тёмное пятно на поверхности Солнца, представляющее собой область менее нагретого газа называют солнечным пятном (рисунки 2.7, 2.8). Пятно, предположительно вызывается магнитными полями, препятствующими поступлению тепла к поверхности Солнца из глубинных областей. Солнечное пятно состоит из темной центральной области (тени) температура которой достигает 3 700ºС и более светлой окружающей области (полутени) температура которой достигает 5 200ºС. Размеры пятна достигают до 100 000 км и продолжительностью существования до месяца. Обычно солнечные пятна появляются в период солнечной активности. В это время рядом с пятнами наблюдаются вспышки. Количество солнечных пятен может быть до 100. В 1645 – 1715 г. наблюдался спад образования солнечных пятен, известный науке как минимум Маундера, совпавший с похолоданием в Европе.

Поток элементарных частиц, в основном протонов и электронов, покидающих солнечную корону на скоростях до 1 000 км/с, называется солнечным ветром. Наиболее быстрые потоки исходят из «дыр» солнечной короны, расположенных над областями, в которых отсутствует поверхностная активность. Солнечный ветер отклоняет хвосты комет в сторону, противоположную Солнцу. Порывы солнечного ветра вызывают возмущение магнитного поля Земли и полярные сияния.

Рисунок 2.7 – Поверхность Солнца с пятнами

Рисунок 2.7 – Солнечные пятна

Многие века люди Земли видят звёзды на небе в одних и тех же, почти не меняющихся конфигурациях. Ещё в древности их объединили в созвездия, которые стали настолько привычными, что мысль о родстве звёзд, в пределах одного созвездия, кажется нам вполне разумной. Светила же, находящиеся в противоположных концах небосвода, едва ли кому-нибудь придет в голову назвать "единоутробной родней". Оказывается, здесь земная логика нас подводит. Но если подняться над Галактикой и время измерять миллионами лет, то выявится истинное родство ночных светил, и иллюзия "неизменности" созвездий распадется в пыль. Одним из первых, кто столь непривычно взглянул на звезды, был американский астроном Олин Эгген.