САМОСІЙНА РОБОТА №1

Формули сферичної геометрії.

Паралактичний трикутник.

Перетворення небесних координат.

Сферична геометрія — розділ геометрії, який вивчає геометричні фігури на поверхні сфери. Це приклад неевклідової геометрії. Сферична геометрія виникла в давнину в зв'язку з потребами географії та астрономії.

При перетині двох великих кіл утворюються чотири сферичні двокутники. Площа двокутника визначається формулою , де— радіус сфери, а— кут двокутника.

Сторони сферичного трикутника вимірюють величиною кута, утвореного радіусами сфери, проведеними до кінців цієї сторони. Кожна сторона сферичного трикутника менша суми і більша різниці двох інших. Сума всіх сторін сферичного трикутника завжди менша . Сума кутів сферичного трикутниказавжди більшаі менша. Величинаназивається сферичним надлишком. Площа сферичного трикутника визначається за формулоюЖирара .

Сфери́чні гармо́ніки — набір ортонормованих функцій двох кутових змінних і, які складають повнийбазисфункційсферичного кута.

Сферичні гармоніки позначаються , де l = 0,1,2…, а m пробігає значення від -l до l.

,

де -приєднані поліноми Лежандра.

Сферичні гармоніки є власними функціямиоператора кутового моменту.

Множник в означенні сферичних гармонік вибирається з умови нормування

,

де інтегрування проводиться по повному сферичному куту, а -символ Кронекера.

Паралактичний трикутник

Сферичні трикутники, розміщені на небесній сфері, називаються астрономічними. Перший астрономічний або паралактичний трикутник Трикутник, розміщений на небесній сфері і містить у вершинах зеніт Z , полюс світу P і будь-яке світило М , а сторони якого зображаються дугами небесного меридіана, кола висоти світила і кола схилення світила називають паралактичним або першим астрономічним трикутником. Сторони цього трикутника: PZ=90о–φ (φ – широта місця спостереження), ZM=z=90о–h (z – зенітна віддаль світила), PM=90о–δ (δ – схилення світила). Кути цього трикутника: PZM=180о–А (А – азимут світила), ZPM=t (t – годинний кут світила), PMZ – з астрономічними координатами не зв’язаний і не має спеціального позначення. Другий астрономічний трикутник Трикутник, розміщений на небесній сфері і містить у вершинах полюс світу P, полюс екліптики П і будь-яке світило М, а сторони якого зображаються дугами кола схилення, кола широти світила і кола широти, що проходить через полюс світу, називається другим астрономічним трикутником. Сторони трикутника: PM=90о–δ , ПМ=90о–β (β – широта світила), ПР=ε (ε – кут нахилу екліптики до екватора). Кути трикутника: РПМ=90о–λ (λ – довгота світила), ПРМ=90о+α (α – пряме сходження світила), ПМР – з астрономічними координатами не зв’язаний.

Перетворення небесних координат

Перехід від горизонтальних координат до перших екваторіальних Нехай в заданому місці, широта φ якого відома із спостережень, визначені горизонтальні координати світила М: зенітна віддаль z і азимут А . Визначити координати світила М в першій екваторіальній системі координат. Побудуємо для цього паралактичний трикутник. До сторони РМ застосуємо теорему косинусів:  , або (1). У (1) φ, z, А - задані, а тому можна визначити схилення світила δ. До сторін ZМ і РМ застосуємо теорему синусів: знаходимо sin t: (2). У (2) А, z задані, а δ визначається з (1), тому визначаємо годинний кут t. Обернена задача: нехай задані координати δ і t світила М і відома широта φ місця спостереження. Визначити горизонтальні координати z і А. За теоремою косинусів до сторони ZM: (3). У (3) φ, δ, t задано, а тому визначаємо зенітну віддаль світила. Застосуємо теорему синусів до сторін МZ і РМ: (4). Так як δ і t задані, а z визначається за формулою (3), то (4) визначає азимут світила М. Перехід від першої екваторіальної системи координат до другої Нехай задано координати t і δ світила М в першій екваторіальній системі координат. Так як координата t світила М міняється в результаті добового обертання небесної сфери, то необхідно задати час до якого відносяться ці координати. Цей час може бути задано в будь-якій системі виміру: зоряний, поясний, середній сонячний. Припустимо, що відомо зоряний час s, тоді  (5). Ця формула дозволяє перейти від першої екваторіальної системи координат до другої екваторіальної системи координат, а друга координата схилення в обох системах однакова. Перехід від другої екваторіальної системи координат до екліптичної системи координат Нехай відомо координати α і δ світила М в другій екваторіальній системі координат. Визначимо координати λ і β світила М в екліптичній системі координат. Для світила М будуємо другий астрономічний трикутник. Застосуємо теорему косинусів до сторони ПМ:  (6). δ, α, ε – відомі, тому формула (6) визначає широту β світила М. Застосуємо теорему синусів до сторін ПМ, РМ:  (7). α, δ – відомі, а β визначається з (6), тому (7) дозволяє визначити довготу λ точки М. Обернена задача: дано екліптичні координати β, λ світила М. Визначити екваторіальні координати α, δ. Застосуємо теорему косинусів до сторони РМ:  (8). Застосуємо теорему синусів до сторін РМ і ПМ: (9) ε, β, λ – відомі, тому з (8) визначаємо δ. За відомими β, λ, δ визначаємо α з формули (9).

Екліптична система координат і астрономічний трикутник

Спостереження показують, що Місяць і планети переміщуються по зодіакальним сузір’ям поблизу екліптики. Тому видимий рух цих світил, як і Сонця, вигідно вивчати в екліптичній системі координат. Основні елементи: основна площина - площина екліптики. Кола, проведені на небесній сфері паралельно екліптиці, називаються небесними паралелями. Кола, що проходять через полюси екліптики, перпендикулярно до неї, називаються колом широти. Проведемо через будь-яке світило М паралель і коло широти. Положення світила на небесній сфері можна визначити двома координатами. Кутова відстань т.М від екліптики, рухаючись по колу широти від екліптики, називається широтою (β). Відлічують від екліптики в сторону полюса екліптики. Змінюється в межах: 0о÷90о у північній півкулі; 0о÷-90о в південній півкулі, і колом широти, що походить через т.М називаютьКут між колами широти, що проходить через т. довготою (λ). Відлічують від т.¡ в сторону річного руху Сонця. Змінюється в межах 0о÷360о. Широта і довгота не змінюється в результаті добового руху, бо екліптична система координат жорстко зв’язана з небесною сферою і приймає участь в добовому русі. У зв’язку з цим вона може бути використана для складання зоряних карт. Екліптична система координат використовується в основному для вивчення руху планет.

Умови перебування світил над горизонтом.

Горизонтальна система координат

В горизонтальній системі координат основною площиною є площина математичного горизонту. Однією координатою при цьому є або висота світила h, іншою координатою є азимут A.

Висотою h світила називається дуга вертикального кола від математичного горизонту до світила, або кут між площиною математичного горизонту і напрямком на світило. Висоти відраховуються в межах від 0° до +90° до зеніту і від 0° до −90° до надиру.

Азимутом A світила називається дуга математичного горизонту від точки півдня до вертикального кола світила, або кут між полудневою лінією та лінією перетину площини математичного горизонту з площиною вертикального кола світила. Азимути відраховують в сторону добового обертання небесної сфери, тобто на захід від точки півдня, в межах від 0° до 360°.

Перша екваторіальна система координат

В першій екваторіальній системі координат – основною площиною є площина небесного екватору. Однією з координат при цьому є схилення δ. іншою координатою є годинний кут t.

Годинним кутом t світила називається дуга небесного екватору від верхньої точки небесного екватору (тобто точки перетину небесного екватору з небесним меридіаном) до кола схилення світила. Годинні кути відраховують в бік добового обертання небесної сфери, тобто на захід від верхньої точки небесного екватору, в межах від 0° до 360° (в градусній мірі) або від 0h до 24h (в годинній мірі).

Схиленням δ світила називається дуга небесного меридіану від небесного екватору до світила, або кут між площиною небесного екватору та напрямком на світило. Схилення відраховують в межах від 0° до +90° до північного полюсу світу і від 0° до −90° до південного полюсу світу.

Друга екваторіальна система координат

В цій системі, як і в першій екваторіальній, основною площиною є площина небесного екватору, а однією з координат при цьому є схилення (δ)

Друга координата — пряме піднесення (α). — вимірює кут „схід-захід” вздовж екватора. Початок відліку знаходиться в точці, де Сонце перетинає небесний екватор весною (точка весняного рівнодення). Прямим піднесенням α світила називається дуга небесного екватора від точки весняного рівнодення до кола схилення світила, або кут між напрямком на точку весняного рівнодення та площиною кола схилення світила. Прямі піднесення відлічують у бік, протилежний добовому обертанню небесної сфери, в межах від 0° до 360° (в градусній мірі) або від 0h до 24h (в годинній мірі).

Умови видимості світил.

Висота полюса світу над горизонтом дорівнює географічній широті спостерігача φ=h_P. Найвища точка небесного екватора Q знаходиться над горизонтом на висоті h_Q=90^o- φ. Тому відповідні співвідношення для висоти світила у верхній кульмінації:

H^S_вк=(90^о- φ) + δ

Н^N_вк=(90^о+ φ) – δ.

Звідси випливають умови перебування світил над горизонтом:

δ>90^о-φ то воно перебуває над горизонтом цілодобово

δ<-(90^о-φ) то воно взагалі не з’являється над горизонтом.

САМОСІЙНА РОБОТА №2

ВИМІРЮВАННЯ ЧАСУ В АСТРОНОМІЇ

Лінія зміни дат. Календарі

Міжнаро́дна Лі́нія змі́ни дат — умовна лінія на поверхні Землі навпроти Гринвіцького меридіана, при перетині якої дата змінюється на один день вперед або назад. Приблизно пролягаючи вздовж 180° довготи, з відхиленнями для проходження повз деякі території та групи островів, вона здебільшого відповідає межі, що розділяє часові пояси UTC+12 та UTC-12. При перетині Міжнародної Лінії зміни дат з заходу на схід, дата змінюється на один день або 24 години назад, а при перетині зі сходу на захід — на один день або 24 години вперед.

Проте, щоденно протягом двох годин (10:00–11:59 за універсальним координованим часом (UTC)) на Землі можна спостерігати три різних дні одночасно. Так, наприклад, у четвер о 10:15 за UTC, місцевий час — середа, 23:15 в Самоа, що є на 11 годин позаду від UTC, та п’ятниця, 00:15 в Кірітіматі (відокремленого від Самоа лінією зміни дат), що є на 14 годин попереду UTC. Протягом першої години (10:00–11:59 за UTC) цей феномен впливає на населені території, у той час як протягом другої години (11:00–11:59 UTC) він впливає лише на ненаселений морський часовий пояс, що є дванадцять годин позаду від UTC.

Перша проблема зі зміною дат виникла в зв’язку з кругосвітньою подорожжю Магеллана (1519–1522). Члени вцілілої команди повернулися до Іспанської стоянки впевнені щодо дня тижня, про що свідчили різні вахтові журнали, які ретельно велися протягом всього плавання. Цей феномен, який тепер можна без зусиль зрозуміти, в той час спричинив велике хвилювання, яке дійшло навіть до такої міри, що спеціальна делегація була відправлена до Папи Римського, щоб розтлумачити йому це часове дивацтво.

Неймовірність обертання Землі

1. Гравітація розподіляється по поверхні Землі нерівномірно Виявляється, в деяких місцях ви можете відчути себе важче, ніж в інших. Область низької гравітації спостерігається біля берегів Індії, а відносно висока гравітація - в південній частині Тихого океану. Причина цього невідома, оскільки існуючі поверхневі утворення не є домінуючими. Супутники-близнюки NASA під назвою GRACE, запущені в березні 2002 р., виробляють детальні вимірювання гравітаційного поля Землі, що дозволить зробити нові відкриття в області гравітації і екологічної системи планети. 2. Атмосфера «випаровується» Завдяки теплової енергії, швидкість деяких молекул, що знаходяться на зовнішньому кордоні атмосфери Землі, збільшується настільки, що вони виходять за межі зони дії її гравітації. У результаті відбувається повільний, але рівномірний відтік атмосфери в космос. Через те, що летючий водень має нижчу молекулярну масу, його молекули легше розвивають необхідну швидкість, і «витікають» в космос швидше. Тому в даний час атмосфера Землі не зменшується, а окислюється, впливаючи на хімічну природу життя, що сформувалася на планеті. До того ж, атмосфера, насичена киснем, зберігає уцілілий водень, укладаючи його в молекули води. 3. Земля сповільнюється Як наслідок змін гравітаційних сил, викликаних дією місяця, Сонця та інших планет сонячної системи, зсувів матерії в різних частинах планет і інших впливів, швидкість обертання Землі навколо своєї осі розрізняється за часом. Останнім часом день скоротився на соті частки секунди, вказуючи на те, що кутова швидкість планети зросла. Фактори, що викликають це зростання, не встановлені. За даними про обертання Землі видно коливання в різних часових масштабах. Найбільші з них спостерігаються в сезонному масштабі: Земля сповільнюється в січні і лютому. 4. Радіаційний пояс Ванн Аллена Радіаційний пояс Ван Аллена є тор, що складається з енергетично заряджених часток (плазми), огинає планету, і утримуваний її магнітним полем. Космонавти корабля Аполлон, що літали на Місяць, провели в цьому поясі зовсім трохи часу, але, ймовірно, ризик захворювання на рак у них злегка підвищився. Співробітники NASA повідомили, що спеціально запланували запуск Аполлона і розрахували перехідні орбіти таким чином, щоб обійти край поясу над екватором і звести вплив радіації до мінімуму. Крім цього, через що проводяться в космосі ядерних випробувань, з'явилися штучні радіаційні пояси. «Starfish Prime» - ядерне випробування, проведене на великій висоті, створило штучний радіаційний пояс, який пошкодив і знищив біля третини всіх супутників, що знаходилися на навколоземній орбіті, за раз. 5. Місяць віддаляється від Землі Фактор, що впливає на припливи і відливи, збереження енергії і кінетичний момент. Вимірювання, що проводилися ось вже впродовж 25 років, чітко показують, що орбіта Місяця збільшується, і вона віддаляється від Землі. У цілому, це відбувається із швидкістю 4 див у рік. Проте, астрономи передбачають, що коли Сонце вступить у фазу червоного гіганта - приблизно через 5 млрд. років - і Земля, і Луна, попавши під вплив його збільшилася атмосфери, зблизяться знову. У цей період Місяць підійде до Землі так близько, як ніколи - вона знаходитиметься на висоті 18470 км. над нашою планетою в крапці, що отримала назву «межа Роше». У результаті Місяць буде розірвана на шматки і розсіяна, утворивши з уламків грандіозне кільце діаметром 37000 км. над екватором Землі, подібно до кільця Сатурна. 6. Місяць створює приливи в атмосфері Місяць робить приливної ефект не тільки на океани, але і на атмосферу. Теоретичні знання передбачають сильніші коливання місячного тиску в тропіках, але їх амплітуда рідко перевищує 100 мікробар (0,01% від середнього приповерхневого тиску). Для виявлення такого слабкого сигналу, замаскованого сильнішими коливаннями тиску пов'язаними з погодою, треба було розробити особливі статистичні методи і накопичити дані по безлічі систематичних спостережень. Це нормально для атмосферних хвиль - збільшувати свою амплітуду з висотою із-за розрядженого повітря. Місячні припливи, проте, слабкі в порівнянні з сонячними, що відбуваються у верхніх шарах атмосфери. 7. Чандлеровська коливання полюсів Чандлеровьска коливання представляє собою невеликі зміни осей обертання Землі, відкриті американським астрономом Чандлер (Seth Carlo Chandler) в 1891 р. Вони складають 0,7 арксекунди протягом 433 днів. Іншими словами, полюси планети рухаються по неправильних кола діаметром від 3 до 15 м. Причина цього невідома. 18 липня 2000 Лабораторія реактивного руху заявила, що «принципова причина чандлеровскіх коливань криється в тиску, що змінюється на дні океану, викликаному коливаннями температур і солоності, а також вітровими змінами в циркуляції океанів». Проте, в період з січня по лютий 2006 р. учені відмітили, що чандлеровскіе коливання припинилися, і пауза продовжувалася впродовж 6 тижнів. Ця аномалія викликала додатковий інтерес до розуміння того, що відбувається, але спричинило, або спричинить це які-небудь катастрофічні зміни в осі обертання нашої планети, поки невідомо. 8. Електричний заряд Землі З 1917 р. вченим відомо, то поверхню Землі має негативний електричний заряд, але ніхто не знав, що утримує цей заряд. При ясній погоді електрика протікає між землею і повітрям в такому напрямі, що заряд повинен би був розсіятися. І струм цей досить слабкий: всього близько 1500 ампер; трохи більше по всій планеті, ледве перевищуючи струм декількох ліній електропередач. Але електрику, яка покидає Землю, повинна якось відновлюватися, інакше б воно швидко кінчилося. Напрошується думка про те, що грози відновлюють заряд, але ніхто цього не довів. Три роки тому один інститут провів дослідження за допомогою літаків ВПС: вони виміряли електричні завихрення в нерухомому повітрі вище активних грозових фронтів. Звичайно ж, їх прилади зафіксували струм, рухомий в напрямі протилежному напрямку руху струму при ясній погоді. Вчені підрахували, що всі грози, що відбуваються одночасно, генерують повний струм силою близько 1500 ампер, якраз досить для підтримки заряду Землі і збереження балансу. 9. Щорічно тонни міжпланетної пилу досягають Землі Згідно сайту space.com, кожен рік поверхні Землі досягають близько 30000 тонн міжпланетної пилу. Більшість астероїдів блукає навколо Сонця в поясі між Марсом і Юпітером. Фрагменти, що утворюються від їх зіткнень, і пил затягуються всередину сонячної системи, і іноді наближаються до Землі. Пил і камені, рухомі по відношенню до Землі досить швидко, часто врізаються в атмосферу і згорають, створюючи ефект «падаючих зірок». Осколки, рухомі повільніше, можуть бути захоплені гравітацією планети і уціліти.

10. Магнітні полюси Землі переміщаються.

Полюси на Землі мінялися місцями вже багато разів! Про це можна судити з того, що напрямок магнітного моменту каменів, створюючих океанське дно, непостійно. Яким воно буде, залежить від того, якою була орієнтація полюсів у момент формування каменя в районі серединно-океанічних хребтів. У процесі розвороту, який може відбуватися протягом декількох тисяч років, магнітні полюси починають відхилятися від полюсів обертання, і з часом виявляються на протилежних сторонах. Іноді це відхилення відбувається повільно і поступово, а іноді - в декілька стрибків.

Обертання Землі навколо Сонця

Траєкторія руху

Земля рухається навколо зорі по еліптичній траєкторії (майже круговій) із середньою швидкістю 29,765 км/с на середній відстані 149,6 млн км. Афелій: 152 098 232 км, перигелій: 147 098 290 км.

Період обертання

Період, протягом якого планета робить оберт навколо зірки, називається сидеричним періодом обертання або планетарним роком. Тривалість року дуже залежить від відстані планети до зірки, адже якщо планета перебуває далеко від зірки, то вона рухатиметься повільніше (оскільки на неї слабше впливатиме гравітації зірки), і, крім того, вона має здолати довший шлях. середній період обертання Землі навколо Сонця рівний 365,24 доби.

Значення руху навколо зірки для планети

Так як траєкторія руху Землі навколо Сонця не є ідеально круговою, кількість сонячної енергії, яка досягає планети, протягом планетарного року не є сталою, що і призводить до явища змін пір року. А разом з особливостями форми Землі та явищем нахилу планети до площини обертання, це явище призводить до виникнення широтної поясності(залежність клімату від географічної широти).

Обертання навколо своєї осі

Обертання Землі навколо своєї осі

Вісь обертання

Нахил Земної осі — приблизно 23°

Вісь обертання — це уявна вісь, яка проходить через два полюси геоїда. Причому ця вісь не обов'язково повинна бути перпендикулярною до площини обертання планети навколо зірки, так для Землі цей кут рівний 23°26′21″,4119. Саме тому кількість світла одержуваного тією чи іншою півкулею змінюється протягом року, оскільки північна півкуля планети більше освітлюється, аніж південна півкуля, або ж навпаки. Як наслідок, на більшості планети відбувається зміна сезонів, тобто зміна клімату протягом року. Час, коли одна з півкуль найбільше обернена до Сонця, називається сонцестоянням. Протягом одного обертання орбітою (одного витка планети по своїй орбіті) трапляється два сонцестояння; коли кожна з півкуль перебуває в літньому сонцестоянні і день там найдовший, тоді як інша півкуля перебуває в зимовому сонцестоянні, з його надзвичайно коротким днем. Внаслідок такого розташування, півкулі отримують різну кількість світла і тепла, що слугує причиною щорічних змін погодних умов на планеті.

Важливим фактом є те, що земна вісь обертання нестабільна (немає стабільного положення в просторі відносно, наприклад, земного екватору), це явище може бути викликане великими підземними, або надземними викидами енергії.

Період обертання навколо осі

Доба — це час, за який кожна точка земної поверхні здійснює повний оберт навколо своєї осі(тривалість доби:23 год 56 хв 4,100 с). Треба також зауважити, що цей час на однаковій відстані відносно центру Землі(висоті)завжди однаковий, проте швидкість обертання залежить від географічного положення точки. Так на одній географічній широті швидкість завжди стала (унаслідок сталості відстані до осі обертання), але з віддаленням від екватора швидкість падає (так як, відстань від точки до осі обертання максимальна на екваторі і зменшується з віддаленням від нього). Обертання навколо своєї осі також спричиняє зміну кількість сонячної енергії, яка потрапляє на поверхню Землі протягом доби(зміна дня і ночі), що спричиняє добову зміну температури та є одним з основних факторів формування біоритмів живих істот.

Геофізичні явища зумовлені обертанням Землі навколо осі

Обертання Землі навколо своєї осі призводить до виникнення сили Коріоліса.Ця сила спричиняє ряд геоефектів, а саме:

1. Відхилення падаючих тіл на схід ;

2. Лежить в основі роботи маятника Фуко ;

3. У північній півкулі сила Коріоліса направлена вправо від руху, тому праві береги річок в північній півкулі крутіші — їх підмиває вода під дією цієї сили. У південній півкулі все відбувається навпаки ;

4. Спричиняє рух циклонів та антициклонів ;

САМОСТІЙНА РОБОТА №3

СИСТЕМИ КООРДИНАТ

Космонавтика і розвиток астрономії.

З кожним роком усе далі і далі іде в глиб історії той світлий квітневий день, коли в неймовірному поспіху, незважаючи на численних труднощів і небезпеки, людина вперше прорвалася в простори незвіданого космосу. Перший громадянин Всесвіту, як дружно прозвали Юрія Олексійовича Гагаріна у свій час журналісти, проклав для нас манливу вдалину стежину в космічну височінь. За 42 роки, що пройшли з радісного і багатообіцяючого весняного дня 1961 року, у космосі побували більш 400 чоловік, а тривалість безупинного польоту збільшилася з 108 гагарінських хвилин до рекордних 438 днів, що належать В.Полякову (станція "Мир", 1994-1995 р.).

Давно вже люди побували на Місяці, навчилися тривалий час жити і плідно трудитися в умовах підступної невагомості, але багато чого з того, про що жагуче мріяли піонери космонавтики, у тому числі талановиті радянські конструктори С.Корольов і В.Глушко, так і не стало реальністю. До числа нереалізованих ідей можна віднести як проекти місячних поселень, так і пілотованих польотів на Марса, де давно вже повинні були, відповідно до слів улюбленої пісні перших космонавтів, "яблуні цвісти".

Якщо на початковому етапі космічної ери досягнення людства були просто фантастичними, то протягом кількох десятиліть темпи скаженої всеохоплюючої гонки помітно знизилися, пристрасті поступово втихомирилися, і космонавтика перейшла до планомірного і більш обміркованого руху вперед.

Якщо політ Ю.Гагаріна відбувся усього через 3,5 роки після запуску першого штучного супутника Землі ПС-1, створеного в конструкторському бюро ОКБ-1 С.Корольова, а люди висадилися на поверхню Місяця вже 21 липня 1969 року, тобто через якихось 8 років після одновиткового польоту першопрохідника космосу, то пілотована експедиція, що вважалася найважливішою метою, на Марс поступово стала відсуватися усе далі і далі в невизначене майбутнє.

На початку 60-х років був успішно довершений період зародження вітчизняного космічного апаратобудування. Створено могутню наукову, матеріально-технічну і виробничу базу, здатна здійснювати розробку і виготовлення в експлуатаційних варіантах космічної техніки різних класів. Використання для цих запусків, що малася в ракетних військах стратегічного призначення полігонної і командно-вимірювальної бази, що серійно виготовлялися засобів виведення, добре підготовлених фахівців-ракетників і спеціально створених військових частин, цілком себе виправдало.  Розвиток ракетної промисловості на Україні диктувалося, в основному, наявністю науково-виробничої бази на сході України (Дніпропетровськ, Харків, Запорожжя) і виникненням нового технічного напрямку, що забезпечує експлуатацію ракетних систем в умовах бойових підрозділів Радянської Армії (висококиплячі компоненти палива, схема тандем, що забезпечує укриття ракети в шахтних позиціях, автономна система керування й ін.).  Прилади варіанта ЗКА виготовлялися з дотриманням спеціальних вимог, що були спрямовані на забезпечення їхньої високої якості і надійності. Слід зазначити, що, починаючи з цих перших комплектів у варіанті ЗКА, у наступні роки колективом ПО "Комунар" була виготовлена апаратура бортових СУ і наземного ИПЕО для всіх ракет, якими в період з 1961 р. дотепер вироблялися всі запуски кораблів "Схід", "Схід" і "Союз" з космонавтами на борті, а також усіх ИСЗ, що виводилися на орбіти РН 8ДО72 і її наступними модифікаціями.

12 квітня в 9 годин 7 хвилин за московським часом, з Тюратамського полігона (Казахстан, СРСР), укомплекктованного устаткуванням, у тому числі: залізничним заправником продукту 0-30 (ПО “Азовмаш”, м. Маріуполь Донецької обл.), стаціонарною системою забезпечення гарячим повітрям 11М353 (СКБ ХЗТО, м. Харків), системою обігріву відсіку виробу повітрям (азотом) 11М355П (СКБ ХЗТО, м. Харків), НППО системи керування РН (ПО “Комунар”, м. Харків), ракетою-носієм “Схід” (модифікація МБР Р-7), оснащеної приладами, виготовленими Харківськими заводами № 897 і 285 і Київським заводом “Арсенал”, був виведений на навколоземну космічну орбіту корабель з першим у світі космонавтом Юрієм Олексійовичем Гагарін. Фотоапаратура ЦКБ “Арсенал” також побувала й у космосі. Перша людина, що облетіла Землю, Ю.А. Гагарін працювала з фотокамерою "З", перший людина А.А. Леонов, що вийшов у відкритий космос, працював з фотокамерою "Салют-l”.

Так, першим космонавтом планети став громадянин Радянського Союзу Юрій Олексійович Гагарін, що цілком виконав програму польоту: спостерігав за приладами й устаткуванням корабля, підтримував безупинний радіотелефонний і телеграфний зв'язок, спостерігав за Землею і зоряним небом, стежив за проявами невагомості і реакцією на неї організму. Облетівши Землю по еліптичній орбіті, корабель ввійшов у щільні шари атмосфери. На початку другого витка, у 10 годин 55 хвилин, космонавт катапультувався і благополучно приземлився в Заволзькому районі Саратовської області.

Спочатку всерйоз розглядалися плани польотів перших землян до червоної планети до 2000 року, потім — до 2015 року, а тепер розмови про конкретні терміни такого польоту виникають усе рідше і рідше. Основна причина тому — немислима вартість марсіанської експедиції, що складає, за деякими оцінками, від 500-600 мільярдів до одного трильйона доларів.

В перші роки прориву в космос удавані немислимими сучасникам темпи робіт в області ракетно-космічної техніки були обумовлені гострим військовим і політичним суперництвом між Радянським Союзом і Сполученими Штатами Америки. Заради пріоритетних космічних досягнень ці дві держави не шкодували ні сил, ні величезних засобів. Наприклад, тільки висадження 12 астронавтів США на місячну поверхню по програмі "Аполлон" обійшлася американцям у цінах 60-х років більш ніж у 20 мільярдів доларів.

Уже за перше десятиліття була створена більшість космічних комплексів і практично всі ракети-носії для пілотованих польотів.

СРСР почав розробку своєї повітряно-космічної системи "Енергія-Буран", майже аналогічної Space Shuttle, з деяким відставанням від США. Після 10 із зайвим років інтенсивних робіт під загальним керівництвом В.Глушко була створена нова ракета-носій важкого класу "Енергія" — 15 травня 1987 року вона зробила свій перший іспитовий політ. Ще через півтора року, 15 листопада 1988 року, у перший і востаннє відправився на орбіту повітряно-космічний літак "Буран". Хоча обоє ці польоту завершилися цілком успішно, гостра недостача фінансових засобів, а потім і розвал Радянського Союзу не дозволили довести "Енергія-Буран" хоча б до етапу пілотованих польотів. Так і не зробивши жодного польоту з космонавтами на борті, "Бурани" виявилися прикутими до землі, а пізніше перетворилися в "атракціони" і поступово прийшли в повну непридатність. Багатомільярдні засобу в черговий раз виявилися витраченими даремно — фактично призначена для "зоряних воєн" нова ракетно-космічна система так і не змогла відшукати для себе корисну роботу на мирному шляху. У 1993 році програма "Енергія-Буран" була закрита остаточно, хоча в ангарах Байконуру усе ще знаходилися кілька ракет і підготовлений до польоту "Буран-2".

Після зникнення СРСР із карти світу для усієї вітчизняної космонавтики наступили найтяжкі часи. Створений з такою працею дорогий космічний комплекс країни розпався на окремі суверенні шматочки. Навіть перша космічна гавань планети — космодром Байконур — виявилася поза територією Росії. Загальна кількість щорічних запусків поступово скоротилося від 100 до 25. Відносно благополучним для Росії виявився 2000-й рік, коли "Протони" вивели в космос 8 комерційних супутників зв'язку для закордонних замовників, що дозволило заробити значну суму у твердій валюті. Усього за той рік відбулося 37 запусків, 35 з них були успішними.

Безсумнівно, що помітний вплив на розвиток світової космонавтики в XXI столітті зроблять амбіційні плани китайців, що зовсім близькі до запуску перших своїх космонавтів. Третій іспитовий політ безпілотного китайського КК, що стартував 25 березня, успішно завершився 1 квітня м'якою посадкою апарата, що спускається, на території Внутрішньої Монголії.

В даний час пілотована космонавтика Росії майже цілком орієнтована на обслуговування МКС "Альфа". На поточний рік заплановані 4 запуски транспортних "Прогрессов" (перший з них відправився в космос 21 березня) і 2 запуски кораблів-рятувальників "Союз", призначених для екстреної евакуації постійних екіпажів МКС у випадках виникнення аварійної ситуації. Через тяжке положення космічної галузі наші конструктори і виробничники змушені викручуватися, хто як може. Одним зі способів тимчасового виживання стали запуски туристів-мільйонерів, першим з який виявився американець Деннис Тито. Наприкінці квітня на борті КК "Союз" вільне третє крісло займе наступний космічний турист — південноафриканський мільйонер Марко Шаттлворс, а в листопаду — або колишня заступник керівника NASA Лорі Гарвер, або соліст американської поп-групи Ленс Басс. Вважається, що кожен такий турист заради тижневого перебування в космосі викладає в цілому близько 20 мільйонів доларів.

Як говорять, не буває худа без добра. Деяку користь російській космонавтиці може зробити відмовлення NASA від розробки свого семимісного корабля-рятувальника Х-38. По первісних угодах "Союзи" можуть використовуватися в складі МКС тільки до 2005 року, поки чисельність основних екіпажів "Альфи" не перевищить трьох чоловік. Якщо буде прийняте рішення про збільшення їхньої чисельності, виходом з положення, що створилося, може стати одночасне використання відразу двох рятувальників "Союз", що постійно чергують на орбіті. При цьому кількість запусків пілотованих "Союзів" відразу ж подвоюється і досягне чотирьох у рік. На жаль, навіть у цьому випадку без достатнього фінансування вітчизняна космонавтика не зможе не тільки розвиватися, але й існувати тривалий час. Вихід із кризи можливий тільки на шляху термінового прийняття реального перспективного плану розвитку вітчизняної космонавтики і строгого виконання всіх його положень.

Перспективи освоєння космічного простору.

• ЕкономічнаЕкономічна вигода від експлуатації космічного простору, так само як і будь-яка інша, перебуває сьогодні в зародковому стані. У невагомості проводяться наукові досліди, без жодного сумніву, що дають велику віддачу, але реально єдиним серйозним з точки зору бізнесу проектом є комерційні запуски супутників зв'язку, єдине, що зараз не тільки окупається, але і приносить прибуток. І це незважаючи на скудеющіе світові запаси корисних копалин, брак екологічно чистих джерел енергії та іншого, що з легкістю могло б дати освоєний космічний простір. Тому в майбутньому, так чи інакше, альтернативи освоєння Сонячної системи немає. Швидше за все, це призведе до того, що найбільш вигідним бізнесом на планеті стануть перевезення з орбіти на орбіту. І той, хто буде контролювати цей вантажопотік, буде контролювати і економіку всієї планети, тому що вона поступово неминуче, у міру виснаження земних ресурсів, повністю потрапить у залежність від вступника з космосу сировини, енергії та матеріалів, отримання яких можливе лише за наявності вакууму і невагомості. Природно, що саме ця країна стане економічним і військовим лідером, і не тільки з-за тих грошей, які вона отримуватиме за доставку на орбіту, але й тому, що їй споруда споруд у космосі і доставка в обидва кінці буде обходитися набагато дешевше, ніж клієнтам-конкурентам. А значить, і велика частина промисловості, що знаходиться на орбіті, буде належати їй. Враховуючи, що тільки наша країна має досвід будівництва на орбіті, всі будівельні підряди від інших країн теж будуть нашими. Тому Росія, якщо їй вдасться закріпити сучасний стан ринку орбітальних перевезень, матиме унікальний шанс назавжди випередити своїх конкурентів, практично застовпивши навколоземний простір і монополізувавши вантажоперевезення.• ПолітичнаУ світі завжди розуміли, що першість у космічній галузі дуже багато значить при побудові позитивного міжнародного іміджу країни як світового лідера. І це сьогодні аксіома, яка не потребує обгрунтування.• ВійськоваЯк сказав маршал Жуков, . сьогодні до цього висловлювання можна сміливо додати: . Сучасне використання космосу у військових цілях широко відомо - це й угруповання супутників військового призначення, без частини яких було б неможливо високоточна зброя, і системи раннього оповіщення про ракетний напад, та отримання інформації в режимі реального часу про те, що відбувається на цікавлять військових територіях, і багато іншого . Широко відомі й американський проект , що йде зараз будівництво глобальної ПРО, істотна частина якої повинна знаходитися в космосі, експерименти зі створення бойових лазерів космічного базування, космічних бомбардувальників і багато іншого. Звичайно, зараз домагаються прийняття міжнародних угод про недопущення мілітаризації космосу. Але подивіться на історію міжнародних відносин - коли і які угоди заважали державам вживати заходів з підвищення власної безпеки та збільшення військової міці? Одним з найяскравіших прикладів останнього часу є договір про нерозповсюдження ЗМЗ. На словах всі за нього, але як доходить до діла - кожен переслідує свої, і тільки свої геополітичні інтереси. Так само з нерозповсюдженням ракетних технологій та інше, що не візьми. А вихід Америки з договору по ПРО 1972 року і з угод за хімічним і бактеріологічної зброї - так це взагалі класика поведінки сильного на міжнародній арені. Американці постійно намагаються не дати світові зміцнитися в прекрасному омані про можливості міжнародної безпеки. Так що не треба бути семи п'ядей у чолі, щоб розуміти: з космосом відбудеться те ж саме. Будуть там і гарматні платформи, і орбітальні бомбардувальники, і системи глобальної ПРО. А Місяць як стратегічний об'єкт взагалі неможливо переоцінити. Тому той, хто зуміє найбільш широко використовувати цей супутник для своїх військово-економічних цілей, отримає величезні переваги перед іншими країнами. Саме цим пояснюються заявлені Америкою, Китаєм і ЄС плани освоєння в першу чергу Місяця. Вона, без сумніву, стане зоною перетину різноманітних інтересів провідних світових держав. Військові чудово розуміють всю стратегічну вигоду знаходження зброї в космосі, тому, мабуть, нас ще чекає космічна гонка озброєнь, неминуча, на жаль, як зміна пір року.• НауковаНаукову значущість можливості проведення досліджень у космічному просторі важко переоцінити. Наскільки це важливо, дає зрозуміти приклад <Хаббла ", коли після введення його в експлуатацію вдалося зробити величезну кількість відкриттів в астрономії, неможливих без наявності у розпорядженні науки такого інструменту на орбіті. Крім усього іншого, там скільки завгодно вакууму, наднизьких температур і невагомості, тобто умов, досягнення яких на Землі коштує чималих грошей. Можна проводити ризиковані експерименти без небезпеки для населення та екології, будувати прискорювачі часток будь-якого розміру і без тих обмежень, які накладають земні умови, і так далі і тому подібне, перераховувати можна без кінця.• РомантичнаАле ж є ще й романтична складова, про яку серйозні державні мужі завжди сором'язливо замовчують. Але проблема в тому, цілком можливо, що саме ця причина і є основним двигуном освоєння космосу, як, втім, і для будь-якого іншого революційного діяння. Що, як не романтика рухала Колумбом, піонерами повітроплавання, першопрохідцями, що, як не жадоба незвіданого? Але зараз настав саме той момент, коли можна отримати поєднання економічної вигоди і романтики, цей досить-таки вибухонебезпечний букет, протягом тисячоліть нестримно привертає людини. Сьогодні будь-яке серйозне економічне освоєння навколоземного простору, не кажучи про дальнє внеземелье, абсолютно невигідно. Наприклад будівництво на орбіті заводу для випуску речовин, отримати які можна тільки у вакуумі або невагомості, при всій їх затребуваності буде коштувати стільки, що таке будівництво навіть об'єднаним силам всієї планети буде не під силу. І тут наш досвід міжнародної кооперації дуже цінний, оскільки практично будь-які проекти освоєння космічного простору настільки масштабні, що жодній країні не потягнути. Адже навіть будівництво МКС на даний момент було б неможливо поодинці. І причина тут тільки одна - відсутність достатньо надійних, екологічно чистих і дешевих засобів доставки на орбіту. Якщо б не вона, то при наявності сучасних технологій там вже давно були б і міста, і заводи, і наукові центри, все те, на появу чого сподівався ще К.Е. Ціолковський.

Розрахунок польотів автоматичних міжпланетних станцій.

Освоєння космічного простору в СРСР

В. Л. Пономарьова, кандидат технічних наук, Інститут історії природознавства і техніки ім.С.І.Вавілова РАН, Москва

Перша радянська Державна програма дослідження та освоєння космічного простору була розроблена на підставі представленого в 1958 р. С. П. Корольовим документа "Попередні міркування про перспективні роботах по освоєння космічного простору ". 10 грудня 1959 вона була затверджена рішенням ЦК КПРС і СМ СРСР.

До 1966 програма включала вивчення навколоземного космічного простору автоматичними штучними супутниками Землі, дослідження Місяця та планет автоматичними міжпланетними станціями (АМС), створення перших супутників з людиною на борту, відпрацювання операції зближення і стикування космічних апаратів на орбіті, створення супутника з екіпажем дві-три людини. З цього плану (з деяким відставанням за часом) і розвивалася в ці роки наша космічна програма.

Коли було створено Інститут космічних досліджень (ІКД) Академії наук СРСР, в його роботу була включена широка мережа науково-дослідних інститутів і конструкторських бюро.

Місяць

Першим об'єктом досліджень стала Місяць. Не тільки тому, що вона є найближчим до нас небесним тілом, але й тому, що вивчення Місяця важливо для розуміння походження й еволюції Сонячної системи.

Розглядалося кілька варіантів: обліт Місяця для фотографування її зворотної сторони, доставка на Місяць і підрив на її поверхні ядерного заряду (спалах від вибуху, зафіксована усіма земними обсерваторіями, підтвердить факт попадання в Місяць; цей варіант був відкинутий через його очевидної небезпеки) і, нарешті, м'яка посадка на Місяць.

Завдання попадання в Місяць виявилася дуже складною науковою і технічною проблемою: Потрібно потрапити у рухому ціль з відстані 384 тис. км. Недобір або перебір швидкості наприкінці активної ділянки всього на 1 м/с (при тому, що необхідна швидкість складає близько 11 км/с) призводить до промаху від точки прицілювання на 250 км, а час старту треба витримати з точністю до декількох секунд. Розрахунок і класифікацію траєкторій польоту до Місяця (які потрапляють, пролітні і облетние) вперше виконав співробітник Інституту прикладної математики В. А. Єгоров.

Штурм Місяця розпочався наприкінці 1958 р., однак всі спроби запуску апаратів до Місяця, як наші, так і американські, були невдалими. Перший успішний запуск радянської ракети до Місяця відбувся 2 січня 1959 Це була четверта за рахунком спроба. З-за незначного відхилення одного з параметрів станція не попала на 6 тис. км, і третій ступінь з контейнером, в якому знаходилися наукова апаратура та вимпел із зображенням герба Радянського Союзу, на Місяць не потрапили. У нас не прийнято було повідомляти про невдачі, і в пресі з'явилося повідомлення про новий великому досягненні Радянського Союзу в дослідженні космосу: вперше в Сонячній системі була створена штучна планета, що одержала ім'я "Мрія". Так невдача перетворилася на успіх.

"Негативний результат теж результат ", - говорив Корольов. Відпрацьовувалася техніка, способи управління і багато іншого. Навіть якщо апарат не досяг поставленої мети (наприклад, не потрапив в Місяць), на траєкторії польоту він передавав на Землю нову інформацію про міжпланетному просторі, дуже потрібну для подальшого розвитку досліджень.

14 Вересень 1959 радянська автоматична станція "Луна-2" досягла поверхні Місяця. Вперше апарат, виготовлений людиною, досяг іншого небесного тіла. Дослідження, проведені за допомогою наукової апаратури, встановленої на борту "Місяця-2", показали, що Місяць не має власного магнітного поля і радіаційних поясів.

Апарат "Прілунілся" (точніше сказати, врізався в Місяць на величезній швидкості) в Море Дощів, між кратерами Архімед, Арістілл і Автолік (зараз цей район називається Затока Лунніка) і доставив на поверхню Місяця вимпел з гербом СРСР. Вимпел мав форму кулі, поверхня якого складалася з п'ятикутний металевих пластин з написом "СССР. Вересень 1959 ". При ударі апарат повинен був розбитися, а пластини розлетітися навколо, як, без сумніву, і відбулося.

Це чудове досягнення нашої науки і техніки мало величезний політичний резонанс. Американські газети писали, що М. С. Хрущов (якраз на ті дні припав його візит до США) привіз із собою Місяць у валізі.

4 Жовтень 1959, рівно через два роки після початку Космічної ери, був здійснений обліт Місяця. Станція "Місяць-3" передала на Землю фотографії її зворотного боку, і люди вперше побачили зображення того боку нашого природного супутника, яка завжди була від них прихована.

Для того, щоб це зробити, потрібно вирішити цілий ряд надзвичайно складних науково-технічних проблем, які умовно можна розділити на дві групи: забезпечення умов фотографування (розрахунок траєкторії, управління польотом, забезпечення необхідної орієнтації станції для фотографування, радіозв'язку, передачі зображень на Землю і ін) і розробка засобів для отримання фотозображень в незвичайних умовах космічного польоту. Обидві "групи" включали в себе масу проблем, багато з яких в історії розвитку техніки виникли вперше.

Для рішення цього завдання був розроблений ряд наземних комплексів і бортових систем для управління польотом і роботою фотоапаратури: програмно-тимчасове пристрій, командна радіолінія, система орієнтації. "Місяць-3" - перший космічний апарат, забезпечений системою управління рухом і складним радіокомплексів. Ці системи - прабатьки сучасних незмірно більш складних і досконалих систем, що працюють тепер "на цифрі".

При розрахунку орбіти необхідні значення параметрів траєкторії отримали за рахунок впливу поля тяжіння Місяця. Траєкторія польоту повинна була забезпечити отримання максимального обсягу інформації; безпечне повернення АМС на близьку відстань до Землі для надійної передачі отриманих зображень, щоб при підході до Землі станція не зачепила атмосферу і не згоріла в ній. Завдання ускладнювалася ще й тим, що для успішної передачі на Землю фотознімків по радіоканалу АМС повинна підходити з боку північної півкулі, тому що перші в країні пункт далекого космічного зв'язку був побудований в Криму на горі Кішка. Ці розрахунки проводилися у Відділенні прикладної математики Академії наук, в ОКБ-1 і в НДІ-4.

Для фотографування в НДІ-380 (нині Всесоюзний науково-дослідний інститут телебачення) розробили автоматичну фототелевізіонную систему "Єнісей". До фотоаппаратурі пред'являлися специфічні й досить жорсткі вимоги (по витримування температури об'єктивів і самого фотоапарата, по термостійкості плівки, по збереженню властивостей фотореактіва, по захисту плівки від засвічення космічним випромінюванням і т.д.).

Цілком зрозуміле прагнення за перший фотографуванні забезпечити охоплення можливо більшої площі призвело до несприятливих умов освітлення: поверхню Місяця висвічувалася прямими променями Сонця, тому деталі рельєфу не давали тіней і могли розпізнаватися тільки завдяки відмінності їх відбивної здібності, і інформативність отриманого матеріалу була не дуже високою. Для можливості дешифрування і прив'язки до селеноцентрическую координатами захопили невелику область видимої сторони з уже відомими утвореннями.

Взаємне положення автоматичної станції "Луна-3", Місяця і Сонця в момент фотографування Місяця.

Отримані зі станції "Луна-3" матеріали охоплювали приблизно 60% поверхні невидимого півкулі Місяця. На цих знімках помітні деталі, які мають у поперечнику розмір не менше 50 км. Після дешифрування виявили і описали близько 400 невидимих з Землі утворень на місячній поверхні, встановлено їх селенографічні координати. Державним астрономічним інститутом ім.П.К.Штернберга був випущений "Атлас зворотної сторони Місяця", складені карти і каталоги. Міжнародний астрономічний союз присвоїв новим об'єктам імена. На Місяці з'явилися Море Мрії з затокою астронавтів, Море Москви, кратери і цирки Джордано Бруно, К. Е. Ціолковського, Д. І. Менделєєва, Г. Герца, І. В. Курчатова, М. В. Ломоносова, Дж.К.Максвелла та ін

Цікаво відзначити, що в повідомленні про запуск ні слова не було сказано про його головною мети. Як пише академік Б. Є. Черток, якщо по сучасній теорії надійності оцінити ймовірність успішного виконання завдання фотографування створеними тоді засобами, шанси на успіх не перевищували 20-30%. Але самовідданість і ентузіазм людей, які працювали над вирішенням цієї надзвичайно складного завдання, все подолали!

Цікавий штрих: згадуючи про історію перше фотографування Місяця, Черток згадує про такий факт: багатий французький винороб оголосив, що подарує тисячі пляшок шампанського тому, хто покаже зворотний бік Місяця, і виконав свою обіцянку. Після довгих узгоджень на всіх рівнях шампанське розійшлося, як це часто у нас буває, в основному серед "непричетних" ...

В 1965 Корольов передав міжпланетну тематику Г. Н. Бабакіна в НВО ім.С.А.Лавочкіна, всі наступні польоти до Місяця і планет здійснювалися на розроблених там апаратах.

Ракета-носій зі станцією "Місяць-9" стартувала 31 січня 1966, а вже 3 лютого станція зробила першу м'яку посадку на інше небесне тіло. Сферичний спусковий апарат відокремився від рухового відсіку, м'яко прілунілся, розкрив чотири пелюсткові панелі, що закривають антени і телекамеру, і передав на Землю панорамне зображення місячного ландшафту. З'ясувалася структура місячного грунту -- виявилося, що в місці посадки він досить щільний, на зразок пемзи.

М'яка посадка на інше небесне тіло - нова і дуже складна науково-технічна завдання. Відсутність на Місяці атмосфери виключало використання парашута. Потрібно було за допомогою ракетного двигуна загальмувати апарат, що летить зі швидкістю 2.5-2.7 км/с, до нуля і саме в той момент, коли він впритул наблизиться до поверхні Місяця. Вона відпрацьовувалася при запуски "лунніков" з четвертого номери по восьмий.

В Того ж року для вивчення гравітаційного поля Місяця була запущена станція "Луна-10". 31 березня вона вийшла на орбіту штучного супутника Місяця. Це був перший штучний супутник іншого небесного тіла.

В вересні 1970 р. станція "Луна-16" здійснила м'яку посадку у районі Моря Изобилия, виробила буріння, взяла зразки місячного грунту і доставила їх на Землю. Це було перше в історії космонавтики повернення космічного апарату з іншого небесного тіла; досліджували хімічний склад місячного грунту і визначили абсолютний вік порід морського і материкового типу, що є однією з фундаментальних проблем вивчення планет.

Щоб вирішити ці завдання - здійснити м'яку посадку або створити штучний супутник іншої планети - потрібно було навчитися коригувати (або задавати) траєкторію польоту космічного апарату. Це стало можливим після розробки точних систем орієнтації і створення коригуючих ракетних двигунів, здатних неодноразово включатися в умовах космічного простору.

В листопаді 1970 р. "Місяць-17" доставила на Місяць дистанційно керований апарат "Місяцехід-1". При розробці цього апарату у ВНДІ Трансмаш (Ленінград) розглядалися різні способи пересування на Місяці - крокуючі, що стрибають, повзуть, що рухаються на гусеницях або на колесах механізми. Зрештою зупинилися на останньому варіанті.

Колес було вісім - по чотири з кожного боку. Кожне колесо мало свій власний двигун (невеликий електромотор в ступиці), тому місяцехід міг рухатися і при відмові одного або декількох коліс. Спеціальні шипи забезпечували гарне зчеплення з грунтом при малій (в шість разів менше, ніж на Землі) силі важкості. Для випробування ходової частини на Землі був побудований спеціальний лунодром з усіма елементами місячної поверхні (кратерами, тріщинами, камінням та іншим). Матеріали для будівництва привезли з вимерлих і діючих вулканів Камчатки.

Управляли місяцеходом по радіо-і телеканалів оператори із Землі. Це було дуже непросто, так як команда управління йшла до апарату 1.3 с і стільки ж часу потрібно на відповідь місяцеходу "Вас зрозумів". Був бортовий електронний блок управління, який контролював рух і зупиняв місяцехід в небезпечних ситуаціях.

Одного разу при спробі подолати кратер, який наземному екіпажу через несприятливий освітлення не видався складним, місяцехід небезпечно нахилився. Тут же включилася автоматика і зупинила апарат. Іншим разом апарат спеціально направили в кратер з крутими схилами і великою кількістю каміння, який ученим неодмінно потрібно було дослідити. Це було складне завдання, але зусиллями наземного екіпажу і автоматики впоралися.

За 10 місяців "Місяцехід-1" пройшов відстань 10 540 м, обстеживши площа 80 тис. м2. Більш ніж у 500 точках вивчалися фізико-хімічні властивості Місяця, на Землю було передано величезну кількість наукової інформації, в тому числі близько 200 панорам і більше 20 тис. окремих знімків.

В січні 1973 р. на Місяць був доставлений "Місяцехід-2". Виконуючи програму досліджень і передаючи результати на Землю, він протягом п'яти місяців пройшов 37 км.

Венера

Венера завжди закрита товстим шаром хмар, і відомості про її поверхні і атмосфері до початку польотів автоматичних міжпланетних станцій були досить убогими. У 1959 радянські фахівці почали радіолокаційні дослідження Венери з Землі. Вдалося визначити температуру, період обертання навколо осі. Обертання виявилося зворотним, період обертання склав приблизно 244 діб. Отримані тоді значення досить добре збігаються з сучасними. Першим апаратом, який досяг поверхні планети, стала станція "Венера-3" (міжпланетний переліт тривав з 16 листопада 1965 по перше марта 1966 р.). У 67-му була зроблена спроба м'якої посадки. Спусковий апарат станції "Венера-4" являв собою куля діаметром 1 м. При його гальмуванні в атмосфері перевантаження досягала 300 одиниць. Спуск на парашуті тривав 94 хв. Протягом цього часу на Землі брали унікальну наукову інформацію. Вперше були отримані дані про атмосферу планети. На висоті 22 км, коли тиск досягло 18 атм, а температура 277 ° С, станція припинила існування - вона не була розрахована на такі умови.

Після польотів наступних станцій, які гинули при спуску, стало ясно, що спусковий апарат варто розраховувати на зниження в надщільний розпеченій атмосфері. Станція "Венера-7", що досягла поверхні планети, передала, що тиск становить 100 атм (як в океані на глибині 800 м), а температура 475 ° С. Найбільш успішним в цій серії був політ станції "Венера-8", яка села на денній стороні планети і протягом 50 хв передавала інформацію.

В 1975 р. були запущені станції нового типу "Венера-9" і "Венера-10". Станції складалися з двох частин - орбітального блоку і спускається, апарату. За дві діб до зустрічі з планетою від станцій відділилися спусковий апарат і продовжили політ до планети, а орбітальні блоки перейшли на орбіти штучних супутників планети. Станції "Венера-9" і "Венера-10" стали першими штучними супутниками Венери. Зі апаратів, що спускаються були отримані панорамні зображення поверхні планети. Незважаючи на щільну атмосферу і густу хмарність, по освітленості види нагадували похмурий день на Землі, а місцевість являла собою кам'янисту пустелю з великою кількістю валунів гігантського розміру.

Дослідження Венери, хоч і не завжди успішні, тривали. У 1981 р. стартували станції нового покоління "Венера-13" і "Венера-14". Їх спусковий апарат взяли і досліджували проби грунту і через орбітальний блок передали на Землю унікальну наукову інформацію. У 1983 р. на орбіту штучного супутника Венери були виведені станції "Венера-15" і "Венера-16". Протягом восьми місяців вони вели радіолокації зйомку планети. За результатами їх досліджень були складені карти північної півкулі планети. Її рельєф виявився складним, з горами, западинами, кратерами. Найбільші з них отримали імена: наприклад, каньйон Артеміди, рівнина Снігуроньки.

Майже всі польоти радянських станцій до Венери були успішними, її називали "російською планетою ".

Марс

Першим апаратом, запущеним до Марса, стала радянська автоматична міжпланетна станція "Марс-1", яка стартувала 1 листопада 1962 Політ тривав сім з половиною місяців, станція пройшла на відстані 195 тис. км від Марса. У березні 1963 р., коли станція відвернулась від Землі на відстань 106 млн км, зв'язок з нею обірвалася.

19 і 28 травня 1971 були запущені АМС "Марс-2" і "Марс-3". Станція "Марс-2" вийшла на орбіту штучного супутника Марса, від неї був відділений спусковий апарат, який розбився при посадці. Наукова апаратура і невеликий крокуючий марсохід загинули, але вимпел із зображенням герба СРСР все ж таки потрапив на поверхню Марса. Це третій вимпел, доставлений на інші планети (другий був відправлений на Венеру).

2 Грудень 1971 спусковий апарат станції "Марс-3" здійснив м'яку посадку на поверхню планети. Посадка здійснювалася за такою схемою: спусковий апарат спочатку вийшов на орбіту штучного супутника Марса, після відпрацювання коригуючого імпульсу перейшов на траєкторію зниження, потім була введена парашутна система. Апарат опустився на поверхню Марса, після чого розкрилися пелюсткові панелі, що закривали апаратуру, і почалася робота. У склад наукової апаратури входили прилади для вимірювання атмосферного тиску, температури і швидкості вітру, мас-спектрометр для визначення хімічного складу атмосфери, складу та фізико-хімічних властивостей грунту. Апарат почав передавати інформацію, але через 20 з зв'язок перервався. Зрозуміти, що сталося, було неможливо.

В 1974 підійшло "стартове вікно" для польоту на Марс, коли умови для запуску є найбільш сприятливими з енергетичних міркувань. Запущені чотири "Марсу", з них тільки політ станції "Марс-5" виявився частково вдалим. Так що Марс був не настільки прихильний до нас, як Венера.

Програма "Фобос" призначалася для досліджень Марса і його супутника Фобоса. Це було дуже цікаво, так як свого часу існували гіпотези, що Фобос є не природним, а штучним супутником Марса.

Два апарату стартували у липні 1988 р. з інтервалом у кілька днів. Політ повинен був триватиме 200 діб. Планувалося, що наблизившись до планети, апарати після чого перейдуть на кругову орбіту з періодом обертання 8 ч. Програмою передбачалося наближення до поверхні Фобоса на 50 м і проведення досліджень на цій висоті, після чого від апаратів відокремлюються дослідні модулі для вивчення Фобоса. Один з них міг стрибками пересуватися по його поверхні. Склад порід передбачалося вивчати за допомогою лазерної гармати. Дослідження Марса Фобоса і повинні були тривати близько року.

Цей проект став міжнародним, в ньому брали участь вчені та спеціалісти багатьох країн Європи та Європейського космічного агентства.

Через помилки оператора "Фобос-1" вийшов з ладу, і всі спроби оживити його залишилися безрезультатними. "Фобос-2" після корекції, проведеної за командою з Землі, вийшов на орбіту супутника Марса з періодом обертання 77 ч. Після чотирьох витків почалися операції по зближенню з Фобоса. З 21 березня станція передавала інформацію на Землю, а 27-го зв'язок з нею був втрачений. Як показав подальший аналіз, основною причиною невдачі виявилися конструктивні недоліки цих апаратів.

Проект "Вега"

В 1986 очікувалася комета Галлея, яка з'являється в околицях Землі раз на 76 років. Для її дослідження було розроблено міжнародний проект "Вега". Наприкінці Грудень 1984 стартували дві автоматичні міжпланетні станції - "Вега-1" і "Вега-2".

Вони попрямували до Венери по пролітний траєкторії. 9 та 13 червня 1985 від них відділилися спусковий апарат, а пролітні блоки, змінивши траєкторію з допомогою гравітаційного поля Венери, полетіли "наздоганяти" комету.

На висоті 65 км від апаратів, що спускаються в згорнутому вигляді відділилися аеростатние зонди. По команді автоматики зонди розвернулися і наповнилися гелієм. Під "Повітряною кулькою" була підвішена гондола з розміщеною в ній наукової апаратурою. Після скидання баласту зонди опустилися на висоту близько 50 км, на якої і дрейфували, вивчаючи розу вітрів і атмосферу Венери. Зв'язок з зондами тривала до вичерпання джерел живлення, майже 46 ч. За цей час вони встигли пролетіти близько 12 тис. км.

В початку березня 1986 р. "Вега-1" і "Вега-2" наблизилися до ядра комети Галлея на відстань трохи менше 9 тис. км. Вони зазнали інтенсивної бомбардуванні частинками хвоста комети, але тим не менше передавали на Землю телевізійне зображення ядра. Виміри проводилися на всій ділянці зближення з ядром, отримана інформація передавалася на європейський супутник "Джотто", який для цього наблизився до ядра на відстань близько 600 км.

В проекті брали участь Європейське космічне агентство, Японія, США. Це був останній грандіозний проект XX століття.

Космічні системи зв’язку і навігації.

Заходами щодо виконання завдання “Розвиток супутникових систем телекомунікації та навігації” передбачено підвищення ефективності застосування космічних засобів для задоволення державних та суспільних потреб. Заплановано створення супутника зв’язку, продовження створення супутникової системи телекомунікації, доповнення глобальних навігаційних супутникових систем національною системою навігаційно-часового забезпечення.

Проектом "Либідь" передбачено створення космічного апарата, наземної станції управління супутником, запуск та забезпечення експлуатації космічного сегмента. Розроблення, виготовлення та експлуатація національного супутника зв’язку дасть можливість перевести наземні мережі українських операторів на використання його ресурсу. Проект "Сигнал" спрямований на модернізацію наземної структури супутникового мовлення для розповсюдження національних державних телевізійних каналів, розширення зони іномовлення на регіони Америки та Азії, впровадження Internet-мовлення державних телевізійних каналів, забезпечення телекомунікаційними послугами обєктів наземної космічної інфраструктури. Проектом "Навігація" передбачається створення наземної диференційної підсистеми координатно-часового та навігаційного забезпечення із застосуванням глобальних навігаційних систем GPS-III, ГЛОНАСС та Galileo для надання послуг, які б задовольняли сучасним вимогам споживачів щодо похибок навігаційних визначень на території України. Завданням проекту передбачено створення демонстраційного зразка диференційної підсистеми та її регіонального сегмента.

САМОСТІЙНА РОБОТА №4

ТЕЛЕСКОПИ

Радіотелескопи та елементи радіолокації в астрономії.

Радіолокаційної астрономії розділ астрономії, що вивчає небесні тіла шляхом посилки до них зондуючого сигналу та аналізу відбитого радіолуни. Система з передавача, антени і приймача - радіолокатор (радар) - може розташовуватися як на Землі, так і на космічному апараті. Радіолокаційна астрономія, на відміну від радіоастрономії, вивчає не власне радіовипромінювання небесних тіл, а відбиті від них сигнали. Зручність радіолокації полягає в тому, що, вимірюючи час проходження сигналу туди і назад, можна з високою точністю визначати відстань до об'єкта, а по зміні частоти сигналу - швидкість об'єкта (принцип Доплера). Але оскільки потужність відбитого сигналу швидко зменшується з відстанню, поки радіолокаційним дослідженням доступні лише тіла Сонячної системи.

Історична довідка. У 1930-і роки виникла підозра, що радіосигнали іноді відбиваються від ионизованного метеорних слідів в атмосфері; остаточно це підтвердили Ч.Лал і К.Венкатараман в Індії в 1941. Перше радіолуни від метеорів за допомогою спеціальних радарів отримали Дж.Хей і Г.Стюарт в Англії в 1946. У тому ж році радіолокацію Місяця здійснили Дж.ДеВітт в США і З.Бей в Угорщині. По суті, це стало першими експериментами в астрономії; до тих пір астрономи тільки спостерігали за небесними тілами, ніяк не впливаючи на них. Фахівці Англії, СРСР і США майже одночасно в 1961 зробили локацію Венери для вимірювання відстані до неї, а повторивши експеримент в 1964, довели точність вимірювання до декількох кілометрів. За допомогою сучасних радарів проводять також локацію Сонця, Меркурія, Марса, Юпітера і його галілеєвих супутників, Сатурна, його кілець і супутника Титана, астероїдів і ядер комет. Слідом за радіолокації почалося активне дослідження небесних тіл за допомогою космічних зондів. Але і локація залишилася дуже корисним методом в астрономії. До радіолокації додалася лазерна локація Місяця з використанням доставлених на її поверхню відбивачів оптичних імпульсів. Цей метод дозволяє регулярно вимірювати відстань між Землею і Місяцем з точністю до 1 см, що дуже важливо для вивчення складного відносного руху цих двох небесних тіл. Апаратура для реєстрації відбитого сигналу. Щоб сигнал наземного передавача пройшов крізь іоносферу Землі, його випромінювання повинно бути достатньо короткохвильовим - коротше 20 м. При проходженні сигналу від передавача до об'єкта щільність його потужності зменшується обернено пропорційно квадрату відстані. Частина імпульсу відбивається від об'єкта, і по шляху до Землі його потужність знов зменшується обернено пропорційно квадрату відстані. У підсумку енергія прийнятого радіолуни обернено пропорційна четвертого ступеня відстані до об'єкта. Ось чому радарні методи застосовні лише для найближчих тіл Сонячної системи, але і при цьому потрібні дуже потужні передавачі, гігантські антени і надчутливі приймачі.  Обсерваторії Аресібо на о. Пуерто-Ріко оснащена найбільшим у світі радіотелескопом діаметром 305 м. Враховуючи, що час шляху сигналу до планет велике, використовують довгі імпульси, а смугу пропускання приймачів роблять широкою, оскільки через ефект Доплера частотний діапазон відбитого сигналу виявляється зрушеним за рахунок руху об'єкту і розширеним за рахунок його обертання (різні частини обертового об'єкта рухаються з різними променевими швидкостями). Метеори. Для дослідження метеорів використовуються стандартні авіаційні радари, але на більш довгій хвилі. Рухаючись з високою швидкістю в атмосфері, метеорні частки залишають за собою іонізованний слід, від якого відбиваються радіохвилі. Зазвичай цей слід виникає на висоті 80-110 км і зберігається від однієї до кількох секунд. За характером відображених імпульсів можна судити про розмір, швидкості і напрямку польоту частинки, а також про будову атмосфери на цих висотах. Місяць. До польотів на Місяць її радіолокація дала багато корисних відомостей. Використовуючи хвилі різної довжини - від 8 мм до 20 м, - по характеру їх взаємодії з місячною поверхнею впізнали її діелектричну постійну, що дозволило приблизно визначити склад грунту. За величиною розсіювання хвиль визначили ступінь нерівності місячної поверхні. Виявилося, що поверхня материкових і морських районів Місяця помітно різниться. Планети. Планети від нас значно далі Місяця, тому для їх локації потрібно набагато більш потужне обладнання. Наприклад, сигнал, відбитий від Венери, в 10 млн. разів слабкіше, ніж від Місяця. Польоти до планет вимагають точного знання відстані до них, тому на початку 1960-х років за допомогою значно більш потужних радіолокаторів було точно виміряна відстань до Венери, уточнити і всі інші відстані в Сонячній системі.  МЕТОД "запізнювання - ЗСУВ" дозволяє дізнатися, від якої області планети прийшов відбитий сигнал. На малюнку показаний видимий диск обертається планети. Всі точки на вертикальній заштрихованої смужці рухаються до нас з однаковою швидкістю, отже, відбиті від них сигнали мають однакову доплеровське зсув довжини хвилі. Оскільки планета сферична, всі точки на заштрихованому кільці однаково віддалені від Землі, значить, відбиті від них сигнали прийдуть до нас з однаковою затримкою часу. Виділяючи певну довжину хвилі і тимчасову затримку, отримуємо сигнал, відбитий двома областями, де окружність перетинається вертикальною смугою. Щоб виділити сигнал від кожної з них окремо, застосовують інтерферометри. Так, точка за точкою, отримують радіолокаційну карту планети. Результати локації дозволили уточнити орбіти планет, їх діаметри і швидкість обертання. Про обертання Венери, покритої хмарами, до цих експериментів взагалі нічого не було відомо. Локація показала, що її добу в 243 рази довше земних, тобто на 18 днів довше венерианського року. Локація Венери з Землі дозволила також вперше "поглянути" на її поверхню. За допомогою методу "запізнювання-зміщення", суть якого пояснюється нижче малюнком, були отримані (з дозволом 3 км) карти Венери двох типів: на одних показано ступінь віддзеркалення радіохвиль від різних ділянок поверхні, а на інших - перепади висот між ними. Разом вони дозволяють вивчати топографію Венери, її гори, кратери і долини, а також судити про структуру її поверхні. Значно більш докладними виявилися карти Венери, отримані радарами з борту міжпланетних зондів "Піонер-Венера-1" (1978), "Венера-15, -16" (1983) і "Магеллан" (1990), що стали супутниками Венери: на кращих з них помітні деталі поверхні розміром до 100 м. Поверхня Венери, представлена ​​в умовних кольорах і перспективній проекції за даними радара космічного зонда "Магеллан". Гора Дану (вдалині біля обрію) підноситься над плато на 1,5 км.  Радіолокація Меркурія показала, що період його обертання навколо осі становить близько 59 земних діб і не збігається з орбітальним періодом тривалістю 88 діб, як вважалося до цього. Тому Сонце освітлює обидві півкулі планети, а не одне, як думали раніше. Локація Марса виявила на його поверхні великі перепади висот - до 15 км. Пізніше спостереження з околомарсианскую орбіту підтвердили, що на Марсі дійсно є гори такої висоти. Методом радіолокації вивчали також кільця Сатурна, супутники Юпітера, астероїди і ядра комет. Сонце. Величезний розмір Сонця робить його (як і близьку Місяць) привабливим об'єктом для радіолокації. Однак до Сонця потрібно посилати дуже потужний імпульс, щоб відбитий сигнал був помітний на тлі власного радіовипромінювання Сонця. Найкращий результат дає використання довгих хвиль (5-15 м), оскільки короткі поглинаються в сонячній атмосфері. Радарні дослідження Сонця дають інформацію про структуру її корони і хмарах заряджених частинок, які Сонце викидає в періоди високої активності.

Рентгенівські і нейтринні телескопи.

Радіотелеско́п — астрофізичний прилад для прийому власного електромагнітного випромінювання космічних об'єктів у діапазоні несучих частот від десятків МГц до десятків ГГц і дослідження його характеристик: координат джерел, просторової структури, інтенсивності випромінювання, спектру і поляризації.

Антени деяких радіотелескопів схожі на звичайні рефлектори. Вони збирають радіохвилі у фокусі металевого увігну­того дзеркала, яке можна зробити ґратчастим і величез­них розмірів — діаметром у десятки метрів. Інші радіотелескопи — це величезні рухомі рами, на яких паралельно один одному закріплені металеві стрижні або спіралі. Радіохвилі, що надходять, збуджують у них електромагнітні ко­ливання, які після підсилення потрапляють на дуже чутливу при­ймальну радіоапаратуру для реєстрації радіовипромінювання об'єкта.

Радіотелескоп займає початкове положення (найнизькочастотніше) серед астрономічних приладів (або комплексів), що досліджують електромагнітне випромінювання. До радіотелескопів належать також гравітаційні телескопи. Більш високочастотні прилади:

• Інфрачервоний телескоп (діапазон теплового (інфрачервоного) випромінювання);

• Телескоп — (оптичний діапазон (іноді включаючи інфрачервоний і (або) ультрафіолетовий світловий діапазон);

• Рентгенівський телескоп (рентгенівський діапазон).

Будова та принцип дії

Радіотелескоп складається з антенної системи і радіоприймального пристрою — радіометра. Конструкції антен відрізняються великою різноманітністю, що обумовлена дуже широким діапазоном довжин хвиль, які використовуються в радіоастрономії (від 0,1 мм до 1 000 м). Для спрямування антен в область неба, яка досліджується, їх встановлюють звичайно на азимутальних монтуваннях, що забезпечують повороти по азимуту та висоті (повноповоротні антени). Існують також антени, що допускають лише обмежені повороти, і навіть повністю нерухомі. Напрям прийому в антенах останнього типу (звичайно дуже великого розміру) досягається шляхом переміщення опромінювача, що сприймає відображене від антени радіовипромінювання.

Для спостереження на коротких хвилях поширені дзеркальні параболічні антени, встановлені на поворотних пристроях, що служать для наведення радіотелескопів на джерело радіовипромінювання; за принципом дії такі радіотелескопи аналогічні оптичним телескопам-рефракторам. Часто використовуються комбінації ряду дзеркальних антен, що сполучені кабельними лініями в єдину систему — «ґрати». Для спостереження на довгих хвилях використовуються ґрати з великого числа елементарних випромінювачів — діполів.

Радіотелескоп повинен володіти високою чутливістю, що забезпечує надійну реєстрацію можливо більш слабкої густини потоку радіовипромінювання, гарноою роздільною здатністю, що дозволяє спостерігати менші просторові деталі досліджуваних об'єктів. Мінімальна густина потоку ΔР, що реєструється, визначається співвідношенням:

ΔP=P/(S√Δft)

де Р — потужність власних шумів радіотелескопа, S — ефективна площа (збираюча поверхня) антени, Δf — смуга частот, що приймаються, t — час накопичення сигналу.

Для поліпшення чутливості радіотелескопів збільшують їх збираючу поверхню та застосовують малошумні приймальні пристрої на основі мазерів, параметричних підсилювачів тощо. Роздільна здатність q радіотелескопа (в радіанах):

q > I/D

де I — довжина хвилі, D — лінійний розмір апертури антени.

Найбільші дзеркальні антени (діаметром до 100 м на сантиметрових хвилях) мають роздільну здатність близько 1 кутової секунди, що зпівставно з можливостями неозброєного ока. Труднощі створення радіотелескопів великих розмірів з суцільним дзеркалом змушують широко використовувати ґрати, а для отримання двовимірного «зображення» — хрещаті, кільцеві та інші антени з незаповненою апертурою.

Апертурний синтез

Найрадикальнішим шляхом отримання високої роздільності в радіоастрономії є складання (синтез) антенного пристрою великої апертури за допомогою декількох порівняно невеликих антен, які в процесі спостережень переміщуються відносно один одного відповідно до заданих рухів великого антенного пристрою, що зображується або фіктивного. Існуючі радіотелескопи апертурного синтезу дозволяють одержувати радіозображення з роздільністю близько 1 кутової секунди. При використовуванні в системі синтезу радіоінтерферометрів з надвеликими базами можна очікувати роздільної здатності при отриманні зображень об'єктів порядку 10^-2-10^-4 кутових секунд. Радіотелескопи, що складаються із системи окремих антен, віддалених одна від одної (іноді на багато сотень км), за допомогою яких проводять одночасні спо­стереження космічного радіоджерела, дають змогу дізнатися про структуру радіоджерела й виміряти його кутовий роз­мір, навіть коли він у ба­гато разів менший за ку­тову секунду.

Історія та розвиток

Радіотелескоп Грота Ребера

Радіотелескоп УТР-2. Харків

радіотелескоп РТ-70 П-400 біля селища Заозерне

Радіотелескоп ТНА-400 біля Сімферополя

Радіовипромінювання космічного походження на хвилі 14,6 м вперше було зареєстровано К. Янським (США) у 1931 році за допомогою антени, призначеної для дослідження радіоперешкод від блискавок. Після того, для його приймання створили обладнання різних систем. Перший радіотелескоп збудував Грот Ребер (англ. Grote Reber), радіоаматор з Уіттона (Іллінойс, США) у 1937 році на задньому подвірї своїх батьків. Його апарат мав параболічну форму антени діаметром 9 м. За його допомогою Грот накреслив зоряну мапу в радіодіапазоні на якій виділялись центральні області Чумацького шляху та «яскраві» об'єкти Лебідь A (Cyg A) и Кассіопея A (Cas A)^[1]. Швидкий розвиток радіотелескопії почався в 40-х роках. У Австралії в 1948 був споруджений перший радіоінтерферометр, а в 1953 — перший хрещатий радіотелескоп. Великий повноповоротний параболоїд діаметром 76 м вперше був споруджений у Великобританії в 1957. Принцип отримання зображення з високою роздільною здатністю методом послідовного синтезу апертури розвивається з 1956 року в Кембриджі. У 1967 в США і Канаді проведені перші спостереження на інтерферометрах з незалежним записом сигналів і надвеликими базами. До 1975 кращі за точностю повноповоротні параболоїди встановлено на радіоастрономічних обсерваторіях в Еффельсберзі, Пущині і Симїзі, Кітт-Піку.

Радіотелескоп з нерухомою сферичною чашею споруджений в кратері вулкана в Аресібо, Пуерто-Ріко (діаметр 300 м, мінімальна довжина хвилі 10 см). Має дуже велику збираючу поверхню і використовується як локатор для картографування планет.

Хрестоподібні та кільцеві радіотелескопи функціонують в Молонгло, Австралія(хрест з 2 сітчастих параболічних циліндрів), Харкові (Т-подібна антена 1 800 x 900 м, складається з 2 040 вібраторів, λ = 10—30 м), Пущині (хрест з 2 циліндрів 1 000 x 1 000 м, λ = 2-10 м), Калгурре, Австралія (96 параболоїдів діаметром 13 м, розташованих по кільцю діаметром 3 км). Найбільші радіотелескопи апертурного синтезу — в Кембриджі, Великобританія (λ = 5 см) та Вестерборці, Нідерланди (λ = 6 см).

Уявлення про ­небесні тіла та їхні системи надзвичайно збагатилися після того, як почали ви­вчати їхнє радіовипромі­нювання.

Спектрографи. Спектральні методи дослідження небесних тіл.

Спектро́граф (від спектр та грец.γραφω — пишу) — спектральний прилад, у якому приймач випромінювання одночасно реєструє весь можливий електромагнітний спектр. Приймачами випромінювання можуть бути фотоматеріали, багатоелементні фотоприймачі (ПЗЗ-матриці або лінійки), електронно-оптичні перетворювачі. Диспергувальна система (система, що поділяє потік випромінювання залежно від довжини хвилі) може бутипризмою,дифракційною граткоютощо.

Застосовується переважно в астрономії.

Спектральний аналіз - сукупність методів якісного і кількісного визначення складу об'єкта, заснована на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням, включаючи спектри електромагнітного випромінювання, акустичних хвиль, розподілу по масах і енергіям елементарних частинок і ін В залежності від цілей аналізу і типів спектрів виділяють кілька методів спектрального аналізу. Атомний і молекулярний спектральні аналізи дозволяють визначати елементний і молекулярний склад речовини, відповідно. В емісійному і абсорбційному методах склад визначається за спектрами випускання і поглинання. Мас-спектрометричний аналіз здійснюється за спектрами мас атомарних або молекулярних іонів і дозволяє визначати ізотопний склад об'єкта. Історія Темні лінії на спектральних смужках були помічені давно, але перше серйозне дослідження цих ліній було зроблено тільки в 1814 році Йозефом Фраунгофера. У його честь ефект отримав назву «фраунгоферових лінії». Фраунгофер встановив стабільність положення ліній, склав їх таблицю (всього він нарахував 574 лінії), привласнив кожній буквено-цифровий код. Не менш важливим стало його висновок, що лінії не пов'язані ні з оптичним матеріалом, ні з земною атмосферою, але є природною характеристикою сонячного світла. Аналогічні лінії він виявив у штучних джерел світла, а також у спектрах Венери і Сіріуса. Незабаром з'ясовувалося, що одна з найбільш виразних ліній завжди з'являється в присутності натрію. У 1859 році Г. Кірхгоф і Р. Бунзен після серії експериментів уклали: кожен хімічний елемент має свій неповторний лінійчатий спектр, і по спектру небесних світил можна зробити висновки про склад їх речовини. З цього моменту в науці з'явився спектральний аналіз, потужний метод дистанційного визначення хімічного складу. Для перевірки методу в 1868 році Паризька академія наук організувала експедицію в Індію, де належало повне сонячне затемнення. Там учені виявили: всі темні лінії в момент затемнення, коли спектр випромінювання змінив спектр поглинання сонячної корони, стали, як і було передбачено, яскравими на темному тлі. Природа кожної з ліній, їх зв'язок з хімічними елементами з'ясовувалися поступово. У 1860 році Кірхгоф і Бунзен за допомогою спектрального аналізу відкрили цезій, а в 1861 році - рубідій. А гелій був відкритий на Сонці на 27 років раніше, ніж на Землі (1868 і 1895 роки відповідно). Принцип роботи Атоми кожного хімічного елемента мають строго певні резонансні частоти, в результаті чого саме на цих частотах вони випромінюють або поглинають світло. Це призводить до того, що в спектроскопії на спектрах видно лінії (темні чи світлі) в певних місцях, характерних для кожної речовини. Інтенсивність ліній залежить від кількості речовини і його стану. У кількісному спектральному аналізі визначають зміст досліджуваної речовини за відносною або абсолютною інтенсивностями ліній або смуг в спектрах. Оптичний спектральний аналіз характеризується відносною простотою виконання, відсутністю складної підготовки проб до аналізу, незначною кількістю речовини (10-30 мг), необхідного для аналізу на велике число елементів. Атомарні спектри (поглинання або випускання) отримують переведенням речовини в пароподібний стан шляхом нагрівання проби до 1000-10000 ° C. В якості джерел збудження атомів при емісійному аналізі струмопровідних матеріалів застосовують іскру, дугу змінного струму; при цьому пробу поміщають в кратер одного з вугільних електродів. Для аналізу розчинів широко використовують полум'я або плазму різних газів. Застосування Останнім часом, найбільшого поширення набули емісійні та мас-спектрометричні методи спектрального аналізу, засновані на порушенні атомів і їх іонізації в аргонової плазмі індукційних розрядів, а також в лазерної іскрі. Спектральний аналіз - чутливий метод і широко застосовується в аналітичній хімії, астрофізиці, металургії, машинобудуванні, геологічній розвідці та інших галузях науки. У теорії обробки сигналів, спектральний аналіз також означає аналіз розподілу енергії сигналу (наприклад, звукового) по частотах, хвильовим числам і т. п.

Астрофотографія.

Астрофотографія, астрограф, астрономічна фотографія - спосіб проведення астрономічних спостережень, заснований на фотографуванні небесних тіл з використанням астрографов. Переслідує дві основні мети: • Дослідницькі. Перевага фотоматеріалів перед людським оком полягає в накопиченні світлового впливу фотографічної емульсією за час тривалої витримки. Це дозволило астрономам отримувати зображення об'єктів надзвичайно низькій яскравості. Крім того, фотографічний метод дозволяє отримати зображення відразу багатьох об'єктів і відрізняється документальністю та об'єктивністю. • Художні. У вузькому сенсі астрофотографії називають фотографічну астрометрію. Особливості   Устаткування для аматорської астрофотографії (зйомка через телескоп з використанням гідірованія).   Цифровий дзеркальний фотоапарат Olympus E-330 встановлений на телескоп через Т-адаптер (М42 × 0,75 → байонет 4/3) замість окуляра В залежності від об'єкту зйомки і її мети (задуму) в астрофотографії може застосовуватися різне оптичне й знімальне обладнання (як телескоп з фотоапаратом, так і фотокамера з власним об'єктивом); оптичні системи різних типів і з різними фокусною відстанню (короткофокусні для ширококутних знімків або довгофокусні - наприклад, для фотографування планет); фотокамера може бути як нерухомої (для фотографування слідів зірок), так і оснащеної приводом тієї або іншої конструкції для компенсації добового обертання Землі; зйомка з використанням телескопа включає в себе цілий ряд технічних прийомів, способів і особливостей ( як власне зйомки, так і наступної обробки зображення). На окулярного вузлі телескопа зазвичай поміщається плівковий або цифровий фотоапарат зі знімним об'єктивом. Для установки фотоапаратів на телескопи розроблений уніфікований Т-адаптер. У поєднанні з автоматичним управлінням з комп'ютера астрограф все частіше стають засобом дозвілля та отримання гарних знімків різних небесних об'єктів. Для отримання якісних знімків віддалених об'єктів застосовуються довгі витримки і гідірованіе: ручний або механічний спосіб компенсації добового обертання Землі. З появою ПЗС-матриць в астрофотографії з'явилися нові поняття: калібрування знімків за допомогою струмів зміщення (Bias), темнових кадрів (Dark frame) і плоских полів (Flat field). Історія Перші фотографії Місяця і зірки були зроблені в Гарвардській обсерваторії в 1847 і в 1850 роках. А перша успішна фотографія повного сонячного затемнення була зроблена в Кенігсберзької обсерваторії під час повного сонячного затемнення 28 липня 1851. Першу фотографію об'єкта глибокого космосу зробив в 1880 році Дрейпер, Генрі - це був знімок Туманності Оріона (М42). Художня астрос'емка Далекі космічні об'єкти Піонером в області астрофотографії об'єктів глибокого космосу був Ісаак Робертс, який встановив у своїй приватній обсерваторії телескоп діаметром 0,51 м для зйомки слабких туманних об'єктів. Їм були отримані знімки більшості найяскравіших об'єктів глибокого космосу

САМОСТІЙНА РОБОТА №5

ФІЗИКА ТІЛ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

Аберація та паралакс зір. Річна аберація і паралактичне зміщення зір ‒ докази обертання Землі навколо Сонця.

Аберація астрономічна

різниця між видимим напрямом на світило й істинним, який бачив би в той же момент спостерігач, який не рухається. Позаяк астрономічні спостереження виконуються на Землі, що обертається навколо своєї осі та рухається навколо Сонця й разом із Сонцем переміщується серед зір, то спостерігач рухасться зі швидкістю, сумірною зі швидкістю світла, і бачить світило не в тому напрямі, в якому він бачив би його в цей же момент, перебуваючи в спокої. Добова А. а. пов'язана з рухом спостерігача разом із Землею навколо її осі (лінійна швидкість обертання точок земної поверхні на екваторі становить 0,46 км-с"1). Вона досягає 0,32" і враховується під час опрацювання астрономічних спостережень. Річна А. а. пов'язана з рухом Землі навколо Сонця (середня швидкість руху Землі по екліптиці 29,75 км-с"1). Річна А. а. залежить від координат світила, його годинного кута та швидкості руху Землі й досягає 20,5". Вплив річної А. а. враховується під час визначення координат небесних світил.

Паралакс (грец. παράλλαξις — зміна) — явне зміщення або різниця орієнтації об'єкта, що розглядається з двох різних позицій. Що далі розташований об'єкт, тим менше змінюється його візуальна позиція. Що ближча відстань до об'єкта, або що більша відстань між точками спостереження (база), тим більший паралакс.

Метод паралаксу є єдиним безпосереднім методом вимірювання відстаней поза межами Сонячної системи. Астрономи для визначення відстаней використовують різні (найкраще — протилежні) точки земної поверхні або земної орбіти, вимірюючи кутове зміщення об'єкта на фоні далеких зір. Відповідно виокремлюють два методи геоцентричний паралакс та геліоцентричний паралакс. За об'єктами спостережень виділяють Місячний паралакс, паралакс Сонця і тіл Сонячної системи та Зоряний паралакс.

Геоцентричний паралакс

Геоцентричний паралакс (або як його ще раніше називали — добовий паралакс) використовується для вимірювання відстаней в межах Сонячної системи. Раніше проводили вимір кутів двічі протягом доби, завдяки чому можна було визначити паралакс до таких об'єктів як Місяць, Сонце тощо. Наразі для цього використовують два одночасних спостереження в різних точках земної кулі або ж синхронізовані телескопи.

Горизонтальним паралаксом називають кут між напрямом на світило з якої-небудь точки земної поверхні і напрямом на світило з центра Землі.

Вперше застосував метод паралаксу в астрономії древньогрецький вчений Гіппарх 150-го р. до н. е. для визначення відстані до Місяця. За його обчисленнями паралакс склав 58' і, відповідно, відстань до Місяця ~59 радіусів Землі. За сучасними даними паралакс Місяця становить — 57'02.6", відповідно відстань — 60.2 радіусів.6 листопада 1572 спалахнула наднова зірка SN 1572 в сузір'ї Кассіопеї. За 5 днів потому данський астроном-дворянин Тихо Браге, перебуваючи на вулиці, випадково помітив цю яскраву зірку. В подальшому він єдиний у Європі вів детальні спостереження нової зірки, записуючи її зоряну величину та вимірюючи кути відносно інших яскравих зірок сузір'я Кассіопеї з точністю до кількох кутових мінут. Він не зміг обчислити паралакс цього об'єкта і зрозумів, що явище відбувається набагато далі, аніж Місяць, поміж нерухомих зір. Отже, і на небі бувають зміни. Таким чином було спростовано постулати про незмінність небесних сфер Арістотеля, який вважав, що всі небесні зміни (комети, нові зірки) відбуваються у верхніх шарах атмосфери, де вона стикається з космічним вогнем.

За 5 років потому Браге пощастило знову. В нічному небі засяяла Велика комета C/1577 V1. Браге здійснив аналогічні виміри кутів комети та Місяця (вони часто були поруч) в певні дати відносно сусідніх зір. Подібну роботу в Празі виконав невідомий нам астроном. Співставивши дані своїх спостережень поблизу Копенгагена (Кобенхавна) і дані колеги з Чехії, Браге зміг визначити паралакс, щоправда помилковий. За його даними виходило, що комета щонайменше втричі далі, аніж Місяць. В 1672 Джованні Кассіні вдалося виміряти відстань до Сонця, як 140 млн. км (на 7% менше за сучасні дані). Задля цього він, перебуваючи в Парижі виміряв розміщення Марсу на фоні зір, одночасно із ним у Французькій Гвіані Жан Ріше фр. Jean Richer теж провів спостереження. Зіставивши дані, астрономи отримали паралакс Марсу, та на основі цих даних вирахували, відстань до Сонця.