§ 37. ДОСЛІДЖУЄМО АСТРОНОМІЧНІ ЯВИЩА

• Назад до змісту довідника

Назад до змісту довідника

ДОСЛІДЖУЙ

Розглянь світлину (мал. 37.1). На ній зображено кілька різних астрономічних явищ.

• Визнач їх і поясни, що саме відбувається у кожному випадку.

На світлині зліва направо зображено:

1. Повне сонячне затемнення: Місяць повністю закриває диск Сонця, і стає видимою сонячна корона.
2. Політ комети: крижане ядро наближається до Сонця, нагрівається, а випарувані газ і пил утворюють яскравий хвіст.
3. Кільцеподібне сонячне затемнення: Місяць розташовується точно перед диском Сонця, але перебуває далі від Землі, тому його видимий диск менший за сонячний і залишає сяяти яскраве зовнішнє кільце.

• Яке з явищ є періодичним, а яке — рідкісним?

Сонячні затемнення є періодичними явищами, адже взаємний рух Землі та Місяця повторюється за точними циклами. Поява нової або довгоперіодичної комети є значно рідкіснішим явищем для конкретного спостерігача, оскільки період її повернення може складати тисячі чи мільйони років.

• Яке з них можна спостерігати без спеціальних приладів?

Усі три явища добре видно неозброєним оком без телескопа. Проте спостерігати затемнення Сонця можна виключно крізь спеціальні сонячні фільтри або затемнені скельця, щоб зберегти зір.

• Як спостереження таких явищ допомагало людям у минулому розуміти будову Всесвіту?

Спостереження сонячних затемнень допомогло вченим давнини підтвердити кулясту форму небесних тіл, обчислити відстані до Місяця та дослідити сонячну корону. Комети ж показали людству, що простір поза атмосферою Землі змінюється та не є кришталевими нерухомими сферами, що дало поштовх для формулювання законів тяжіння.

• Назви інші відомі тобі астрономічні явища.

До відомих астрономічних явищ належать місячні затемнення, полярні сяйва, метеорні потоки («зорепади»), зміна пір року, проходження планет перед диском Сонця та спалахи наднових зір.

ДІЗНАВАЙСЯ

• Чому астрономію вважають однією з найдавніших наук?

Астрономія виникла через найнагальніші життєві потреби перших землеробських суспільств. Людям необхідно було точно визначати настання весни, час сівби та збору врожаю. Рух Сонця, Місяця і сузір’їв був єдиним точним природним календарем і годинником. Систематичні спостереження дали змогу створити перші календарі, передбачати затемнення й описувати карти зоряного неба.

• Які існують астрономічні явища й об’єкти?

Астрономічні об’єкти утворюють матеріальну структуру Всесвіту. До них належать:

1. Об’єкти Сонячної системи: Сонце, вісім великих планет з їхніми супутниками, карликові планети, астероїди, комети, метеороїди, плазма та міжпланетний пил.
2. Об’єкти нашої Галактики: понад 200 мільярдів зір, зоряні скупчення, міжзоряний газ і пил (туманності), планетні системи, білі карлики, пульсари, нейтронні зорі та чорні діри.
3. Позагалактичні об’єкти: інші галактики та їхні скупчення, квазари, реліктове випромінювання й темна матерія.

Астрономічні явища — це події та процеси взаємодії, руху і трансформації цих об’єктів: затемнення, полярні сяйва, сонячні спалахи, вибухи наднових, метеорні дощі, рух планет по орбітах та поширення гравітаційних хвиль.

ДУМАЙ

1. Як давні цивілізації використовували спостереження за небом у господарській діяльності?

Давні народи використовували спостереження за світилами для розрахунку строків сільськогосподарських робіт, зокрема розливів річок і строків польових посадок. Також за зірками та Сонцем прокладали караванні шляхи й морські маршрути і вели точний календарний облік часу.

2. Чи можна вважати, що вивчення космосу — це інвестиція в майбутнє людства?

Вивчення космосу є потужною інвестицією в майбутнє. Воно рухає вперед передову техніку, дає людству супутниковий зв’язок, системи навігації та нові матеріали через технологічний трансфер (спін-оф). Крім цього, вивчення космосу рятує від астероїдної загрози та готує людство до освоєння нових енергетичних і мінеральних ресурсів поза межами Землі.

3. Як розвиток астрономії сприяв становленню інших наук та технологій?

Розв’язання астрономічних задач про рух небесних тіл спонукало Ньютона створити закони класичної механіки та закон всесвітнього тяжіння. Відкриття геліоцентричної системи зруйнувало догматичний світогляд і утвердило справжній науковий метод. Спроби будувати великі телескопи дали поштовх оптиці й матеріалознавству, а колосальні масиви астрономічних даних змусили розробляти суперкомп’ютери, цифрові матриці та нові методи аналізу зображень.

4. Наведи приклади технологій, створених завдяки космічним дослідженням.

Завдяки космічним розробкам у побуті з’явилися:

• Інфрачервоні безконтактні термометри (для контролю температури астронавтів).
• Побутові компактні фільтри з активованим вугіллям та іонообмінними смолами.
• Піна з ефектом пам’яті (Memory Foam) для ортопедичних матраців і взуття.
• Бездротові акумуляторні електродрилі та пилососи (розробка програми «Аполлон»).
• Сублімовані продукти тривалого зберігання.
• Тонкі рятувальні ковдри з фольги для збереження тепла постраждалих.
• Цифрова обробка медичних знімків для томографії (КТ та МРТ).

5. Які тіла належать до Сонячної системи?

До складу Сонячної системи входять центральна зоря Сонце, вісім великих планет (Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун) із супутниками, п’ять карликових планет (зокрема Плутон і Церера), астероїди головного поясу, комети, крижані тіла поясу Койпера і хмари Оорта, метеороїди та космічний пил.

6. Які об’єкти є в нашій Галактиці, а які — поза нею?

Усередині нашої Галактики (Чумацького Шляху) розташовані Сонце і сотні мільярдів інших зір, туманності, зоряні скупчення, нейтронні зорі, білі карлики та центральна надмасивна чорна діра.
Поза межами нашої Галактики містяться сусідні галактики (як-от туманність Андромеди чи Магелланові Хмари), групи та скупчення галактик, квазари та міжгалактичний газ.

7. Поділи наведені поняття на дві групи: зоря, полярне сяйво, вибух наднової зорі, планета, метеорний дощ, комета, галактика, астероїд, сонячне затемнення, рух планет.

ДІЙ

1. Знайди в інтернеті чи атласі зоряного неба три астрономічні явища, які можна спостерігати протягом цього року. Запиши дати їх появи.

Протягом року можна спостерігати такі явища:

1. Метеорний потік Персеїди — пік активності триває щороку в ніч із 12 на 13 серпня.
2. Сонячне затемнення — відбувається двічі на рік (весняний та осінній коридори затемнень, наприклад кільцеподібне затемнення у жовтні).
3. Метеорний потік Гемініди — один із найяскравіших зимових зорепадів, пік якого припадає на 13–14 грудня.

2. Створи постер «Астрономічні явища, які ми можемо спостерігати без телескопа».

3. Створи хронологічну шкалу розвитку астрономії.

4. Дізнайся, які астрономічні явища покладено в основу лічби часу (рік, доба, місяць). У чому різниця між юліанським та григоріанським календарями? У яких країнах використовують сонячні (місячні, місячно-сонячні) календарі?

В основу відліку часу покладено три астрономічні періодичні явища:

• Доба — час одного повного оберту Землі навколо своєї осі.
• Місяць — час зміни фаз Місяця (синодичний місяць триває близько $29{,}5$ доби).
• Рік — період одного оберту Землі навколо Сонця (близько $365{,}2422$ сонячної доби).

Юліанський календар вважав тривалість року за $365{,}25$ доби, тому за кожні 128 років виникала похибка в одну цілу добу. Григоріанський календар точніший: середня тривалість року становить $365{,}2425$ доби. Щоб усунути зсув, роки з нулями на кінці (1700, 1800, 1900) перестали бути високосними, окрім тих, що діляться на 400 (як-от 1600 та 2000). Різниця між цими календарями наразі становить 13 днів.

Сонячний календар використовує більшість країн світу, включаючи Україну, країни Європи та Америки. Місячний календар (календар Гіджри) використовують для релігійного літочислення в мусульманських країнах (Саудівська Аравія та інші держави Близького Сходу). Місячно-сонячні календарі офіційно діють паралельно із сонячним в Ізраїлі (єврейський календар), а також традиційно застосовуються в Китаї, В’єтнамі та Південній Кореї для святкування національних свят.

5. Виконай віртуальну лабораторну роботу 37.1.

Віртуальна лабораторна робота № 37.1

Тема: Моделювання колового руху штучного супутника навколо планети.
Мета: Дослідити рух штучного супутника Землі, визначити швидкість і період обертання та перевірити зв’язок між гравітаційною силою і доцентровим прискоренням.
Обладнання: Інтерактивний симулятор руху тіл під дією гравітації (PhET «Гравітація та орбіти»).

Хід роботи

1. Запускаємо симулятор і обираємо вкладку руху супутника навколо Землі.
2. Вмикаємо показ траєкторії, вектора швидкості та сітки.
3. Задаємо кругову орбіту супутника на відстані $r = 6700\text{ км} = 6{,}7 \cdot 10^6\text{ м}$ від центра Землі.
4. Фіксуємо за віртуальним таймером час п’яти повних обертів: $t = 27000\text{ с}$.
5. Знаходимо період обертання $T$:
   $T = \dfrac{t}{N} = \dfrac{27000\text{ с}}{5} = 5400\text{ с}$
6. Обчислюємо швидкість рівномірного руху супутника:
   $\upsilon = \dfrac{2\pi r}{T} = \dfrac{2 \cdot 3{,}14 \cdot 6{,}7 \cdot 10^6\text{ м}}{5400\text{ с}} \approx 7793\text{ м/с} \approx 7{,}8\text{ км/с}$
7. Визначаємо доцентрове прискорення супутника на цій висоті:
   $a_{\text{д}} = \dfrac{\upsilon^2}{r} = \dfrac{(7793\text{ м/с})^2}{6{,}7 \cdot 10^6\text{ м}} \approx 9{,}06\text{ м/с}^2$

Таблиця результатів

Висновок

Під час віртуальної роботи встановлено, що штучний супутник рухається навколо Землі зі сталою за модулем швидкістю $7{,}8\text{ км/с}$ (перша космічна швидкість для навколоземної орбіти). Доцентрове прискорення супутника $9{,}06\text{ м/с}^2$ повністю зумовлене притяганням Землі на відповідній висоті.