Kvant. Астрономия

А так ли хорошо знакома вам астрономия? // Квант. — 1992. — № 4. — С. 40-41

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Астрономия, рассмотренная наиболее общим образом,
есть великая проблема механики, которая состоит
в определении небесных движений произвольного вида.
Лаплас

Для тех, кто еще не перешел в последний школьный класс, этот вопрос покажется странным: ведь «официально» познакомиться с астрономией можно только за несколько месяцев до окончания школы. Однако вспомните курс механики, а также природоведения, физической географии, истории древнего мира и средних веков... И везде, заметьте, возникали и обсуждались вопросы астрономического содержания — о движении планет и наблюдении звезд, о навигации и затмениях, об устройстве и исследовании внеземного мира. Это, безусловно, свидетельствует о давней, с незапамятных времен, связи человека с Космосом, о постоянном интересе к тому, что знаменитый Кеплер назвал «небесной физикой».

Сегодня вы станете участниками всего лишь нескольких актов из грандиозного спектакля, ежедневно разыгрываемого Природой на небесной сцене. Уверены, что астрономический «Калейдоскоп» будет для вас не менее увлекательным, чем другие его выпуски.

Вопросы и задачи

1. На сколько угловых минут поворачивается Земля вокруг своей оси за одну минуту?
2. На какой угловой высоте находится Солнце, если длина тени от вертикального предмета равна его высоте?
3. В каких случаях высота светил над горизонтом Земли не меняется в течение суток?
4. Для наблюдателя, находящегося на географическом полюсе Земли, Солнце полгода расположено над горизонтом и полгода — под горизонтом. А Луна?
5. Почему терминатор Венеры — линия раздела дня и ночи — при наблюдения с Земли имеет форму дуги эллипса?
6. Можно ли в воде глубокого колодца увидеть отражение Солнца?
7. Луна, если ее наблюдать с Земли, восходит не менее двух минут. В течение какого времени восходит Земля для наблюдателя на Луне?
8. На Венере настолько густая облачность, что не видно небесных светил. Можно ли, находясь на Венере, убедиться в ее вращении вокруг своей оси и определить направление этого вращения?
9. Какой вид имеет кольцо Сатурна для наблюдателей, находящихся на экваторе и на полюсах этой планеты?
10. Если на Земле наблюдается полное лунное затмение, то что увидит космонавт, очутившийся в это время на Луне?
11. Почему полные солнечные затмения в северном полушария Земля чаще бывают летом, а не зимой?
12. Освещенная заходящим Солнцем белая стена кажется ярче поверхности Луны, находящейся на той же высоте над горизонтом, что и Солнце. Означает ли это, что поверхность Луны состоит из темных пород?
13. Одинаковый ли вид имеет Солнце с Луны и с Земли?
14. Изменится ля видимое расположение звезд на небе, если вдруг исчезнет земная атмосфера?
15. Какие наблюдения доказывают, что кометы не находятся в земной атмосфере, как это полагали в древности?
16. Почему с полуночи до рассвета наблюдается больше метеоров, чем с вечера до полуночи?

Микроопыт

Видимые размеры дисков Солнца и Луны у горизонта кажутся увеличенными по сравнению с их видимыми размерами в зените. Как можно экспериментально доказать, что это увеличение кажущееся?

Любопытно, что…

...одной из самых древних, известных истории обсерваторий, возможно, являются знаменитые развалины Стоунхенджа в Англии. Этому сооружению около четырех тысяч лет. А первая «настоящая» астрономическая обсерватория появилась в Европе лишь в XVI веке.

...детальное исследование неба стимулировалось и астрологией. К примеру, около двух с половиной тысяч лет назад жрецы Ассирии умели предсказывать даты затмений.

...имя изобретателя телескопа неизвестно. Мы знаем лишь одно: в 1604 году торговец стеклами для очков голландец Янссен «снял копию» с телескопа, принадлежащего некоему итальянцу.

...телескопы вовсе не дают увеличенного изображения звезд. Задача телескопа — увеличение светового потока, попадающего в глаз человека от наблюдаемого объекта. Поэтому и строят телескопы-гиганты с зеркалами диаметром в несколько метров.

...оптическое приборостроение стало одной из первых отраслей индустрии, где непосредственное участие физиков поставило кустарное эмпирическое мастерство на уровень совершенного производства.

...астрономические наблюдения подтверждают справедливость важнейших физических теорий. Например, искривление луча света в гравитационном поле Солнца, наблюдавшееся во время солнечного затмения, или смещение орбиты Меркурия, открытое в 1845 году, не могли быть объяснены классической наукой, но вполне «укладывались» в новые представления — общей теории относительности.

...первый полный астрономический учебник вышел в 1618 году — это была книга Кеплера «Сокращения коперниковой астрономии».

...знаменитый английский астроном Гершель вполне серьезно считал, что Солнце — обитаемо, его поверхность довольно холодна и только плавающие над ней облака очень горячи.

Что читать в «Кванте»

1. «Космические иллюзии и миражи» — 1988, № 7, с. 15;
2. «Калейдоскоп «Кванта» — 1989, № 4, с. 40;
3. «Гиганты» — 1989, № 5, с. 50;
4. «Орбиты» — 1989, № 9, с. 60;
5. «Перспективы поиска обитаемых планет» — 1990, № 8, с. 58;
6. «Кто придумал «ночезрительную трубу»?» — 1990, № 9, с. 36;
7. «Ближайшие задачи в космосе» — 1991, № 2, с. 46;
8. «Формула рождения звезд» — 1991, № 11, с. 11.

Ответы

1. На 15'.
2. φ = 45°.
3. Если наблюдатель находится на одном из географических полюсов Земли или светило находится в одном из полюсов мира.
4. Видимый путь Луны на небе почти совпадает с траекторией Солнца, только Луна совершает свой оборот не за год, а за месяц. Поэтому при наблюдении с полюса Луна будет на две недели появляться над горизонтом и на две недели — скрываться за ним.
5. Потому что граница дня и ночи на Венере — полуокружность, которую мы видим под углом в виде полуэллипса.
6. Да — в экваториальных странах.
7. Для наблюдателя на Луне Земля не восходит и ие заходит.
8. Можно, например изучая поведение маятника.
9. На экваторе — в виде полосы, пересекающей небо через зенит; на полюсах кольцо не видно вовсе.
10. На стороне Луны, обращенной к Солнцу, будет видно полное солнечное затмение; на другой стороне — яркие звезды на черном небе.
11. Расстояние от Земли до Солнца летом больше, чем зимой, поэтому угловой размер Солнца летом чуть меньше, чем зимой. Расстояние же от Луны до Земли в среднем не зависит от сезона. Вот почему Луна чаще полностью закрывает солнечный диск именно летом.
12. Расстояния между Солнцем и Землей и Солнцем и Луной практически равны. Поэтому, если бы Луна и стена имели одинаковые коэффициенты отражения, яркость их казалась бы одинаковой. Следовательно, можно считать, что поверхность Луны состоит из темных пород.
13. Нет. С Луны видна окружающая Солнце атмосфера, наблюдаемая с Земли лишь в моменты полного солнечного затмения.
14. Световые лучи в земной атмосфере искривляются (атмосферная рефракция), поэтому в отсутствие атмосферы видимое положение каждой звезды несколько сместилось бы. Например, звезды, видимые вблизи линии горизонта, стали бы невидимыми.
15. Участие комет в суточном вращении неба.
16. На «утреннее» полушарие Земли попадают метеориты, движущиеся в основном навстречу нашей планете, а на «вечернее» полушарие — движущиеся вдогонку. Поэтому послеполуночные метеориты влетают в атмосферу с большей скоростью и, сгорая, вспыхивают ярче, чем дополуночные.

Микроопыт

Нужно спроецировать диски, удобнее солнечные, в обоих случаях на лист бумаги с помощью длиннофокусной (почему?) линзы, при этом линза и лист должны быть перпендикулярны лучам. Измеряя размеры изображений, можно убедиться, что они равны.

Материал подготовил А.Леонович