Природа не терпит пустоты - конспект - Астрономия, Рефераты из Астрономия

Скачай Природа не терпит пустоты - конспект - Астрономия и еще Рефераты в формате PDF Астрономия только на Docsity! Природа не терпит пустоты — утверждали многие в древности, хотя и затруднялись как следует объяснить, «с чего это они взяли». Этим утверждением «объясняли», почему жидкость поднимается в барометре вверх внутри высокой стеклянной трубки, из которой выкачан воздух. Вероятно, сходное с этим представление о нетерпимости пустоты заставляло ученых в конце XVIII века разыскивать планету в той «бреши», которая как бы зияла между орбитами Марса и Юпитера. Даниэль Тициус в 1772 г. выпустил в Бонне книгу «Созерцание природы», в которой обратил внимание на правильное возрастание расстояний планет от Солнца и на пробел между Марсом и Юпитером. Мысль эта была подхвачена Воде, который заявил, что вакантное место в Солнечной системе занято планетой, которую он, можно сказать, просто придумал. (Надо отметить, что расстояния открытых впоследствии планет Нептун и Плутон не улеглись в закономерность, подмеченную Тициусом, так что в действительности эта закономерность сложнее. Эта закономерность производила большое впечатление на современников и в наше время может быть объяснена теоретически.) Такие предположения тогда еще не имели, конечно, ничего общего с научным предвидением, основанным на законах природы. Это было нечто более близкое к мистическим воззрениям пифагорейцев на «священные» числа и фигуры. Астроном Цах так размечтался о существовании планеты между Марсом и Юпитером, что пятнадцать лет пытался организовать ее поиски, хотя, как мы видим, мысль о существовании планеты в этом месте была основана на непонятной закономерности в некоторых числах. В сентябре 1800 г. Цаху удалось сговориться с пятью астрономами, собравшимися на своего рода конференцию. Они образовали, как шутил Цах, «отряд небесной полиции», имевшей целью «выследить и поймать беглого подданного Солнца». Для этих поисков небо вдоль зодиакальных созвездий, по которым движутся все планеты, было разделено на участки, и каждому наблюдателю был выделен свой участок неба, а один, оставшийся свободным, решили предложить итальянскому астроному Пиацци. Едва об этом они собрались его известить и едва лишь они начали свою кропотливую и обещавшую быть долгой, если не безнадежной, работу, как получили известие, что беглянка уже поймана и не в результате долгих поисков, а совершенно случайно. В первую ночь XIX столетия (1 января 1801 г.) Пиацци в Палермо трудолюбиво производил свои систематические измерения координат звезд для составления каталога звездных положений. В следующую ночь, производя для проверки повторные наблюдения, Пиацци заметил, что одна из наблюдавшихся им слабых звездочек (7-й величины) имеет не те координаты, которые он отметил для нее накануне. На третью ночь обнаружилось, что тут нет никакой ошибки, а что эта звездочка медленно docsity.com движется. Пиацци решил, что он открыл новую комету. Правда, кометы, как знал Пиацци, — это «косматые светила», что и означает само их название на греческом языке; это — туманного вида светила, иногда имеющие туманный же хвост. «Может быть, это необычайная комета, — решил Пиацци, — каких еще не бывало». Шесть недель тщательно следил он за своим светилом, пока болезнь не свалила его с ног и не прервала наблюдений, из которых сам Пиацци не мог вывести орбиту открытого им светила в пространстве. После болезни Пиацци снова стал просиживать ночами у телескопа, но он уже не мог больше найти свое светило. Непрерывное смещение увело его далеко от того места, где он его видел в последний раз, и оно затерялось среди других таких же слабых звездочек, которые в то время не были еще занесены на карты звездного неба. Так и не завершив до конца свое открытие, Пиацци вынужден был разослать письма другим астрономам с описанием своих наблюдений и с просьбой поискать найденное и утерянное им светило. Пока почтовые кареты доставили эти письма в другие страны, искать новое светило стало совсем безнадежно. Его не нашли, а полученных уже наблюдений было недостаточно для того, чтобы по ним, применяя существовавшие тогда методы, можно было вычислить орбиту светила и предсказать его видимое движение по небу в будущем. На сколько лет или десятилетий задержался бы, таким образом, новый успех в астрономии — угадать трудно, но тут одно открытие помогло другому. Теория помогла практике. Наблюдателям помог математик Гаусс. Знаменитому ученому было тогда только 25 лет, и, имея много планов, надежд и интересов, он еще не знал, чему он посвятит себя окончательно. Свои досуги он посвящал высшей математике и астрономии. Еще до описываемых событий он нашел общий способ вычислять орбиты светил всего лишь по трем наблюденным положениям их на небе. Применения новому способу, найденному Гауссом, еще не было, и открытие нового светила представило к этому первый и прекрасный случай. Гаусс тотчас же принялся за вычисления и в ноябре опубликовал уже элементы орбиты планеты, а также и ее положения на небе в будущем, — где планета должна была быть видна с Земли. Наступал уже сентябрь 1801 г., когда светило Пиацци, успевшее скрыться в солнечных лучах, снова должно было вынырнуть из них и сделаться доступным для наблюдения..., если бы удалось его найти. Увы, нетерпение наблюдателей, горевших желанием поскорее использовать помощь Гаусса, подверглось дальнейшим испытаниям. Дождь, снег, туман и облака как бы сговорились мешать поискам потерянного светила, и лишь в последнюю ночь того же 1801 г. небо расчистилось. Не смущаясь наступающей веселой встречей Нового года и основательным морозом, docsity.com развиваются тогда уже не вслепую, а в определенном направлении, и прежде всего с целью проверить правильность сделанной гипотезы. Ведь из гипотезы следуют некоторые выводы, например, что должны быть еще такие-то и такие-то явления. Существуют они в действительности или нет, — вот на что тотчас же переключается внимание. Если гипотеза не оправдывается, то на смену ей выдвигается новая и уже более совершенная, потому что проверка первой привела нас к более глубокому пониманию открытых фактов и добавила новые данные. Три года Ольберс сам терпеливо подстерегал новые планеты в созвездии Девы, где была видна с Земли точка пересечения орбит Цереры и Паллады. Его труд был вознагражден в 1807 г. открытием Весты. Но еще в 1804 г. Гардинг открыл планетку, названную Юноной, в созвездии Кита, где находилась вторая точка пересечения орбит. Так, казалось, гипотеза подтвердилась, и орбиты четырех найденных осколков пересеклись почти в одних и тех же точках. Однако, если вдуматься, то гипотеза Ольберса была бы справедлива только в случае недавней катастрофы с пропавшей большой планетой. В самом деле, если это событие произошло давно, то притяжения со стороны больших планет должны были так сильно и разнообразно изменить орбиты осколков, что они никак не могли бы до сих пор продолжать пересекаться в одних и тех же точках. Открытые впоследствии планеты (все там же, между Юпитером и Марсом) совсем не проходят через места, где пересеклись орбиты первых четырех открытых планет. Первоначальное впечатление о правильности предположения Ольберса оказалось основанным на случайном совпадении... Все это выяс- нилось, впрочем, уже значительно позже, чем Ольберс нашел четвертую планету. Когда уже все, принимавшие участие в открытии этих планет, скончались, пятая планета все еще не попадалась наблюдателям. Только в 1845 г., почти через 40 лет, она была открыта. Открыл ее отставной почтовый чиновник Генке, терпению которого поистине можно изумляться. 15 долгих лет, из вечера в вечер, он разыскивал попутчиков Цереры и ее товарок, и каждый новый вечер, приносивший разочарование, не ослаблял его энтузиазма. Через два года после первого успеха он открыл еще планету, и вскоре затем открытия подобных планет стали производиться непрерывно. Все планеты, обнаруженные между орбитами Марса и Юпитера 1, получили общее название малых планет или астероидов, что в переводе с греческого означает «звездоподобные». Действительно, даже в самые сильные телескопы эти планеты выглядят как звездочки, так они малы. 1 В 1977 г. был открыт астероид с орбитой, почти целиком лежащей между орбитами Сатурна и Урана. Он получил название Хирон по имени героя греческих мифов кентавра — получеловека-полулошади. Его размеры оцениваются в 150—650 км. docsity.com Размеры некоторых астероидов по сравнению с Черным и Каспийским морями Малость в астрономии — понятие, конечно, относительное, но в сравнении с остальными планетами астероиды действительно малы. Самый большой — Церера имеет около 1000 км в поперечнике и по объему во столько раз меньше Луны, во сколько раз Луна меньше Земли. У Паллады диаметр около 600 км, у Юноны около 250 км и у Весты около 540 км 2. Только у них, и то с помощью величайших в мире рефракторов, можно заметить крошечный диск. Их поперечники можно измерить, но никаких подробностей на них рассмотреть нельзя. Поперечники остальных астеро- идов гораздо меньше, их оценивают по блеску этих тел. При одной и той же отражательной способности поверхности и при одном и том же расстоянии от Земли и от Солнца видимый блеск планеты пропорционален квадрату ее диаметра. Предполагая, что поверхность астероидов отражает около 7 % падающего на нее света, подобно другим небесным телам, также лишенным атмосфер (как Луна), можно приблизительно оценить размер этих планет-крошек. Самые малые из известных теперь астероидов имеют поперечник порядка 1 км и вполне могли бы поместиться на территории наших парков культуры и отдыха. Изменения их блеска позволяют думать, что они не круглой формы, а похожи на не- правильные обломки, разные стороны которых несколько по-разному отражают свет. Вращение их вокруг оси (отчего к нам поворачиваются то более, то менее яркие их стороны, имеющие к тому же несколько различные размеры поверхности) и обусловливает, по-видимому, наблюдаемые быстрые колебания их блеска. Поскольку у четырех упомянутых астероидов диаметры измерены непосредственно, можно было определить их отражательную способность. У трех из них она составляет от 5 до 16 %, т. е. действительно близка к отражательной способности поверхности Луны, Меркурия и земных пород. От Весты же отражается 23 % солнечного света, что встречается у тел, которые можно назвать белыми. Отражательная способность, размеры, а также расстояние от Солнца (меняющееся обычно не очень сильно) и расстояние от Земли (меняющееся в больших пределах) определяют видимый блеск астероидов. 2 В настоящее время известны размеры более трех десятков малых планет, и среди них Юнона занимает 15-е место. docsity.com В противостоянии, когда они ближе всего к Земле, самой яркой оказывается Веста, находящаяся тогда на пределе видимости невооруженным глазом. Остальные, самые яркие из астероидов, видны лишь в сильный бинокль, как звезды 7-й величины и слабее. Большинство астероидов видимо лишь в сильные телескопы, и на фотографиях, снятых большими астрографами выглядят как звездочки — без дисков. Чем меньше астероиды по размерам и чем меньше их блеск, тем больше оказывается их число, и потому с течением времени открывают астероиды все менее и менее яркие. Например, наибольшее число откры- тых в 1930 г. астероидов падает на 14-ю звездную величину, а в 1938 г. оно приблизилось уже к 15-й звездной величине. Фотография — теперь единственный способ, применяемый для ловли малых планет, и уже в конце прошлого столетия, когда ее впервые применили, она сразу показала свое преимущество перед визуальными поисками в телескоп, какие проводили ранее. Чтобы отличить слабый астероид от звезд, надо убедиться в его движении среди звезд от ночи к ночи. Если ближайшие ночи пасмурны, заподозренная планетка может быть утеряна. На фотографии, когда астрограф перемещается за звездами, последние выходят в виде точек, а планета уже за час экспозиции успевает сместиться настолько, что получается в виде короткой черточки и этим сразу выдает себя. Если астероид слабо светится, то его след не от- печатывается на пластинке, и, чтобы поймать самые слабые астероиды, придумали такой способ. Часовой механизм нарочно расстраивается так, чтобы астрограф двигался примерно в направлении ожидаемого смещения планетки среди звезд и с той же скоростью. При этом фотографии звезд смазываются, выходя в виде коротких черточек, а свет слабого астероида падает все время почти на одно и то же место пластинки и потому оказывает на нее заметное действие. Фотография астероида получается почти что в виде точки. Обнаружив на снимке астероид, надо убедиться в том, что это новый, и для этого надо определить точно его видимое положение среди звезд, его координаты на небесной сфере, а затем сравнить их с эфемеридами, т. е. с вычисленными наперед видимыми положениями астероидов, орбиты которых уже известны. Теперь, убедившись, что вы открыли новый член Солнечной системы, получите еще не менее двух определений его положения на небе, и по возможности не в смежные дни, иначе нельзя будет достаточно точно вычислить его орбиту. Сколько раз пасмурная по- года мешала наблюдателю проследить за астероидом, и он терялся, так как нужных наблюдений его положения получить не удавалось. Открытие, бывшее, казалось, в руках, ускользало между пальцами, как в свое время чуть не ускользнула Церера! docsity.com Орбита астероида Гидальго очень вытянута и не отличается от орбит короткопериодических комет. бесчисленных слабых звезд. Не хватает уже квалифицированных рабочих рук, а если хотите — и глаз, для постоянного их наблюдения и постоянного учета возмущений. Малые планеты специально обслуживаются двумя- тремя большими астрономическими институтами. Стали было поговари- вать о том, чтобы установить приблизительно орбиты астероидов, а затем следить лишь за наиболее интересными из них, за всеми же — «не угонишься». Но тут, к счастью, изобрели быстродействующие электронные счетные машины и вычисления очень ускорились и облегчились. Институт теоретической астрономии в Санкт-Петербурге разработал особые способы для быстрого и точного учета возмущений. Опираясь на его расчеты, наблюдения малых планет ведут в ряде стран. Было бы, однако, неверно думать, что открытие астероидов не приносит нам ничего, кроме бесполезных забот. Существование целого кольца астероидов в Солнечной системе уже само по себе очень интересно и существенно для выяснения прошлого и будущего планет. Проблема астероидов, оказывается, связана и с загадкой происхождения комет и тех камней (метеоритов), которые из межпланетного пространства падают на Землю. Орбиты малых планет и их возмущения поставили перед астрономами-теоретиками ряд новых и трудных задач, из которых многие были блестяще разрешены и получили применение и в других областях науки, в частности, в физике при изучении движения электронов в атоме. Наблюденные возмущения в движении многих астероидов помогли определить массы больших планет. Наконец, наблюдатели были очень заинтересованы новыми открытиями и для ловли планет старательно совершенствовали свои инструменты и методы на- блюдения. В частности, необходимость искать слабые планеты среди слабых же звезд ускорила составление точных звездных карт, применения которых бесчисленны. Малые планеты позволили с наибольшей точностью установить расстояние от Земли до Солнца. Учтем это и без усмешки над усилиями астрономов, труды которых напоминают насмешникам софизм о всемогуществе творца 3, ограничимся знакомством с наиболее 3 Как известно, софизм о всемогуществе творца состоит в вопросе: может ли творец, если он всемогущ, создать такой камень, который бы он сам не мог сдвинуть? docsity.com удивительными из семьи этих удивительных планет. Орбиты астероидов, носящихся преимущественно между орбитами Марса и Юпитера, часто отличаются от орбит больших планет сильными наклонами к эклиптике и большой вытянутостью (большим эксцент- риситетом). У астероидов наклоны доходят до 43º (у Гидальго), а эксцентриситет — до 0, 65 (у него же). Особенно много таких сильно наклоненных и крайне вытянутых орбит открыто за последнее время преимущественно у мелких астероидов. В этом отношении орбиты астероидов представляют промежуточное звено между почти круговыми орбитами больших планет и очень вытянутыми орбитами комет. У Гидальго и у некоторых других астероидов орбита вытянута даже больше, чем у ряда комет. Особенный интерес представляют для нас астероиды, подходящие в перигелии к Солнцу ближе, чем Марс. Первым среди них, и долгое время единственным, был Эрос (или Эрот), открытый в 1898 г. Когда Земля и Эрос находятся одновременно в точках наибольшего сближения их орбит, их разделяет расстояние всего лишь в 22 миллиона км, т. е. в 21/2 раза меньшее минимального расстояния между Землей и Марсом. В это время положение Эроса среди звезд при наблюдении с противоположных точек Земли отличается почти на целую минуту дуги. Зная диаметр Земли и измерив эту разность в его видимом положении на небе, можно подсчитать точно расстояние Эроса от Земли в километрах. Но, поскольку его орбита известна, это расстояние можно выразить в единицах расстояния от Земли до Солнца, и сравнение этих двух величин даст нам тогда в километрах расстояние от Земли до Солнца. Расстояние от Земли до Солнца — это единица того масштаба, которым мы измеряем расстояния во Вселенной, и потому наблюдения Эроса для нас крайне ценны. В 1952 г. была закончена обработка множества наблюдений над последним приближением Эроса к Земле в 1931 г. (наибольшие сближения повторяются через несколько десятков лет). В результате расстояние от Земли до Солнца было найдено равным 149 504 000 км с возможной ошибкой 17 000 км, или 0, 01 %. Правда, для уточнения величины нашей единицы масштаба, нашего астрономического «метра», теперь применяется радиолокация, но и Эрос позволяет определить его с достаточно высокой точностью. Поперечник Эроса составляет около 25 км, и при наибольшем сближении с Землей, находясь в перигелии, Эрос светит, как звезда 7, 2 величины, так что виден даже в театральный бинокль. Удаляясь от Земли, он ослабевает. Обычно он виден, как светило 11—12-й звездной величины, а в афелии, находясь за орбитой Марса, он еще слабее. По странной случайности Эрос привлекает исключительное внимание еще и в другом отношении — необычайными колебаниями блеска. В 1900 г. за 79 минут он на глазах пораженного этим наблюдателя, docsity.com Орбиты Аполлона, Адониса и Гермеса. На чертеже показаны линии пересечения плоскостей этих орбит с плоскостью эклиптики. Части орбит, лежащие под плоскостью эклиптики (т, е. под плоскостью орбиты Земли), показаны штриховыми линиями. следившего за ним, ослабел в 4 раза (на 1, 5 звездной величины). В течение последующих часов он опять разгорелся до прежнего блеска и затем снова стал угасать. Обнаружилось, что колебания блеска были периодичны, и за 5 ч 16 мин он дважды достигал максимума и дважды опускался к минимуму. Едва успели к этому присмотреться, как колебания блеска стали затухать и через несколько месяцев совершенно исчезли. В следующих своих сближениях с Землей Эрос то не менял блеска, то менял его едва заметно, то опять с прежней большой амплитудой. Тайна вокруг Эроса сгущалась и заставила ломать голову над его загадочным поведением. В конце концов стали склоняться к мысли о том, что Эрос имеет форму огурца, сигары или высокого и узкого бочонка, к тому же покрытого темными и светлыми пятнами. Взаимное положение Земли и Эроса меняется. Когда ось вращения этого бочонка, перпендикулярная к его длине, направлена к нам, то мы видим его постоянно во всю длину, поэтому видимая, отражающая солнечный свет поверхность велика и постоянна. Тогда и блеск Эроса велик и постоянен. Когда мы находимся в плоскости экватора этой уродливой планетки, она поворачивается к нам то своим длинным боком, то «дном», и тогда блеск меняется сильнее всего. Чаще же всего мы находимся лишь вблизи его экваториальной плоскости, и тогда частично видим бока, частично «дно», и блеск меняется, но не так сильно. В 1931 г., во время наибольшего его сближения с Землей, в большой телескоп разглядели диск Эроса и обнаружили изменения его формы — он казался то круглым, то продолговатым. Его толщину оценили в 6 км и длину в 22 км, а также нашли, что он вращается вокруг оси в ту же сторону, что и большие планеты. В 1938 г. Земля проходила через экваториальную плоскость Эроса, и ожидавшиеся большие колебания блеска действительно наблюдались проф. В. П. Цесевичем и другими наблюдателями. Мы уже упоминали, что и другие астероиды несколько колеблются в блеске, обнаруживая свою обломочную форму и пятнистость поверхности, но среди них Эрос, по-видимому, наиболее отличается от шара. Почти 35 лет прошло, прежде чем был открыт другой астероид, у docsity.com км, т. е. быть всего лишь в 11/2, раза дальше Луны! Открыть планетку такого типа, как Гермес, очень трудно. Во-первых, она может быть видна лишь короткое время, дока проходит вблизи Земли и потому достаточно ярка. С удалением она быстро ослабевает и теряется из виду. Во-вторых, вследствие перспективы такое светило движется вблизи Земли на фоне звездного неба необычайно быстро. 30 октября 1937 г. Гермес, проносясь мимо Земли, выглядел как звезда восьмой величины, и пролетал пять градусов в час! За сутки он пересекал несколько созвездий, и не удивительно, что, получив телеграмму с извещением о его открытии и положении на небе, многие пытались, но не успели его сфотографировать. Кроме того, хотя на некоторых фотографиях он и должен был бы быть, его следа не оказалось, — так быстро перемещалось его изображение по пластинке, что след не отпечатался. Для наблюдателей он пронесся по небу, как экспресс мимо дачника, неожиданно вышедшего из леса к полотну железной дороги. Орбиту Гермеса удалось установить, воспользовавшись фотографиями, снятыми ранее для другой цели, на которых он, двигаясь тогда медленнее, случайно вышел. Трудность открытия таких астероидов и вместе с тем обнаружение целого ряда их за последние годы показывают нам, что астероиды, приближающиеся к Земле, в действительности многочисленны и очень малы. Астероиды с расстоянием в перигелии около одной астрономической единицы проходят часто далеко от Земли, светят слишком слабо и обнаружить их трудно. Они проходят около Земли вовсе не при каждом своем обращении вокруг Солнца. К 1974 г. стало известно уже 34 астероида, сильно выходящих по временам за кольцо основной массы малых планет и могущих изредка сильно сближаться с Землей. Их можно разделить на два типа: 1. Типа Аполлона, с перигельным расстоянием менее 1 а. е. и, следовательно, проникающие внутрь земной орбиты. Их известно 17, из которых 5 открыты после 1971 г. и только три получили окончательные обозначения. 2. Типа Амора, с перигельным расстоянием от 1, 00 до 1, 26. Их тоже известно 17. В каждой из групп астероидов можно выделить подгруппы: 1) с большой полуосью, меньшей чем у Марса (а<1, 52), 2) находящиеся преимущественно между орбитой Марса и кольцом астероидов и 3) тех, которые являются членами кольца (2, 12<с<3, 57). Рекордсменами к 1 января 1974 г. были: с кратчайшим периодом (1, 12 года) и наименьшей полуосью орбиты — Икар. У него же и наибольший эксцентриситет орбиты (0, 847) и наименьшее перигельное расстояние 0, 187 а. е., но наибольший наклон орбиты (68°) у планетки 1973 NA. Наименьшее же расстояние, на которое астероид может иногда сблизиться с Землей, рассчитано только на немногие годы, поскольку большие планеты сильно возмущают их орбиты, так что эти астероиды нетрудно и docsity.com «потерять». С этой оговоркой рекорд 0, 003 а. е. ≈ 500000 км остается пока за Гермесом (1937 г.). По размеру меньше всех известных, по-видимому, Адонис с диаметром всего 300 м. Изучая астероиды, ученые надеются побольше узнать о том материале, из которого образовались планеты. Из всех небесных тел только астероиды и кометы способны воздействовать на Землю, грозя ей катастрофой. Однако вероятность того, что подобная вещь может действительно случиться, очень мала. Значительная часть человечества подвергается гораздо большему риску из-за землетрясений, извержений вулканов, болезней и голода. ЛИТЕРАТУРА: 1. БСЭ т.т. 3,25. 2. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. М. Наука, 1980 г. 3. Давыдов В.Д. Планеты Солнечной системы. М. Знание, 1973 г. 4. Куликовский П.Г. Справочник любителя астрономии. М. Наука,1971 г. 5. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М. Наука, 1979 г. docsity.com