Естествознание. Базовый уровень. 10 класс - Сергей Титов

Различные объекты Вселенной испускают не только свет, инфракрасное излучение и радиоволны (рис. 164), но и электромагнитное излучение с более высокой частотой, а также потоки элементарных частиц, которые называют космическими лучами. Эти лучи состоят в основном из протонов и ядер гелия (альфа– частиц). Они были открыты в начале XX в., когда над поверхностью Земли было обнаружено радиоактивное излучение.

Рис. 162. Телескопы, установленные на спутниках, позволяют получать наилучшие результаты: А – космический телескоп «Хаббл»; Б – Эдвин Хаббл, американский астроном (1889–1953)

Вначале предположили, что это излучение является излучением самой Земли, но вскоре обнаружили, что его интенсивность не убывает, а возрастает с увеличением расстояния от земной поверхности. Таким образом, космические лучи приходят на Землю извне. Они могут возникать как на объектах Солнечной системы, так и значительно дальше: в звёздах нашей галактики и даже за её пределами. До создания современных приборов космические лучи были основным материалом для изучения элементарных частиц, некоторые из которых были впервые обнаружены именно в составе космических лучей.

Рис. 163. Снимки туманностей, полученные с помощью телескопа Хаббла: А – Кошачий Глаз; Б – Омега; В – Песочные Часы; Г – Бабочка

Рис. 164. Ночное небо, увиденное оптическим (А), инфракрасным телескопом (Б) и радиотелескопом (В)

Использование спектрального анализа.

При исследовании планет, звёзд и других космических объектов очень важную роль играет использование спектрального анализа (§ 42). Исследуя спектры испускания и поглощения различных небесных тел, можно с большой точностью определить их химический состав, а также температуру. В предыдущих главах мы говорили о том, что при увеличении температуры предмета его излучение смещается в сторону коротковолновой части спектра. Поэтому звёзды с самой низкой температурой мы видим как красные, а наиболее горячие – как голубые.

Единицы измерения Вселенной.

Многолетние исследования позволили человечеству составить представление о строении Вселенной и находящихся в ней объектах и установить место, которое занимает в ней наша Земля. Огромные, по сравнению с привычными для нас, расстояния, разделяющие звёзды и галактики, а также скорости движения многих космических объектов привели к убеждению, что Вселенная в целом обладает качествами, с которыми нам не приходится иметь дело в повседневной жизни. Поэтому этот мир получил особое название мегамира, т. е. огромного мира.

Для того чтобы оценить размеры этого мира, сложно использовать обычные единицы измерения, например километры. Мы получим числа, выраженные десятью в такой огромной степени, что воспринимать и сравнивать их будет чрезвычайно сложно. В качестве единиц расстояния в мегамире для относительно небольших расстояний применяют астрономическую единицу, а для совсем огромных – световой год. Астрономическая единица – это среднее расстояние от Земли до Солнца, она составляет 149 600 000 км. Световой год равен расстоянию, которое свет проходит в течение года. Зная, что скорость света равна 300 000 км/с, а год насчитывает 31 536 000 с, нетрудно подсчитать число километров, которое укладывается в один световой год: оно составляет 9,46 1012 км, т. е. 9 500 000 000 000 км! Иногда для измерения астрономических расстояний используют единицу, называемую парсек, она примерно в три раза больше светового года и равна 3,1 • 1013 км.

Существующие данные о размере Вселенной свидетельствуют о том, что мы имеем дело с действительно огромным миром, совершенно несопоставимым с привычными для нас масштабами. Самые мощные из существующих телескопов способны разглядеть объекты, находящиеся от нас на расстоянии 28 млрд световых лет, т. е. 1023 км. Это означает, что диаметр видимой Вселенной составляет около 60 млрд световых лет. Согласно недавно проведённым расчётам, диаметр Вселенной ещё больше и может доходить до 80 млрд световых лет. Такие размеры представить себе просто невозможно. Если бы диаметр Вселенной был равен диаметру земного шара, то величина Солнечной системы соответствовала бы размерам бактерии.

Тем не менее, несмотря на относительно малые размеры, Солнечная система и особенно Земля имеют огромное значение для человечества, поскольку, по выражению К. Э. Циолковского, являются его колыбелью.

Проверьте свои знания

1. Какие астрономические открытия были сделаны Галилеем?

2. Почему лучшим местом расположения обсерваторий является высокогорье?

3. Из чего состоят космические лучи?

4. С помощью какого научного метода можно определить температуру и химический состав небесных тел?

Задания

1. Расстояние от Земли до Сириуса равно 8,6 светового года. Сколько километров отделяет нас от Сириуса? Выразите расстояние от нашей планеты до Сириуса в астрономических единицах и парсеках.

2. Подготовьте сообщение или презентацию о предмете изучения и развитии науки радиоастрономии.

§ 61 Земля и её вращение

Случились вместе два Астронома в пируИ спорили весьма между собой в жару.Один твердил: Земля, вертясь, круг Солнца ходит;Другой, что Солнце все с собой планеты водит:Один Коперник был, другой слыл Птоломей.Тут повар спор решил усмешкою своей.Хозяин спрашивал: «Ты звёзд теченье знаешь?Скажи, как ты о сём сомненье рассуждаешь?»Он дал такой ответ: «Что в том Коперник прав,Я правду докажу, на Солнце не бывав.Кто видел простака из поваров такова,Которой бы вертел очаг кругом жаркова?»

М. Ломоносов

Человечество возникло и живёт на Земле. В течение очень долгого времени люди не могли даже немного приподняться над земной поверхностью. В представлении многих древних народов Земля была Великой Матерью, дающей урожай, и, следовательно, родительницей и кормилицей всего живого. Над Землёй находилось Небо – могущественный и грозный Бог – отец, орошающий дождями мать Землю для того, чтобы она воспроизводила жизнь. В мифологии некоторых народов Земля, наоборот, олицетворяла отца, а небо – мать мироздания. Земля обладала великой силой, которая проявлялась в её способности притягивать к себе все предметы, на ней находящиеся. В русских былинах описывается трагическая история богатыря Святогора, пытавшегося совладеть с «тягой земной».

О физическом устройстве Земли и неба первоначально думали мало. Было достаточно очевидно, что Земля плоская, возможно, имеет форму диска, а над ней находится твёрдый небесный купол, по которому движутся Солнце, Луна и звёзды. Однако представление о том, что Земля является шаром и, возможно, даже вращается вокруг Солнца, возникли уже давно. Впервые предположение о шарообразности Земли высказал в VI в. до н. э. древнегреческий учёный Пифагор. Возможно, он узнал об этом от египетских жрецов, которые вообще не очень стремились делиться своими тайными знаниями. Наиболее полные для античного мира доказательства шарообразности Земли приводит Аристотель. Он говорит о том, что все тяжёлые тела падают на землю под равными углами. Если бы Земля была плоской, то тела падали бы не перпендикулярно, так как стремились бы к центру плоской планеты, а поскольку большинство тел находится далеко от этого центра, они должны были бы падать по наклонной линии. Кроме того, Аристотель обращает внимание на тот факт, что некоторые из звёзд, видных в Египте или на Кипре, не видны в северных странах. Из этого следует, что Земля не только имеет форму шара, но и размеры этого шара невелики по сравнению с расстоянием до звёзд.

За триста лет до нашей эры древнегреческий географ и математик Эратосфен (ок. 276–194 до н. э.) пытался опытным путём определить размеры земного шара. Он заметил, что в одном из городов Египта Солнце в день летнего солнцестояния стоит точно в зените и потому освещает дно самого глубокого колодца. Затем он измерил угол падения солнечных лучей в тот же день в другом городе. Зная расстояние между городами, он вычислил длину окружности земного шара, и его расчёты оказались достаточно близкими к современным.

Геоцентрическая теория

Более сложным оказался вопрос о положении Земли относительно Солнца. Большинство греческих философов придерживались геоцентрической точки зрения, т. е. утверждали, что Земля находится в центре мироздания, а Солнце вместе с другими планетами вращается вокруг неё. Однако в начале III в. до н. э. Аристарх Самоский (ок. 310–230 до н. э.) предложил гелиоцентрическую систему, согласно которой Земля вместе с остальными планетами вращается вокруг Солнца. Такая система в отличие от геоцентрической объясняла смущавшее древнегреческих учёных движение планет. Если движение Солнца и звёзд хотя и не вполне, но более или менее хорошо соответствовали представлению об их вращении вокруг Земли, то планеты вели себя странно. Траектории их движения вокруг Земли не были такими регулярными. Планеты «блуждали» по небесному своду, откуда и произошло их название. По-гречески «планетес» означает «блуждать», «скитаться». Если предположить, что планеты, так же как и Земля, вращаются вокруг Солнца, такое их движение становилось более понятным.