Способы изучения небесных тел
Основным способом исследования небесных объектов и явлений служат астрономические наблюдения. Астрономические наблюдения — это целенаправленная и активная регистрация информации о процессах и явлениях, происходящих во Вселенной. Такие наблюдения выступают основным источником знаний на эмпирическом уровне.
На протяжении тысячелетий астрономы изучали положение небесных объектов на звездном небе и их взаимное перемещение с течением времени. Точные измерения положений звезд, планет и других небесных тел дают материал для определения расстояний до них и их размеров, а также для изучения законов их движения. Результатами угломерных измерений пользуются в практической астрономии, небесной механике, звездной астрономии.
Для проведения астрономических наблюдений и их обработки во многих странах созданы специальные научно-исследовательские учреждения —астрономические обсерватории.
Для выполнения астрономических наблюдений и обработки полученных данных в современных обсерваториях используют наблюдательные инструменты (телескопы), светоприемную и анализирующую аппаратуру, вспомогательные приборы для наблюдений, электронно-вычислительную технику и др.
Оптические телескопы служат для собирания света исследуемых небесных тел и получения их изображения. Телескоп увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела, и собирает во много раз больше света, приходящего от светила, чем невооруженный глаз наблюдателя. Благодаря этому в телескоп можно рассматривать невидимые с Земли детали поверхности ближайших небесных тел, а также множество слабых звезд.
После Второй мировой войны начала бурно развиваться радиофизика (физика радиоволн). Усовершенствованные приемники, антенны и оставшиеся после войны радиолокаторы могли принимать радиоизлучение Солнца и далеких космических объектов. Так воз-никла радиоастрономия — одна из ветвей астрофизики. Внедрение радионаблюдений в астрономию обогатило ее множеством выдающихся открытий.
Новым импульсом в развитии астрономических наблюдений явился выход космических аппаратов и человека в космос. Научные приборы и телескопы, установленные на космических аппаратах, позволили исследовать ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение Солнца, других звезд и галактик. Эти наблюдения за пределами земной атмосферы, поглощающей коротковолновое излучение, необычайно расширили объем информации о физической природе небесных тел и их систем.
В исследовании природы небесных тел большое внимание уделяется изучению их электромагнитного излучения. Небесные тела в зависимости от своего физического состояния излучают электромагнитные волны различной длины. В вакууме электромагнитные волны всегда распространяются с одинаковой скоростью с = 3 × 108 м/с. Очень важным свойством электромагнитного излучения является то, что скорость его распространения не зависит ни от длины волны, ни от скорости движения источника. Волна характеризуется частотой v и длиной λ, между которыми существует зависимость:с = vλ.
Электромагнитные волны, имеющие разную длину волны, взаимодействуют с веществом по-разному. Соответственно методы исследования электромагнитного излучения отличаются. В связи с этим электромагнитное излучение условно делится на несколько диапазонов.
Излучение с длиной волны от 390 до 760 нм человеческий глаз воспринимает как свет, причем разным длинам волн соответствуют разные цвета (от фиолетового до красного). Для обнаружения излучения в других диапазонах требуются специальные приборы.
В зависимости от своего физического состояния одни небесные тела излучают энергию в узких интервалах частот спектра электромагнитных волн (например, светлые газовые туманности), другие − во всем его диапазоне: от гамма-лучей до радиоволн включительно (например, звезды). Изучение физической природы небесных тел в широком диапазоне электромагнитного излучения привело к появлению в науке следующих разделов: гамма-астрономия, рентгеновская астрономия, инфракрасная астрономия, радиоастрономия и др. Изучение электромагнитных волн, испускаемых небесными телами, затрудняется из-за того, что атмосфера Земли пропускает излучение лишь в определенных диапазонах длин волн: от 300 до 1000 нм, от 1 см до 20 м и в нескольких «окнах» инфракрасного диапазона.
Сильнее всего земная атмосфера поглощает коротковолновую область диапазона электромагнитного излучения: ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Наблюдения в этих диапазонах возможны только с помощью приборов, поднятых на большую высоту (на самолетах или зондах) либо установленных на межпланетных космических станциях, комплексах, искусственных спутниках Земли и ракетах.
Источник
Методы астрономии
Вы будете перенаправлены на Автор24
Среди методов астрономии, иначе методов астрономических исследований, можно выделить три основных группы:
- наблюдения,
- измерения,
- космический эксперимент.
Сделаем небольшой обзор этих методов.
Астрономические наблюдения
Астрономические наблюдения — это основной способ исследования небесных тел и событий. Именно с их помощью регистрируется то, что происходит в ближнем и дальнем космосе. Астрономические наблюдения — главный источник знания, полученного экспериментальным путём
Астрономические наблюдения и обработка их данных, как правило, проводятся в специализированных научно-исследовательские учреждениях (астрономических обсерваториях).
Первая российская обсерватория была построена в Пулково, под Санкт-Петербургом. Составление звезд каталогов звезд, имеющих высочайшую точность, заслуга Пулковской обсерватории. Можно сказать, что во второй половине 19 века, негласно, ей было присвоено звание «астрономической столицы мира», а в 1884 году Пулково претендовало на нулевой меридиан (победил Гринвич).
Современные обсерватории оснащены наблюдательными инструментами (телескопами), светоприёмной и анализирующей аппаратурой, различными вспомогательными приборами, высокопроизводительными ЭВМ и т.д.
Остановимся на особенностях астрономических наблюдений:
- Особенность №1. Наблюдения весьма инертны, поэтому, как правило, для них требуется достаточно длительные сроки. Активное влияние на космические объекты, за редкими исключениями которые даёт пилотируемая и непилотируемая космонавтика, затруднено. В основном, многие явления, взять хотя бы трансформирование угла наклона оси Земли к орбитальной плоскости, могут быть зафиксированы лишь благодаря наблюдениям на протяжении нескольких тысяч лет. Следовательно, астрономическое наследие Вавилона и Китая тысячелетней давности, несмотря на некоторые несоответствия современным требованиям, до сих пор актуально.
- Особенность №2. Процесс наблюдения, как правило, происходит с земной поверхности, в тоже время Земля осуществляет сложное движение, поэтому земной наблюдатель видит только определённый участок звёздного неба.
- Особенность №3. Угловые измерения, выполняемые на основе наблюдений, являются основой для расчетов, определяющих линейные размеры объектов и расстояния до них. А так как угловые размеры звёзд и планет, измеряемые с помощью оптики, не зависят от расстояния до них, расчеты могут быть довольно неточными.
Готовые работы на аналогичную тему
Основной инструмент астрономических наблюдений — оптический телескоп.
Оптической телескоп обладает принципом действия, определяемым его типом. Но независимо от вида, главная его цель и задача заключается в сборе максимального количества света, испускаемого светящимися объектами (звёздами, планетами, кометами и др.), для создания их изображений.
Виды оптических телескопов:
- рефракторы (линзовые),
- рефлекторы (зеркальные),
- а также зеркально-линзовые.
В рефракторном (линзовом) телескопе, изображение достигается результатом преломления света в линзе объектива. Недостаток рефракторов — ошибка в результате размытости изображения.
Особенность рефлекторов — использование в астрофизике. В них главное не то, как свет преломляется, а как отражается. Они совершеннее линзовых, и более точны.
Зеркально-линзовые телескопы сочетают в себе функции рефракторов и рефлекторов.
Рисунок 1. Малый оптический телескоп. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Астрономические измерения
Так как измерения в астрономических исследованиях осуществляются с помощью различных приборов и инструментов, проведём их короткий обзор.
Основные из астрономических измерительных приборов — это координатно-измерительные машины.
Данные машины измеряют одну или две прямоугольные координаты с фотографического изображения или диаграммы спектра. Координатно-измерительные машины оснащены столом, на который помещаются фото и микроскопом с измерительными функциями, применяемым для наводки на светящееся тело или его спектр. Современные приборы могут иметь точность отсчёта до 1 мкм.
В процессе измерения могут возникнуть ошибки:
- самого инструмента,
- оператора (человеческий фактор),
- произвольные.
Ошибки инструмента возникают от его несовершенства, следовательно, должна быть, предварительно осуществлена, его проверка на точность. В частности, проверке подлежат: шкалы, микрометрические винты, направляющие на предметном столе и измерительном микроскопе, отсчётные микрометры.
Ошибки, связанные с человеческим фактором и случайностью, купируются кратностью измерений.
В астрономических измерениях происходит широкое внедрение автоматических и полуавтоматических измерительных приборов.
Автоматические приборы работают на порядок быстрее обычных, и имеют в два раза меньшую среднюю квадратическую ошибку.
Космический эксперимент
Космический эксперимент — это множество связанных между собой взаимодействий и наблюдений, дающих возможность получения необходимой информации об исследуемом небесном теле или явлении, осуществляемых в космическом полете (пилотируемом или непилотируемом) с целью подтверждения теорий, гипотез, а также совершенствования различных технологий, могущих принести вклад в развитие научных знаний.
Основные тенденции экспериментов в космосе:
- Изучение протекания физико-химические процессов и поведения материалов в космическом пространстве.
- Изучение свойств и поведения небесных тел.
- Влияние космоса на человека.
- Подтверждение теорий космической биологии и биотехнологии.
- Пути освоения космического пространства.
Здесь уместно привести примеры экспериментов, проводимых на МКС российскими космонавтами.
Эксперимент по выращиванию растений (Veg-01).
Задача эксперимента – изучить поведение растений в орбитальных условиях.
Эксперимент «Плазменный кристалл» — изучение плазменно-пылевых кристаллов и жидких веществ при микро гравитационных параметрах.
Было проведено четыре его этапа:
- Исследовалась плазменно-пылевая структура в газоразрядной плазме при высокочастотном емкостном разряде.
- Исследовалась плазменно-пылевая структура в плазме при тлеющем разряде с постоянным током.
- Исследовалось как воздействует ультрафиолетовый спектр космического излучения на макрочастицы, которые могут быть заряжены фотоэмиссией.
- Исследовались плазменно-пылевые структуры в открытом космосе при действии солнечного ультрафиолета и ионизирующего излучения.
Рисунок 2. Эксперимент «Плазменный кристалл». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
А всего российскими космонавтами на МКС было проведено более 100 космических экспериментов.
Источник
Реферат по астрономии на тему «Методы астрономических наблюдений»
2. Особенности астрономических наблюдений
3. Основной инструмент астрономических наблюдений
4. Разделы наблюдательной астрономии
5. Методы наблюдений в астрономии
6. Условия для проведения астрономических наблюдений
8. Список используемых источников
Введение. Со всех сторон нашу Землю окружает необъятный мир небесных тел. Его называют Вселенной или космосом. Лишь некоторые из небесных тел можно наблюдать невооружённым глазом. Но во Вселенной бесчисленное множество тел, которые не видны даже в самые мощные телескопы. Все эти тела изучает астрономия. Астрономические наблюдения- это основной способ исследования небесных тел и событий. Именно с помощью них регистрируется то, что происходит в ближнем и дальнем космосе. Астрономические наблюдения-главный источник знания, полученного экспериментальным путем. Астрономические наблюдения и обработка их данных проводятся в астрономических обсерваториях. Первая российская обсерватория была построена в Пулково, под Санкт-Петербургом. Современные обсерватории оснащены телескопами, светоприемной и анализирующей аппаратурной, различными вспомогательными приборами, высокопроизводительными ЭВМ.
Особенности астрономических наблюдений
1. Наблюдения весьма инертны, поэтому для них требуются достаточно длительные сроки. Активное влияние на космические объекты, за редкими исключением, которые даёт пилотируемая и непилотируемая космонавтика, затруднено. Многие явления могут быть зафиксированы лишь благодаря наблюдениям на протяжении многих тысяч лет.
2. Процесс наблюдения происходит с земной поверхности, Земля осуществляет сложное движение, поэтому наблюдатель видит только определенный участок звёздного неба.
3. Угловые измерения, выполняемые на основе наблюдений, являются основой для расчетов, определяющих линейные размеры объектов и расстояний до них. Угловые размеры заезд и планет, измеряемые с помощью оптики, не зависят от расстояний до них, расчеты могут быть довольно неточными.
Основной инструмент астрономических наблюдений
Основной инструмент астрономических наблюдений- оптический телескоп. Оптический телескоп обладает принципом действия, определяемым его типом. Но независимо от его вида, главная цель телескопа-сбор максимального количества света, испускаемого светящимися объектами, для создания их изображений. Виды оптических телескопов: рефракторы( линзовые), рефлекторы ( зеркальные), зеркально- линзовые. В рефракторном телескопе изображение достигается результатом преломления света в линзе объектива. Недостаток- ошибка в результате размытости изображения. Особенность рефлекторов-использование в астрофизике. В них главное не то, как свет преломляется, а как отражается. Они совершеннее линзовых и более точны. Зеркально-линзовые телескопы сочетают в себе функции рефлекторов и рефракторов.
Разделы наблюдательной астрономии
В наблюдательной астрономии деление на разделы связано с разбиением электромагнитного спектра на диапазоны. Оптическая астрономия способствует наблюдениям в районе видимой части спектра. В наблюдательных аппаратах применяются зеркала, линзы, твердотельные детекторы. При этом область видимого изучения лежит в середине диапазона исследуемых волн. Длина волн видимого излучения лежит в диапазоне от 400нм до 700нм. Инфракрасная астрономия основана на поиске и исследовании инфракрасного излучения. При этом длина волн превышает предельное значение для наблюдений с кремниевыми детекторами: около 1мкм. Для изучения выбранных объектов в данной части диапазона основном исследователями применяются телескопы-рефлекторы. Радиоастрономия основана на наблюдениях излучения с длиной волны от миллиметров до десятков миллиметров. Принципом своей работы приемники, использующие радиоизлучение, сопоставимы с теми приемниками, которые используются в трансляции радиопередач. Но приемники радиоизлучения обладают большей чувствительностью. Рентгеновская астрономия, гамма-астрономия и ультрафиолетовая астрономия входят в астрономию высоких энергий.
Методы наблюдений в астрономии
Получение искомых данных возможно при проведении астрономами регистрации электромагнитных излучений. Исследователи проводят наблюдения нейтрино, гравитационных волн, космических лучей. Оптическая и радиоастрономия в своей деятельности используют наземные обсерватории. Причиной этого является то, что на длинах волн данных диапазонов атмосфера нашей планеты имеет относительную прозрачность. Обсерватории в основном расположены на больших высотах. Это связано с уменьшением поглощения и искажений, которые создаёт атмосфера. Ряд волн инфракрасного диапазона существенно поглощается молекулами воды. Из-за этого обсерватории часто строят в сухих местах, на большой высоте или в космосе. Аэростаты или космические обсерватории в основном используются при работе в областях рентгеновской, гамма- и ультрафиолетовой астрономии. Наблюдая атмосферные ливни, можно обнаружить создавшее их гамма-излучение. Изучение космических лучей в настоящее время является быстро развивающейся сферой астрономической науки. Расположенные близко к Солнцу и к Земле объекты можно видеть и измерять при их наблюдении на фоне иных объектов. Такие наблюдения использовались для построения орбит планет, для определения из относительных масс и гравитационных возмущений. Результатом стало открытие Урана, Нептуна, Плутона. Радиоастрономия-развитие этой области астрономии стало результатом открытия радиоизлучения. Дальнейшее развитие этой области привело к открытию такого явления как космические фоновое излучение. Нейтринная астрономия- данная область астрономической науки использует в совсем арсенале нейтринные детекторы, расположенные под землёй. Средства нейтринной астрономии помогают получать сведения о процессах, которые исследователи не могут наблюдать в телескопы. Примером могут служить процессы, происходящие в ядре нашего Солнца. Приемники гравитационных волн имеют возможность регистрировать следы даже таких явлений, как столкновение столь массивных объектов, как нейтронные звёзды и черные дыры. Космические автоматически аппараты активно используются в астрономических наблюдениях за планетами Солнечной системы. С помощью них активно изучается геология и метеорология планет. Также небесные тела исследуются с помощью космических летательных аппаратов(КЛА) и с помощью орбитальных космических телескопов.
Условия для проведения астрономических наблюдений
Для лучшего наблюдения астрономических объектов важны следующие условия:
1. Исследования в основном проводятся в видимой части спектра при использовании оптических телескопов.
2. Наблюдения в основном проводятся в ночное время, поскольку качество получаемых исследователями данных зависит от прозрачности воздуха и условий видимости. Условия видимости зависят от турбулентности и наличия тепловых потоков в воздухе.
3. Отсутствие полной Луны даёт преимущество в наблюдениях за астрономическими объектами. Если есть полная Луна на небе, то это даёт дополнительную засветку и осложняет наблюдения за слабыми объектами.
4. Для оптического телескопа наиболее подходящим местом наблюдения является открытый космос. В космическом пространстве возможно проводить наблюдения, которые не зависят от капризов атмосферы, за отсутствием таковой в космосе. Недостаток-высокая финансовая стоимость.
5. Пики гор- подходящее место для наблюдения за космическим пространством. Горные пики имеют большое количество безоблачных дней и меню ю имеют качественные условия видимости, связанные с хорошим качеством атмосферы.
6. Создаваемое человеческой деятельностью искусственное освещение мешают качественному наблюдению слабых астрономических объектов. Помочь проблеме помогает использование плафонов вокруг уличных фонарей. В результате количество света поступающего на поверхность земли увеличивается, а излучение направленное в сторону неба уменьшается.
7. Для получения лучшего изображения используют телескопы с дополнительной коррекцией размытия картинки. Также используется адаптивная оптика, спеклитерферометрия, апертурный синтез или размещение телескопов в космосе.
В данном реферате мы рассмотрели методы астрономических наблюдений, условия для проведения астрономических наблюдений. Мы выяснили, что методы астрономических наблюдений весьма разнообразны. Одни из них применяются для определения положения космических тел на небесной сфере, другие применяются при изучении из движения, третьи-при исследовании физических характеристик космических тел. Различными методами, соответственно, различными инструментами ведутся наблюдения Солнца, туманностей, метеоров, планет, искусственных спутников Земли. В соответствии с этим астрономия делится на ряд разделов. Суть наблюдательной астрономии заключается в получении необходимой информации об объектах в космосе с помощью применения таких приборов, как телескопы и иное оборудование. Наблюдения в астрономии позволяют отслеживать закономерности в свойствах тех или иных изучаемых объектов. Полученные результаты изучения одних объектов можно распространить на иные объекты, обладающие схожими свойствами.
Источник
