Луна, когда мы видим ее высоко над горизонтом, кажется нам очень небольшой: видимые размеры ее обычно сравнивают с предметами, имеющими 25-30 см в поперечнике. Когда мы видим Луну близко у горизонта, ее размеры кажутся гораздо большими. Часто думают, что в этом случае Луна ближе к нам, но это совершенно неверно: измерениями установлено, что Луна и у горизонта, и высоко над головэй имеет одинаковые видимые размеры.
Когда Луна находится низко над горизонтом, мы невольно преувеличиваем ее видимые размеры, сравнивая диск Луны с предметами, которые видны в том же направлении, где находится Луна (дома, деревья и т. п.). Вследствие своей удаленности эти предметы также имеют весьма малые видимые размеры; мы же бессознательно сопоставляем видимые размеры Луны с истинными размерами земных предметов.
Определение видимых размеров Луны в небе путем сравнения с земными предметами производится разными людьми по разному. Но вот более точные объективные данные на этот счет: видимые размеры Луны мы можем приблизительно сравнить с видимыми размерами бронзовой копейки, помещенной на расстоянии одного метра от нас.
Это кажется совершенно невероятным. Но что это так, нетрудно убедиться каждому. Попробуйте сами измерить видимый поперечник Луны, воспользовавшись маленькой полоской бумаги.
Постараемся поточнее сделать на краю этой полоски небольшой вырез, в который целиком уместился бы весь видимый поперечник Луны, от края до края. Проделав это, измерим вырез: размер его будет приблизительно равен диаметру бронзовой копейки.
Можно представить себе видимые размеры Луны в небе, проделав другой опыт. Возьмите в лунную ночь зеркало, станьте спиной к Луне и посмотрите, как велика Луна, отражающаяся в нем. Вы увидите небольшое светлое пятнышко, размером при-близительно в полсантиметра. Но, конечно, истинные размеры Луны весьма далеки от ее видимых размеров: Луна очень далека от нас и поэтому только кажется маленькой.
Зная действительное расстояние до Луны и имея возможность точнейшим образом измерить видимый ее диаметр (поперечник), можно вычислить и ее истинный диаметр. Оказывается, что действительный диаметр Луны (наибольшее расстояние от края и до края) равняется 3476 км. Это приблизительно равно расстоянию от Москвы до Томска.
Как известно, экваториальный диаметр земного шара равен 12 757 км. Значит, по своему поперечнику Луна меньше Земли в четыре раза. Точнее говоря, поперечник Луны равен 0.272 поперечника Земли (7).
Но Луна-шар, как и Земля. Вычислено, что окружность зтого шара равна 10 920 км; она, следовательно, меньше экваториальной окружности Земли, равной 40 077 км, приблизительно вчетверо А поверхность Луны равна 37 965 499 кв. км, то есть она меньше поверхности земного шара, составляющей 510 000 000 кв. км, почти в 14 раз.
Поверхность Луны по площади можно сравнить с пространством, занимаемым на Земле Северной и Южной Америкой вместе. Наша необъятная родина занимает территорию, превышающую половину всей поверхности Луны.
Пользуясь теперь известной формулой геометрии для определения объема шара, легко вычислить и объем Л у н ы в кубических километрах. Вот каким числом этот объем выражается: 2 210 200 000 куб. км.
Между тем объем земного шара определяется числом в 1083 000 000 000 куб. км. Следовательно, по объему Луна меньше земного шара в 50 раз; более точно: объем Луны составляет 0.0202 земного шара.
Весьма замечательно, однако, что Луна имеет массу относительно еще меньшую, чем Земля.
Напомним читателям, что массу всякого тела характеризует количество вещества, заключенного в нем при данном его объеме. Чем больше вещества в данном теле, тем больше оно весит; следовательно, тем больше надо применить усилий к тому, допустим, чтобы поднять или сдвинуть с места данное тело.
Тщательные наблюдения за движением Луны и точные подсчеты позволяют заключить, что Луна легче Земли почти в 82 раза. А по объему, как мы уже знаем, Луна меньше Земли, примерно, в пятьдесят раз. Значит Луна имеет и меньшую плотность, чем Земля (всего 0.6 плотности Земли). Впрочем, о плотности Луны мы еще будем говорить далее.
Таковы основные цифры, характеризующие размеры Луны. Мы видим, что Луна далеко не так мала, как думали о ней раньше, как рисовали ее в сказках и религиозных легендах и какой она представляется глазу.
Вышли в свет сразу три статьи, посвященные нашему естественному спутнику. За время своего существования Луна подверглась бомбардировке двух различных популяций астероидов или комет, а ее поверхность является более сложной в геологическом плане, чем считалось ранее. Кроме того, обработав данные с зонда Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), ученые составили топографическую карту нашего спутника, на которой отмечены 5 185 кратеров диаметром более 20 км.
В первой работе описываются результаты, полученные с помощью лазерного высотомера LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter), предназначенного для составления трехмерной карты поверхности Луны с высоким разрешением и установленного на Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO).
Предыдущие карты Луны не были столь подробными: углы обзора и условия освещения создавали определенные трудности в последовательном определении размеров и глубины лунных кратеров. Благодаря же высотомеру LOLA ученые смогли просчитать высоту лунных кратеров с беспрецедентной точностью. Прибор посылает лазерные импульсы к поверхности Луны, измеряя время, которое требуется импульсу, чтобы отразиться от и вернуться обратно. Аккуратность измерения просто потрясает: прибор определяет высоту местности с точностью до 10 см. Благодаря этому ученые составили беспрецедентно подробную топографическую карту нашего спутника.
«Рассматривая полученную карту, можно определить, какие кратеры формировались раньше, а какие - позже, на уже измененной до этого поверхности Луны. Проанализировав распределение кратеров по размерам, мы пришли к выводу о том, что все метеориты и кометы, сталкивавшиеся с Луной, можно условно разделить на две группы: первая, более ранняя бомбардировка нашего спутника, значительно превосходила вторую по процентному содержанию крупных тел. Момент перехода от одной группы к другой примерно соответствует образованию Восточного моря (лунного моря на западном крае видимого диска спутника), возраст которого оценивается в 3,8 млрд лет», - поясняет автор исследования Джеймс Хед из Университета Брауна.
Любой большой метеорит может радикально изменить историю планеты. Астрономы находят на поверхностях планет, таких как, например, Меркурий, Марс и даже Венера, следы древних кратеров в сотни и тысячи километров в поперечнике. Луна представляет собой максимально удобный объект изучения, так как находится рядом с нами и сохраняет свидетельства космической бомбардировки, которые на Земле уже давно стерлись из-за смещения тектонических плит, водяной и ветровой эрозии. «Луна аналогична Розеттскому камню для понимания истории бомбардировки Земли, - считает Хед. - Разобравшись с поверхностью Луны, мы сможем дать объяснение тем нечетким следам, которые мы нашли на нашей планете».
В двух других исследованиях ученые описывают данные, полученные радиометром DLRE (The Diviner Lunar Radiometer Experiment), который также установлен на LRO. Этот прибор регистрирует тепловое излучение лунной поверхности, что позволяет оценивать состав лунных пород. По словам авторов исследования, поверхность Луны можно представить в виде анортозитовых возвышенностей, которые богаты кальцием и алюминием, а также базальтовых морей, где повышена концентрация таким элементов, как железо и магний. Обе эти породы коры считаются первичными, то есть они образуются прямо в результате кристаллизации вещества мантии. Наблюдения DLRE в целом подтверждают правомерность такого разделения: большинство областей лунной поверхности можно отнести к одному из указанных типов.
Однако данные зонда заставили ученых признать, что некоторые лунные возвышенности сильно отличаются от прочих. К примеру, DLRE довольно часто регистрировал повышенное содержание натрия, которое не характерно для «обычной» анортозитовой коры. Наибольший интерес вызвало обнаружение в нескольких областях минералов, богатых окисью кремния, которые соответствуют проэволюционировавшим горным породам, отличным от примитивного анортозита. Здесь же ранее определяли повышенное содержание тория, что служит еще одним свидетельством «эволюции» пород.
Как отмечают в своем докладе ученые, DLRE не удалось зарегистрировать следы «чистого» мантийного вещества, которое, как показывали некоторые исследования, должно в некоторых местах выходить на поверхность. Даже при изучении бассейна Южного полюса Эйткен - самого крупного, старого и глубокого ударного кратера - ученые не нашли никаких доказательств присутствия вещества из мантии. Возможно, обнажений мантийного вещества на Луне действительно нет. А может быть, их площадь слишком мала для того, чтобы DLRE мог их обнаружить.
Апеннины
Море Платон Копе Море риаиса
ясности Кеплер ихо. е"н ы..-
Рельеф лунного полушария„обращенного к Земле, хорошо виден даже в небольшой телескоп. Обширные темные округлые и сравнительно ровные низменности получили еще в ХЪ11 в. название морей: Море Спокойствия, Море Ясности и т. д. (рис. 200). Их размеры от 200 до 1200 км в поперечнике. Самая большая низменность, протяженностью свыше 2000 км, названа Океаном Бурь. Сглаженная поверхность морей покрыта темным веществом, в том числе застывшей лавой, некогда изверженной из лунных недр. Океан Бурь и наиболее крупные моря различимы невооруженным глазом в виде темных пятен.
Светлые области - материки занимают свыше 60% видимой поверхности Луны. Материки покрыты как отдельными горами, так и горными хребтами. Так, Море Дождей ограничено с северо-востока Альпами, с востока - Кавказом. Высота гор различна, отдельные горные вершины достигают 8 км.
Горные районы покрыты множеством кольцевых структур- кратеров, в меньшем числе они имеются и в морях. Размеры кратеров - от 1 м до 250 км. Многие кратеры названы именами ученых: Архимед, Гиппарх и др. У таких крупных кратеров, как Тихо, Коперник, Кеплер, наблюдаются расходящиеся светлые лучевые структуры.
По современным представлениям большинство кратеров образовалось при столкновении с лунной поверхностью крупных метеоритов, астероидов и комет.
Вопросы для самопроверки
1. «1то определяет смену времени года и наличие тепловых поясов
на Земле?
2. Что представляет собой явление прецессии?
3. Какова физическая природа парникового эФФекта?
4. Какова природа лунных кратеров?
Задание 50
Используя закон всемирного тяготения, вычислите массу Земли, зная, что О= 6,67 10 ц Н ° мз,"кгз, я = 9 8 мТсз.
Лабораторная работа М 9
Определение размеров лунных кратеров
Цель работы научиться измерять размеры различных образований на поверхнс. сти Луны.
Приборы и материалы: фотография видимой поверхности Луны (см. рис. 200), миллиметровая линейка.
Порядок выполнения работы 1. Вспомните или выпишите из справочника угловой и линейный диаметры Луны. 2. Найдите на фотографии Луны некоторые образования: Море Дождей, Море Ясности, горы Апеннины, кратер Тихо, кратер Платон. 3. Оцените погрешность измерений миллиметровой линейки. 4. Определите линейный масштаб фотографии лунной поверхности. Мас«птаб равен отношению диаметра Луны в км и диаметру Луны в мм. б. Измерьте максимальный и минимальный размеры лунных образований. Результаты измерений запишите в таблицу 28. 6. Рассчитайте линейные размеры этих образований и запишите полученные результаты в таблицу 28.
Краткая справка
Луна - естественный спутник Земли и самый яркий объект ночного неба. Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Перепад дневной и ночной температур составляет 300°С. Вращение Луны вокруг оси происходит с постоянной угловой скоростью в том же направлении, в котором она обращается вокруг Земли, и с тем же периодом 27,3 суток. Именно поэтому мы видим только одно полушарие Луны, а другое, называемое обратной стороной Луны, всегда скрыто от наших глаз.Фазы Луны. Цифры - возраст Луны в днях. Детали на Луне в зависимости от оборудования Благодаря своей близости Луна - излюбленный объект для любителей астрономии, и вполне заслуженно. Даже невооруженного взгляда достаточно, чтобы получить массу приятных впечатлений от созерцания нашего естественного спутника. Например, так называемый «пепельный свет», который вы видите, наблюдая тонкий серп Луны, лучше всего заметен рано вечером (в сумерках) на растущей или раним утром на убывающей Луне. Также без оптического прибора можно провести интересные наблюдения общих очертаний Луны - морей и суши, лучевую систему, окружающую кратер Коперник, и т.д. Направив на Луну бинокль или небольшой телескоп с низким увеличением, вы сможете более детально изучить лунные моря, наиболее крупные кратеры и горные цепи. Такой, не слишком мощный, на первый взгляд, оптический прибор позволит ознакомиться со всеми наиболее интересными достопримечательностями нашей соседки. С ростом апертуры увеличивается и количество видимых деталей, а значит появляется дополнительный интерес к изучению Луны. Телескопы с диаметром объектива 200 - 300 мм позволяют рассматривать тонкие детали в структуре крупных кратеров, увидеть строение горных хребтов, рассмотреть множество борозд и складок, а также увидеть уникальные цепочки мелких лунных кратеров. Таблица 1. возможности различных телескопов
|
Диаметр объектива (мм) |
Увеличение (х) |
Разрешающая |
Диаметр наименьших образований, |
| 50 | 30 - 100 | 2,4 | 4,8 |
| 60 | 40 - 120 | 2 | 4 |
| 70 | 50 - 140 | 1,7 | 3,4 |
| 80 | 60 - 160 | 1,5 | 3 |
| 90 | 70 - 180 | 1,3 | 2,6 |
| 100 | 80 - 200 | 1,2 | 2,4 |
| 120 | 80 - 240 | 1 | 2 |
| 150 | 80 - 300 | 0,8 | 1,6 |
| 180 | 80 - 300 | 0,7 | 1,4 |
| 200 | 80 - 400 | 0,6 | 1,2 |
| 250 | 80 - 400 | 0,5 | 1 |
| 300 | 80 - 400 | 0,4 | 0,8 |
Конечно, приведенные выше данные - это в первую очередь теоретический предел возможностей различных телескопов. На практике он зачастую несколько ниже. Виновница этого - главным образом, неспокойная атмосфера. Как правило, в подавляющее число ночей максимальное разрешение даже большого телескопа не превышает 1"". Как бы то ни было, иногда атмосфера «устаканивается» на секунду-другую и позволяет наблюдателям выжать максимум возможного из своего телескопа. Например, в самые прозрачные и спокойные ночи телескоп с диаметром объектива 200 мм способен показать кратеры диаметром 1,8 км, а 300-мм объектив - 1,2 км. Необходимое оборудование Луна - очень яркий объект, который при наблюдении через телескоп зачастую просто ослепляет наблюдателя. Чтобы ослабить яркость и сделать наблюдения более комфортными, многие любители астрономии используют нейтральный серый фильтр или поляризационный фильтр с переменной плотностью. Последний более предпочтителен, так как позволяет менять уровень передачи света от 1 до 40% (фильтр Orion). Чем это удобно? Дело в том, что количество света, поступающего от Луны, зависит от её фазы и применяемого увеличения. Поэтому при использовании обычного нейтрального фильтра вы будете то и дело сталкиваться с ситуацией, когда изображение Луны то слишком яркое, то чересчур темное. Фильтр с переменой плотностью лишен этих недостатков и позволяет при необходимости выставить комфортный уровень яркости.
Фильтр с переменной плотностью фирмы Orion. Демонстрация возможности подбора плотности фильтра в зависимости от фазы Луны
В отличие от планет, при наблюдениях Луны обычно не используются цветные фильтры. Однако применение красного фильтра нередко помогает выделить участки поверхности с большим количеством базальта, делая их более темными. Красный фильтр также помогает улучшить изображение при неустойчивой атмосфере и ослабить лунный свет. Если вы всерьез решили заняться исследованием Луны, вам необходимо обзавестись лунной картой или атласом. В продаже можно найти следующие карты Луны: « », а также весьма неплохой « ». Есть и бесплатные издания, правда, на английском языке - « » и « ». И конечно, обязательно скачайте и установите «Виртуальный Атлас Луны » - мощная и функциональная программа, позволяющая получить всю необходимую информацию для подготовки к лунным наблюдениям.Что и как наблюдать на Луне
Когда лучше наблюдать Луну
На первый взгляд кажется абсурдным, но полнолуние - не самое лучшее время для наблюдения Луны. Контраст лунных деталей минимальный, что делает почти невозможным их наблюдение. В течение «лунного месяца» (период от новолуния до новолуния) есть два наиболее благоприятных периода для наблюдения Луны. Первый начинается вскоре после новолуния и заканчивается через два дня после первой четверти. Этот период предпочитают многие наблюдатели, поскольку видимость Луны приходится на вечерние часы.
Второй благоприятный период начинается за два дня до последней четверти и длится почти до самого новолуния. В эти дни тени на поверхности нашей соседки особенно длинные, что хорошо заметно на горном рельефе. Еще один плюс наблюдения Луны в фазе последней четверти в том, что в утренние часы атмосфера более спокойная и чистая. Благодаря этому изображение более стабильное и четкое, что делает возможным наблюдение более мелких деталей на её поверхности.
Еще один немаловажный момент - высота Луны над горизонтом. Чем выше Луна, тем менее плотный слой воздуха преодолевает идущий от неё свет. Поэтому меньше искажений, и лучше качество изображения. Однако от сезона к сезону высота Луны над горизонтом меняется.
Таблица 2 . Наиболее и наименее благоприятные сезоны для наблюдения Луны в различных фазах
Планируя свои наблюдения, обязательно откройте вашу любимую программу-планетарий и определите часы наилучшей видимости.
Луна движется вокруг Земли по эллиптической орбите. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны составляет 384 402 км, но фактическое расстояние изменяется в пределах от 356 410 до 406 720 км, благодаря чему видимый размер Луны колеблется от 33" 30"" (в перигей) до 29" 22"" (апогей).
Конечно, не стоит ждать, когда расстояние между Луной и Землей окажется минимальным, просто обратите внимание, что в перигей можно предпринять попытку рассмотреть те детали лунной поверхности, которые находятся на пределе видимости.
Приступая к наблюдениям, направьте свой телескоп в любую точку возле линии, которая делит Луну на две части - светлую и тёмную. Эта линия носит название терминатор, являясь границей дня и ночи. Во время растущей Луны терминатор указывает место восхода Солнца, а в период убывающей - захода.
Наблюдая Луну в районе терминатора, вы сможете рассмотреть вершины гор, которые уже освещаются солнечными лучами, в то время как окружающая их более низкая часть поверхности еще находится в тени. Пейзаж вдоль линии терминатора меняется в режиме реального времени, поэтому если вы проведете у телескопа несколько часов, наблюдая ту или иную лунную достопримечательность, ваше терпение будет вознаграждено совершенно потрясающим зрелищем.
Что наблюдать на Луне
Кратеры - самые распространенные образования на лунной поверхности. Они получили своё название от греческого слова, обозначающего «чаша». В своём большинстве лунные кратеры имеют ударное происхождение, т.е. образовались вследствие удара космического тела о поверхность нашего спутника.
Лунные Моря - темные участки, отчетливо выделяющиеся на лунной поверхности. По своей сути моря - это низины, которые занимают 40% от всей площади видимой с Земли поверхности.
Посмотрите на Луну в полнолуние. Темные пятна, образующие так называемое «лицо на Луне», являются не чем иным как лунными морями.
Борозды - лунные долины, достигающие в длину сотен километров. Нередко ширина борозд достигает 3.5 км, а глубина 0,5–1 км.
Складчатые жилы - по внешнему виду напоминают верёвки и, по-видимому, являются результатом деформации и сжатия, вызванных опусканием морей.
Горные цепи - лунные горы, высота которых колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч метров.
Купола - одни из самых загадочных образований, поскольку их истинная природа до сих пор неизвестна. На данный момент известно всего несколько десятков куполов, которые представляют собой небольшие (как правило, 15 км в диаметре) и невысокие (несколько сот метров) круглые и гладкие возвышения.
Как наблюдать Луну
Как уже было сказано выше, наблюдения Луны следует проводить вдоль линии терминатора. Именно здесь контраст лунных деталей максимальный, а благодаря игре теней открываются уникальные пейзажи лунной поверхности.
Рассматривая Луну, поэкспериментируйте с увеличением и подберите наиболее подходящее в данных условиях и для данного объекта.
В большинстве случаев вам хватит трех окуляров:
1) Окуляр, дающий небольшое увеличение, или так называемый поисковый, позволяющий комфортно рассматривать полный диск Луны. Такой окуляр можно использовать для общего знакомства с достопримечательностями, для наблюдения лунных затмений, а также проводить с его помощью лунные экскурсии для членов семьи и друзей.
2) Окуляр средней мощности (порядка 80 -150х, в зависимости от телескопа) используется для большинства наблюдений. Он также окажется полезным в случае нестабильной атмосферы, когда применить высокое увеличение не представляется возможным.
3) Мощный окуляр (2D-3D, где D - диаметр объектива в мм) применяется для детального изучения лунной поверхности на пределе возможностей телескопа. Требует хорошего состояния атмосферы и полной термостабилизации телескопа.
Ваши наблюдения станут более продуктивными, если будут целенаправленными. Например, вы можете начать изучение со списка « », составленного Чарльзом Вудом. Также обратите внимание на цикл статей « », рассказывающих о лунных достопримечательностях.
Ещё одним увлекательным занятием может стать поиск крошечных кратеров, видимых на пределе возможностей вашего оборудования.
Возьмите за правило вести дневник наблюдений, куда регулярно записывайте условия наблюдения, время, фазу Луны, состояние атмосферы, применяемое увеличение и описание увиденных вами объектов. Такие записи можно сопроводить и зарисовками.
10 самых интересных лунных объектов
(Sinus Iridum) T (возраст Луны в днях) - 9, 23, 24, 25
Располагается в северо-западной части Луны. Доступен для наблюдения в 10х бинокль. В телескоп на среднем увеличении представляет собой незабываемое зрелище. Этот древний кратер диаметром 260 км не имеет оправы. Многочисленные мелкие кратеры усеивают удивительно плоское дно Залива Радуги.
(Copernicus) T – 9, 21, 22
Одно из самых известных лунных формирований доступно для наблюдений в небольшой телескоп. В комплекс входит так называемая система лучей, простирающаяся на 800 км от кратера. Диаметр кратера 93 км, а глубина 3,75 км, благодаря чему восходы и заходы Солнца над кратером приводят к захватывающему виду.
(Rupes Recta) Т - 8, 21, 22
Тектонический разлом протяженностью 120 км, легко видимый в 60-мм телескоп. Прямая стена проходит по дну разрушенного древнего кратера, следы которого можно обнаружить с восточной стороны разлома.
(Rümker Hills) T - 12, 26, 27, 28
Большой вулканический купол, доступный для наблюдения в 60-мм телескоп или большой астрономический бинокль. Холм имеет диаметр 70 км и максимальную высоту 1,1 км.
(Apennines) Т - 7, 21, 22
Горный хребет протяженностью 604 км. Легко заметен в бинокль, но его детальное изучение требует наличия телескопа. Некоторые вершины хребта возвышаются над окружающей поверхностью на 5 и более километров. В некоторых местах горную цепь пересекают борозды.
(Plato) Т - 8, 21, 22
Видимый даже в бинокль, кратер Платон является излюбленным объектом среди любителей астрономии. Его диаметр равен 104 км. Польский астроном Ян Гевелий (1611 -1687) назвал этот кратер «Большое Чёрное Озеро». Действительно, в бинокль или небольшой телескоп Платон выглядит как большое темное пятно на светлой поверхности Луны.
Мессье и Мессье А
(Messier and Messier A) Т - 4, 15, 16, 17
Два маленьких кратера, для наблюдения которых необходим телескоп с диаметром объектива 100 мм. Мессье имеет продолговатую форму размером 9 на 11 км. Мессье А немного больше - 11 на 13 км. Западнее кратеров Мессье и Мессье А тянутся два светлых луча длиной 60 км.
(Petavius) Т - 2, 15, 16, 17
Несмотря на то что кратер заметен в небольшой бинокль, по-настоящему захватывающая картина открывается в телескоп с большим увеличением. Куполообразное дно кратера усеяно бороздами и трещинами.
(Tyсho) Т - 9, 21, 22
Одно из самых знаменитых лунных образований, прославившееся главным образом благодаря гигантской системе лучей, окружающих кратер и простирающихся на 1450 км. Лучи прекрасно видны в небольшой бинокль.
(Gassendi) T - 10, 23, 24, 25
Овальный кратер, вытянутый на 110 км, доступен для наблюдений в 10х бинокль. В телескоп отчетливо видно, что дно кратера усеяно многочисленными расселинами, холмами, а также имеется несколько центральных горок. Внимательный наблюдатель заметит, что местами у кратера разрушены стены. С северной оконечности находится небольшой кратер Гассенди А, который вместе со старшим братом напоминает кольцо с бриллиантом.
11 РАБОТА 2 ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ЛУНЫ Цель работы: Изучение топографии Луны и определение размеров лунных объектов. Пособия: Фотография лунной поверхности, схематические карты видимого обратного полушарий Луны, списки лунных объектов (таблицы 3 и 4 в Приложении). Луна – естественный спутник Земли. Её поверхность покрыта горами, цирками и кратерами, протяженными горными хребтами. Она имеет широкие впадины, изрезана глубокими трещинами. Тёмные пятна на поверхности Луны (низменности) были названы «морями». Большую часть поверхности Луны занимают «материки» - более светлые возвышенности. Видимое с земли полушарие Луны очень хорошо изучено. Обратное полушарие Луны принципиально не отличается от видимого, но на нём меньше «морских» впадин и обнаружены небольшие светлые равнинные участки, названные галассоидами. На лунной поверхности зарегистрировано около 200000 деталей, из которых 4800 занесены в каталоги. Рельеф Луны формировался в сложном процессе эволюции с участием внутренних и внешних сил. Изучение лунной поверхности осуществляется по фотографиям и картам, составленным на их основе. При этом следует помнить, что фотографии и карты воспроизводят телескопическое изображение Луны, на которых её северный полюс находится внизу. Определение линейных размеров лунных образований. Пусть d1 – линейный диаметр Луны, выраженный в километрах; d2 – угловой диаметр Луны, выраженный в минутах; D – линейный диаметр фотографического изображения Луны в миллиметрах. Тогда масштабы фотографического снимка будут: линейный масштаб: l = d1/D, (1) угловой масштаб: ρ = d2/D. (2) Видимый угловой диаметр Луны изменяется в зависимости от её параллакса, и его значения на каждый день года приводятся в астрономических календарях-ежегодниках. Однако приближённо можно принять d2 = 32’. Зная расстояние до Луны (r = 380000 км) и её угловой диаметр, можно вычислить линейный диаметр d1 = r ⋅ d2. Измерив в миллиметрах размер d лунного объекта на фотографии с известными масштабами, получим угловые dρ и линейные d1 12 его размеры: dρ = ρ ⋅ d, (3) d1 = l ⋅ d. (4) По известным масштабам l и ρ фотографии полной Луны можно определять масштабы l1 и ρ1 фотографии участка лунной поверхности. Для этого необходимо отождествить одинаковые объекты и измерить в миллиметрах размеры d и d’ их изображений на фотографиях. В масштабах фотографии участка лунной поверхности: dρ = ρ1 ⋅ d’, (5) d1 = l1 ⋅ d. (6) Используя формулы (3) и (4), имеем: l1 = l ⋅ d/d’, (7) ρ1 = ρ ⋅ d/d’. (8) Используя полученные масштабы ρ1 и l1, можно определить угловые и линейные размеры лунных объектов с достаточной точностью. Ход работы. 1. Установить названия лунных объектов, значащихся под номерами, указанными преподавателем. 2. Вычислить угловой и линейный масштабы фотографической карты видимого полушария Луны и определить угловые и линейные размеры моря, протяжённость горного хребта и диаметры двух кратеров (по заданию преподавателя). 3. По фотографии участка лунной поверхности отождествить объекты лунной поверхности, по размерам которых вычислить масштаб данной фотографии. Отчёт о работе представить по самостоятельно разработанной форме. Контрольные вопросы. 1. Какие наблюдения Луны доказывают, что там происходит смена дня и ночи? 2. Сколько оборотов вокруг своей оси в течение года делает Луна по отношению к Солнцу? 3. Можно ли, находясь на Луне наблюдать лунные полярные сияния? 4. Почему Луна обращена к Земле одной стороной, но наблюдается в разных фазах? 5. Почему с Земли можно наблюдать больше 50% поверхности Луны? 13 РАБОТА 3 ЗВЁЗДНЫЕ СИСТЕМЫ Цель работы: Ознакомление с некоторыми методами изучения галактик. Пособия: Фотографические стандарты различных типов галактик, фотографии галактик. Одной из самых простых и поэтому наиболее употребляемых из существующих в настоящее время классификаций галактик является классификация Хаббла. Галактики в этой классификации подразделяются на неправильные (I), эллиптические (E) и спиральные (S). Каждый класс галактик содержит несколько подклассов или типов. Сопоставляя фотографии изучаемых галактик с фотографиями их характерных представителей, по которым создана классификация, определяют типы данных галактик. Если известно расстояние D до галактики или модуль расстояния (m−M), где m – видимая и M – абсолютная звёздные величины объекта, то по измеренным угловым размерам p можно вычислить её линейные размеры: l = D ⋅ Sin(p). (1) Так как видимые размеры галактик очень малы, то, выражая p в минутах дуги и учитывая, что 1 радиан = 3438’, получаем: l = D ⋅ p/3438’. (2) Абсолютная звёздная величина объекта M = m + 5 – 5lgD. (3) Однако расстояние D, вычисленное по модулю расстояния, будет завышенным, если не учитывать поглощение света в пространстве. Для этого в формуле (3) необходимо учитывать исправленное значение видимой звёздной величины: m’ = m - γCE, (4) где γ - коэффициент, который для визуальных лучей (при использовании mv) равен 3.7, а для фотографических лучей (при использовании mpg) равен 4.7. СЕ = С – С0. (5) С = mpg – mv – видимый показатель цвета, а С0 – истинный показатель цвета, определяемый по спектральному классу объекта (таблица 2 в Приложении). 14 Тогда, lgD = 0.2(m’ – M) + 1. (6) Расстояние до галактики можно определить по красному смещению линий в её спектре: D = V/H, (7) где Н = 100км/с Мпк – постоянная Хаббла; V = с ⋅ ∆λ/λ; с = 300000 км/сек – скорость света; ∆λ = λ’ - λ; λ’- длина волны смещённых линий; λ - нормальная длина волны тех же линий. Ход работы. 1. Определить названия созвездий, в которых находятся звёздные системы. 2. Используя масштаб фотографии звёздной системы, указанной преподавателем, определить её угловые размеры. 3. По угловым размерам и модулю расстояния вычислить линейные размеры и расстояние до той же звёздной системы. 4. По классификации Хаббла классифицировать звёздные системы, указанные в таблице 11*. 5. Результаты измерений и вычислений представить в виде таблиц и сделать выводы. Контрольные вопросы. 1. Закон Хаббла. 2. Что такое красное смещение? 3. Основные характеристики галактик. 4. Что представляет собой наша Галактика? 15 Таблица 11. № Номер звёзд. Экваториальные Видимая звёзд. Спектр Модуль системы координаты величина Sp расст. NGC M α δ mv mpg mv-Mpg h m m 1 4486 87 12 28 ,3 +12°40’ 9 ,2 10m,7 G5 +33m,2 2 5055 63 13h13m,5 +42°17’ 9m,5 10m,5 F8 +30m,0 3 5005 − 13h08m,5 +37°19’ 9m,8 11m,3 G0 +32m,9 4 4826 64 12h54m,3 +21°47’ 8m,0 8m,9 G7 +26m,9 5 3031 81 9h51m,5 +69°18’ 7m,9 8m,9 G3 +28m,2 6 5194 51 13h27m,8 +47°27’ 8m,1 8m,9 F8 +28m,4 7 5236 83 13h34m,3 -29°37’ 7m,6 8m,0 F0 +28m,2 8 4565 − 12h33m,9 +26°16’ 10m,2 10m,7 G0 +30m,3 * NGC – “Новый общий каталог туманностей и звёздных скоплений”, составленный Дрейером и изданный в 1888 г; М – “Каталог туманностей и звёздных скоплений”, составленный Мессье и изданный в 1771 г. ЛИТЕРАТУРА 1. Воронцов-Вельяминов Б.А. Астрономия: для 11 класса средней школы. – М.: Просвещение, 1989. 2. Бакулин П.И., Кононов Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. – М.: Наука, 1983. 3. Михайлов А.А. Атлас звёздного неба. – М.: Наука, 1979. 4. Галкин И.Н., Шварев В.В. Строение Луны. – М.: Знание, 1977. 5. Воронцов-Вельяминов Б.А. Внегалактическая астрономия. – М.: Наука, 1978. Составители: Расхожев Владимир Нилович Леонова Лиана Юрьевна Редактор Кузнецова З.Е. 16 ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица 1. Сведения об ярких звёздах Название в Спектр. Температура Расстояние Видимая звёздная Название Цвет звезды созвездии класс 103 К Св. г. пс величина Альдебаран α Тельца K5 3.5 Оранжевая 64 20 1m,06 Альтаир α Орла A6 8.4 Желтоватая 16 4.9 0m,89 Антарес αСкорпиона M1 5.1 Красная 270 83 1m,22 Арктур α Волопаса K0 4.1 Оранжевая 37 11.4 0m,24 Бетельгейзе α Ориона M0 3.1 Красная 640 200 0m,92 Вега α Лиры A1 10.6 Белая 27 8.3 0m,14 Денеб α Лебедя A2 9.8 Белая 800 250 1m,33 Капелла α Возничего G0 5.2 Желтая 52 16 0m,21 Кастор α Близнецов A1 10.4 Белая 47 14.5 1m,58 Поллукс β Близнецов 4.2 Оранжевая 33 10.7 1m,21 Процион α Малого Пса F4 6.9 Желтоватая 11.2 3.4 0m,48 Регул α Льва B8 13.2 Белая 80 24 1m,34 Ригель β Ориона B8 12.8 Голубая 540 170 0m,34 Сириус α Большого Пса A2 16.8 Белая 8.7 2.7 -1m,58 Спика α Девы B2 16.8 Голубая 300 90 1m,25 Фомальгаут α Южной Рыбы A3 9.8 Белая 23 7.1 1m,29 Таблица 2. Истинный показатель цвета Спектр. O5 B0 B5 A0 A5 F0 F5 G0 G5 K0 K5 M0 M5 класс Истинный показатель -0m,50 -0m,45 -0m,39 -0m,15 0m,00 +0m,12 +0m,26 +0m,42 +0m,64 +0m,89 +1m,20 +1m,30 +1m,80 цвета, C0 17 Таблица 3. Список названий лунных морей Русское название Международное название Океан Бурь Oceanus Procellarum Залив Центральный Sinus Medium Залив Зноя (Волнений) Sinus Aestuum Море Плодородия (Изобилия) Mare Foecunditatis Море Нектара Mare Nectaris Море Спокойствия Mare Tranquillitatis Море Кризисов (Опасностей) Mare Crisium Море Ясности Mare Serenitatis Море Холода Mare Frigoris Залив Росы Sinus Roris Море Дождей Mare Imbrium Залив Радуги Sinus Iridum Море Паров Mare Vaporum Море Облаков Mare Nubium Море Влажности Mare Humorum Море Смита Mare Smythii Море Краевое Mare Margins Южное Море Mare Australe Море Москвы Mare Mosquae Море Мечты Mare Ingenii Море Восточное Mare Orientalis Таблица 4. Порядковый список лунных цирков и кратеров. Русская Международная № Русская Международная № транскрипция транскрипция транскрипция транскрипция 1 Ньютон Newton 100 Лангрен Langrenus 13 Клавдий Clavius 109 Альбатегний Albategnius 14 Шейнер Scheiner 110 Альфонс Alphonsus 18 Неарх Nearchus 111 Птолемей Ptolemaeus 22 Магин Maginus 119 Гиппарх Hipparchus 29 Вильгельм Wilhelm 141 Гевелий Hevelius 30 Тихо Tycho 142 Риччиоли Riccioli 32 Штефлер Stoefler 146 Кеплер Kepler 33 Мавролик Maurolycus 147 Коперник Copernicus 48 Вальтер Walter 168 Эратосфен Eratosthenes 52 Фурнерий Furnerius 175 Геродот Herodotes 53 Стевин Stevinus 176 Аристарх Aristarchus 69 Виета Vieta 186 Посидоний Posidonius 73 Пурбах Purbach 189 Автолик Autolycus 74 Лакайль La-Caile 190 Аристилл Aristillus 77 Сакробоско Sacrabosco 191 Архимед Archimedes 78 Фракастор Fracastor 192 Тимохарис Timocharis 80 Петавий Petavius 193 Ламберт Lambert 84 Арзахель Arzachel 201 Гаусс Gauss 86 Буллиальд Bullialdus 208 Эвдокс Eudoxus 88 Кэвендиш Cavendish 209 Аристотель Aristoteles 89 Мерсений Mersenius 210 Платон Plato 90 Гассенди Gassendi 220 Пифагор Pythagoras 95 Катарина Catharina 228 Атлас Atlas 96 Кирилл Cyrillus 229 Геркулес Hercules