Сообщения.

Астрономия

Астроно́мия (др.-греч. ἀστρονομία, от ἄστρον — звезда и νόμος — закон) — наука о движении, строении и развитии небесных тел и их систем, вплоть до Вселенной в целом.[1] В частности, астрономия изучает Солнце, планеты Солнечной системы и их спутники, астероиды, кометы, метеориты, межпланетное вещество, звёзды и внесолнечные планеты (экзопланеты), туманности, межзвёздное вещество, галактики и их скопления, пульсары, квазары, чёрные дыры и многое другое.

2009 год был объявлен ООН Международным годом астрономии (IYA2009). Основной упор делается на повышении общественной заинтересованности и понимании астрономии.

Структура астрономии как научной дисциплины

Лунная астрономия: большой кратер на изображении — Дедал, сфотографированный экипажем Аполлона-11 во время обращения вокруг Луны в 1969. Кратер расположен рядом с центром невидимой стороны Луны, его диаметр около 93 км.
Внегалактическая астрономия: гравитационное линзирование. Это изображение показывает несколько голубых петлеобразных объектов, которые являются многократными изображениями одной галактики, размноженными из-за эффекта гравитационной линзы от скопления жёлтых галактик возле центра фотографии. Линза создана гравитационным полем скопления, которое искривляет световые лучи, что ведёт к увеличению и искажению изображения более далёкого объекта.

Современная астрономия подразделяется на ряд отдельных разделов, которые тесно связаны между собой, и такое разделение астрономии в известном смысле условно. Главнейшими разделами астрономии являются:

  • Астрометрия — изучает видимые положения и движения светил. На этапе исторического развития науки роль астрометрии долгое время состояла также в высокоточном определении географических координат и времени с помощью изучения движения небесных светил (в данный момент для того и другого существуют новейшие способы). Современная астрометрия состоит из:
    • фундаментальной астрометрии, задачами которой являются определение координат небесных тел из наблюдений, составление каталогов звёздных положений и определение числовых значений астрономических параметров, — величин, позволяющих учитывать закономерные изменения координат светил;
    • радиоастрономии
    • сферической астрономии, разрабатывающей математические методы определения видимых положений и движений небесных тел с помощью различных систем координат, а также теорию закономерных изменений координат светил со временем;
  • Теоретическая астрономия даёт методы для определения орбит небесных тел по их видимым положениям и методы вычисления эфемерид (видимых положений) небесных тел по известным элементам их орбит (обратная задача).
  • Небесная механика изучает законы движений небесных тел под действием сил всемирного тяготения, определяет массы и форму небесных тел и устойчивость их систем.

Эти три раздела в основном решают первую задачу астрономии (исследование движения небесных тел), и их часто называют классической астрономией.

  • Астрофизика изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов. Она делится на: а) практическую (наблюдательную) астрофизику, в которой разрабатываются и применяются практические методы астрофизических исследований и соответствующие инструменты и приборы; б) теоретическую астрофизику, в которой, на основании законов физики, даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям.

Ряд разделов астрофизики выделяется по специфическим методам исследования.

  • Звёздная астрономия изучает закономерности пространственного распределения и движения звёзд, звёздных систем и межзвёздной материи с учётом их физических особенностей.

В этих двух разделах в основном решаются вопросы второй задачи астрономии (строение небесных тел).

  • Космогония рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том числе и нашей Земли.
  • Космология изучает общие закономерности строения и развития Вселенной.

На основании всех полученных знаний о небесных телах последние два раздела астрономии решают её третью задачу (происхождение и эволюция небесных тел).

Курс общей астрономии содержит систематическое изложение сведений об основных методах и главнейших результатах, полученных различными разделами астрономии.

Одним из новых, сформировавшихся только во второй половине XX века, направлений является археоастрономия, которая изучает астрономические познания древних людей и помогает датировать древние сооружения, исходя из явления прецессии Земли.

 Звёздная астрономия

Планетарная туманность Муравья — Mz3. Выброс газа из умирающей центральной звезды показывает симметричную модель, в отличие от хаотических образов обычных взрывов.
Основная статья: Звезда

Изучение звёзд и звёздной эволюции имеет фундаментальное значение для нашего понимания Вселенной. Астрофизика звезд развивалась на основе наблюдений и теоретического понимания, а сейчас и с помощью компьютерного моделирования.

Формирование звезд происходит в областях плотной пыли и газа, известных как гигантские молекулярные облака. Если происходит дестабилизация, то фрагменты облака могут сжаться под воздействием гравитации и сформировать протозвезду. Достаточно плотные и горячие области вызовут термоядерные реакции, таким образом начнется главная последовательность звезды.[2]

Почти все элементы, более тяжелые чем водород и гелий, создаются внутри ядра звезды.

Задачи астрономии

Радиотелескопы среди множества различных инструментов, используемых астрономами.

Основными задачами астрономии являются:

  1. Изучение и объяснение видимых движений небесных тел, нахождение закономерностей и причин этих движений.
  2. Изучение строения небесных тел, их физических и химических свойств, построение моделей их внутреннего строения.
  3. Решение проблем происхождения и развития небесных тел и их систем.
  4. Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной — Метагалактики.

Решение этих задач требует создания эффективных методов исследования — как теоретических, так и практических. Первая задача решается путём длительных наблюдений, начатых ещё в глубокой древности, а также на основе законов механики, известных уже около 300 лет. Поэтому в этой области астрономии мы располагаем наиболее богатой информацией, особенно для сравнительно близких к Земле небесных тел: Луны, Солнца, планет, астероидов и т. д.

Решение второй задачи стало возможным в связи с появлением спектрального анализа и фотографии. Изучение физических свойств небесных тел началось во второй половине XIX века, а основных проблем — лишь в последние годы.

Третья задача требует накопления наблюдаемого материала. В настоящее время таких данных ещё недостаточно для точного описания процесса происхождения и развития небесных тел и их систем. Поэтому знания в этой области ограничиваются только общими соображениями и рядом более или менее правдоподобных гипотез.

Четвёртая задача является самой масштабной и самой сложной. Практика показывает, что для её решения уже недостаточно существующих физических теорий. Необходимо создание более общей физической теории, способной описывать состояние вещества и физические процессы при предельных значениях плотности, температуры, давления. Для решения этой задачи требуются наблюдательные данные в областях Вселенной, находящихся на расстояниях в несколько миллиардов световых лет. Современные технические возможности не позволяют детально исследовать эти области. Тем не менее, эта задача сейчас является наиболее актуальной и успешно решается астрономами ряда стран, в том числе и России.

 История астрономии

Основная статья: История астрономии

Ещё в глубокой древности люди интересовались движением светил по небосводу, хотя астрономия тогда была основательно перемешана с астрологией. Окончательное выделение научной астрономии произошло в эпоху Возрождения и заняло долгое время.

 

воскресенье, 26 сентября 2010 г.

Характеристики

Хотя многие планеты уникальны по своим физическим характеристикам, среди них можно выделить и немало общностей. Многие из таких особенностей как то: кольца, естественные спутники, наблюдались пока лишь у планет Солнечной системы, а некоторые пока лишь у экзопланет.

 Динамические характеристики

 Орбита

См. также: Законы Кеплера.

Орбита Нептуна в сравнении с орбитой Плутона. Заметна более удлинённая орбита у Плутона (эксцентриситет), так же как и высокий угол наклона к эклиптике (Наклонение)
Согласно рабочему определению все планеты вращаются вокруг звёзд, что лишает статуса планеты любые потенциальные «планеты-одиночки». В Солнечной системе, все планеты обращаются по своим орбитам в том направлении в каком вращается Солнце (против часовой стрелки, что заметно по северному полюсу Солнца). Хотя по крайней мере одна экзопланета, WASP-17b, вращается по орбите вокруг звезды в противоположном её вращению направлении.[85] Период, за который планета обращается вокруг звезды, называется сидерическим или годом.[86] Планетарный год в немалой степени зависит от расстояния планеты от звезды; чем дальше планета находится от звезды, тем большую дистанцию она должна пройти, и тем медленнее она движется, так как менее затронута гравитацией звезды. Поскольку никакая орбита не является совершенно круглой, расстояние между звездой и планетой на орбите варьируется. Точку орбиты где планета ближе всего к звезде называют периастром (перигелий, в Солнечной системе), тогда как самая дальняя точка орбиты называется апастроном (афелием в Солнечной системе). Поскольку в периастре планета ближе к светилу потенциальная энергия гравитационного взаимодействия переходит в кинетическую и её скорость увеличивается подобно тому как брошенный высоко камень — ускоряется приближаясь к земле, а когда планета находится в апастроне, её скорость уменьшается, подобно тому как тот же брошенный вверх камень замедляется в верхней точке полёта.[87]
Орбита любой планеты определяется несколькими элементами:
  • Эксцентриситет определяет, насколько планетарная орбита вытянута. У планет с более низким эксцентриситетом более округлые орбиты, тогда как планеты с высоким эксцентриситетом имею орбиту, приближённую скорее к эллипсу. У планет Солнечной системы очень низкие эксцентриситеты, и, таким образом, почти круглые орбиты.[86] Кометы и объекты пояса Койпера (как и у множества экзопланет) очень высокий эксцентриситет и почти эллиптические орбиты.[88][89]

  • Иллюстрация большой полуоси
    Большая полуось это дистанция от планеты до средней точки на полпути вдоль её орбиты (см.изображение). Эта дистанция не то же самое, что апастрон, потому что никакая планетарная орбита не имеет своей звезды точно в центре.[86]
  • Наклонение это угол между плоскостью его орбиты и плоскостью отсчёта (базовой плоскостью). В Солнечной системе за эту плоскость принято считать орбиту Земли, называемую эклиптикой. Для экзопланет эта плоскость известна как Небесная плоскость, это плоскость на обзорной линии с места на Земле.[90] 8 планет Солнечной системы находятся очень близко к плоскости эклиптики; тогда как кометы и объекты пояса Койпера, как, например, Плутон, находятся под намного более высокими углами.[91] Точки, где планета пересекает эклиптику и спускается ниже или выше оной, называются восходящими и нисходящими узлами орбиты.[86] Долгота восходящего узла это угол между базовой плоскостью и восходящим узлом орбиты. Аргумент периастра (или перигелий в Солнечной системе) это угол между орбитальным восходящим узлом и его ближайшей точкой к звезде на орбите вокруг неё.[86]

 Наклон оси


Наклон земной оси приблизительно 23°
Планеты также имеют помимо прочего разные углы осевого наклона; они лежат под определённым углом к плоскости экватора материнской звезды. Именно поэтому количество света получаемого тем или иным полушарием меняется в течение года; когда северное полушарие оказывается от звезды дальше, чем южное, и наоборот. На каждой планете есть смена сезонов; изменение климата в течение года. Время когда одно из полушарий находится ближе или дальше всего от Солнца называется солнцестоянием. У полушарий на протяжении всей планетарной орбиты случается два солнцестояния; когда одно из полушарий находится в летнем солнцестоянии, и день там самый длинный, и когда одно из полушарий находится в зимнем солнцестоянии, с его чрезвычайно коротким днём. Разное количество тепла и света получаемое каждым полушарием служит причиной ежегодных изменений в погодных условиях. Осевой наклон Юпитера чрезвычайно низкий, и сезонные изменения там минимальны; Уран, в противоположность обладает осевым наклоном настолько экстремально высоким, что практически «обращается вокруг Солнца на боку», и одно из его полушарий либо постоянно под солнечным светом, либо постоянно находится в темноте во время солнцестояний.[92] Что касается экзопланет, то их осевые наклоны неизвестны наверняка, однако большинство «горячих юпитеров» обладают по видимому чрезвычайно низким наклоном, что является результатом близости к звезде.[93]

 Вращение

Помимо того что планеты обращаются по своей орбите вокруг звезды, они ещё и вращаются вокруг своей оси. Период вращения планеты вокруг оси известен как день. Большинство планет Солнечной системы вращаются вокруг своей оси в том же направлении в каком обращаются вокруг Солнца, против часовой стрелки, что замечено по северному полюсу Солнца, однако Венера[94] и Уран[95] вращаются по часовой стрелке, хотя экстремальный осевой наклон Урана порождает споры, что́ считать южным и северным полюсом, и вращается ли он против часовой или по часовой стрелке.[96] Однако какого бы мнения ни придерживались спорщики вращение Урана ретроградное относительно его орбиты. Есть большая разница между длиной дня у планет, тогда как Венере требуется 243 земных дня для одного оборота вокруг оси, газовым гигантам несколько часов.[97] Период вращения для экзопланет не известен. Однако близкое расположение к звёздам горячих юпитеров означает, что на одной стороне планеты царит вечная ночь, а на другой вечный день (орбита и вращение синхронизированы).[98]

 «Чистая орбита»

Основная статья: Чистая орбита
Один из критериев, который позволяет определить небесное тело как планету, — чистые от иных объектов орбитальные окрестности. Планета, которая очистила свои окрестности, накопила достаточную массу, чтобы собрать или, наоборот, разогнать все планетезимали на своей орбите. То есть, планета обращается по орбите вокруг своего светила в изоляции, в противоположность тому чтобы делить свою орбиту с множеством объектов подобных себе размером. Этот критерий статуса планеты был предложен МАС в августе 2006 года. Этот критерий лишает такие тела Солнечной системы как Плутон, Эрида и Церера статуса планеты, относя их к карликовым планетам.[1] Несмотря на то, что этот критерий относится пока только к планетам Солнечной системы, некоторое количество молодых звёздных систем, находящихся на стадии протопланетарного диска, имеют признаки «чистых орбит» у протопланет.[99]

 Физические характеристики

 Масса

Одна из определяющих физических характеристик планеты это масса — достаточная для того, чтобы её собственная сила тяжести преобладала над электромагнитными силами, связывающими её физические структуры, приводя планету в состояние гидростатического эквилибриума. Следовательно, все планеты являются сферическими или сфероидальными по форме. До определённой массы объект может быть неправильной формы, но после достижения определённой массы (эта точка определяется на основании химического состава небесного тела) гравитационные силы начинают стягивать объект к его собственному центру массы вплоть до приобретения объектом сферической формы.[100]
Помимо прочего, масса — важный отличительный признак планет от звёзд. Верхний предел массы для планеты 13 масс Юпитера, после чего достигаются все условия для начала термоядерного синтеза. В Солнечной системе нет планет даже приблизительно подходящих под эту черту. Однако некоторые экзопланеты имеют массу ненамного ниже этой грани. Энциклопедия экзопланет перечисляет несколько планет близких к этой границе: HD 38529 c, AB Живописца b, HD 162020 b, и HD 13189 b. Есть несколько объектов и с более высокой массой, но так как они лежат выше границы необходимой для термоядерного синтеза, их следует отнести к коричневым карликам.[63]
Наименьшая из известных планет, исключая карликовые планеты и спутники, это PSR B1257+12 b, одна из первых обнаруженных экзопланет (1992 год) на орбите вокруг пульсара. Масса планеты — приблизительно половина от массы Меркурия.[63]

 Внутренняя дифференциация


Иллюстрация внутреннего строения Юпитера, обладающего плотным ядром из горных пород — которое покрыто мантией из металлического водорода
Каждая планета начинала своё существование в жидком, текучем состоянии; на ранних стадиях формирования более плотные, более тяжёлые материалы оседали к центру, а более лёгкие материалы оставались около поверхности. Поэтому у каждой планеты наблюдается некоторая дифференциация внутренней структуры, выражающаяся в том, что планетарное ядро, покрытое мантией, которая есть или была жидкой. Планеты земной группы скрывают мантию под плотной корой[101], тогда как в газовых гигантах мантия просто распадается в лежащих выше облаках. Планеты земной группы обладают ядрами из ферромагнитных элементов, таких как железо и никель, а также мантией из силикатов. Такие газовые гиганты как Юпитер и Сатурн обладают ядрами из горных пород и металлов окружённых мантиями из металлического водорода.[102] А газовые гиганты наподобие Урана и Нептуна, которые поменьше, обладают ядрами из горных пород окружённых мантией из водяного, аммиачного, метанового и прочих льдов.[103] Перемещения жидкости внутри ядер планет создаёт эффект геодинамо, которое генерирует магнитное поле.[101]

 Атмосфера

См. также: Атмосферы планет.

Земная атмосфера
Все планеты Солнечной системы обладают атмосферами так как их большая масса и гравитация достаточны для того чтобы удерживать газы у поверхности. Большие газовые гиганты достаточно массивны, чтобы удерживать вблизи от поверхности такие лёгкие газы как водород и гелий, тогда как с меньших планет они свободно улетучиваются в открытый космос.[104] Состав атмосферы Земли отличается от каких-либо иных, потому что различные процессы, сопровождающие находящуюся на планете жизнь, создали условия для появления молекулярного кислорода, так важного для всего живого, что населяет Землю[105] Единственная планета в Солнечной системе планета без существенной атмосферы — Меркурий, у которого она была почти полностью «сдута» солнечным ветром.[106]

 Магнитосфера

 Вторичные характеристики

Некоторые планеты или карликовые планеты (например, Нептун и Плутон) находятся в орбитальном резонансе друг с другом или с более мелкими телами (что также характерно для спутниковых систем. Все планеты, за исключением Венеры и Меркурия, имеют естественные спутники, которые также зачастую называют «лунами». Так у Земли всего лишь один естественный спутник, у Марса — два, а у планет гигантов их множество. Многие спутники планет гигантов обладают рядом черт, роднящих их с планетами земной группы и карликовыми планетами. Многие из них даже были исследованы на предмет наличия жизни (в особенности Европа). [107][108][109]

кольца Сатурна
Четыре планеты гиганта также обладают кольцами, различными по размеру и составу. Они состоят преимущественно из пыли и твёрдых частиц, но могут также включасть в себя небольшие спутники, являющиеся по сути каменными глыбами размером в несколько сот метров, которые формируют и поддерживают b[ структуру. Происхождение колец до конца не ясно, предположительно, они являются результатом разрушения спутников, пересёкших предел Роша для своей планеты и разрушенными приливными силами. [110][111]
Никакие из вторичных характеристик экзопланет не изучались. Предположительно субкоричневый карлик Cha 110913-773444, который классифицируется как одиночная планета, обладает небольшим протопланетным диском.[80]
Автор: на

Комментариев нет:

Отправить комментарий

Подписаться на: Комментарии к сообщению (Atom)