ГоловнаРеєстраціяВхід Сайт викладача Бажан А.П. Середа, 13.12.2017, 00:34
  Каталог файлів Вітаю Вас Гість | RSS

 
 
Головна » Файли » Дисципліни » Астрономія

Заняття №6
06.06.2017, 04:55

Тема: Методи та засоби астрономічних досліджень

План

  1. Астрономія  - наука всехвильова.
  2. Телескоп і його призначення. Оптичні та радіотелескопи.
  3. Астрономічні обсерваторії.
  4. Приймачі випромінювання.

Література:  1. Климишин І.А., Крячко І.П. Астрономія: Підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладів. – К.: Знання України, 2003.   §11-§12.

2. Пришляк М.П. Астрономія 11 кл.: підручник для загальноосвітніх навчальних закладів.: Х. «Ранок» 2012. §6.

     1. Астрономія  - наука всехвильова.

 За допомогою ока людина отримує понад  90% інформації про навколишній світ. Оптичні характеристики ока визначаються роздільною здатністю та чутливістю.  Роздільна здатність ока, або гострота зору, - це спроможність розрізняти об’єкти певних кутових розмірів. Установлено, що роздільна здатність ока людини не перевищує 1¹ (одна мінута дуги). Це означає, що ми можемо бачити окремо дві зорі (або дві літери в тексті книги), якщо кут між ними  a≥1¹, а якщо a<1¹, то ці зорі зливаються в одне світило, тому розрізнити їх неможливо. 

    Галузь астрономії, яка вивчає Всесвіт у видимому світлі, називається оптичною. Але видиме світло займає лише маленьку ділянку електромагнітного спектра, куди входять також радіохвилі, інфрачервоне, ультрафіолетове, рентгенівське та гамма – випромінювання.

    Крізь товщу атмосфери до поверхні Землі доходить лише видиме світло з довжиною хвиль від 390 до 760 нм, радіохвилі з довжиною від 0,01 см до 30 м та інфрачервоні промені довжиною 0,75- 5,2 мкм і вибірково в довжинах хвиль 8,2 – 22 мкм. В інших діапазонах електромагнітних хвиль земна атмосфера непрозора.

    З ХІХ ст.. астрономи почали вивчати космічні об’єкти в інфрачервоних променях, а в 30-х роках ХХ ст. зародилась нова галузь астрономії – радіоастрономія. Оскільки небесні тіла випромінюють у всьому діапазоні електромагнітного спектра, настала потреба проводити дослідження поза межами атмосфери.

    Основна речовина, що поглинає інфрачервону радіацію, - це водяна пара, концентрація якої швидко зменшується з висотою.  На висотах 25- 30 км земна атмосфера стає прозорою для інфрачервоного випромінювання. Спостереження в цьому діапазоні проводять з аеростатів і з борту ШСЗ.

     Важливу  інформацію про те, що діється далеко за межами Землі, доносять до нас потоки космічних променів і нейтрино.  Космічні промені складаються головним чином з протонів – ядер водню, а також з електронів, ядер гелію і ядер важких хімічних елементів

     Нейтрино – це  частинка, яка має неймовірну проникну здатність, бо майже не взаємодіє з речовиною. Не маючи електричного заряду, з масою спокою, ще й досі достовірно не встановленою, нейтрино здатне проходити крізь тверде тіло навіть легше, ніж світло крізь скло.

     Наприклад, шар свинцю товщиною 50 с.р. воно перетне так, немов це порожній простір.

    Утворюючись під час термоядерних реакцій,  нейтрино вилітає назовні несучи інформацію про події у надрах зорі в поточний момент, тоді як електромагнітне випромінювання мандрує до поверхні зорі сотні тисяч чи мільйони років.  А тому методи нейтринної астрономії дуже важливі для процесів, що відбуваються у надрах Сонця і зір. 

    Тому з другої половини ХХ ст. астрономія стала всехвильовою наукою, яка вивчає Всесвіт в усьому діапазоні електромагнітних хвиль.

Проходження електромагнітного випромінювання крізь атмосферу Землі

На малюнку якісно показано проходження крізь атмосферу Землі, а також поглинання нею на відповідних висотах, випромінювання різних діапазонів електромагнітного спектра.

    2. Телескоп і його призначення. Оптичні та радіотелескопи.

 Більшість космічних об’єктів ми не можемо спостерігати неозброєним оком, бо його можливості обмежені. Телескопи  дозволяють бачити далекі небесні світила або зареєструвати їх за допомогою інших приймачів електромагнітного випромінювання – фотоапарата, відеокамери.  Розповіді з  історії телескопів.

         Телескоп має три основних призначення:

1) збирати випромінювання від небесних світил на приймальний пристрій (око, фотопластинка, спектрограф); 

2) будувати у своїй фокальній площині зображення об’єкта чи певної ділянки неба;

3) збільшувати кут зору, під яким спостерігаються небесні тіла, тобто розділяти об’єкти розташовані на близькій кутовій відстані.

      Оптичні телескопи  в своїй конструкції мають:  об’єктив, який збирає світло і будує у фокусі зображення  об’єкта чи ділянки неба; трубу, яка з’єднує об’єктив з приймальним пристроєм; монтування – механічну конструкцію, що тримає трубу і забезпечує її наведення на небо; окуляр, при візуальних спостереженнях, через нього розглядається зображення. Телескопи поділяють на три типи: рефрактори (об’єктивом є лінза); рефлектори (об’єктивом є дзеркало), а також комбіновані деркально-лінзові. Більшість із телескопів встановлено на поверхні Землі. Проте з певного часу їх почали встановлювати на повітряних кулях (балонах), геофізичних ракетах, а з початку космічної ери

(1957 р.) і на img6_6космічних апаратах (штучних супутниках Землі та міжпланетних космічних станціях).

  Оптична схема телескопа-рефрактора: 1 ― небесне світило; 2 ― об'єктив (лінза); 3 ― фокальна площина (фокус); 4 ― окуляр; 5 ― зображення небесного світила.

    Рефрактори як правило, використовують в астрометрії, а от астрофізики користуються дзеркальними телескопами рефлекторами. Перший такий телескоп з діаметром дзеркала 2,5 см побудував І. Ньютон.

img8_6Головні дзеркала рефлекторів спочатку мали сферичну форму, згодом – параболічну. Дзеркала виготовляли із бронзи. З середини ХІХ ст.. почали робити скляні дзеркала і розробили метод зовнішнього сріблення скляних дзеркал, а з 1930 р. їх почали алюмініювати. 

Оптична схема телескопа-рефрактора: 1 ― небесне світило; 2 ― об'єктив (лінза); 3 ― фокальна площина (фокус); 4 ― окуляр; 5 ― зображення небесного світила.

      Радіотелескоп ― інструмент для реєстрації радіовипромінювання небесних об’єктів. Головні його частини: антена, система передачі зареєстрованого сигналу, радіоприймач (радіометр) і реєструюча система. img32_6 

Схема будови радіотелескопа

Головні частини радіотелескопа: антена, система передачі зареєстрованого сигнала, радіоприймач (радіометр) і реєструюча система.

img30_6                                                                                      
Йеркський рефрактор

Найбільший у світі телескоп-рефрактор. Встановлений у 1897 р. на Йеркській обсерваторії (США), має діаметр об'єктива 102 см.


Телескопи КЕК1 та КЕК2

Найбільші у світі телескопи-рефлектори (діаметр дзеркал становить 9,82 м). Встановлені на горі Мауна-Кеа (висота 4120 м над рівнем моря) на Гавайських островах в 1993 і 1996 роках.

 

Астрономічна обсерваторія на горі Мауна-Кеа

Обсерваторія на горі Мауна-Кеа — одна з найсучасніших обсерваторій світу. Тут розміщено найбільші оптичні телескопи КЕК1 та КЕК2, "Субару", "Джеміні" та інші. За її унікальний астроклімат гору Мауна-Кеа оголошено науковим      заповідником.                                                        



Найбільший у світі радіотелескоп-рефлектор

Радіотелескоп в Аресібо (Пуерто-Ріко), з антеною-дзеркалом, розміщеною у кратері згаслого вулкана. Діаметр дзеркала ― 305 м.


Радіотелескоп УТР-2

УРТ-2, розташований поблизу Харкова, є одним із найбільших у світі багатоелементних радіотелескопів. Працює в декаметровому діапазоні

(10-25 МГц). Телескоп належить Радіоастрономічному інституту Національної академії наук  України.


Радіотелескоп

РАТАН-600

Радіотелескопи дуже великих розмірів можуть бути побудовані з великої кількості окремих дзеркал, що фокусують випромінювання на один опромінювач. Прикладом є російський РАТАН-600 ("радіотелескоп Академії наук, діаметр 600 м"), встановлений на Північному Кавказі. Він являє собою замкнене кільце діаметром 600 м і складається з 900 плоских дзеркал розмірами 2х7,4 м, що утворюють сегмент параболоїда. В такому радіотелескопі може працювати як усе кільце, так і його частина.

3. Астрономічні обсерваторії.

В ХVІІ ст.. було усвідомлено значення астрономії для географії та мореплавання. Розпочалося будівництво перших державних астрономічних обсерваторій: Паризької (1671 р.),  Гринвіцької (1675 р.) тощо.
В наш час у світі налічують близько 400 АО. В Україні провідними є Головна астрономічна обсерваторія НАН України (1944 р.), Інститут радіоастрономії з його унікальним декаметровим телескопом УТР-2 під Харковом, Кримська астрофізична обсерваторія (1950 р.). Певні традиції досліджень і спостережень зберігають АО університетів -Львівського (1769 р.), Харківського (1898 р.), Київського (1845 р.), Одеського (1871 р.).

  Довгий час АО будувались поблизу чи навіть у населених пунктах, з XIX ст. їх почали розташовувати на гірських вершинах. Серед найбільших АО світу найвідомішими сьогодні є: введена в дію 1990 р. АО на вершині древньої вулканічної гори Мауна-Кеа (4215 м, о. Гавайї), оголошеної науковим заповідником за свій унікальний астроклімат; тут встановлено кілька

4-метрових телескопів, а також телескопи «Кек», «Джеміні», «Субару»; англійська АО на о. Ла-Пальма (2327 м, 1986 р.), американська АО Лас-Кампанас (2280 м, 1976 р.) у Чилі і там же європейська АО Ла-Сілла (2347 м, 1976 р.), де встановлено «Дуже великий телескоп».

В останні роки не менше половини наукових публікацій з астрономії грунтуються на спостереженнях небесних об'єктів із стратостатів, штучних супутників Землі, орбітальних космічних станцій та автоматичних міжпланетних станцій (АМС). В космосі працює ціла низка інфрачервоних, ультрафіолетових, рентгенівських, гамма-обсерваторій, які досліджують небо у всіх діапазонах електромагнітних хвиль, наприклад рентгенівська обсерваторія «Чандра». Важливою для астрономів подією був запуск 25 квітня 1990 р. на орбіту висотою 612 км «Космічного телескопа ім. Габбла» з діаметром дзеркала 2,4 м, який вирішує велику кількість астрофізичних задач. Загалом з 1962 р. для астрономічних досліджень запущено близько 50 ШСЗ та АМС.

4. Приймачі випромінювання. З 1880 р. в астрономії систематично використовують фотографію. У наш час понад 50% усіх астрономічних спостережень здійснюють саме шляхом фотографування небесних об'єктів. Фотографічна емульсія, на відміну від ока, здатна накопичувати кванти світла, на ній водночас утворюються зображення сотень і тисяч світил. Такі зображення певної ділянки неба чи об'єкта можуть зберігатися багато років. У наш час небо фотографують на кольорову емульсію, що дає змогу, зокрема, виявляти особливості структури газових туманностей тощо.
Але за межами земної атмосфери такий же телескоп здатний вловлювати сигнали від об'єктів, у 40 разів слабкіших (до
28m).
З 40-х років XX ст. успішно використовують фотоелектронні помножувачі, в яких потік фотонів, що надходить від небесного світила, перетворюється в електричний струм. 

З початку 70-х років в астрономії застосовують приймачі, дія яких грунтується на  явищі внутрішнього фотоефекту. Для зниження шумів прилад охолоджують до температури рідкого азоту (77 К). Одним із варіантів таких фотоприймачів є прилади із зарядовим зв'язком (ПЗЗ, англомовна абревіатура ССБ). Тут електрони, що вивільнилися при поглинанні речовиною фотонів, зберігаються в окремих елементах кремнієвої кристалічної пластинки - в пікселах, а зчитувальний пристрій підраховує і реєструє величину нагромадженого реального заряду.

Завдяки застосуванню ПЗЗ гранична зоряна величина, яку, зокрема, можна зареєструвати на 5-метровому рефлекторі, зросла з 25"' до 28"', тобто стало можливим реєструвати потоки в 16 разів слабкіші, ніж раніше. Щоб досягти такого прогресу зі старими (фотографічними) приймачами, довелося б побудувати оптичний телескоп з діаметром дзеркала 31 м.

 

Завдання для самоконтролю

  1. Які спектральні діапазони традиційно виділяють в астрономії?
  2. Які типи телескопів використовують в астрономії і хто першим сконструював кожен з них?
  3. Де розташовані найбільші телескопи?
  4. Назвати провідні обсерваторії України.

 

   

Категорія: Астрономія | Додав: Admin
Переглядів: 96 | Завантажень: 0 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
 
 
Дисципліни

Пошук

Вхід на сайт

Статистика

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0

Друзі сайту
  • Офіційьний блог
  • uCoz Спільнота
  • FAQ по системі
  • База знань uCoz

  •  

    Copyright MyCorp © 2017
    uCoz