Курс лекций по астрономии
план-конспект урока

Урок №1. Предмет астрономии. Роль астрономии в развитии цивилизации. Особенности методов познания в астрономии. Практическое применение астрономических исследований.

Астрономия -  наука о строении, движении, происхождении и развитии небесных тел, их систем и всей Вселенной в целом.
Вселенная - максимально большая область пространства, включающая в себя все доступные для изучения небесные тела и их системы. Астрономия, как и все другие науки, возникла из практических потребностей человека: 

- потребность счета времени, ведение календаря;

- земледелие;

- ориентация на местности, находить дорогу по звездам, особенно мореплавателям;

- любознательность – разобраться в происходящих явлениях;

- забота о своей судьбе, породившая астрологию. 

Древние славяне  почти не изучали звёздное небо. Причины этого:

1) почти полгода небо на Руси закрыто облаками и туманами;

2) в летнее время ночи очень светлые;

3)славяне долгое время были изолированы от народов, накопивших богатый наблюдательный материал. 

Славяне жили в основном в лесах и по берегам рек, которые давали массу вспомогательных ориентиров по сторонам горизонта: по растениям, по рельефу местности, по направлениям  ветров (по сезонам) и т. д. Они иначе воспринимали мир, чем, например, жители южных широт с их открытым небом и пространством пустынь и степей или народы, населявшие морские берега, которые использовали знания звёздного неба в навигационных целях.       

      Наблюдения – основной источник знаний о небесных телах, процессах и явлениях происходящих во Вселенной.

Особенности астрономических наблюдений: 1) астрономические наблюдения в большинстве случаев пассивны по отношению к изучаемым объектам. Мы не можем активно влиять на небесные тела, ставить опыты (за исключением редких случаев), как это делают в физике, биологии, химии. Лишь использование космических аппаратов дало в этом отношении некоторые возможности.

2)  Мы наблюдаем положение небесных тел и их движение с Земли, которая сама находится в движении. Поэтому вид неба для земного наблюдателя зависит не только от того, в каком месте Земли он находится, но и от того, в какое время суток и года он наблюдает. Например, когда у нас зимний день, в Южной Америке летняя ночь, и наоборот. Есть звезды, видимые лишь летом или зимой.

3) Все светила находятся от нас очень далеко, так далеко, что ни на глаз, ни в телескоп нельзя решить, какое из них ближе, какое дальше. Все они кажутся нам одинаково далекими. Поэтому при наблюдениях обычно выполняют угловые измерения и уже по ним часто делают выводы о линейных расстояниях и размерах тел. 

     Наблюдения проводятся в специализированных учреждениях - обсерваториях, возникших еще на первом этапе развития астрономии до НЭ. Но настоящее астрономическое исследование началось с изобретением телескопа в 1609г. Телескоп – оптический прибор, увеличивающий угол зрения, под которым видны небесные тела и позволяющий собирать во много раз больше света, приходящего от светила, чем глаз наблюдателя. С помощью телескопов производят не только визуальные и фотографические наблюдения, но и фотоэлектрические и спектральные наблюдения. Фотографические наблюдения (перед визуальными) имеет преимущества:

1.        Документальность – способность фиксировать происходящее явление и процессы и долгое время сохранять полученную информацию.

2.        Моментальность – способность регистрировать кратковременные события.

3.        Панорамность – способность запечатлеть одновременно несколько объектов.

4.        Интегральность – способность накапливать свет от слабых источников.

5.        Детальность – способность рассматривать детали объекта на изображении.

Последнее время на орбиту Земли выводятся телескопы и целые орбитальные обсерватории: (т.е. развиваются внеатмосферные наблюдения).

Значение астрономии в народном хозяйстве:

 - Ориентирование по звездам для определения сторон горизонта;

 - Навигация (мореходство, авиация, космонавтика) - искусство прокладывать путь по звездам;

- Исследование Вселенной с целью понять прошлое и спрогнозировать будущее;

- Космонавтика:

- Исследование Земли с целью сохранения ее уникальной природы;

- Получение материалов, которые невозможно получение в земных условиях;

- Прогноз погоды и предсказание стихийных бедствий;

- Спасение терпящих бедствие судов;

- Исследования других планет для прогнозирования развития Земли.

Урок №2. Звёзды и созвездия. Звёздные карты, глобусы и атласы. Видимое движение звёзд на различных географических широтах.

Созвездия - определённые участки звёздного неба, разделённые между собой строго установленными границами, с характерной наблюдаемой группировкой звёзд.

В 1922 г. Генеральная ассамблея Международного астрономического союза окончательно утвердила 88 созвездий.  В каждом созвездии звёзды обозначаются буквами греческого алфавита в порядке убывания их яркости. Наиболее яркая звезда обозначается буквой α, вторая по яркости β, затем γ и т.д. Все звёзды, видимые на небе невооружённым глазом, Гиппарх во II в. до н.э. разделил на шесть звёздных величин. Самые яркие (их на небе менее 20) - звёзды первой величины. Едва различимые невооружённым глазом – звёзды шестой величины.

Звёздная величина - безразмерная числовая характеристика яркости объекта, обозначаемая буквой m. Звёздная величина (блеск) - мера яркости небесного тела, говорящая о том, сколько света приходит от него в точку, где находится наблюдатель. Звезда первой величины в 2,512 раза ярче звезды второй величины. Звезда второй величины в 2,512 раза ярче звезды третьей величины и т.д. Самая яркая звезда ночного неба – Сириус (α Большого Пса), её звёздная величина -1,5m.

Небесная сфера.

Небесная сфера - воображаемая сфера произвольного радиуса с центром в точке наблюдения. 

Отвесная линия - линия, проходящая через глаз наблюдателя и центр Земли.

Зенит Z и Надир Z ' - точки, образованные при пересечении отвесной линии и небесной сферы.

Истинный (математический) горизонт - большой круг небесной сферы плоскость которого перпендикулярна отвесной линии. Делит небесную сферу на видимую и скрытую половины.

Полуденная линия - линия, соединяющая точки юга S и севера N истинного горизонта.

Суточное вращение небесной сферы - видимое движение светил, происходящее из-за вращения Земли вокруг своей оси. Ось мира - ось, вокруг которой происходит суточное вращение небесной сферы. Ось мира параллельна земной оси.

Полюсы мира (северный Р и южный Р') - точки пересечения оси мира и небесной сферы. Северный полюс мира находится в созвездии Малой Медведицы, а южный – в созвездии Октанта.

Небесный экватор - большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна  оси мира. Небесный экватор делит небесную сферу на северную и южную половины. Пересекает истинный горизонт в точках востока и запада.

Небесный меридиан - большой круг небесной сферы, проходящий через точки зенит, надир, полюса мира, север и юг.  Делит небесную сферу на восточную и западную половины.

Круги склонения - дуги окружностей, соединяющие полюса мира.

Круги высоты - дуги окружностей, соединяющие точки зенит и надир.

Эклиптика - большой круг небесной сферы, по которому проходит видимое годичное движение Солнца. Направление этого движения противоположно направлению суточного вращения Земли.

Ось вращения Земли имеет постоянный угол наклона к плоскости обращения Земли вокруг Солнца, равный 66034', поэтому плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора под углом 23°26′  и пересекает его в точках весеннего и осеннего равноденствия.

Точки весеннего и осеннего равноденствия (обычно 21 марта и 23 сентября) – точки пересечения небесного экватора и эклиптики. Точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыб (до недавнего времени – в созвездии Овна). Точка осеннего равноденствия находится в созвездии Девы (до недавнего времени – в созвездии Весов).

Звёздные карты

Звёздные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в определённой системе координат. Экваториальная система координат – это система небесных координат, основной плоскостью в которой является плоскость небесного экватора, а координатами в ней служат склонение и прямое восхождение.

Положение звезды Х указывается координатами – прямым восхождением α  и склонением δ. 

Прямое восхождение – это угловое расстояние вдоль небесного экватора от точки весеннего равноденствия ϓ до направления на звезду. Отсчет прямого восхождения α ведется от точки весеннего равноденствия в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы – т.е. против часовой стрелки. Прямое восхождение обычно отсчитывают в часах, минутах и секундах времени и может быть только положительной величиной.  Склонением называют угловое расстояние от небесного экватора вдоль большого круга, проходящего через полюсы мира. Склонение измеряют в градусах, минутах и секундах и оно может принимать как положительное, так и отрицательное значение. Склонение считается положительным у светил, расположенных к северу от небесного экватора, отрицательным – у расположенных к югу от него. Склонения звезд северного полушария могут быть от 0° до +90°,  а южного полушария  от 0° до – 90°.

Соотношение между градусами, часами и минутами следующее: 360=24, 15=1, 1=4.

Домашнее задание:

1. Нарисовать в тетради небесную сферу и показать на рисунке все рассмотренные на уроке линии и плоскости.

2. Сообщение (легенда) о происхождении названия Вашего зодиакального созвездия и написать в тетради.

Урок №4. Кульминация светил. Видимое годичное движение Солнца. Эклиптика. Видимое движение звёзд на различных географических широтах.

Экваториальная система координат - это система небесных координат, основной плоскостью в которой является плоскость небесного экватора. Угловая высота полюса мира над горизонтом равна географической широте места наблюдения:

Суточные пути светил на небесной сфере — окружности, плоскости которых параллельны небесному экватору. Полюс — это такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной линией, а небесный экватор — с горизонтом. На Северном полюсе над горизонтом будут видны все звёзды, склонение которых положительно, а их высота в течение суток не будет изменяться. На средних широтах наблюдатель сможет наблюдать восходящие и заходящие звёзды. Под восходом понимается явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта, а под заходом — западной части этого горизонта. Находясь на экваторе, наблюдатель сможет увидеть все звёзды, которые в течение суток восходят и заходят.

Условия видимости звёзд:

1. Если < 900 – ϕ, то звезда является восходящей и заходящей;
2. Если  900 – ϕ, то звезда в северном полушарии является незаходящей;
3. Если  - (900 – ϕ), то звезда в Северном полушарии является невосходящей

Явление прохождения светилом небесного меридиана называется кульминацией. В верхней кульминации светило при суточном движении находится в наивысшей точке над горизонтом, ближайшей к зениту. Нижняя кульминация происходит через половину суток после верхней кульминации.

Высота звезды в верхней кульминации слева от зенита:

Высота звезды в верхней кульминации справа от зенита:

Высота звезды в верхней кульминации:

«+» - если светило кульминирует к югу от зенита;

« - « - светило кульминирует к северу от зенита.

Высота звезды в нижней кульминации:

Измерив склонение светила и его высоту в моменты кульминации, легко определить географическую широту, на которой находится наблюдатель:

Эклиптика — большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца.

δN = +23о 26ʹ — день летнего солнцестояния.

δS = −23о 26ʹ — день зимнего солнцестояния.

Эклиптические созвездия — созвездия, по которым проходит эклиптика. Начало отсчёта знаков зодиака было установлено от точки весеннего равноденствия. Их 12: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей.

Прецессия (предварение равноденствий) — это явление постепенного смещения точек весеннего и осеннего равноденствий навстречу видимому годичному движению Солнца, возникающее из-за медленного раскачивания оси вращения земного шара. Точка весеннего равноденствия примерно каждые 2150 лет смещается на один знак зодиака.

За начало движения Солнца по эклиптике принимается день весеннего равноденствия - 21 марта. Солнцестояние — момент прохождения центра Солнца через точки эклиптики, наиболее удалённые от экватора небесной сферы. Летнее солнцестояние 21 июня (самый длинный день в году и самая короткая ночь), зимнее – 22 декабря (самая длинная ночь в году и самый короткий день).

На северном полюсе Солнце не заходит в течение полугода за горизонт, что называют полярным днём, и в течение полугода не восходит из-за горизонта, что называют полярной ночью. На экваторе день всегда равен ночи.

Урок №5. Движение и фазы Луны. Затмения Солнца и Луны. Время и календарь.

Экваториальная система координат - это система небесных координат, основной плоскостью в которой является плоскость небесного экватора. Угловая высота полюса мира над горизонтом равна географической широте места наблюдения:

Суточные пути светил на небесной сфере - окружности, плоскости которых параллельны небесному экватору. Полюс - это такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной линией, а небесный экватор - с горизонтом. На Северном полюсе над горизонтом будут видны все звёзды, склонение которых положительно, а их высота в течение суток не будет изменяться. На средних широтах наблюдатель сможет наблюдать восходящие и заходящие звёзды. Под восходом понимается явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта, а под заходом - западной части этого горизонта. Находясь на экваторе, наблюдатель сможет увидеть все звёзды, которые в течение суток восходят и заходят.

Условия видимости звёзд:

1. Если < 900 – ϕ, то звезда является восходящей и заходящей;
2. Если  900 – ϕ, то звезда в северном полушарии является незаходящей;
3. Если  - (900 – ϕ), то звезда в Северном полушарии является невосходящей.

Явление прохождения светилом небесного меридиана называется кульминацией. В верхней кульминации светило при суточном движении находится в наивысшей точке над горизонтом, ближайшей к зениту. Нижняя кульминация происходит через половину суток после верхней кульминации.

Высота звезды в верхней кульминации слева от зенита:

Высота звезды в верхней кульминации справа от зенита:

Высота звезды в верхней кульминации:

«+» - если светило кульминирует к югу от зенита;

« - « - светило кульминирует к северу от зенита.

Высота звезды в нижней кульминации:

Измерив склонение светила и его высоту в моменты кульминации, легко определить географическую широту, на которой находится наблюдатель:

Эклиптика - большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца.

δN = +23о 26ʹ - день летнего солнцестояния.

δS = −23о 26ʹ - день зимнего солнцестояния.

Эклиптические созвездия - созвездия, по которым проходит эклиптика. Их 13: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Змееносец, Стрелец, Козерог, Водолей. 12 созвездий за исключением Змееносца называют зодиакальными. Начало отсчёта знаков зодиака было установлено от точки весеннего равноденствия. Точка весеннего равноденствия примерно каждые 2150 лет смещается на один знак зодиака. Это объясняется прецессией. Прецессия (предварение равноденствий) - это явление постепенного смещения точек весеннего и осеннего равноденствий навстречу видимому годичному движению Солнца, возникающее из-за медленного раскачивания оси вращения земного шара.

За начало движения Солнца по эклиптике принимается день весеннего равноденствия - 21 марта. Солнцестояние - момент прохождения центра Солнца через точки эклиптики, наиболее удалённые от экватора небесной сферы. Летнее солнцестояние 21 июня (самый длинный день в году и самая короткая ночь), зимнее - 22 декабря (самая длинная ночь в году и самый короткий день).

На северном полюсе Солнце не заходит в течение полугода за горизонт, что называют полярным днём, и в течение полугода не восходит из-за горизонта, что называют полярной ночью. На экваторе день всегда равен ночи.

Движение и фазы Луны. Затмения Солнца и Луны.

Луна движется вокруг Земли по эллиптической орбите в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси. Видимое движение Луны среди звёзд происходит навстречу вращению неба - с запада на восток. Сидерический (звёздный) месяц - промежуток времени между двумя последовательными возвращениями Луны, при её видимом месячном движении, в одно и то же место небесной сферы; он равен  27 сут 7 ч 43,1 мин. Различные формы видимой освещённой части Луны называются её фазой. Линия светораздела, отделяющая освещённую часть Луны от неосвещённой, называется терминатором. Различают 4 фазы Луны: новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть. Промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны называют синодическим месяцем. В среднем он составляет  29 сут 12 ч 44 мин 03 с.

Лунный год равен 12 лунным месяцам, или 354 земных суток.

Мнемоническое правило: если лунный серп в небе похож на букву «С», то это Луна «стареющая»; если, мысленно приставив палочку к лунному серпу, можно получить букву «Р», то это Луна «растущая».

Затмение – это астрономическое явление, при котором одно небесное тело покрывает другое.

Покрытие Солнца Луной называется солнечным затмением. Путь лунной тени по земной поверхности называется полосой полного солнечного затмения. Ежегодно на Земле можно наблюдать от 2 до 5 солнечных затмений. Средняя продолжительность солнечных затмений составляет 7 мин 31 с.

Лунное затмение -явление, которое наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Ежегодно происходит одно-два лунных затмения.

Сарос (драконический период) - интервал времени, состоящий из 223 синодических месяцев (18 лет 11 сут 8 ч), по прошествии которого затмения Луны и Солнца приблизительно повторяются в прежнем порядке. Во время сароса в среднем происходит 70 -71 затмение: примерно 42-43 - солнечных, 28 лунных.

Время и календарь

Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем.

Момент нижней кульминации центра Солнца называется истинной полночью.

Истинные солнечные сутки - промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными кульминациями центра Солнца. Неравномерное движение Земли по своей орбите вызывает неравномерное видимое перемещение Солнца по небесной сфере. Средние солнечные сутки - промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными кульминациями среднего экваториального Солнца (воображаемой точки, которая движется равномерно по небесному экватору).

Время, измеренное на данном меридиане, называется его местным временем, и оно одинаково для всех пунктов, находящихся на нём. Чем восточнее земной меридиан, тем раньше на нём начинаются сутки.

Местное время в двух пунктах будет отличаться ровно на столько, на сколько отличается их географическая долгота:

Местное среднее солнечное время Гринвичского меридиана называется всемирным временем Universal Time (UT).

Поясное время - местное среднее солнечное время на срединном меридиане географического часового пояса. Поясное время, которое принято в конкретном месте, отличается от всемирного на число часов, равных номеру его часового пояса.

Линия перемены даты - условная линия на поверхности земного шара, проходящая от полюса до полюса, по разные стороны которой местное время отличается на сутки.

Международное атомное время - время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое.

Календарь - система счёта длительных промежутков времени, в которых устанавливается определённая продолжительность месяцев, их порядок в году и начальный момент отсчёта лет. В основе любого календаря лежат периодические астрономические явления: вращение Земли вокруг своей оси, изменения лунных фаз, вращение Земли вокруг Солнца.

В лунном календаре за основу взят синодический месяц  - промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны. Он равен 29 сут. 12 ч 44 мин.  Год делится на 12 лунных месяцев, которые попеременно содержат в себе 30 или 29 суток. Лунный календарь короче солнечного года примерно на 10 суток. Распространен в современном  исламском мире.

Лунно-солнечный календарь - календарь, в основе которого лежит периодичность видимых движений Луны и Солнца. 19 солнечных лет = 235 лунным месяцам. Такая система сохранилась в еврейском календаре.

Солнечный календарь - разновидность календаря, в основе которого лежит тропический год, т. е. период смены времён года. Тропический год - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Он равен 365 д 05 ч 48 мин 45,19 с.

Предшественником современного календаря был календарь, получивший название юлианского. Високосный год в юлианском календаре - это каждый четвёртый год, продолжительность которого равна 366 дням. Продолжительность года в юлианском календаре отличалась от тропического года на 11 мин 14 с.

Григорианский календарь - система исчисления времени, в которой продолжительность года принята равной 365,2425 суток.

Россия вплоть до 1918 года жила по юлианскому календарю. Переход на григорианский календарь в России произошёл 26 января 1918 г. Новый стиль календаря начал в России свой отсчет с 1 февраля 1918 года. Декретом СНК (аббревиатура Совета Народных Комиссаров) от 24.01.1918 было предписано 1 февраля 1918 года считать 14-м февраля.

Нумерация лет и по новому, и по старому стилю ведётся от года Рождества Христова, наступления новой эры. В России новая эра была введена указом Петра I, согласно которому  после 31 декабря 7208 г. «от сотворения мира»  наступило 1 января 1700 г. от Рождества Христова.

Домашнее задание:

1. Составить кроссворд по изученным на данный момент вопросам.

2. Сообщение о каком-либо календаре:

3. Сообщение на тему (на выбор):

- Сумерки и их виды;

- Белые ночи.

Дополнительные сведения

Таблица соотношений между юлианскими и григорианскими датами

Как правильно переводить из старого стиля в новый исторические даты? Надо воспользоваться тем правилом, которое действовало в данную эпоху. Например, если событие произошло в XVI–XVII веках, прибавлять 10 дней, если в XVIII веке – 11, в XIX веке – 12, наконец, в XX и XXI веках – 13 дней.

При этом следует помнить, что переход на григорианский календарь происходил в разных странах в разное время: если католические страны почти сразу же ввели «папский» календарь, то Великобритания приняла его только в 1752 году, Швеция – в 1753-м.

Однако ситуация меняется, когда речь заходит о событиях русской истории. Следует учитывать, что в православных странах при датировании того или иного события уделялось внимание не только собственно числу месяца, но и обозначению этого дня в церковном календаре (празднику, памяти святого). Между тем церковный календарь не подвергся никаким изменениям, и Рождество, к примеру, как праздновалось 25 декабря 300 или 200 лет назад, так празднуется в этот же день и теперь. Иное дело, что в гражданском «новом стиле» этот день обозначается как «7 января».

Обратим внимание, что при переводе дат праздников и памятных дней на новый стиль Церковь руководствуется текущим правилом пересчета (+13). Например: перенесение мощей святителя Филиппа, митрополита Московского, празднуется 3 июля ст. ст. – или 16 июля н. ст. – хотя в 1652 году, когда произошло это событие, теоретически юлианское 3 июля соответствовало григорианскому 13 июля. Но именно теоретически: в то время эту разницу могли бы заметить и зафиксировать разве что послы иностранных государств, уже перешедших на «папский» календарь. Позднее связи с Европой стали более тесными, и в XIX – начале XX века в календарях и периодических изданиях ставили двойную дату: по старому и новому стилю. Но и здесь при исторических датировках приоритет должен отдаваться юлианской дате, так как именно на нее ориентировались современники. А поскольку юлианский календарь как был, так и остается календарем Русской Церкви, нет никаких оснований переводить даты иначе, чем это принято в современных церковных изданиях, – то есть с разницей в 13 дней независимо от даты конкретного события.

Русский флотоводец Федор Федорович Ушаков скончался 2 октября 1817 года. В Европе этот день обозначался как (2+12 =) 14 октября. Однако Русская Церковь празднует память праведного воина Феодора именно 2 октября, что в современном гражданском календаре соответствует (2+13 =) 15 октября.

Бородинская битва произошла 26 августа 1812 года. В этот день Церковь празднует Сретение Владимирской иконы Божией Матери в память чудесного избавления от полчищ Тамерлана. Поэтому, хотя в XIX веке 12 юлианское августа соответствовало 7 сентября (и именно этот день закрепился в советской традиции как дата Бородинской битвы), для православных людей славный подвиг русского воинства был совершен в день Сретения – то есть 8 сентября по н.ст.

Таким образом, даты событий русской истории до 1918 года следует давать по юлианскому календарю, в скобках указывая соответствующую дату современного гражданского календаря — так, как это делается для всех церковных праздников. Например: 25 декабря 1XXX г. (7 января н.ст.).

Урок №6. Развитие представлений о строении мира. Геоцентрическая система мира. Становление гелиоцентрической системы мира.

Системы мира – это представления о расположении в пространстве и движении Земли, Солнца, Луны, планет, звёзд и других небесных тел. Одна из первых гипотез построения Солнечной системы была предложена древнегреческим астрономом Клавдием Птолемеем во II в. н.э. Он предположил, что все небесные тела движутся по круговым орбитам вокруг неподвижной Земли. Земля является центром вращающейся системы Вселенной. Эта система Мира получила название геоцентрической.

В 1543 г. польский астроном Николай Коперник опубликовал сочинение «Об обращениях небесных сфер», в котором развил представление о гелиоцентрической системе Мира. Согласно этому представлению, центром вращающейся системы является Солнце, вокруг него по круговым орбитам движутся планеты, в том числе и Земля. Последователь Коперника Джордано Бруно (1548–1600) утверждал, что во Вселенной нет и не может быть центра, что Солнце – это только центр Солнечной системы.

Мысль о том, что Земля имеет форму шара, впервые была высказана древнегреческим философом Пифагором (VI в. до н.э.), а доказал это положение, определив при этом ее радиус, древнегреческий математик и географ Эратосфен (ок. 276–194 до н.э.).

Урок № 7. Конфигурации планет и условия их видимости. Синодический и сидерический (звездный) периоды обращения планет.

В состав Солнечной системы входят восемь больших планет, включая Землю.

Нижние (или внутренние) планеты (Меркурий, Венера) - это планеты, орбиты которых расположены ближе к Солнцу, чем орбита Земли. Верхние (или внешние) планеты (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун)  - это планеты, орбиты которых расположены за земной орбитой.

Условия видимости планеты зависят от её расположения по отношению к Солнцу, которое освещает планету, и Земле, с которой мы эту планету наблюдаем.

Конфигурациями называются некоторые характерные взаимные расположения планет, Земли и Солнца.

У внутренних планет различают:

- верхнее соединение (Солнце находится между планетой и Землёй);

- нижнее соединение (планета находится между Солнцем и Землёй);

- восточную элонгацию;

- западную элонгацию.

Соединение - расположение небесных тел, при котором имеет место совпадение их долгот, с точки зрения земного наблюдателя.

При верхнем соединении  Солнце находится между планетой и Землёй;

При нижнем соединении  планета находится между Солнцем и Землёй.

Элонгация – это конфигурация, соответствующая максимальному угловому удалению нижней планеты от Солнца. (Для Венеры – 47°, для Меркурия – 28°). Виды элонгаций: восточная и западная.

При наибольшей восточной  элонгации – планета располагается в 90° к востоку  от Солнца;  при наибольшей западной – в 90° к западу  от Солнца.

Внутренние планеты могут наблюдаться только вблизи Солнца и только по утрам или вечерам, перед восходом или сразу после захода Солнца.

У внешних планет различают:

- соединение (Солнце находится между планетой и Землёй; в верхнем соединении планета наиболее удалена от Земли и не наблюдается, так как теряется в лучах Солнца. Вблизи соединения планета располагается на небе недалеко от Солнца, восходит и заходит почти одновременно с ним и поэтому не видна);

- противостояние (планета расположена в точке, диаметрально      противоположной Солнцу; наиболее благоприятное время для наблюдения планеты, так как она располагается ближе всего к Земле и повёрнута к ней своей освещённой стороной. Она восходит вечером и заходит утром, т. е. видна всю ночь. В эту эпоху Земля обгоняет планету, и с Земли кажется, что планета некоторое время перемещается попятным движением, с востока к западу);

- восточные квадратуры;

- западные квадратуры.

Конфигурация, в которой Земля, Солнце и планета (Луна) образуют в пространстве прямоугольный треугольник,  называется  квадратурой.

Западная квадратура – планета расположена в 90° к западу от Солнца (при этом планета восходит около полуночи и видна до рассвета); восточная квадратура – планета расположена в  90° к востоку от Солнца (при этом планета после захода Солнца видна в южной области неба и заходит вблизи полуночи).

Синодический период - промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными конфигурациями планеты.

Сидерический (звёздный) период (год) обращения планеты -  промежуток времени, в течение которого планета совершает один полный оборот вокруг Солнца по орбите относительно звёзд.

Связь синодического периода планеты со звёздными периодами Земли и самой планеты

Уравнение синодического движения для нижних планет:

Уравнение синодического движения для нижних планет:

Р – сидерический период обращения планеты;

S -  синодический период обращения планеты;

Т – сидерический период обращения Земли.

Урок №8. Законы Кеплера. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе. Горизонтальный параллакс. Движение небесных тел под действием сил тяготения. Определение массы небесных тел.

С древнейших времен считалось, что небесные тела движутся по «идеальным кривым» - окружностям. В теории Николая Коперника, создателя гелиоцентрической системы мира, круговое движение также не подвергалось сомнению. Наблюдаемое положение планет не соответствовало предвычисленному в соответствии с теорией кругового движения планет вокруг Солнца. В XVII веке ответ на этот вопрос дал немецкий астроном Иоганн Кеплер, который используя многолетние наблюдения Тихо Браге, сформулировал законы движения планет:

1. Все планеты обращаются по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце.

Эллипс определяется как геометрическое место  точек,  для  которых  сумма 

расстояний  от  двух  заданных  точек  (фокусов  F1 и  F2)  есть  величина 

постоянная и равная длине большой оси. Проходящий через фокусы эллипса отрезок, концы которого лежат на эллипсе, называется его большой осью. Отрезок, проходящий через центр эллипса перпендикулярно большой оси, называется малой осью эллипса. Отрезки, проведённые из центра эллипса к вершинам на большой и малой осях, называются большой и малой полуосями эллипса.

Линия, соединяющая любую точку эллипса с одним из его фокусов, называется радиусом-вектором этой точки.

Эксцентриситет - числовая характеристика эллипса, показывающая степень его отклонения от окружности. Он равен отношению расстояний между фокусами к большой оси:

При совпадении фокусов (е = 0) эллипс превращается  в окружность.

Перигелий - ближайшая к Солнцу точка орбиты планеты. Афелий - наиболее удалённая от Солнца точка орбиты планеты.  

Большая полуось орбиты Земли принята за астрономическую единицу.

1 а.е.=150 000 000 км.

2. Радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равновеликие площади.

Скорость движения планеты по орбите меняется, принимая максимальное значение в перигелии и минимальное в афелии.

3. Квадраты сидерических периодов обращения двух планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Чем дальше находится планета от Солнца, тем больше её  период обращения.

Теория движения планет, изложенная Кеплером полностью применима к движению искусственных спутников Земли и космических кораблей.

Третий (уточнённый) закон Кеплера:  Квадраты сидерических периодов планет, умноженные на сумму масс Солнца и соответствующей планеты, относятся как кубы больших полуосей орбит планет:

Закон применим не только для планет, но и спутников и позволяет определить массу любого тела в связанной системе движущихся тел (в сумме масс всегда ставится объект и его спутник).

Для определения расстояний на земной поверхности применяют метод триангуляций, основанный на явлении параллактического смещения. Параллактическое смещение - изменение направления на предмет при перемещении наблюдателя.

Горизонтальный параллакс - угол, под которым со светила виден радиус Земли, перпендикулярный лучу зрения.

  - расстояние до светила

Чем дальше расположено светило, тем меньше его горизонтальный параллакс.

Расстояние между телами Солнечной системы принято измерять в астрономических единицах. Астрономическая единица  - единица измерения, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца. 

1 а. е.=149 597 870 700 м

Для более точного определения расстояний до тел Солнечной системы используют радиолокационный метод.  Радиолокация - метод обнаружения и определения местонахождения объектов с помощью  радиоволн.

Урок №9. Солнечная система как комплекс тел, имеющих общее происхождение. Земля и Луна — двойная планета.

Под Солнечной системой понимается всё космическое пространство и вся материя, находящаяся в сфере притяжения Солнца. Солнечная система включает в себя: звезду Солнце, расположенную в центре системы; планеты со спутниками; карликовые планеты; малые тела (астероиды, кометы, метеоритные и метеорные тела), а также межпланетную пыль, плазму и физические поля в указанных границах.

В Солнечной системе находится 8 больших планет. По мере удаления от Солнца они расположены в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Планетой называют небесное тело, движущееся вокруг звезды в её гравитационном поле, имеющее форму, близкую к сферической, светящееся отражённым от звезды светом и расчистившее область своей орбиты от других мелких объектов. Выделяют планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Массы планет слишком малы, чтобы внутри них могли протекать характерные для звёзд ядерные реакции. Вокруг планет, кроме Меркурия и Венеры, обращаются спутники, которых известно уже больше 170.

По гелиоцентрическим орбитам движутся карликовые планеты, астероиды и метеоритные тела. Кроме того, по сильно вытянутым орбитам движутся ледяные тела - кометы.

Большинство планет движутся вокруг Солнца в прямом направлении – с запада на восток. Исключение составляют Венера и Уран, которые вращаются в обратном направлении. Солнце вращается вокруг своей оси в ту же сторону, в какую движутся планеты вокруг Солнца. По физическим характеристикам все планеты Солнечной системы делятся на 2 группы:

1. Планеты земной группы: Земля, Меркурий, Венера, Марс. Эти планеты расположены во внутренней области Солнечной системы.

2. Планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, расположенные за пределами пояса астероидов. Пояс астероидов располагается между орбитами Марса и Юпитера.

Возраст Солнечной системы – около 4,5-5 млрд. лет; возраст Солнца 5 млрд. лет.

Для построения теории происхождения Солнечной системы необходимо знать возраст небесных тел. Согласно современным представлениям, возраст древнейших пород Земли достигает 4,64 млрд. лет. Анализ пород, доставленных с Луны, соответствует возрасту от 2 до 4,5 млрд. лет. Возраст железных и каменных метеоритов оценивается от 0,5 до 5 млрд. лет. Возраст Солнца и других отдельных звёзд определяется на основе теории строения и эволюции звёзд. Для Солнца это приблизительно 5 млрд. лет, что совпадает с возрастом других тел системы. Последнее позволяет заключить, что Солнце и планеты сформировались из единого облака газа и пыли.

Впервые идея об образовании Солнца и планет из вещества единой газовой туманности была сформулирована И. Кантом в 1755 г. и доработана П. Лапласом в 1796 г. Согласно этой гипотезе, Солнечная система образовалась из вращающегося горячего газового облака, которое сжималось под воздействием гравитации и распадалось на фрагменты. Однако эта гипотеза оказалась несостоятельной из-за множества противоречий. Джеймс Джинс в 1919 г. выдвинул гипотезу, согласно которой планетное вещество было «вырвано» из Солнца под воздействием близко проходящей звезды. Вырванное солнечное вещество распалось на отдельные части, образуя планеты. Данные физико-химических исследований метеоритов и земных пород подсказывали, что эти тела образовались не из газовых сгустков, а из твёрдого вещества.

В 1944 г. систематической разработкой теории образования планет из твёрдых частиц околосолнечного допланетного облака занялся О. Ю. Шмидт. Эта теория развивается и в настоящее время. Можно выделить следующие основные этапы происхождения и ранней эволюции Солнечной системы.

1. Около 4,6 млрд. лет назад произошёл взрыв сверхновой звезды вблизи места рождения Солнечной системы. Ударная волна от взрыва распространилась в космическом пространстве. Под её действием газопылевое облако, состоящее из водорода, гелия и других разных по составу частичек, содержащих как металлы, так и редкие изотопы тяжёлых химических элементов, начало сгущаться. В нём образовались уплотнения, обогащённые веществом сверхновой звезды. Изначально медленно вращающееся уплотнение под действием сил гравитации начало сжиматься и превращаться в дискообразное газопылевое облако. В дальнейшем в центре этого облака образуется молодое Солнце. Образовавшийся вокруг него протопланетный диск поглощает большую часть момента количества движения.

2. Постепенно в диске газопылевого облака мельчайшие пылинки стали объединяться, захватывая газы из окружающего пространства. Из мелких частичек образовывались более крупные комки, а из них формировались зародыши будущих планет (размерами в несколько километров) — планетезимали, а позднее и сами планеты. Во внутренней зоне лёгкие элементы (водород, гелий) под действием светового давления покидали центральные области диска, уходя на периферию. Поэтому вблизи Солнца планетезимали формировались полностью из каменистых минералов и соединений металлов и, в конце концов, превратились в планеты земной группы. Частички в средней холодной зоне покрывались льдом, ядра будущих планет-гигантов быстро росли, захватывая окружающий газ. В самой холодной внешней части диска конденсирующее вещество почти всё было ледяным. Множество отдельных ледяных планетезималий и глыб породили ядра комет и ледяные астероиды. Планеты земной группы почти достигли своих размеров примерно через 100 млн. лет.

3. Последующее гравитационное сжатие поднимало температуру в недрах протопланет до температуры плавления железа. С этого времени тяжёлые компоненты стали отделяться и стремиться к центру планет, а наиболее лёгкие вещества — подниматься к поверхности. В течение миллиардов лет шло образование коры — наружного слоя планет земной группы. Разогревание Земли, например, сопровождалось выделением газов и водяных паров. Постепенно водяные пары конденсировались и образовывали моря и океаны, а газы - атмосферу. По составу первичная атмосфера существенно отличалась от современной. Спутники планет, движущиеся в направлении вращения планет, образовались в результате тех же процессов, что и сами планеты. Спутники, обладающие обратным движением, были захвачены планетой.

Систему Земля – Луна можно считать двойной планетой.

Двойная планета - это система, состоящая из двух объектов, каждый из которых является достаточно массивным, чтобы оказывать гравитационный эффект, превосходящий гравитационный эффект Солнца (система Плутон – Харон подобная).

Луна - естественный спутник Земли. Представляет собой тело шарообразной формы, слегка сплюснутое к полюсам. Расстояние до Луны – 484400 км. Её масса в 81 раз меньше; поперечные размеры в 4 раза меньше; а ускорение свободного падения в 6 раз меньше, чем на Земле. Луна — второй по плотности спутник в Солнечной системе после Ио. Продолжительность суток около месяца (29,5 дня) – две недели день, две недели ночь. Резкий перепад температур в 300К (+116oС днем до -173oС ночью) из-за отсутствия атмосферы. Атмосферы у Луны нет.

В рельефе Луны отмечают лунные моря и материки. Лунные моря - это тёмные и относительно ровные пониженные участки лунной поверхности, покрытые застывшей лавой. Они занимают около 16% всей её поверхности. Воды в морях нет, это залитые лавой низины. Море: Дождей, Кризиса, Холода, Влажности, океан Бурь и т.д. Возраст морей больше 3 млрд. лет. 84% поверхности Луны покрывают материки. Лунными материками называют гористые, более светлые части лунной поверхности. Лунные хребты имеют земные названия – Альпы, Апеннины, Кавказ. Кратеры, находящиеся на обратной стороне Луны, получили имена учёных и космонавтов: Циолковский, Гагарин, Королёв и т.д. Характерная особенность лунного рельефа – кольцевые структуры (кратеры). Название кратеров - это в большинстве фамилии ученых: Аристарх, Тихо, Коперник, Кеплер и т.д.

Урок. №10. Планеты земной группы и планеты-гиганты.

Общие характеристики планет земной группы:

1. Большая плотность (в несколько раз больше плотности воды);

2. Медленное вращение вокруг своей оси;

3. Малое число спутников: Меркурий и Венера - нет, Земля - 1 (Луна), Марс - 2 (Фобос и Деймос);

4. Твердая поверхность;

5. Небольшие размеры и массы: небольшие – Меркурий и Марс, большие (в 2 раза) – Венера и Земля.

6. Наличие литосферы – характерная черта всех планет земной группы.

Отличительные характеристики планет земной группы:

1. Венера вращается ретроградно, т.е. в обратном направлении относительно других планет.

2. Углы наклона осей к плоскости орбиты (смена времен года). У Земли и Марса  почти одинаковы, но каждое время года на Марсе почти в 2 раза длиннее, Меркурий и Венера - почти перпендикулярны орбите.

3. Сильное отличие в атмосфере: Венера имеет очень плотную, Земля - плотную, Марс разреженную, а Меркурий - только признаки.

Планеты-гиганты

Планеты-гиганты – это крупные массивные образования с относительно малой средней плотностью.  К этой группе планет относятся: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Общие характеристики планет-гигантов

1. Большие  размеры и масса;

2. Малая плотность (≈ Н2О);

3. Быстрое вращение вокруг оси (экваториальные зоны вращаются быстрее полярных, большое сжатие планет);

4. Очень удалены от Солнца – поэтому на них низкая температура;

5. Большое число спутников;

6. Имеются кольца (предсказаны в 1960 г.  С.К. Всехсвятским);

7. Не имеют твердой поверхности;

8. Все  планеты‑гиганты  обладают  магнитным  полем;

9. Плотная. Не - Н атмосфера.

Домашнее задание:

1. Происхождение названий планет.

2. Рассказ о планете, которой покровительствует ваш знак зодиака:

Солнце – планета-покровитель Львов;

Луна – планета-покровитель Раков;

Меркурий – планета-покровитель Близнецов и Дев;

Венера – планета-покровитель Тельцов и Весов;

Марс – планета-покровитель Овнов;

Юпитер – планета-покровитель Стрельцов;

Сатурн – планета-покровитель Козерогов;

Уран – планета-покровитель Водолеев;

Нептун – планета-покровитель Рыб;

Плутон – планета-покровитель Скорпионов.

Урок №11. Карликовые планеты. Малые тела Солнечной системы: астероиды, планеты-карлики, кометы, метеороиды. Метеоры, болиды и метеориты.

Карликовая планета – небесное тело, которое:

1) обращается по орбите вокруг Солнца;

2) имеет достаточную массу для того, чтобы под действием сил гравитации поддерживать близкую к сферической форму;

3) не является спутником планеты;

4) не может расчистить район своей орбиты от других объектов.

Транснептуновые объекты – это тела, вращающиеся вокруг Солнца за орбитой Нептуна. К ним относятся: Церера, Макемаке, Плутон, Эрида, Хаумеа.

Ближайшая к Солнцу и наименьшая среди известных карликовых планет Солнечной системы – Церера. Плутон – вторая по удалённости от Солнца и

крупнейшая известная карликовая планета Солнечной системы. Эрида – вторая по величине, пятая по удалённости и самая массивная карликовая планета Солнечной системы.

Малые тела Солнечной системы - тела, обращающиеся вокруг Солнца и не являющиеся планетами, карликовыми планетами и их спутниками. К ним относятся: астероиды, метеориты, кометы,

Астероид (малая планета) - небольшое небесное тело Солнечной системы, имеющее неправильную форму и движущееся по орбите вокруг Солнца. Располагаются они в основном между Марсом и Юпитером, образуя главный пояс астероидов.

Метеоритное тело - каменное или железное небесное тело разнообразных размеров, форм и составов.

Болид – яркий огненный шар на небе, образовавшийся в результате вторжения метеоритного тела в атмосферу Земли.

Метеорит - тело космического происхождения, упавшее на поверхность крупного небесного объекта.

Кометы – непрочные тела, представляющие сгустки замёрзшего газа и пыли, которые вращаются вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. В строении комет выделяют три части: ядро, кома и хвост. Ядро кометы - самая твёрдая часть кометы, в которой сосредоточена почти вся её масса. Оно состоит из очень рыхлого материала и представляет собой ком пыли спорами, занимающими до 80 % его объёма. Кома – окружающая ядро светлая туманная оболочка чашеобразной формы, состоящая из газов и пыли. Кома вместе с ядром составляют голову кометы. Хвост кометы – вытянутый шлейф из пыли и газа кометного вещества, образующийся при приближении кометы к Солнцу.

Кометы, период появления которых не более 200 лет называют короткопериодическими. Долгопериодические кометы - кометы, период появления которых составляет более 200 лет.

Метеор («падающая звезда») - явление, возникающее при сгорании в атмосфере Земли мелких метеорных тел (метеороидов).

Постоянные массы метеоров, появляющиеся в определённое время года, в определённой стороне неба образуют метеорные потоки (звездопад, звёздный дождь) – персеиды, квадрантиды, леониды.

Урок №12. Состав и строение Солнца. Атмосфера Солнца.

Солнечная активность и ее влияние на Землю.

Солнце – центральное тело Солнечной системы – является типичным представителем звезд, наиболее распространенных во Вселенной тел.

Масса Солнца составляет 2⋅1030 кг. Возраст - 4,7 млрд. лет; масса - 330 000 масс Земли; радиус - 109 радиусов Земли; расстояние до Земли - 149600000 км; расстояние до центра Галактики - 28 000 световых лет; скорость в Галактике - 220 км/с.

Солнце - типичный представитель звёзд, представляющий собой огромный раскалённый плазменный шар. Температура его поверхности – 60000С, в недрах она достигает 13 500 000 К.

Химический состав Солнца:

- водород составляет около 70% солнечной массы,

- гелий – более 28%,

- остальные элементы – менее 2%.

Средняя плотность солнечного вещества примерно 1400 кг/м3.

Внутреннее строение Солнца:

- ядро – центральная зона, где при высоком давлении и температуре происходят термоядерные реакции;

- «лучистая» зона, где энергия передается наружу от слоя к слою в результате последовательного поглощения и излучения квантов;

- наружная конвективная зона, где энергия от слоя к слою переносится самим веществом в результате перемешивания (конвекции).

- атмосфера.

Каждая из этих зон занимает примерно 1/3 солнечного радиуса.

Атмосфера Солнца.

1. Фотосфера - видимый слой солнечной атмосферы, толщиной ~ 300 км. Фотосфера состоит из отдельных зерен – гранул, размеры которых составляют в среднем несколько сотен (до 1000) километров. Гранула – это поток горячего газа, поднимающийся вверх.

В фотосфере происходит процесс постоянного возникновения и исчезновения гранул, который называется грануляцией.

2. Хромосфера - внешняя оболочка Солнца и других звёзд толщиной около 10 000 км, окружающая фотосферу. Температура вещества в хромосфере увеличивается с высотой от 4000 К до 20 000 К. Наблюдать хромосферу можно во время полных солнечных затмений как красноватое кольцо вокруг Солнца. В ней происходят бурные движения газа – гигантские водородные фонтаны  - протуберанцы.

3. Внешние и самые разреженные слои солнечной атмосферыобразуют солнечную корону. Это самая горячая часть солнечной атмосферы.

Периодически возникающие изменения магнитных полей порождают активные процессы в атмосфере Солнца, которые являются причиной возникновения в её слоях пятен, факелов, вспышек, число которых периодически меняется. Солнечные пятна - тёмные области холодного газа (их температура понижена примерно на 2000-2500 К по сравнению с окружающими участками фотосферы). Солнечными факелами называют яркие поля, окружающие солнечные пятна. Их температура на несколько сотен градусов выше температуры фотосферы. Взрывной процесс выделения энергии (кинетической, световой и тепловой) в атмосфере Солнца называется солнечной вспышкой.

Периодические изменения солнечной активности называют солнечной цикличностью. Наиболее заметно выраженный цикл солнечной активности с длительностью около 11 лет. В первые четыре года цикла происходит активное увеличение количества солнечных пятен. Также учащаются вспышки, число волокон и протуберанцев. В следующий период (около семи лет) количество пятен и активность уменьшаются. 11-летние циклы условно нумеруются, начиная с 1755 года. 24-й цикл солнечной активности начался в январе 2008 года. Его максимум приходится на 2014 г. 

Солнечная активность оказывает сильное влияние в первую очередь на внешние оболочки Земли - магнитосферу и ионосферу. Во время мощных солнечных вспышек частицы могут разгоняться до 100 000 км/с, т. е. возникают космические лучи солнечного происхождения. Под воздействием солнечных космических лучей образуется окись азота NO, которая, взаимодействуя с озоном, активно его разрушает. После мощных вспышек на Солнце наблюдается понижение содержания озона в стратосфере над полярными шапками Земли. Столкновение плазменного облака с магнитосферой Земли является причиной её сильного возмущения. Воздействие коронального выброса приводит к возникновению сильных магнитных бурь, к разогреву и ускорению плазмы внутри магнитосферы. При этом быстрые протоны и электроны, сталкиваясь с молекулами воздуха на высоте 100—200 км, ионизуют их и заставляют светиться. В результате этого на Земле, преимущественно в околополярных широтах, наблюдаются полярные сияния. Во время магнитной бури изменяются электрические поля над поверхностью Земли. Это приводит, во-первых, к возникновению перегрузок в линиях электропередачи (до нескольких сотен ампер) и их отключению; во-вторых, к наведению сильных токов в трубах газо- и нефтепроводов и к выходу из строя их систем управления. Последствия магнитной бури сказываются на бортовых электронных системах космических аппаратов.

Магнитные бури приводят к изменению давления в тропосфере (нижнем слое атмосферы Земли), в результате чего развиваются циклоны. На тот факт, что Солнце влияет на биологические объекты, в том числе и на здоровье человека, впервые ещё в 1915 г. обратил внимание Александр Леонидович Чижевский. Проанализировав исторические документы, учёный пришёл к выводу, что в прошлом массовые стихийные бедствия и вспышки эпидемий приходились преимущественно на годы максимумов солнечной активности. На основании выведенной связи А. Л. Чижевский попытался предсказать некоторые эпидемии на 35 лет вперёд.  Его прогнозы сбылись в семи случаях из восьми. А. Л. Чижевский является одним из основателей гелиобиологии. Эта наука изучает влияние циклической активности Солнца на биологические объекты и здоровье человека.

Урок №13. Годичный параллакс и расстояния до звезд. Светимость, спектр, цвет и температура различных классов звезд. Диаграмма «спектр-светимость». Массы и размеры звезд.

Расстояния до звёзд принято определять, используя явление параллактического смещения.  Параллактическим смещением называется изменение направления на предмет при перемещении наблюдателя. Параллактическое смещение звезды - это изменение координат звезды, вызванное изменением положения наблюдателя из-за обращения Земли вокруг Солнца. Годичный параллакс звезды - угол, под которым со звезды видна большая полуось земной орбиты, перпендикулярная направлению на звезду.

,    где R – радиус Земли.

Для определения расстояний до ближайших звёзд используется параллакс, возникающий при годовом движении Земли вокруг Солнца. Для этого измеряется смещение изображения звезды относительно фона удалённых звёзд. Для измерения расстояний до звезд введена специальная единица длины, названная парсеком. Парсек  —  это  такое  расстояние,  на  котором  параллакс звёзд  равен  1ʺ. (Парсек (пк) - расстояние, с которого средний радиус земной орбиты, перпендикулярный лучу зрения, виден под углом в 1′′).

1 пк = 206265 а.е. = 3⋅1013 км.

Расстояние  до  ближайшей  звезды (𝛼 Центавра),  параллакс  которой  p = 0,75ʺ, составляет 270000 а.е.

Расстояния до звезд выражаются также в световых годах (св. г.).

Световой год - расстояние, которое свет, распространяясь в вакууме со скоростью 300 000 км/с, проходит за один год.

1пк = 3,26 светового года

Звёзды, находящиеся на одинаковом  расстоянии,  могут  отличаться  по  видимой  яркости (т.е. по блеску). Значит, они имеют различную светимость. Светимость - полная энергия, излучаемая звездой за единицу времени.В астрономии принято сравнивать звёзды по светимости, рассчитывая их блеск (звёздную величину) для одного и того же стандартного расстояния - 10пк.

Видимая звёздная величина, которую имела бы звезда, если бы находилась от нас на расстоянии10 пк, получила название абсолютной звёздной величины M.

Звёзды имеют различный цвет. Цвет звезды определяется температурой её поверхности. Чем выше температура звезды, тем более голубоватым выглядит её свечение. С увеличением температуры максимум излучения абсолютно чёрного тела смещается в коротковолновую область спектра.

С учётом видов спектральных линий и их интенсивности строится спектральная классификация звёзд.

Спектральная классификация - классификация звёзд по спектру излучения, с учётом видов спектральных линий и их интенсивности.

Класс О - очень горячие звёзды с температурой 30 000 - 60 000 К. Наибольшая интенсивность излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра.

Класс B - голубовато-белые звёзды с температурой 10 000-30 000 К

Класс А - звёзды белого цвета с температурой 7500-10 000 К.

Класс F - бело-жёлтые звёзды с температурой 6000-7500 К.

Класс G - жёлтые звёзды с температурой 5000-6000 К.

Класс K - оранжевые звёзды с температурой 3500-5000 К.

Класс M - ярко-красные (иногда тёмно- оранжевые) звёзды с температурой 2000-3500 К.

Класс Q -  звёзды, светимость которых внезапно увеличивается в ~103-106 раз.

Класс W (WR) - (Ш. Вольф и Ж. Райе)  класс звёзд, для которых характерны очень высокая температура (~105 К) и светимость.

Коричневые карлики (L, T, Y) - субзвёздные объекты, температура которых не превышает 2000 К.

Класс Y - ультрахолодные коричневые карлики с температурой 300 - 500 К.

Внутри класса звёзды делятся на подклассы от 0 (самые горячие) до 9 (самые холодные).

Солнце принадлежит спектральному классу G2.

Зависимость между видом спектра и светимостью звёзд называется диаграммой спектр-светимость или диаграммой Герцшпрунга — Рассела.  Согласно этой зависимости все звёзды делятся на группы  - последовательности:

1. главная последовательность – сюда относятся большинство карликовых звёзд, в том числе и Солнце;

2. последовательность красных гигантов;

3. последовательность сверхгигантов;

4. последовательность белых карликов.

1.        Подавляющее большинство звезд принадлежит главной последовательности.

2.        Чем горячей звезды, тем большую светимость имеют.

3.        Группы звезд делятся по размерам.

4.        Звезды данного спектрального класса не могут иметь произвольной светимости (и наоборот).

5.        По диаграмме исследуют эволюцию.

6.        Большинство звезд – карлики.

Главная последовательность (около 90% звезд) - это последовательность звезд разной массы. Самые большие (голубые гиганты) расположены в верхней части, а самые маленькие звезды – карлики – в нижней части главной последовательности. Их светимость обусловлена ядерными реакциями превращения водорода в гелий.

Красные гиганты и сверхгиганты располагаются над главной последовательностью справа, белые карлики – под ней слева, поэтому начало левой части главной последовательности представлена голубыми звёздами с массами ~ 50 солнечных, конец правой - красными карликами с массами ~ 0,08 солнечных.

Существует связь между массой звезды и её светимостью: чем больше масса звезды, тем больше её светимость.

Домашнее задание:

Характеристика звезды (её название соответствует Вашему порядковому номеру в журнале ТО).

Урок №14. Модели звезд. Переменные и нестационарные звезды.

Массы звёзд вычисляются с использованием 3го закона Кеплера. Массы большинства звёзд лежат в пределах от 0,03 до 60 масс Солнца.

Двойными звёздами называют близко расположенные пары звёзд. Типы двойных звёзд: оптические двойные и физические двойные. Физическая двойная звезда – система из двух гравитационно связанных звёзд, обращающихся по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс. Кратными называются звёздные системы, имеющие менее 10 компонентов. Кратная звезда состоит из трёх или более звёзд, которые связаны друг с другом силами гравитации (или которые выглядят с Земли близкими друг к другу).

Звёздное скопление – гравитационно связанная группа из 10 и более звёзд, имеющих общее происхождение, движущаяся в гравитационном поле галактик и как единое целое.

Классы физических двойных звёзд:

В зависимости от условий наблюдения все звёзды делятся на:

1. Визуально-двойные – это двойные звёзды, компоненты которых можно увидеть раздельно (в телескоп или сфотографировать). Орбиты визуально-двойных сравнимы с орбитами планет-гигантов  Солнечной системы.

2. Звёздные пары, двигаясь друг относительно друга, периодически заслоняют друг друга, при этом их блеск меняется. Такие звёздные пары называют затменно-двойными.

3. Спектрально-двойные - звёзды, двойственность которых устанавливается лишь на основании спектральных наблюдений.

4. Астрометрически-двойные – очень тесные звёздные пары, в которых одна из звёзд или очень мала по размерам, или имеет низкую светимость.

Планеты, находящиеся за пределами Солнечной  системы, называются  экзопланетами. 

Размеры и модели звёзд

Размеры звёзд лежат в очень широких диапазонах: от небольших белых карликов и нейтронных звёзд до огромных красных гигантов и гипергигантов. В зависимости от массы и размеров звёзды различаются по внутреннему строению, хотя имеют примерно одинаковый химический состав.

Переменные   и   нестационарные   звёзды.

Физические переменные (нестационарные) звёзды – переменные звёзды, у которых происходят периодические изменения блеска из-за физических процессов, происходящих в их недрах. Мерцание звёзд происходит из-за колебаний воздуха земной атмосферы. Типы переменных звёзд: пульсирующие и эруптивные. Пульсирующие переменные звёзды – это физические переменные звёзды, у которых происходят периодические колебания блеска. Эруптивные - физические переменные звёзды, которые проявляют свою переменность в виде вспышек. К ним относятся новые и сверхновые звёзды.

Мира А Кита - пульсирующая переменная звезда с периодом 332 дня, в течение которых её видимая звёздная величина меняется от 2,0m до10,1m. Мириды – класс пульсирующих переменных звёзд с периодом от нескольких недель до года и более. Практически все мириды являются красными гигантами. Изменение блеска мирид связано с их периодическим сжатием и расширением. Пульсационные колебания – изменение блеска звезды, обусловленное нарушениями равновесия между силами гравитационного притяжения и лучевого давления.

Цефеиды – класс пульсирующих переменных звёзд с довольно точной зависимостью период-светимость, названный в честь звезды δ Цефея. Их блеск плавно и периодически меняется от 0,5m до 2,0m с периодом от 1,5 до 70 суток. Изменение светимости цефеид сопровождается изменениями их лучевой скорости и температуры. Период пульсации цефеид зависит от их светимости: чем она больше, тем больший период пульсации. Цефеиды  - жёлтые яркие гиганты, гиганты или сверхгиганты спектральных классов F и G, обладающие очень высокой светимостью.

Переменные типа RR Лиры – тип радиально пульсирующих переменных звёзд с периодами от 0,2 до 1,2 дня и амплитудами изменения блеска от 0,2mдо 2m.

Новые звёзды - звёзды, светимость которых внезапно увеличивается в 103-106 раз в течение суток. Новыми называют звёзды, у которых внезапно увеличивается блеск. За время вспышки новая излучает 1038Дж энергии (столько энергии Солнце излучает за 100 тыс. лет).

Сверхновая I класса – переменная звезда, являющаяся результатом взрыва белого карлика. Сверхновая II класса является конечным этапом эволюции массивной одиночной звезды.

Нейтронная звезда – космическое тело, состоящее из нейтронной сердцевины, покрытой сравнительно тонкой (∼1—2 км) корой вещества в виде тяжёлых атомных ядер и электронов.

Пульсар – нейтронная звезда, обладающая очень быстрым вращением и мощным магнитным полем. Пульсар представляет собой источник строго периодических радиоимпульсов с периодом от 0,0014 с до 11,8 с.

Гиперновая – взрыв массивной звезды (с массой более 80 масс Солнца) после коллапса её ядра. Если после взрыва масса оставшегося вещества превосходит 2-3М⨀, то звезда сжимается в крошечное плотное тело. Чёрная дыра – область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что даже свет не может его преодолеть.

Радиус Шварцшильда (гравитационный радиус) – критический радиус, до которого должна сжаться звезда, чтобы превратиться в чёрную дыру:

Урок №15. Размеры, строение и состав Галактики. Состав межзвездной среды и его характеристика. Характеристика видов туманностей.

Галактики - гигантские гравитационно-связанные системы звёзд и межзвёздного вещества, расположенные вне нашей Галактики. 

Наша Галактика - гравитационно-связанная система, состоящая из 200-400 млрд. звёзд и межзвёздной среды. Все звёзды Млечного Пути образуют единую звёздную систему в форме диска конечных размеров.

Диаметр Галактики составляет около 30 кпк (около 100 тыс. световых лет), а толщина - около 4 кпк.

Линия, идущая вдоль середины Млечного Пути, называется галактическим экватором, а образующая его плоскость - галактической плоскостью. В состав Галактики входят звёзды и звёздные скопления. Число звёзд в Галактике порядка 1012 (триллиона). Масса Галактики составляет примерно 500 млрд. масс Солнца.

Звёздные скопления  - гравитационно-связанные группы звёзд, которые имеют общее происхождение и движутся в поле тяготения Галактики как одно целое. Различают рассеянные и шаровые звёздные скопления.

Рассеянное звёздное скопление - это не имеющая правильной формы сравнительно неплотная группа, содержащая от нескольких десятков до нескольких тысяч звёзд, образованных из одного молекулярного облака и имеющих примерно одинаковый возраст.

Шаровое скопление - звёздное скопление, в котором содержится до миллиона звёзд, тесно связанных гравитацией. Они обладают симметричной сферической формой и характеризуются увеличением концентрации звёзд к центру скопления. Шаровые скопления образуют гало вокруг центра Галактики. В основном они состоят из  красных гигантов и сверхгигантов. Возраст шаровых скоплений достигает 11-13 млрд лет.

Звёздные ассоциации - группы звёзд, которые не связаны силами гравитации, или слабосвязанные молодые звёзды, объединённые общим происхождением.

Все звёзды диска Галактики обращаются вокруг её ядра по орбитам, близким к круговым. Это вращение происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны её северного полюса, находящегося в созвездии Волосы Вероники. Угловая скорость вращения убывает  по мере удаления от центра. Линейная скорость вращения сначала возрастает с удалением от центра Галактики, достигая максимума (около 220 км/с) на расстоянии Солнца, после чего очень медленно убывает. Полный период обращения Солнца вокруг ядра Галактики составляет примерно 220 млн. лет (галактический год). Звёзды и скопления звёзд сферической составляющей Галактики движутся по сильно вытянутым и наклонённым к плоскости диска под разными углами орбитам. Такие звёзды имеют относительно Солнца очень большие скорости (до 200—300 км/с).

Межзвёздная среда - вещество и поля, заполняющие межзвёздное пространство внутри Галактики. Большая часть массы межзвёздной среды приходится на разреженный газ и пыль.

Основным компонентом межзвёздной среды является межзвёздный газ, который на 70% состоит из водорода и на 28% - из гелия. Водород составляет основную массу вещества Галактики.

Межзвёздная пыль - твёрдые микроскопические частицы, наряду с межзвёздным газом заполняющие пространство между звёзд. Полная масса космической пыли составляет порядка 1 % от полной массы межзвёздного газа.

В состав Галактики входят также туманности. Газопылевая туманность - участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба. Туманности неправильной формы называют диффузными, а те, которые имеют правильную, форму и напоминающие по виду планеты – планетарными.

Строение Галактики.

Галактика состоит из ядра, диска, гало и короны. Она имеет форму плоского линзообразного диска диаметром около 30 и толщиной около 4 кпс. Звёздный диск Галактики имеет структуру в виде спиральных ветвей – рукавов. Выделяются две спиральные ветви: Стрельца и Персея (названы по созвездиям, где обнаруживаются эти ветви). В созвездии Ориона проходит ещё одна, не столь ярко выраженная ветвь (Орионов рукав). Вдоль рукавов сосредоточены самые молодые звёзды, например, сверхгиганты, рассеянные звёздные скопления и ассоциации. В рукавах происходит активное звёздообразование, здесь часто вспыхивают сверхновые.

В середине диска располагается балдж (вздутие). В центральной части Галактики расположено его ядро, которое представляет собой высокоплотный объект, возможно сверхмассивную чёрную дыру. Ядро наблюдается в созвездии Стрельца. Звёзды, не входящие в состав диска, образуют её звёздное гало, оно состоит из очень старых звёзд, разреженного газа и тёмной материи.

Типичная галактика (вроде Млечного Пути) состоит из четырех основных частей: ядра, диска, гало и короны. Центральная, наиболее компактная область галактики называется ядром. Там пребывает черная дыра. В ядре к тому же высокая концентрация звезд.

Область пространства вокруг ядра, имеющая сферическую форму и содержащая звезды, представляет собой гало. Центральная наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра галактики имеет собственное имя — балдж. Здесь сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды.

Третья часть галактики — это массивный звездный диск. Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. В диске концентрация звезд значительно больше, чем в гало. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра галактики. В звездном диске между спиральными рукавами Млечного Пути расположено Солнце.

Диск и окружающее его гало погружены в корону. Она представляет собой оболочку горячего газа, простирающегося на десятки тысяч световых лет с каждой из сторон центральной плоскости галактического диска. Этот газ испускает ультрафиолетовое излучение, по которому и удается обнаружить и изучить короны галактик. Таким способом было установлено, что размеры короны нашей галактики в 10 раз больше, чем размеры ее диска.

Урок №16. Разнообразие мира галактик. Квазары. Скопления и сверхскопления галактик. Основы современной космологии. «Красное смещение» и закон Хаббла.

Галактиками называют гигантские гравитационно-связанные системы звёзд и межзвёздного вещества, расположенные вне нашей Галактики. Современные мощные телескопы сделали доступной регистрацию сотен миллиардов галактик. Фотоснимки показали, что галактики различаются по внешнему виду и структуре. Хаббл предложил классифицировать галактики по их форме. Согласно современной классификации различают галактики следующих основных типов: эллиптические (Е), спиральные (S), неправильные (Ir) и линзовидные (S0).

Эллиптические галактики в проекции на небесную сферу выглядят как круги или эллипсы. Число звёзд в них плавно убывает от центра к краю. Звёзды вращаются в такой системе в разных плоскостях. Сами эллиптические галактики вращаются очень медленно. Они содержат только жёлтые и красные звёзды, практически не имеют газа, пыли и молодых звёзд высокой светимости. Физическим характеристикам этих галактик свойствен довольно широкий диапазон: диаметры - от 5 до 50 кпк, массы - от 106 до 1013 масс Солнца, светимости - от 106 до 1012 светимостей Солнца. Около 25% изученных галактик принадлежит к галактикам эллиптического типа.

Около половины изученных галактик относится к спиральному типу.   

       Спиральные галактики - это сильно сплюснутые системы с центральным уплотнением (в котором находится ядро галактики) и заметной спиральной структурой. Размеры этих галактик достигают 40 кпк, а светимости - 1011 светимостей Солнца. В окружающем уплотнение диске имеются две или более клочковатые спиральные ветви. Примерно у половины спиральных галактик в центральной части имеется почти прямая звёздная перемычка - бар, от которой начинают закручиваться спиральные рукава. Такие галактики называются спиральными с перемычкой. В спиральных ветвях галактик сосредоточены самые яркие и молодые звёзды, яркие газопылевые туманности, молодые звёздные скопления и звёздные комплексы. Поэтому спиральный узор отчётливо виден даже у далёких галактик, хотя на долю спиральных рукавов приходится всего несколько процентов массы. Наша Галактика является спиральной. Ближайшая звёздная система, похожая по структуре и типу на нашу Галактику, - это туманность Андромеды. Свет от этой галактики доходит до нас примерно за 2 млн лет.   

      Линзовидные галактики внешне (если видны плашмя) очень похожи на эллиптические, но имеют сплюснутый звёздный диск. По структуре подобны спиральным галактикам, однако не имеют плоской составляющей и спиральных ветвей. От спиральных галактик, наблюдаемых с ребра, линзовидные галактики отличаются отсутствием полосы тёмной материи.

К неправильным галактикам относят маломассивные галактики неправильной структуры. У них не наблюдается чётко выраженного ядра и вращательной симметрии. Видимая яркость таких галактик создаётся молодыми звёздами высокой светимости и областями ионизированного водорода. Массы неправильных галактик составляют от 108 до 1010 масс Солнца, размеры этих галактик достигают 10 кпк, а светимости их не превышают 1010 светимостей Солнца. В таких галактиках содержится много газа - до 50% их общей массы. Ближайшими к нам яркими неправильными галактиками являются Магеллановы Облака (Большое и Малое). Они выглядят как два туманных облачка, серебристо светящихся в хорошую погоду на ночном небе.

Расстояния до ближайших галактик определяются по оценкам видимых звёздных величин цефеид. Для галактик, где не обнаружены цефеиды или их невозможно увидеть, в качестве индикаторов расстояний используют ярчайшие звёзды-сверхгиганты, новые и сверхновые звёзды, шаровые звёздные скопления. Расстояния до далёких галактик определяют также по их угловым размерам или по видимой звёздной величине, а до очень далёких галактик - исключительно по величине красного смещения в их спектре.

Красное смещение (z) обычно измеряется относительным изменением длины волны спектральных линий:

Ещё в 1912-1914 гг. было обнаружено, что линии в спектрах далёких галактик смещены относительно их нормального положения в сторону красного конца спектра. Это означало, что галактики удаляются от нас со скоростями в сотни километров в секунду. Позже Э. Хаббл определил расстояния до некоторых галактик и их скорости. Из наблюдений следовало, что чем дальше от нас находится галактика, тем с большей скоростью она удаляется. Закон, по которому скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до неё, получил название закона Хаббла. Закон Хаббла можно сформулировать таким образом: относительное увеличение длин волн линий в спектрах галактик пропорционально расстоянию r до них, т. е.

Удаление галактик происходит во все стороны со скоростями, прямо пропорциональными расстоянию до них: 𝜐 = 𝐻𝐷, где Н — коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Хаббла. Коэффициент Хаббла показывает, на сколько километров в секунду возрастает скорость галактик с увеличением расстояния до них на 1 Мпк.

Урок №17. Нестационарная Вселенная А. А. Фридмана. Большой взрыв. Реликтовое излучение. Ускорение расширения Вселенной. «Темная энергия» и антитяготение.

Совокупность наблюдаемых галактик всех типов и их скоплений, межгалактической среды образует Вселенную. Одно из важнейших свойств Вселенной - её постоянное расширение, «разлёт» скоплений галактик, о чём свидетельствует красное смещение в спектрах галактик. Вселенная находится в состоянии приблизительно однородного и изотропного расширения. Однородность означает одинаковость всех свойств материи всюду в пространстве, а изотропия - одинаковость этих свойств в любом направлении. Однородность свидетельствует об отсутствии выделенных областей пространства, а изотропия - об отсутствии выделенного направления. Предположение об однородности и изотропии Вселенной называют космологическим принципом.  

Гипотезу о расширении Вселенной на основе общей теории тяготения А. Эйнштейна и строгих расчётов выдвинул в 1922 г. русский учёный А. А. Фридман. Расчёты показали, что Вселенная не может быть стационарной; в зависимости от средней плотности вещества во Вселенной она должна либо расширяться, либо сжиматься. Нестационарная модель Вселенной утвердилась в науке лишь после того, как Э. Хаббл обнаружил разбегание галактик.

Из расчётов Фридмана вытекали три возможных следствия: Вселенная и её пространство расширяются с течением времени; Вселенная через определённое время начнёт сжиматься; во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения. 

При создании модели расширяющейся Вселенной было показано, что существует некоторое значение критической плотности ρкр Вселенной. По современным оценкам, плотность вещества Вселенной близка к критическому значению: она либо немного больше, либо немного меньше (не решён окончательно вопрос об учёте межгалактического газа и «скрытой массы»). Если фактическая средняя плотность вещества во Вселенной больше критической, то в будущем расширение Вселенной должно смениться её сжатием. Если средняя плотность вещества во Вселенной меньше критической, то расширение продолжится. Постоянная Хаббла позволяет оценить время, в течение которого продолжается процесс расширения Вселенной. Определено, что оно не меньше 10 млрд. и не более 19 млрд. лет. Наиболее вероятное значение среднего возраста Вселенной - около 15 млрд. лет. Эта величина не противоречит оценкам возраста наиболее старых звёзд. 

В основе современной астрономической картины мира об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной. В соответствии с ней на ранних стадиях расширения Вселенная характеризовалась не только высокой плотностью вещества, но и его высокой температурой. Гипотезу «горячей Вселенной» выдвинули Ж. Леметр и Г. А. Гамов. Она получила название Большого взрыва. Согласно этой теории, предполагается, что Вселенная возникла в результате взрыва из состояния с очень высокой плотностью материи, обладающей огромной энергией. Это начальное состояние материи называется сингулярностью - точечный объём с бесконечной плотностью. Расширение Вселенной нельзя рассматривать как расширение сверхплотной вначале материи в окружающую пустоту, ибо окружающей пустоты не было. Вселенная — это всё существующее. Вещество Вселенной с самого начала однородно заполняло всё безграничное пространство. И хотя давление было огромным, оно не создавало расширяющей силы, так как везде было одинаковым. Причины начала расширения Вселенной до конца не известны. По мере её расширения температура падала от очень высокой до очень низкой, что и обеспечило благоприятные условия для образования звёзд и галактик.

На основании моделей Фридмана была разработана поэтапная физическая картина эволюции вещества, начиная с момента взрыва.  Чуть более трёх минут спустя формирование ранней Вселенной закончилось, и начался процесс соединения протонов и нейтронов в составные ядра. Затем почти 500 тыс. лет шло медленное остывание. Когда температура Вселенной упала примерно до 3 тыс. градусов, ядра водорода и гелия уже могли захватывать свободные электроны и превращаться в нейтральные атомы. Через миллион лет после начала расширения наступила эра вещества, когда из горячей водородно-гелиевой плазмы с малой примесью других ядер стало развиваться многообразие нынешнего мира.

Неоднородности во Вселенной, из которых впоследствии возникли все структурные образования, зародились в виде ничтожных случайных отклонений (флуктуаций), а затем усилились в эпоху, когда ионизированный газ во Вселенной стал превращаться в нейтральный, т. е. когда излучение «оторвалось» от вещества. После того как вещество стало прозрачно для электромагнитного излучения, в действие вступили гравитационные силы. Они стали преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, составлявшего основную часть материи Вселенной. Гравитационные силы создали галактики, звёзды и планеты. Тёмная материя - гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Возможно, она состоит из элементарных частиц, слабо взаимодействующих с обычным веществом. Темная материя - это вещество, которое заставляет галактики и звезды существовать (мы можем так сказать, потому что это самая распространенная материя вокруг, хотя мы ее не видим). Когда ученые подсчитали, почему Вселенная устроена так, как она есть, они обнаружили, что нормальной материи просто не хватает, чтобы удержать все вместе. Гравитации видимой материи недостаточно для образования галактик и звезд. Поэтому внутри и вокруг галактик должно быть что-то еще, что заставляет их существовать. То, что не излучает и не отражает свет. Что-то темное. Это породило термин темная материя.