Горизонтальный параллакс солнца


Заключение диссертации по теме «Астрометрия и небесная механика», Кузнецова, Алена Борисовна

8. Вывод

На основании изучения работ Н.И.Попова, основанных на материалах иркутской экспедиции, обвинения в научной некомпетентности, исходившие от СЛ.Румовского на протяжении более трех лет (с 1764 по 1767 гг.) до тех пор, пока Попов не ушел в отставку, рассыпаются в прах [см. Гл. 5]. А забытые неопубликованные работы опытного астронома-наблюдателя Н.И.Попова становятся более притягательными для специалистов и заслуживают не только дальнейшего изучения, но и несомненно публикации с комментариями.

Глава 3. Результаты наблюдений в Селенгинске

В этой главе мы рассмотрим работы, выполненные участником второй экспедиции СЛ.Румовским по результатам его наблюдений в Селенгинске. Как уже упоминалось выше [см. Гл. 1], в архивных делах этого ученого отсутствуют очень многие документы, касающиеся его работы в экспедиции 1761 г. Нет ни журнала наблюдений, ни путевого журнала, ни даже рукописей опубликованных работ, относящихся к вычислению параллакса Солнца по данным наблюдений 1761 г. со всего мира. Поэтому нам ничего не остается, как рассмотреть только печатные труды С.Я.Румовского после экспедиции 1761 г. и сравнить их с другими его работами, выполненными на основании результатов наблюдений прохождения Венеры в 1769 г.


1. Перечень работ С.Я.Румовского по определению параллакса Солнца

I. По наблюдениям прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 г.:

1. "Изъяснение наблюдений по случаю прохождения Венеры в Солнце в Селенгинске учиненных, читанное в публичном собрании императорской Академии наук сентября 23 дня 1762 года адъюнктом С. Румов-ским"// "Торжество. отправленное императорскою Академиею наук в публичном собрании сентября 23 дня 1762 г. СПб., 1762. (— 24 с.) [II, 105].

2. "Brevis expositio observationum occasione transitum Veneris per Solem in urbe Selenginsk anno 1761 institutarum" — "Краткое изложение наблюдений no случаю прохождения Венеры по Солнцу, проведенное в Селенгинске в 1761 г."//Petropoli, 1762. (— 28 с.) [II, 100].

3. "Brevis expositio observationum occasione transitum Veneris per Solem in urbe Selenginsk anno 1761 institutarum" — (Перевод названия см. выше, № 2 в списке) II Novi Commentarii Academiae Scientiarum Imperialis Petropolitanae, 1765, t. XI, p. 443-486. Petropoli, 1767. (— 43 с.) [II, 101].

4. "Investigatio parallaxeos Solis ex observatione transitus Yeneris per Solis Selenginski habita, collata cum observationibus alibi institutis" -"Исследование параллакса Солнца из наблюдения прохождения Венеры по Солнцу, выполненному в Селенгинске, и соотнесенному с наблюдениями, полученными в других местах" // Novi Commentarii Academiae Scientiarum Imperialis Petropolitanae, 1765, t. XI, p. 487-538. Petropoli, 1767. (— 51 с.) [II, 102].


5. "Animadversiones in supplementum cel. Pingre ad dissertationem eius de parallaxi Solis " — "Замечания на прибавление знаменитого Пингре к его диссертации о солнечном параллаксе" // Novi Commentarii Academiae Scientiarum Imperialis Petropolitanae, 1766-1767', t. XII, p. 575-586. Petropoli, 1768. (—11c.)[II, 99].

II. По наблюдениям прохождения Венеры по диску Солнца в 1769 г., выполненным в Коле1:

6. "Observationes spectantes transitum Veneris per discum Solis et eclipsi solarem die 23 maii / 3 junii 1769 Kolae in Lapponia institutae" -"Наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца и солнечного затмения, выполненные 23 мая / 3 июня 1769 года в Коле (Лаппония2) " // Petropoli 1769. [II, 103].

7. "Observationes transitum Veneris per discum Solis et eclipsi solarem spectantes anno 1769 Kolae in Lapponia institutae" — "Наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца и солнечного затмения, проведенные в 1769 г. в Коле (Лаппония)" II Novi Commentarii Academiae Scientiarum Imperialis Petropolitanae, 1769, t. XIV, pars 2, p. 111-152. Petropoli, 1770. ( — 41c.) [II, 104].


1 Кола — прежнее название города Мурманска.

2 Лаппония — Лапландия.

8. "Наблюдения явления Венеры в Солнце в Российской империи в 1769 году учиненные с историческим предуведомлением, сочиненным Степаном Румовским"//СПб., 1771. (—166с.) [II, 106].

Общее количество работ по определению параллакса, опубликованных Румовским в разные годы, — 8. Сюда не входят архивные документы по экспедиции 1769 г. в Колу, а именно, журналы наблюдений [I, 36, 37], так как они практически полностью опубликованы в "Новых Комментариях" за 1770 г. (№ 7 в списке, с. 89) среди подобных же материалов наблюдений Венеры в 1769 г. в других местах России. Из перечисленных публикаций — только две написаны на русском языке, остальные шесть — на-латыни. Ниже мы остановимся на 2-х работах по результатам наблюдений 1761 г. в Селенгинске (№ 3 и 4) и сравним их с трудами экспедиции 1769 г. в Колу (№ 7). Остальные публикации, выделенные курсивом в списке, полностью и практически без изменений включены в эти три работы, в качестве отдельных глав. Поэтому ниже мы лишь кратко охарактеризуем 1, 2, 5, 6 и 8-ую работы нашего списка, уделяя большее внимание № 3, 4 и 7.

Так, в "Изъяснении наблюдений." (№ 1), подготовленном за че-тыре-пять месяцев, автор подводит общие итоги своих наблюдений, сообщая лишь моменты контактов при прохождении Венеры по Солнцу в 1761 г.


местному времени, а также широты Селенгинска и Иркутска. Здесь нельзя согласиться с мнением Г.Е.Павловой, что в этой работе Румовский "подробно [курсив мой — А.К.] остановился на истории вопроса, изложил современные методы наблюдений и подробно изложил результаты наблюдений в Селенгинске" [II, 87, с. 74]. По нашему мнению, работа на 70% (в ней всего 24 страницы) представляет собой популярную лекцию, прочитанную в публичном собрании, и ее можно рассматривать лишь как первое информационное сообщение о проведенных наблюдениях. Для того, чтобы довести результаты своих исследований (без каких-либо подробных выкладок) до иностранных ученых, Румовский публикует уже на-латыни "Краткое изложение наблюдений." (№ 2 в списке, с. 88) (объемом 28 страниц), которое Академия послала Ж.Ж.Лаланду в Париж, П.В.Варгентину в Стокгольм и другим. В 1767 г. полная копия данной работы с некоторыми дополнениями была воспроизведена в труде с точно таким же названием (объемом 43 страницы), но опубликованном уже не отдельной брошюрой, а в астрономическом разделе "Новых Комментариев" за 1765 г. [II, 101].

2. Наблюдения прохождения Венеры в Селенгинске в 1761 г.

Две работы (№№ 3 и 4) объединяются, по сути, в "Новых Комментариях" (1765 г.) в одно исследование [II, 101, 102]. "Краткое изложение." занимает 43 страницы и представляет собой своеобразное соединение действительно очень кратких выдержек из наблюдений в Селенгинске (за отсутствием журнала наблюдений как такового) и первичной обработки результатов. Ее можно рассматривать в качестве базы данных для следующей статьи "Исследование параллакса Солнца." (№4).


Во введении (3 стр.) приводятся краткие сведения об обсерватории в Селенгинске, о дате начала наблюдений, а также перечень инструментов, которыми пользовался С.Я.Румовский со своим помощником Е.А.Павинским. Здесь перечислены далеко не все инструменты, которыми располагала его экспедиция, а только:

1) Астрономический квадрант радиусом в 2-фута с микрометром, изготовленный парижским мастером Л'Англуа (L'Anglois);

2) Двое маятниковых часов, изготовленных Жюльеном Леруа (Julien Le Roi);

3) Машина параллактическая и (наряду с другими трубами3) труба диоприческая, с объективными линзами, изготовленная в Лондоне, с фокусным расстоянием в 15 лондонских футов (№ 3, с. 445).

Следующая глава "Наблюдения, выполненные для определения широты города Селенгинска" занимает 5 стр. и содержит: определение соотношения между частями микрометра и частями большого круга, вычисление широты места по наблюдениям высот только южных звезд: Спики (8р1сае УВДгш) (21, 26 апреля 1761 г. ст.ст.), Арктура (АгсШп ВооИб) (21, 26 апреля, 1 июня), а также высоты верхнего края Солнца (22 июля, 2 августа). Из каждого отдельного измерения выводится значение широты места с использованием поправок за рефракцию, прецессию, аберрацию и отклонение ("ёечайо"), взятых из таблиц Лакай-ля [II, 27]. Однако, в вычислении не учитывается ошибка квадранта и неизвестно, проводились ли вообще какие-либо исследования самого инструмента. По крайней мере, в данной работе подобные сведения отсутствуют.


Глава "Наблюдение солнечного затмения" включает в себя довольно подробное описание дня обсервации 23 мая 1761 г. (3 стр.), учитывая то, что Румовскому (так же как и Попову) погода позволила отметить только конец явления. Зато следующая часть, описывающая день наблюдения прохождения Венеры, и по идее являющаяся центральной в работе, занимает всего 4.5 стр.!4 Она содержит наблюдения высот Солнца для определения истинного полудня 26 мая, моменты двух контактов Венеры с Солнцем (3-ий и 4-ый), время полного пребывания планеты на солнечном диске и описание явления черной капли. Однако встретившиеся сложности, имевшие место при наблюдении (кроме переменной облачности), а именно: неурочная смена одной

3 По крайней мере, в первом отчете о наблюдениях Р, 28, л. 175] упоминается еще 8-футовая григорианская труба.

4 Для сравнения, напомним, что в работе Н.И.Попова Р, 16] описание наблюдения прохождения Венеры 26 мая 1761 г. занимает 14 страниц! трубы (8-футовой) на другую (15-футовую), неопределенность в записи моментов контактов [см. Гл. 1], совершенно не обсуждаются. То есть, каким образом и с учетом каких поправок им была устранена неточность в определении 3-го контакта, остается неизвестным. Что касается 4-го контакта, то его достоверность также более чем сомнительна, т.к. по словам Румовского "совершенного . выхода совсем почти видеть не можно было" [I, 28, л. 176].


Остальные разделы содержат следующие материалы:

Наблюдения для установления долготы города Селенгинска" (9.5 стр.) — наблюдения затмений спутников Юпитера и покрытий Луной звезд ф Стрельца и к Тельца;

Эксперименты, проведенные в Селенгинске по определению длины простого секундного маятника " (12 стр.) — описано 9 экспериментов;

Метеорологические наблюдения, выполненные в Селенгинске" (3 стр.);

Наблюдения для определения широты города Иркутска" (3 стр.) — в этом разделе широта, выведенная по данным двух измерений высоты Солнца (6 и 7 ноября 1761 г. ст. ст.) и одного наблюдения (9 ноября 1761 г.) высоты Альтаира, получилась равной 52° 18'15".

Работа "Исследование параллакса Солнца из наблюдения прохождения Венеры по Солнцу." (№ 4 в списке, с. 89) занимает по объему 51 страницу. Во Введении автор делает замечание, что "в работе будет сокращено обсуждение широты Селенгинска, т.к. эта тема подробно [курсив мой — А.К.] развита в предыдущей статье" (см. № 3). Поэтому в следующем пункте "Проверка широты города Селенгинска" (3 стр.) Румовский останавливается только на вычислениях по наблюдениям Солнца и звезд (Арктура, Спики) и выводит значение широты Селенгинска 51°06'06". Значительный объем занимают два раздела, посвященные проверке долготы г.
ленгинска (7 стр. и 7.5 стр.). По сути же они идентичны друг другу (!?), что выглядит весьма странно в рамках одной публикации. Значение долготы г. Селенгинска, отсчитанной от Парижского меридиана5, выведено Румовским из всей совокупности данных и равно 6Ь 57та 14к. В XIX в. Энке, а вслед за ним и Ньюком, при использовании в своих работах по обработке наблюдений прохождений, использовали значение долготы Селенгинска, на 6е отличающееся от выведенного Румовским6. Энке, считая определение Румовского довольно неуверенным, адаптировал долготу Селенгинска из наблюдения солнечного затмения и получил величину 7Ь 06т 25я.

Центральная глава "Исследование параллакса Солнца" (12 страниц) представляет непосредственно обработку селенгинских наблюдений. (Кроме того, в работе, в качестве приложения, представлены "Обсуждение наблюдений Пингре на о-ве Родригес" (4 стр.) и "Проверка наблюдений в Селенгинске" (2.5 стр.)).

В этой главе и представлена сводная таблица моментов контактов для 12-ти пунктов: Парижа, Гринвича, Гёттингена, Болоньи, Рима, Упсалы, Стокгольма, Мыса Доброй Надежды, Торнио, Каяни, Тобольска и Селенгинска. Кроме пункта наблюдения, в таблице указаны: наблюдатели, широта и долгота станции наблюдения, и выписаны только два внутренних момента контакта на входе и выходе. Долгота Селенгинска в этой таблице взята Румовским по одному из наблюдений (6Ь 57т 088), а не как среднее арифметическое из многих имеющихся

5 Разница Парижского и Гринвичского меридианов, используемая в вычислениях XVIII в., равна № 9m 17s.


6 Провести тщательное сравнение с современными данными широты и долготы обсерватории Румовского в Селенгинске не представляется возможным. Румовский не оставил описания этого места, хотя такая процедура была обязательной для всех наблюдателей в экспедициях [См., например описание местоположения обсерватории у Н.И.Попова в Иркутске, Гл. 2]. Если же формально взять разницу с современными координатами центра Селенгинска (ныне г.Новоселенгинск; по данным каталога "Gazetteer" [II, 71, с. 106] или по [II, 58]), то величины полученные Румовским отличаются (по абсолютной величине): широта на в", долгота на 3s. независимых определений. Время третьего контакта (13ь 21™ 465) приведено в центральной таблице работы [курсив мой — А.К.] с очевидной ошибкой (должно быть 15ь 21т 465), но это не было замечено автором даже при проверке набора публикации. Так, в списке обнаруженных опечаток, помещенном в конце этого тома "Новых Комментариев" [II, 102, с. 575], коррекция указанной ошибки отсутствует.

Среднее значение параллакса Солнца, полученное Румовским из сравнения моментов контактов Венеры с Солнцем, по наблюдениям в Селенгинске и других местах, равно 8".33.

Неоправданно большой объем в работе "Исследование параллакса Солнца." занимают сообщения о пекинских наблюдениях (1 стр.), исследование долготы Пекина (10.5 страниц !!!) — выполненное не самим Румовским, и "Исследование параллакса Солнца из наблюдений в Пекине и других местах." (2 стр.) — выполненное Румовским по своему (простейшему) методу.


В октябре 1766 г. Румовский представил Конференции статью "Замечания на прибавление . Пингре к его диссертации о солнечном параллаксе" (№ 5 в списке, с. 89) [И, 99]. В ней он выступает с опровержением данных французского астронома Пингре, полученных на о-ве Родригес [II, 87, с. 79], сравнивая их с результатами своих наблюдений и материалов пекинских обсерваторов. Опровергая Пингре, из-за мнения которого Академия (в лице Эпинуса и Румовского) в 1764 г. [II, 98, 510] усомнилась в достоверности наблюдений Красильникова, Курганова и Попова, Румовский однако здесь совершенно не вспоминает об этом инциденте.

3. Наблюдения прохождения Венеры С.Я.Румовским в 1769 г.

Сомнения в реальности полученных результатов, появившиеся у нас из-за отсутствия важных документов экспедиции Румовского 1761 г., требуют обязательного сравнения работ по определению параллакса Солнца Румовским после 1761 г. с его же работами, основанными на наблюдениях 1769 г. Из трех работ, относящихся к наблюдению прохождения Венеры по диску Солнца в 1769 г., две из них представляют просто распечатку журналов наблюдений, причем не только самого Румовского, а всех 8-ми отрядов, работавших в разных местах России. Первая из них (№ 6 в списке, с. 89) написана на латинском языке, а другая является ее переводом на русский с добавлением исторического предуведомления и текстов инструкций наблюдателям, так называемых "Наказов Обсерваторам" (№ 8 в списке, с. 90). Кроме непосредственных, обработанных для печати, сводных данных из журналов наблюдений, эти работы не содержат никаких вычислений параллакса Солнца.

Наиболее полное собрание всех наблюдений экспедиций 1769 г. приведено в отдельном томе "Новых Комментариях" за 1769 г. [II, 36]. Здесь представлены журналы наблюдений:

Заключение

Исследование, проведенное настоящей диссертацией, позволило автору на основе анализа историко-астрономических источников, связанных с организацией русских экспедиций 1761-1769 гг., и материалов их публикаций, придти к следующим заключениям.

Результаты двух экспедиций 1761 г. в России были представлены в печати односторонне — только работами СЛ.Румовского. Исследования Н.И.Попова до сих пор не опубликованы, и, следовательно не были изучены специалистами.

Результаты всех восьми экспедиций 1769 г. в России были полностью опубликованы в "Новых Комментариях" [II, 36]. В отличие от персонифицированной подачи материала в публикациях [С.Я.Румов-ского] после 1761 г., все печатные работы по результатам экспедиций 1769 г. представлены в единой стандартной форме. Т.е. отмечен ярко выраженный коллективный характер работ экспедиций 1769 г.

Автором впервые в одном месте была собрана и наглядно представлена в сводной таблице подробная информация обо всех участниках наблюдений в России в 1761 г., особенно об их профессиональных качествах, как наблюдателей. Выявлено, что руководители экспедиций 1761 г., Попов и Румовский, по своим профессиональным знаниям и навыкам значительно отличались друг от друга. Н.И.Попов к 1761г. имел за плечами 17-летний опыт астрономических наблюдений и строгую школу Ж.Н.Делиля. С.Я.Румовский, хотя и талантливый молодой ученый, проявлявший интерес к физике и математике (почему его и посылали в Берлин, на стажировку к Л.Эйлеру), только начинал свой путь в астрономии. Он имел всего лишь 8-месячный стаж наблюдателя под руководством физика Ф.У.Т.Эпинуса.

В настоящей диссертации впервые собраны в одном месте все материалы по истории организации и ходу экспедиций 1761 г.: Н.И.Попова — в Иркутск, С.Я.Румовского — в Селенгинск. Составлена карта маршрута следования двух экспедиций до мест назначения (Иркутск, Селенгинск) и обратно, с указанием даты прибытия в очередной пункт. На основании анализа этих материалов, были сделаны следующие выводы:

Экспедиции 1761 г. в России были организованы наспех, за короткий срок, и только после письма Лаланда о предстоящих наблюдениях прохождения Венеры. При подборе участников экспедиций имело место явное игнорирование руководством Академии опытных русских астрономов, учеников Ж.Н.Делиля: А.Д.Красильникова, Н.Г.Курганова, Н.И.Попова. Кандидатура СЛ.Румовского была выдвинута президентом Академии Разумовским, с подачи Эпинуса. Только после вмешательства Ломоносова, руководителем одной из экспедиций был назначен Н.И.Попов. Поспешная организация экспедиций 1761 г. способствовала развитию конфликтной ситуации между Поповым и Румов-ским при подготовке экспедиции.

Проведенное сравнение подготовительных работ участников экспедиций к наблюдениям позволило нам убедиться в отличных профессиональных знаниях и навыках Н.И.Попова как астронома. Стало ясно, что Румовский, к сожалению, не обладал тогда, в 1761 г., достаточными навыками астронома-наблюдателя. Попов тщательно подобрал место наблюдения, детально описал его в рапортах и отчетах, и основательно подготовился к предстоящей работе. К сожалению, подготовительная деятельность Румовского, может быть охарактеризована двумя словами: спешка и небрежность.

Педантичность Н.И.Попова проявилась также и в строгом исполнении остальных пунктов обязательной инструкции Академии.

Помимо проведении астрономических наблюдений в Иркутске и во многих пунктах на обратном пути в Петербург, он вел также путевой журнал, описывал природу мест, население городов и сел, через которые проезжала экспедиция. Он обращал внимание на хозяйственную деятельность населения, его язык и обычаи. Собирал коллекции редких растений, животных, а также различных "куриозитетов" ддя пополнения коллекций Кунсткамеры и т.д. Кроме того, на местах, он подбирал из местных жителей добровольцев, готовых проводить метеорологические наблюдения. Их он снабжал термометрами, барометрами и соответствующими инструкциями.

Неопытность Румовского в первой в его жизни экспедиции проявилась очень ярко: он не смог выполнить всех предписанных наблюдателям инструкций. Более того, он даже не сделал необходимого описания местоположения своей обсерватории, что граничит уже с халатностью.

Детально проанализированы рапорты наблюдателей в Академию. Они, по возможности, очень подробно цитировались в тексте диссертации. Особенно, это касается рапортов Румовского, ранее так полно не приводившихся в литературе. Из них ясно следует, что при наблюдениях прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 г., несмотря на пасмурную погоду, группа Попова использовала все малейшие возможности отметить положение планеты на диске Солнца. Тогда как наблюдения Румовского оказались неуверенными и неудачными.

Проанализированы и описаны ранее неизученные работы Н.И.Попова о наблюдениях прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 г., их обработке и вычислению параллакса Солнца. Все эти 13 работ (общим объемом около 700 рукописных страниц на латинском языке) были изучены, а 6 из них — отобраны для детального анализа. К каждой работе дана историческая справка и сопутствующая информация (о ее представлении и обсуждении в Конференции).

Журнал наблюдений Попова в Иркутске полностью переведен и представлен в Приложениях I и II. Выполнен статистический анализ и описание структуры "Журнала наблюдений" (т.е. какие проводились наблюдения, кто, сколько и при каких условиях наблюдал в группе Попова). Мы убедились, что Попов был не только очень профессиональным наблюдателем, но и умел также грамотно организовать работу всех членов своей группы.

На основе этого журнала наблюдений нами была составлена таблица для всего периода прохождения Венеры по диску Солнца 26 мая 1761 г. [см. Гл. 2, Таб. 2]. Из нее следует, что Попов использовал различные методы наблюдения: пограничные методы Галлея и Делил я, а также и неконтактный метод. Он отметил 9 положений Венеры на диске Солнца и подробно зарисовал их на диаграммах.

В диссертации подробно описаны алгоритмы выведения широты и долготы, использованные Поповым. Они соответствующим образом прокомментированы с современной точки зрения. Т.е. проведено тщательное сравнение величин широты и долготы Иркутска, полученных Поповым, с более поздними значениями (XIX в.), в том числе и с современными. Широта Иркутска, выведенная Поповым отличается от современной на 50", долгота всего на 58. 9 ! (В эту разницу входит расстояние между станцией наблюдения XVIII в. (Попов) и более поздними точками).

При анализе работы Попова "Наблюдения прохождения Венеры." [I, 16] нами особо отмечены очень удобные методы изложения объемного и сложного материала:

1) Чрезвычайно подробное описание каждого отмеченного положения Венеры на диске Солнца. Это позволило нам без труда восстановить путь Венеры по его иркутским наблюдениям и представить его на Рис.3 [См. Гл. 2, с. 78].

2) Уникальную таблицу с описанием 9-ти позиционных измерений Венеры на Солнце, составленную Н.И.Поповым, которая полностью приведена в диссертации (в переводе с латинского языка). Для наглядности многие утраченные чертежи из этой таблицы восстановлены нами в виде схематичных рисунков [См. Гл. 2, Таб. 8, с. 75, 76].

Проведено сравнение таблицы Попова из его работы "Наблюдения прохождения Венеры." с таблицами, построенными другими астрономами для таких типов на основе данных из его журнала наблюдений. Показано, что таблица Попова— расширенный вариант традиционной, принятой в XVIII в. для соответствующих наблюдений (им отмечено 9 положений, включая моменты контактов).

Подробно описана структура работы "Метод исследования параллакса Солнца." [I, 20]. Показано, что эта работа заслуживает гораздо более внимательного изучения. Что мы и предполагаем сделать в дальнейшем. Следует отметить, что и многие другие работы этого незаслуженно забытого в настоящее время автора было бы весьма полезно изучить.

Впервые в литературе нами изучена и описана структура работ Румовского. Странно, что до нас этого никто не делал, несмотря на то, что все труды Румовского по результатам экспедиций 1761 и 1769 гг. опубликованы (на латинском и русском языках) и уже частично использовались ранее, в качестве источников, разными исследователями. На основе критического анализа работ С.Я.Румовского в экспедициях

1761 г. и 1769 г. показано, что его отношение к наблюдениям в 1761 ив 1769 гг. в корне различно. В 1761 г. Румовский небрежно готовился к наблюдениям, не представил журнала наблюдений (может быть, и вообще его не вел?), да и в опубликованных статьях, посвященных этому прохождению, не дал полной картины явления. В 1769 г. он аккуратно выполнил всю программу, представил по требуемой форме журнал наблюдений. Вероятно, определенную роль здесь сыграло и то обстоятельство, что Л.Эйлер (у которого Румовский проходил стажировку в Берлине) в 1766 г. возвратился в Россию и руководил организацией экспедиции 1769 г. и обработкой всех наблюдений.

В диссертации полностью представлены все протокольные записи заседаний Конференции АН (в переводе с латинского языка) за период 1760-1769 гг., относительно организации экспедиций Попова и Румов-ского в 1761 г., обсуждения результатов их работы и публикаций материалов по данному вопросу. Также последовательно и аккуратно восстановлены возникшие в этот период разногласия между учеными.

Последовательно и детально изложены все события, имевшие место в Петербургской Академии наук в период 1761-1769 гг. (между двумя прохождениями). Они непосредственно касались Н.И.Попова, СЛ.Румовского, других участников наблюдений 1761 г., обсуждения рукописей их работ и публикации трудов, возникновения и развития разногласий, поисков истины, несправедливых односторонних решений и их последствий.

На основе детального анализа всех опубликованных и архивных материалов был подробно рассмотрен чудовищно затянувшийся спор между Поповым и Румовским. Выяснилась несостоятельность обвинений Румовского, пытавшегося дискредитировать Попова как астронома-профессионала высшей категории, достойного ученика Ж.Н.Делиля. Мы полагаем, что эта недостойная для Петербургской Академии наук полемика, была вызвана отсутствием в ее штате крупных ученых-лидеров масштаба Ж.Н.Делиля, Л.Эйлера, которые умели увлечь своих коллег интересными научными исследованиями, без которых коллектив Академии периода 1760-1766 гг. превратился в "вязкое болото". Путем такого подробного анализа удалось показать обстановку в Академии наук того периода, и убедительно доказать, что именно в этом кроется причина забвения работ Попова по результатам экспедиции 1761 г.

В диссертации показано как историко-научное , так и астрономическое значение наблюдений прохождений нижних планет по диску Солнца. Введены в научный оборот ранее не изучавшиеся данные из журнала наблюдений Попова в Иркутске, а также результаты вычислений по ним. Проведенный нами анализ точности наблюдений позволяет считать их очень качественными (для уровня наблюдений XVIII в.).

На основе анализа наблюдений Попова и других наблюдений прохождений нижних планет по диску Солнца XVIII в. отмечена возможность их использования и в современной астрономии, несмотря на то, что определение величины параллакса Солнца из этих наблюдений уже давно потеряло свою актуальность. Так, например, в настоящее время ряды наблюдений прохождений нижних планет (в основном пока Меркурия) и сопутствующих им наблюдений могут быть использованы для:

1) построения равномерной шкалы времени от XX до XVII вв. [II, 45], реализация которой несомненно станет большим вкладом не только в теоретическую астрономию (астрометрию), но и в прикладные науки о Земле (геодезию).

2) возможности выявления макрофизических дрейфов частоты атомных стандартов, искажающих показания всех часов одинаковым образом [II, 22].

3) выявления вариаций диаметра Солнца [II, 74].

4) проверки теории движения Земли и Венеры на больших интервалах времени (как сигнальная точка в прошлом) [II, 40, с. 194].

5) для уточнения теории движения спутников Юпитера на больших промежутках времени [II, 114].

Таким образом, с развитием новых теорий в астрономии всегда есть возможность, а очень часто даже необходимость, использования старых (прошлых веков) данных наблюдений1. Поэтому в астрономии актуальны все качественные наблюдения (в том числе и XVIII в.) , и со временем их ценность только возрастает.

Итак, мы полагаем, что наблюдения Попова, подробно изложенные нами в диссертации, могут быть использованы и в современной астрономии. Эти наблюдения и в XX в. не утратили своей актуальности.

1 Например, при определении орбит широких двойных звезд (с периодами обращения от 500 до 10000 лет) в фотографической астрометрии используется чисто динамический дифференциальный метод — метод параметров видимого движения (ПВД) [II, 55, 59]. И от наличия "старых" наблюдений (далеких от среднего момента современных рядов наблюдений) исследуемой двойной звезды зависит возможность определения единственной орбиты и уточнения суммы масс компонент.

Источник: www.dissercat.com

Годовой параллакс

Расстояния к близким звездам определяют с помощью измерения их годового параллакса:

парал2.png

Диаметр Земли слишком мал, что бы обеспечить базис при измерении такого параллакса и расстояний даже до ближайших звезд. Поэтому астрономы используют в качестве базиса большую полуось орбиты Земли, она же является средним расстоянием от Земли до Солнца, равную 149 597 870,7 км. Данное расстояние в астрономии получило название астрономической единицы.

Астрономическая единица (а.е.) = 149 597 870,7 км

Наблюдая одну и ту же звезду с интервалом в полгода, определяют смещение звезды (его называют параллаксом) на фоне далеких «неподвижных» звезд. Далее действуют так же, как в случае измерения расстояний методом горизонтального параллакса.

Итак, годичный параллакс

ππ

π – угол, под которым со звезды было бы видно большую полуось земной орбиты. Расстояние же до звезды составит:

r=а/sinπr = а / sin π

r=а/sinπ

Годовые параллаксы даже ближайших звезд очень малы – десятые доли секунды дуги. Это позволяет вместо синусов углов в формульное выражение подставлять значение самих углов, представляя их в радианах.

Принимая во внимание, что астрономические расстояния крайне велики астрономами, в дополнение к уже упомянутой астрономической единице (а.е.), были введены новые меры расстояний – парсек (пк) и световой год (св. год)

1 пк = 206265 а.е. = 3,086·10 16 м

Световой год равен расстоянию, которое свет преодолевает за один год.

1 св. год = 9,46·10 15 м.
1 св. год ≈ 63240 а.е. ≈ 0,3066 пк

Тогда формулу, которая будет представлять расстояние до звезды в парсеках,
можем записать так:

r=1/πr = 1 / π

r=1/π

Из данного выражения видно, что парсек – это расстояние, с которого большая полуось земной орбиты видна под углом 1" (одна секунда). Ни одна звезда в окрестности Солнца не лежит на таком расстоянии – годовые параллаксы всех известных звезд меньше одной секунды дуги.

Расстояния до звезд

Первое успешное измерение расстояния до звезды выполнил 1838 немецкий ученый Фридрих Бессель (1784-1846).

Он измерил параллакс двойной звезды 61 Лебедя. Ее смещение на небесной сфере составило 0,293 (секунды дуги), а расстояние до звезды – 11,1 св. л. или 3,4 пк.

Наибольший параллакс (0,763) имеет звезда α Кентавра. Она является ближайшей к Солнечной системе. На самом деле альфа Кентавра является системой из трех звезд. Две звезды находятся близко друг от друга, а третья – тусклый карлик – на 0,1 светового года ближе к Солнцу, чем два его крупных компаньона. Поэтому звезду назвали Проксима (с лат. Proxima – ближайшая)
Кентавра.

Метод годового параллакса можно применить только к звездам, лежащим относительно близко к Земле. Чем дальше от нас звезда, тем меньше ее параллакс. Для большинства звезд мы не наблюдаем видимого смещения на небесной сфере – они лежат очень далеко. Для них в астрономии разработаны другие методы определения расстояний.

Источник: studwork.org

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные  работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся

Объем часов

Уровень освоения

Законы движения небесных тел.

Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе.

Законы Кеплера. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе. Горизонтальный параллакс. 

Формулирование законов Кеплера. Воспроизведение формул для определения расстояний и размеров тел в Солнечной системе. Воспроизведение определений терминов и понятий (паралактическое смещение, горизонтальный параллакс). Применение полученных знаний для решения задач на законы Кеплера, на определение расстояний и линейных размеров тел.

2

2

Тема 3.2. Законы движения небесных тел. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе.

3.2.1. Законы движения небесных тел.

Горизонтальный параллакс солнцаВажную роль в формировании представлений о строении Солнечной системы сыграли также законы движения планет, которые были открыты Иоганном Кеплером (1571—1630) и стали первыми естественнонаучными законами в их современном понимании. Работы Кеплера создали возможность для обобщения знаний по механике той эпохи в виде законов динамики и закона всемирного тяготения, сформулированных позднее Исааком Ньютоном. Многие ученые вплоть до начала XVII в. считали, что движение небесных тел должно быть равномерным и происходить по «самой совершенной» кривой— окружности. Лишь Кеплеру удалось преодолеть этот предрассудок и установить действительную форму планетных орбит, а также закономерность изменения скорости движения планет при их обращении вокруг Солнца.

В своих поисках Кеплер исходил из убеждения, что «в мире правит число», высказанного еще Пифагором. Он искал соотношения между различными величинами, характеризующими движение планет, — размеры орбит, период обращения, скорость. Кеплер действовал фактически вслепую, чисто эмпирически. Он пытался сопоставить характеристики движения планет с закономерностями музыкальной гаммы, длиной сторон описанных и вписанных в орбиты планет многоугольников Иоганн Кеплер и т. д.

Горизонтальный параллакс солнцаКеплеру необходимо было построить орбиты планет, перейти от экваториальной системы координат, указывающих положение планеты на небесной сфере, к системе координат, указывающих ее положение в плоскости орбиты. Он воспользовался при этом собственными наблюдениями планеты Марс, а также многолетними определениями координат и конфигураций этой планеты, проведенными его учителем Тихо Браге.Орбиту Земли Кеплер считал (в первом приближении) окружностью, что не противоречило наблюдениям. Для того чтобы построить орбиту Марса, он применил способ, который показан на рисунке 3.5.

Пусть нам известно угловое расстояние Марса от точки весеннего равноденствия во время одного из противостояний планеты — его прямое восхождение  α1, которое выражается углом Т1М1 где Т1 — положение Земли на орбите в этот момент, а М— положение Марса. Очевидно, что спустя 687 суток (таков звездный период обращения Марса) планета придет в ту же точку своей орбиты. Если определить прямое восхождение Марса на эту дату, то, как видно из рисунка 3.5, можно указать положение планеты в пространстве, точнее, в плоскости ее орбиты. Земля в этот момент находится в точке Т2и, следовательно, угол T2Mесть не что иное, как прямое восхождение Марса — α2. Повторив подобные операции для нескольких других противостояний Марса, Кеплер получил еще целый ряд точек и, проведя по ним плавную кривую, построил орбиту этой планеты.

Изучив расположение полученных точек, он обнаружил, что скорость движения планеты по орбите меняется, но при этомрадиус-вектор планеты за равные промежуткивремени описывает равные площади.Впоследствии эта закономерность получила название второго закона Кеплера.

Горизонтальный параллакс солнцаЭтот закон, который часто называют законом площадей, иллюстрируется рисунком 3.6. Радиус-вектором называют в данном случае переменный по своей величине отрезок, соединяющий Солнце и ту точку орбиты, в которой находится планета. АА1 ВВ1 и СС1 — дуги, которые проходит планета за равные промежутки времени. Площади заштрихованных фигур равны между собой.

Согласно закону сохранения энергии, полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют силы тяготения, остается неизменной при любых движениях тел этой системы. Поэтому сумма кинетической и потенциальной энергий планеты, которая движется вокруг Солнца, неизменна во всех точках орбиты и равна полной энергии. По мере приближения планеты к Солнцу возрастает ее скорость — увеличивается кинетическая энергия, но вследствие уменьшения расстояния до Солнца уменьшается энергия потенциальная.

Установив закономерность изменения скорости движения планет, Кеплер задался целью определить, по какой кривой происходит их обращение вокруг Солнца. Он был поставлен перед необходимостью сделать выбор одного из двух возможных решений:     1) считать, что орбита Марса представляет собой окружность, и допустить, что на некоторых участках орбиты вычисленные координаты планеты расходятся с наблюдениями (из-за ошибок наблюдений) на 8′; 2) считать, что наблюдения таких ошибок не содержат, а орбита не является окружностью. Будучи уверенным в точности наблюдений Тихо Браге, Кеплер выбрал второе решение и установил, что наилучшим образом положения Марса на орбите совпадают с кривой, которая называется эллипсом, при этом Солнце не располагается в центре эллипса. В результате был сформулирован закон, который называется первым законом Кеплера.

Каждая планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Первый закон Кеплера

Как известно, эллипсом называется кривая, у которой сумма расстояний от любой точки Р до его фокусов есть величина постоянная. На рисунке 3.6 обозначены: О — центр эллипса; F и F1 — фокусы эллипса; АВ — его большая ось. Половина этой величины (а), которую обычно называют большой полуосью, характеризует размер орбиты планеты. Ближайшая к Солнцу точка А называется перигелий, а наиболее удаленная от него точка В — афелий. Отличие эллипса от окружности характеризуется величиной его эксцентриситета: е = OS/OA. В том случае, когда эксцентриситет равен О, фокусы и центр сливаются в одну точку — эллипс превращается в окружность.

Примечательно, что книга, в которой в1609 г. Кеплер опубликовал первые два открытых им закона, называлась «Новая астрономия, или Физика небес, изложенная в исследованиях движения планеты Марс…».

Оба этих закона, опубликованные в 1609 г., раскрывают характер движения каждой планеты в отдельности, что не удовлетворило Кеплера. Он продолжил поиски «гармонии» в движении всех планет, и спустя 10 лет ему удалось сформулировать третий закон Кеплера.

Квадраты звездных периодов обращения планет относятся между собой, как кубы больших полуосей их орбит.

Формула, выражающая третий закон Кеплера, такова:

Горизонтальный параллакс солнца

где Т1 и Т2 — периоды обращения двух планет; аи а большие полуоси их орбит.

Вот что писал Кеплер после открытия этого закона: «То, что 16 лет тому назад я решил искать, <…> наконец найдено, и это открытие превзошло все мои самые смелые ожидания…»

Действительно, третий закон заслуживает самой высокой оценки. Ведь он позволяет вычислить относительные расстояния планет от Солнца, используя при этом уже известные периоды их обращения вокруг Солнца. Не нужно определять расстояние от Солнца каждой из них, достаточно измерить расстояние от Солнца хотя бы одной планеты. Величина большой полуоси земной орбиты — астрономическая единица (а. е.) — стала основой для вычисления всех остальных расстояний в Солнечной системе.

Пример решения задач

Противостояния некоторой планеты повторяются через 2 года. Чему равна большая полуось ее орбиты?

Горизонтальный параллакс солнца

3.2.2. Определение расстояний и размеров тел в Солнечной системе.

Представление о Земле как о шаре, который свободно, без всякой опоры находится в космическом пространстве, является одним из величайших достижений науки древнего мира.

Считается, что первое достаточно точное определение размеров Земли провел греческий ученый Эратосфен (276— 194 до н. э.), живший в Египте. Идея, положенная в основу измерений Эратосфена, весьма проста: измерить длину дуги земного меридиана в линейных единицах и определить, какую часть полной окружности эта дуга составляет. Получив эти данные, можно вычислить длину дуги в 1°, а затем длину окружности и величину ее радиуса, т. е. радиуса земного шара. Очевидно, что длина дуги меридиана в градусной мере равна разности географических широт двух пунктов: φB – φA.

Горизонтальный параллакс солнцаДля того чтобы определить эту разность, Эратосфен сравнил полуденную высоту Солнца в них в один и тот же день. Измерив высоту Солнца hB(рис. 3.8) в полдень 22 июня в Александрии, где он жил, Эратосфен установил, что Солнце отстоит от зенита на 7,2°. В этот день в полдень в городе Сиена (ныне Асуан) Солнце освещает дно самых глубоких колодцев, т. е. находится в зените hA.

Следовательно, длина дуги составляет 7,2°. Расстояние между Сиеной (А) и Александрией (В) около 5000 греческих стадий — l.

Стадией в Древней Греции считалось расстояние, которое проходит легко вооруженный греческий воин за тот промежуток времени, в течение которого Солнце, коснувшееся горизонта своим нижним краем, целиком скроется за горизонт.

Несмотря на кажущееся неудобство такой единицы и достаточную громоздкость словесного определения, ее введение выглядело вполне оправданным, учитывая, что строгая периодичность небесных явлений позволяла использовать их движение для счета времени.

Обозначив длину окружности земного шара через Lполучим такое выражение: 

Горизонтальный параллакс солнца

откуда следует, что длина окружности земного шара равняется 250 000 стадий.

Точная величина стадии в современных единицах неизвестна, но, зная, что расстояние между Александрией и Асуаном составляет 800 км, можно полагать, что 1 стадия = 160 м. Это означает, что результат, полученный Эратосфеном, практически не отличается от современных данных, согласно которым длина окружности Земли составляет 40 000 км.

Эратосфен ввел в практику использование терминов «широта» и «долгота». Видимо, появление этих терминов связано с особенностями формы карт того времени: они повторяли по очертаниям побережье Средиземного моря, которое длиннее по направлению запад-восток (по долготе), чем с севера на юг (по широте).

Горизонтальный параллакс солнцаОпределить географическую широту двух пунктов оказывается гораздо проще, чем измерить расстояние между ними. Зачастую непосредственное измерение кратчайшего расстояния между этими пунктами оказывается невозможным из-за различных естественных препятствий (гор, рек и т. п.). Поэтому применяется способ, основанный на явлении параллактического смещения и предусматривающий вычисление расстояния на основе измерений длины одной из сторон (базиса — ВС) и двух углов В и С в треугольнике ABC(рис. 3.9).

Параллактическим смещением называется изменение направления на предмет при перемещении наблюдателя.

Чем дальше расположен предмет, тем меньше его параллактическое смещение, и чем больше перемещение наблюдателя (базис измерения), тем больше параллактическое смещение.

Для определения длины дуги используется система треугольников — способ триангуляции, который впервые был применен еще в 1615 г. Пункты в вершинах этих треугольников выбираются по обе стороны дуги на расстоянии 30 — 40 км друг от друга так, чтобы из каждГоризонтальный параллакс солнцаого пункта были видны по крайней мере два других. Основой для вычисления длин сторон во всех этих треугольниках является размер базиса АС (рис. 3.10). Точность измерения базиса длиной в 10 км составляет около 1 мм. Во всех пунктах устанавливают геодезические сигналы — вышки высотой в несколько десятков метров. С вершины сигнала с помощью угломерного инструмента (теодолита) измеряют углы между направлениями на два-три соседних пункта. Измерив углы в треугольнике, одной из сторон которого является базис, геодезисты получают возможность вычислить длину двух других его сторон. Проводя затем измерение углов из пунктов, расстояние между которыми вычислено, можно узнать длину двух очередных сторон в треугольнике. Зная длину сторон этих треугольников, можно определить длину дуги АВ.

В какой степени форма Земли отличается от шара, выяснилось в конце XVIII в. Для уточнения формы Земли Французская академия наук снарядила сразу две экспедиции. Одна из них работала в экваториальных широтах Южной Америки в Перу, другая — вблизи Северного полярного круга на территории Финляндии и Швеции. Измерения показали, что длина одного градуса дуги меридиана на севере больше, чем вблизи экватора. Последующие исследования подтвердили, что длина дуги одного градуса меридиана увеличивается с возрастанием географической широты. Это означало, что форма Земли — не идеальный шар: она сплюснута у полюсов. Ее полярный радиус на 21 км короче экваториального.

Для школьного глобуса масштаба 1:50 000 000 отличие этих радиусов будет всего 0,4 мм, т. е. совершенно незаметно.

Отношение разности величин экваториального и полярного радиусов Земли к величине экваториального называется сжатием. По современным данным оно составляет 1/298 или 0,0034. Это означает, что сечение Земли по меридиану будет не окружностью, а эллипсом, у которого большая ось проходит в плоскости экватора, а малая совпадает с осью вращения.

В XX в. благодаря измерениям, точность которых составила 15 м, выяснилось, что земной экватор также нельзя считать окружностью. Сплюснутость экватора составляет всего 1/30 000 (в 100 раз меньше сплюснутости меридиана). Более точно форму нашей планеты передает фигура, называемая эллипсоидом, у которого любое сечение плоскостью, проходящей через центр Земли, не является окружностью.

В настоящее время форму Земли принято характеризовать следующими величинами:

  • экваториальный радиус — 6378,160 км;
  • полярный радиус — 6356,777 км;
  • сжатие эллипсоида — 1 : 298,25;
  • средний радиус — 6371,032 км;
  • длина окружности экватора — 40075,696 км.

13.2 Определение расстояний в Солнечной системе.

Горизонтальный параллакс

Горизонтальный параллакс солнцаИзмерить расстояние от Земли до Солнца удалось лишь во второй половине XVIII в., когда был впервые определен горизонтальный параллакс Солнца. По сути дела, при этом измеряется параллактическое смещение объекта, находящегося за пределами Земли, а базисом является ее радиус.

Горизонтальным параллаксом (р) называется угол, под которым со светила виден радиус Земли, перпендикулярный лучу зрения (рис. 3.11).

Из треугольника OASможно выразить величину — расстояние OS = D:

Горизонтальный параллакс солнца,

где R— радиус Земли. По этой формуле можно вычислить расстояние в радиусах Земли, а зная его величину, — выразить расстояние в километрах.

Очевидно, что чем дальше расположен объект, тем меньше его параллакс. Наибольшее значение имеет параллакс Луны, который меняется в связи с тем, что Луна обращается по эллиптической орбите, и в среднем составляет 57′. Параллаксы планет и Солнца значительно меньше. Так, параллакс Солнца 8,8Ѕ. Такому значению параллакса соответствует расстояние до Солнца, примерно равное 150 000 000 км. Это расстояние принимается за одну астрономическую единицу (1 а. е.) и используется при измерении расстояний между телами Солнечной системы.

Известно, что для малых углов sin p ≈ p, если угол р выражен в радианах. В одном радиане содержится 206 265Ѕ. Тогда, заменяя sin р на р и выражая этот угол в радианной мере, получаем формулу в виде, удобном для вычислений:

Горизонтальный параллакс солнца

или (с достаточной точностью)

Горизонтальный параллакс солнца

Во второй половине XX в. развитие радиотехники позволило определять расстояния до тел Солнечной системы посредством радиолокации. Первым объектом среди них стала Луна. Затем радиолокационными методами были уточнены расстояния до Венеры, Меркурия, Марса и Юпитера. На основе радиолокации Венеры величина астрономической единицы определена с точностью порядка километра. Столь высокая точность определения расстояний — необходимое условие для расчетов траекторий полета космических аппаратов, изучающих планеты и другие тела Солнечной системы. В настоящее время благодаря использованию лазеров стало возможным провести оптическую локацию Луны. При этом расстояния до лунной поверхности измеряются с точностью до сантиметров.

Пример решения задач.

На каком расстоянии от Земли находится Сатурн, когда его горизонтальный параллакс равен 0,9″?

Горизонтальный параллакс солнца

13.4. Определение размеров светил

Горизонтальный параллакс солнцаЗная расстояние до светила, можно определить его линейные размеры, если измерить его угловой радиус ρ (рис. 3.12).

Горизонтальный параллакс солнца

Формула, связывающая эти величины, аналогична формуле для определения параллакса:

Учитывая, что угловые диаметры даже Солнца и Луны составляют примерно 30′, а все планеты видны невооруженному глазу как точки, можно воспользоваться соотношением: sin ρ ≈ ρ. Тогда:

Горизонтальный параллакс солнца и Горизонтальный параллакс солнца.

Следовательно,

Горизонтальный параллакс солнца.

Если расстояние Dизвестно, то

Горизонтальный параллакс солнца

где величина ρ выражена в радианах.

Пример  решения задач

Чему равен линейный диаметр Луны, если она видна с расстояния 400 000 км под углом примерно 30′?

Горизонтальный параллакс солнца

Источник: infofiz.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.