Как определяется расстояние до звезд


Как определяется расстояние до звезд

Мы знаем, что ближе всех звезд к Земле находится Солнце. Если говорить об объектах за пределами Солнечной системы, то на первом месте по приближенности среди звезд стоит Проксима Центавра и система Альфа Центавра. Но как мы это узнали?

Первые люди не особо интересовались звездами, так как считали космическое пространство статичным куполом, где небесные светила намертво прикреплены над Землей. Но затем древние мудрецы догадались, что мир намного сложнее, чем казалось изначально.

Например, астроном из Древней Греции Аристарх Самосский в III веке до н.э. постарался определить удаленность Солнца. Он посчитал, что звезда должна располагаться в 20 раз дальше Луны (современный показатель в 20 раз больше). Более современные цифры предоставил астроном Жак Доминик Кассини в 1672 году, использовав момент противостояния Марса (140 млн. км).


Долгое время ученым приходилось пользоваться движением Венеры, чтобы понять параметры Солнечной системы. Так возникли крупные международные проекты, где ученые со всего мира объединяли наблюдения и выводили дистанции к космическим объектам. Но как же исследователи измеряют эти расстояния?

Самым простым и первым методом стал параллакс (триангуляция). Вы можете не знать о нем, но постоянно наблюдаете эффект в обычной жизни. Вспомните, как ехали в машине, поезде или маршрутке. Вы могли заметить, с какой быстрой скоростью мелькают приближенные предметы (вроде столбов и людей) на фоне более удаленных (горы, облака и т.д.). Вывод простой: параллактическое смещение для близких объектов намного значительнее и примечательнее.

Параллакс рассчитывается в виде уравнения. Вам потребуется база (измерение двух углов и одного расстояния) и знания по тригонометрии, чтобы вычислить длину одного из катетов в прямоугольном треугольнике. Чем длиннее база, тем более весомыми станут параллактические смещения и углы.

При переходе из одного конца базы в другой меняется видимое направление на точку. Сдвиг объекта на фоне далеких небесных тел называют параллактическим смещением. Что земной наблюдатель возьмет в качестве базы? Это диаметр земной орбиты вокруг Солнца.

Сложнее всего было применить параллакс к более удаленным звездам. Прорыв случился лишь в XIX веке, когда угломерные приборы стали достаточно точными. Удача улыбнулась Василию Струве, который в 1837 году впервые опубликовал значение параллакса звезды Вега – 0.12 угловой секунды. Дальше последовали наблюдения от Фридриха Бесселя для звезды 61 Лебедя – 0.3’’.


Расстояния в методе параллакса для других звезд стали измерять в парсеках (1 парсек = 3.26 световых года). Это стартовая точка отсчета, где именно с такого расстояния радиус орбиты нашей планеты просматривается под углом в 1 секунду. Если хотите вычислить дистанцию к звезде в парсеках, то используйте простую формулу, в которой 1 делится на звездный параллакс в секундах.

Метод прекрасно срабатывает, если измеряете дистанции не дальше 100 парсек (метод параллакса сталкивается с барьером в виде земной атмосферы). Но ведь Вселенная бесконечна. Как увидеть более далекие объекты? Здесь выручают фотометрические методы, появившиеся с развитием фотографии, и переменные звезды (цефеиды). Первой добиться успеха удалось астроному Генриетте Левитт. Она изучала звездный блеск на фотометрических пластинках, используя цефеиды на территории Малого Магелланова Облака. Ей удалось понять, что с яркостью звезды увеличивается и период колебания блеска.

Но измерить дистанцию к ближайшей цефеиде сложно, так как она отдалена на 130 парсек. Поэтому возникла схема «лестницы расстояния», где промежуточным этапом стали рассеянные скопления звезд, где звездные объекты характеризуются общим временем формирования. Составление графика с показателем температуры и яркости привел к выведению линии главной последовательности. Все звезды в скоплении отдалены от Земли почти на единую дистанцию, поэтому их видимый блеск позволил вычислить меру светимости.


Нужно было определить точную дистанцию хотя бы к одному скоплению, чтобы сделать «подгонку главной последовательности». В этом помогли Плеяды и Гиады. После этого уже провели лестницу к ближайшим цефеидам.

Точность измерения повышается, если вы наблюдаете за звездами не с Земли, а хотя бы на орбите. Поэтому в 1989 году стартовал спутник Hipparcos, с помощью которого умели представить астрономический каталог из 120 звезд с годичными параллаксами.

Если хотите продвинуться еще дальше, то не обойтись без красного смещения. Возникновению метода обязаны астроному Весто Слайферу, который при исследовании галактических спектров заметил, что многие линии смещены в красную сторону по отношению к наблюдателю. Далее за развитие темы взялся Эдвин Хаббл, который вывел постоянную Хаббла и понял, что галактики удаляются (скорость удаления пропорциональна дистанции к галактике), а Вселенная расширяется.

В современном мире именно метод красного смещения позволяет определить дистанции к далеким галактикам. Конечно, не будем забывать о том, что сейчас ученые располагают более продвинутыми технологиями наблюдения и спутниками на орбите, так что дистанции к звездам все время уточняются. Например, последняя миссия Gaia должна точно измерить параллакс, собственную и радиальную скорость для 1 млрд. звезд.


Источник: v-kosmose.com

Как определить расстояние до объекта в космосе

Способ определения расстояния до соседних планет

В Солнечной системе это относительно просто: движение планет здесь рассчитывается по законам Кеплера, и можно вычислить удаленность близлежащих планет и астероидов с помощью радиолокационных измерений. Таким путём устанавливать расстояние весьма легко.

Как измеряют расстояние до звезд

Для относительно близких к нам звезд можно определять так называемый параллакс. При этом необходимо наблюдать, как изменяется положение звезды в результате обращения Земли вокруг нашего светила относительно звезд, гораздо более удаленных от нас. В зависимости от точности измерения возможно довольно точное и прямое определение расстояние.

Если это не подходит, можно попытаться определить тип звезды по спектру, чтобы по истинной яркости сделать вывод об удаленности. Это уже косвенный метод, так как нужно делать о звезде определенные предположения.


Если невозможно применить и этот метод, то ученые пытаются обойтись»шкалой расстояний». При этом ищут звезды, яркость которых точно известна по наблюдениям в нашей Галактике. Такие объекты называются «стандартные свечи». Ими служат, например, звезды-цефеиды, чьи яркость периодически изменяется. Согласно теории, скорость этих изменений зависит от максимальной яркости звезды.

Если такие цефеиды обнаруживают в другой галактике и можно наблюдать, как меняется яркость звезды, то определяется её максимальная яркость, а затем расстояние от нас. Другим примером стандартной свечи служит определенный вид взрыва сверхновой, у которой, как считают астрономы, всегда одинаковая максимальная яркость.

Тем не менее, даже этот метод имеет свои ограничения. Тогда астрономы используют красное смещение в спектрах галактик.

Исходя из него, может быть рассчитана скорость удаления галактики, которая непосредственно связана — согласно закону Хаббла — с расстоянием до этой галактики от Земли.

 

Источник: astronovosti.ru

Цель урока: Познакомиться с разнообразием мира звёзд и разъяснить принципы определения расстояния до них.

 Образовательные задачи урока:


  • познакомиться с разнообразием мира звёзд;
  • выяснить принципы определения расстояния до звёзд;
  • дать понятие видимой и абсолютной звёздной величине;
  • решать задачи на определение расстояний;
  • совершенствовать работу по нахождению звёзд на карте.

 Развивающие задачи:

  • формировать умение подбирать литературу и выделять главное из большого объёма материала;
  • развивать умение работать с аудиторией;
  • развивать умение проводить анализ и самоанализ работ учащихся;
  • закреплять умение делать презентации по заданной теме с использованием современных информационных программ Microsoft Word, Microsoft Excel, Photoshop, Power Point, Internet Explorer и периферийных устройств.

 Воспитательные задачи:

  • продолжить формирование естественнонаучных взглядов;
  • прививать эстетический вкус в оформлении работ;
  • формировать умение работать в группе;
  • продолжить развитие творческих способностей учащихся.

 Оборудование:

  • техническое оснащение: компьютеры, мультимедийный проектор, компакт диск с записью музыки, диски с программами.
  • программное обеспечение:программы Microsoft Word, Photoshop, Power Point, Internet Explorer, “Открытая астрономия”.
  • наглядные пособия: таблица “Звёзды”, демонстрационная карта звёздного неба, подвижные карты звёздного неба (у каждого ученика), выставка творческих работ учащихся (рисунки, рефераты, стихи, отзывы о посещении планетария), презентации учителя и учеников.

 Длительность урока: 40 мин.

 План урока

1. Постановка целей и задач.

2. Изучение нового материала:

  • решение задач;
  • работа с программой “Открытая астрономия”;
  • работа с таблицей “Основные сведения о наиболее ярких звездах”;
  • работа с презентацией.

3. Закрепление новых знаний:

  • проверка усвоения материала (тест);
  • работа с подвижной картой звездного неба.

4. Итог урока.

 ХОД УРОКА

 Посмотрите на звёзды! Посмотрите, посмотрите на небеса!
О, посмотрите на этих огненных жителей неба!
Жерард Менли Хопкинс “Звездная ночь”

1. Постановка целей и задач.

Звезда дрожит среди вселенной…
Чьи руки дивные несут
Какой-то влагой драгоценной
Столь переполненный сосуд?
Звездой пылающей, топиром
Земных скорбей, небесных слёз
Зачем, о господи, над миром
Ты бытиё моё вознёс?


Вы узнали стихи этого человека. Да это Иван Алексеевич Бунин. Его поэзия по праву считается самой звёздной.

В его поэтическом наследии (около 1200 стихотворений) переливается великолепное созвездие ночных, сумеречных стихов, наполненных тишиной и таинственным мерцанием. Никто из русских поэтов не дал столь разнообразного описания звёздного неба.

Что же такое — звезды? Их тайны мы начнём постигать сегодня.

Тема нашего урока: Звёзды. Определение расстояний до звёзд. Д/з.: § 22, вопрос №5 письменно (пояснение к заданию есть в учебнике, и мы рассмотрим его по ходу урока), продолжаем работать над презентациями и рефератами по видам звёзд.

Сегодня на уроке мы:

  • начнем знакомиться с разнообразием мира звёзд;
  • выясним, как определяется расстояние до звёзд;
  • продолжим учиться работать с аудиторией и в группе, проводить самоанализ и анализ работ;
  • будем отрабатывать умение работать в Microsoft Excel.

Для этого вы будете:

  • по карте находить звёзды;
  • решать задачи;
  • сравнивать звёздные величины и блеск звёзд;
  • просмотрите презентацию ребят и оцените её;
  • ответите на вопросы теста.

 2. Изучение нового материала.

 Как определяется расстояние до звезд

Звезды — огромные пылающие шары, расположенные за пределами земной атмосферы на расстоянии в триллионы километров. На протяжении многих столетий астрономов волновала сложная задача определения расстояний до звезд.


Еще Н. Коперник понимал, что расстояния до звезд можно вычислить, если удастся измерить их годичное параллактическое смещение, вызываемое обращением Земли вокруг Солнца. Но в эпоху Коперника не было даже простейших телескопов, а невооруженным глазом параллактические смещения звезд не обнаруживаются.

Первые попытки обнаружить параллактическое смещение были предприняты английским астрономом Дж. Брадлеем (1693–1762), который с середины декабря 1725 г. по декабрь 1726 г. систематически измерял зенитное расстояние звезды гамма Дракона (2,4Т) в моменты ее верхней кульминации, надеясь таким образом обнаружить ее параллактическое смещение, но это сделать Брадлею не удалось.

Лишь через сто с лишним лет, в 1835–1837 гг., астрономическая техника “доросла” до измерения столь малых величин. Первые измерения расстояний до звезд в России сделаны Василием Яковлевичем Струве и почти одновременно произведены в Германии.

Измерение параллактического смещения звезд хотя и очень трудоемко, но является самым надежным, фундаментальным способом определения их расстояний.

Существуют и другие способы определения расстояний:

  • зная абсолютную и видимую звёздную величину;
  • по изменениям собственных движений звёзд;
  • по анализу спектра звезды;
  • по периоду изменения блеска цефеид, но их мы рассмотрим по мере изучения материала.

Итак, рассмотрим подробнее 1 способ. В нём тщательно измеряется положение звезды по отношению к другим звездам. Наблюдателю кажется, что по мере движения Земли вокруг Солнца близкие звезды перемещаются вперед и назад на фоне более отдаленных звезд.

 Как определяется расстояние до звезд

На рисунке показаны положения Солнца (С), Земли (Т1 – Т4), звезды (S) и видимые положения ее на небе (S1 – S4). Через 6 месяцев, когда земные телескопы переместятся в диаметрально противоположную точку орбиты Земли, проводится повторное измерение положения звезды.

Смещения звезд очень малы. Например: Ближайшая соседка Солнца — слабенькая звездочка из созвездия Центавра, Проксима, что с греческого значит “ближайшая”, смещается на 1,5".

Чтобы представить себе эту величину, нужно воткнуть на расстоянии 1 мм друг от друга две булавки и привязать к каждой по нитке. Отойти от булавок на 130 м и соединить свободные концы ниток. Угол, образовавшийся при этом между двумя нитками, и будет равен 1,5" дуги.

Итак, для определения расстояние до звезды используется половина параллактического смещения, т.е. годичный параллакс.

 Годичный параллакс (π)  — угол, под которым со звезды был бы виден средний радиус земной орбиты (а), расположенный перпендикулярно направлению на звезду.

Параллаксы звёзд очень малы, поэтому синусы углов можно заменить самими углами, выразив их в радианах.

На протяжении почти двух лет Струве определял параллактическое смещение яркой звезды Веги (a Лиры), а по нему вычислял расстояние до Солнца. Он нашел, что параллакс Веги составляет 0,123" и расстояние равно 1 650 000 а.е., а для самой близкой звезды Проксима расстояние равно 275 000 а.е..

Большие числа могут привести к ошибкам в вычислениях, поэтому для измерения расстояний до звезд введена специальная единица длины, названная парсеком. Парсек — расстояние до звезды, которое соответствует параллаксу в 1". Парсек – от слов “параллакс” и “секунда”.

1 пк = 206265 а.е.

r = 1/π

Таким образом, по годичному параллаксу и формуле расстояние вычисляется в парсеках, а затем уже переводится в световые года.

Рассмотрим соотношение между единицами.

Для измерения больших расстояний, используются более крупные единицы:

1 килопарсек (кпк) = 103 пк и 1 мегапарсек (Мпк) = 106 пк.

В литературе и реже — в науке расстояния до звезд выражаются также в световых годах (св. г.), показывающих, за сколько лет свет, излученный объектом, достигает Земли или Солнца (что по расстоянию одинаково).

 Световой год — это путь, проходимый светом за 1 год.

1 а.е. = 1,496 – 108 км

1 пк = 206265 а.е. = 3,08 – 1013 км

1 св.год = 9,46 – 1012 км

1 пк = 3,26 св.лет

 Решение задач

 Рассматривается решенная задача в учебнике.

Самостоятельное решение в Microsoft Excel следующей задачи.

 Параллакс Проциона равен 0,28". Сколько времени идет свет от этой звезды до Земли?

Работа с программой “Открытая астрономия”

Начиная знакомство со звёздным небом, мы выяснили, что яркость звёзд неодинакова. Ещё астрономы древности использовали такое понятие, как “звёздная величина”.

Откройте программу “Открытая астрономия”. Прочтите материал. Выясните: что такое видимая и абсолютная звёздная величина? Как эти величины связаны? На модели посмотрите, какую абсолютную и видимую звёздную величину имеют небесные тела. Выясните, как определить расстояние, зная абсолютную и видимую звёздные величины?

(Обсуждение вопросов, запись формулы в рабочую тетрадь.)

В домашнем задании, подставив в формулу звёздные величины, вы найдёте расстояние до звезды.

 Работа с таблицей “Основные сведения о наиболее ярких звездах”

Откройте учебник на стр. 217. Используя таблицу “Основные сведения о наиболее ярких звездах”, сравним яркость звезд.

Во сколько раз Вега ярче Полярной звезды? (6,3 раза)

Во сколько раз Арктур (a Волопаса) ярче Антареса (a Скорпиона)? (2,5 раза)

Во сколько раз Сириус (a Большого Пса) ярче Регул (a Льва)? (16 раз)

Выступление с презентацией

 Получить дополнительную информацию о звёздах мы сможем из презентации, которую приготовили ребята, а подробнее изучим материал на последующих уроках.

Откройте критерии оценки презентации и проставьте баллы за работу над презентацией. (Приложение 1)

Какую оценку получили ребята? Что понравилось? Ваши пожелания.

 3. Закрепление новых знаний.

Проверка усвоения материала (тест)

1. Какие единицы используют при измерении расстояний до звезд?

А. Световой год.

Б. Парсек.

В. Годичный параллакс.

2. Парсек — это … (выберите правильное утверждение)

A. … расстояние, которое свет проходит в течение года.

Б. … расстояние, равное большой полуоси земной орбиты.

B. … расстояние, с которого большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1".

3. Годичный параллакс звезды — это …

A. … угол, под которым со звезды можно было бы видеть большую полуось земной орбиты, если она перпендикулярна лучу зрения.

Б. … угол, под которым со светила виден радиус Земли, перпендикулярный к лучу зрения.

B. … угол, под которым виден с Земли диаметр Луны, перпендикулярный лучу зрения.

4. Самую низкую температуру имеют …

A. … белые звезды.

Б. … желтые звезды.

B. … красные звезды.

5. Основными элементами в атмосферах звезд являются …

 А. … азот и кислород, как в земной атмосфере.

 Б. … водород и гелий, как в солнечной атмосфере.

 B. … молекулярный водород и метан, как в атмосфере планет-гигантов.

 Работа с подвижной картой звездного неба

 Наложив накладной круг на карту, установите вид звездного неба на данное время. Какие из названных звезд можно было бы пронаблюдать на небе?

4. Итог урока.

Эпиграфом к сегодняшнему уроку взяты слова: “Учиться можно только весело… Чтобы переваривать знания, надо поглощать их с аппетитом”. (Франс А.)

Как вы думаете, сегодняшний урок помог нам это сделать?

Источник: urok.1sept.ru

Меня часто спрашивают — как мы узнаем расстояния до далеких звезд? Вот например есть звезда на расстоянии 100 световых лет, как мы узнали, что расстояние именно такое? В этой статье я расскажу об очень старом методе, определения расстояния до звезд. Этот метод называется метод годичного звездного параллакса.

Источник: ifa.hawaii.edu

История

Параллакс (от греческого παραλλάξ — чередование) — это изменение местоположения неподвижного наблюдаемого объекта в зависимости от положения наблюдателя. Впервые использовать параллакс для определения дальности до звезд предложил еще древнегреческий ученый Аристарх Самосский, однако он используя доступные ему способы наблюдения не смог обнаружить видимого параллакса ни у одной из наблюдаемых звезд. Отсутствие параллакса он вполне справедливо объяснил тем, что звезды находятся очень далеко для того, чтобы их параллакс можно было обнаружить.

Памятник Аристарху Самосскому. Источник: wikipedia.org

Сама идея о том, что параллакс можно использовать для этой цели явилась следствием идеи о том, что Земля вращается вокруг Солнца. К сожалению вскоре Европа погрузилась в темные века и почти две тысячи лет господствовала геоцентрическая система мира. Отсутствие параллакса считалось одним из доказательств того, что Земля НЕ вращается вокруг Солнца.

В 17-м веке некоторые астрономы заявляли о том, что им удалось засечь параллакс некоторых звезд, однако скорее всего это объясняется ошибками и неточностями измерений. Техника, которая была в их распоряжении была слишком неточна для того, чтобы с ее помощью можно было определить параллакс.

Василий Яковлевич Струве. Источник: wikipedia.org

Первым точно определить параллакс звезд удалось русскому астроному Василию Яковлевичу Струве в 1837-м году. Вскоре его успех повторили немецкий астроном Фридрих Бессель и англичанин Томас Хендерсон. Однако на тот момент измерения были все еще очень не точны — разница в измерении параллакса одной и той же звезды могли отличаться на 20-30 процентов! С появлением фотографии наметился большой прогресс — до появления фотографии астрономы зарисовывали то, что видели в телескоп, это вело к ошибкам и неточностям. Сейчас для таких измерений используется метод сверхдальней радиоинтерферометрии что обеспечивает очень точные измерения.

Источник: zen.yandex.ru

Небесные объекты невообразимо далеко

Небесные объекты находятся от нас невообразимо далеко. Исключением является лишь наше Солнце, которое расположено ближе, чем остальные звезды в миллионы раз. И все же весьма трудно представить себе дистанцию от Земли до Солнца, не говоря уже о расстоянии до звезд. Тем не менее, астрономы научились измерять и рассчитывать эти степени удалённости объектов друг от друга.

Измеренные дистанции, с точки зрения человека, столь огромны, что необходимо было ввести совсем новую единицу измерения – световой год. Представить себе световой год просто невозможно, ибо это за пределами человеческого опыта.

За время, которое вы потратите на то, чтобы произнести слова «двадцать один»-это примерно секунда, свет способен обежать семь раз вокруг Земли или пролететь расстояние десять биллионов километров – это расстояние и называют световым годом.

3,26 светового года составляют единицу, названную парсек. Нередко для измерения недостаточно и парсеков, в таком случае употребляется мегапарсек, который в миллион раз больше парсека и равен, таким образом, 3260000 световых лет.

Самая ближайшая звезда

Проксима Центавра самая близкая звезда к земле, все еще находится на расстоянии в  40 208 000 000 000 км.  Это в  270 тыс. раз больше дистанции от Земли до Солнца.

Проксима Центавра самая близкая звезда к земле на удалении в 4, 25 световых лет (40 208 000 000 000 км).

Световой год – это расстояние, которое свет проходит за один год – оно равно 9,461 х 1012 км. Альфа Центавра A и B примерно 4,35 светового года от нас.

Метод измерения до недоступных мест

Расстояния до звезд астрономы измеряют примерно так же, как на Земле определяют дистанцию до недоступных мест.

Суть метода в том что изменяется видимое положения объекта в зависимости от положения наблюдателя.

Источник: v-nayke.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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