АСТРОНОМИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ И ТЕЛЕСКОПЫ

Астрономия 10 класс Воронцов-Вельяминов

Полярные шапки Марса.

Марс (вид в телескоп).

Сатурн (цвета искусственно усилены).

 

 

Б.А ВОРОНЦОВ-ВЕЛЬЯМИНОВ

АСТРОНОМИЯ

УЧЕБНИК ДЛЯ | О КЛАССА
СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ

издание пятнадцатое,
переработанное

Утвержден

Министерством просвещения СССР

МОСКВА «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1983

 

ББК 22.6я72
В75

И 4306021200—171

В инф. письмо

103(03)—83

© Издательство «Просвещение», 1983 г.

 

| в ВВЕДЕНИЕ

ПРЕДМЕТ АСТРОНОМИИ

Астрономия1 — наука, изучающая движение, строение, про-
исхождение и развитие небесных тел и их систем. Накопленные
ею знания применяются для практических нужд человечества.

Астрономия является одной из древнейших наук, она возникла
на основе практических потребностей человека и развивалась
вместе с ними. Элементарные астрономические сведения были из-
вестны уже тысячи лет назад в Вавилоне, Египте, Китае и при-
менялись народами этих стран для измерения времени и ориенти-
ровки по сторонам горизонта.

И в наше время астрономия используется для определения точ-
ного времени и географических координат (в навигации, авиации,
космонавтике, геодезии, картографии). Астрономия помогает иссле-
дованию и освоению космического пространства, развитию космо-
навтики и изучению нашей планеты из космоса. Но этим далеко не
исчерпываются решаемые ею задачи.

Наша Земля является частью Вселенной. Луна и Солнце вызы-
вают на ней приливы и отливы. Солнечное излучение и его изме-
нения влияют на процессы в земной атмосфере и на жизнедея-
тельность организмов. Механизмы влияния различных космических
тел на Землю также изучает астрономия.

Современная астрономия тесно связана с математикой и физи-
кой, с биологией и химией, с географией, геологией и с космо-
навтикой. Используя достижения других наук, она в свою очередь
обогащает их, стимулирует их развитие, выдвигая перед ними все
новые задачи. Астрономия изучает в космосе вещество в таких
состояниях и масштабах, какие неосуществимы в лабораториях, и
этим расширяет физическую картину мира, наши представления о
материи. Все это важно для развития диалектико-материалистиче-
ского представления о природе Научившись предвычислять наступ-
ление затмений Солнца и Луны, появление комет, астрономия поло-

1 Это слово происходит от двух греческих слов: астрон — светило, звезда
и н о м о с — закон.

3

 

жила начало борьбе с религиозными предрассудками. Показывая
возможность естественнонаучного объяснения возникновения и
изменения Земли и других небесных тел, астрономия способ-
ствует развитию марксистской философии.

Курс астрономии завершает физико-математическое и естествен-
нонаучное образование, получаемое вами в школе.

Изучая астрономию, необходимо обращать внимание на то, ка-
кие сведения являются достоверными фактами, а какие — научными
предположениями, которые со временем могут измениться. Важно,
что предела человеческому познанию нет. Вот один из примеров
того, как это показывает жизнь.

В прошлом веке один философ-идеалист решился утверждать,
что возможности человеческого познания ограничены. Он говорил,
что, хотя люди и измерили расстояния до некоторых светил, хими-
ческий состав звезд они никогда не смогут определить. Однако
вскоре был открыт спектральный анализ, и астрономы не только
установили химический состав атмосфер звезд, но и определили
их температуру. Несостоятельными оказались и многие другие по-
пытки указать границы человеческого познания. Так, ученые сна-
чала теоретически оценили температуру на Луне, затем измерили
ее с Земли при помощи термоэлемента и радиометодов, потом эти
данные получили подтверждение от приборов автоматических стан-
ций, изготовленных и посланных людьми на Луну.

АСТРОНОМИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ И ТЕЛЕСКОПЫ

1. Особенности астрономических наблюдений. В основе астро-
номии лежат наблюдения, производимые с Земли и лишь с 60-х го-
дов нашего века выполняемые из космоса — с автоматических и
других космических станций и даже с Луны Аппараты сделали воз-
можным получение проб лунного грунта, доставку разных приборов
и даже высадку людей на Луну. Но так пока можно исследовать
только ближайшие к Земле небесные светила Играя такую же роль,
как опыты в физике и химии, наблюдения в астрономии имеют
ряд особенностей.

Первая особенность состоит в том, что астрономические
наблюдения в большинстве случаев пассивны по отношению к изучае-
мым объектам. Мы не можем активно влиять на небесные тела, ста-
вить опыты (за исключением редких случаев), как это делают в
физике, биологии, химии. Лишь использование космических ап-
паратов дало в этом отношении некоторые возможности.

Кроме того, многие небесные явления протекают столь медлен-
но, что наблюдения их требуют громадных сроков; так, напри-
мер, изменение наклона земной оси к плоскости ее орбиты стано-
вится заметным лишь по истечении сотен лет. Поэтому для нас не
потеряли своего значения некоторые наблюдения, производившиеся в
Вавилоне и в Китае тысячи лет назад, хотя они и были, по совре-
менным понятиям, очень неточными

4

 

Вторая особенность астрономических наблюдений со-
стоит в следующем. 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.

Третья особенность астрономических наблюдений свя-
зана с тем, что все светила находятся от нас очень далеко, так далеко,
что ни на глаз, ни в телескоп нельзя решить, какое из них бли-
же, какое дальше. Все они кажутся нам одинаково далекими.
Поэтому при наблюдениях обычно выполняют угловые йвмерения и
уже по ним часто делают выводы о линейных расстояниях и размерах
тел.

Расстояние между объектами на небе (например, звездами) изме-
ряют углом, образованным лучами, идущими к объектам из точки на-
блюдения. Такое расстояние называется угловым и выражается
в градусах и его долях. При этом считается, что две звезды находятся
недалеко друг от друга на небе, если близки друг другу направле-
ния, по которым мы их видим (рис. 1, звезды А и В). Возможно, что
третья звезда С, на небе более далекая от Л,в пространстве к
А ближе, чем звезда В.

Угловое расстояние светила от горизонта называется высотой h
(рис. 1) светила над горизонтом. Она выражается только в угловых
единицах.

Измерения высоты, углового расстояния объекта от горизонта,
выполняют специальными угломерными оптическими инструмен-
тами, например теодолитом. Теодолит — это инструмент,
основной частью которого служит зрительная труба, вращающаяся
около вертикальной и горизонтальной осей (рис. 2). С осями

5

Рис. 1. Угловые измерения на небе и высота Рис. 2. Теодолит,
светила над горизонтом.

 

Рис. 3. При суточном вращении неба звезды в восточной стороне неба пере-
мещаются вправо и вверх.

скреплены круги, разделенные на градусы и минуты дуги. По
этим кругам отсчитывают направление зрительной трубы. На кораб-
лях и на самолетах угловые измерения выполняют прибором, назы-
ваемым секстантом (секстаном).

Видимые размеры небесных объектов также можно выразить в уг-
ловых единицах. Диаметры Солнца и Луны в угловой мере примерно
одинаковы — около 0,5°, а в линейных единицах Солнце боль-
ше Луны по диаметру примерно в 400 раз, но оно во столько же
раз от Земли дальше. Поэтому их угловые диаметры для нас
почти равны.

Как определяют линейные расстояния до небесных тел и их
линейные размеры, будет рассказано в § 12 и 22.
2. Ваши наблюдения. Для лучшего усвоения астрономии вы должны
как можно раньше приступить к наблюдениям небесных явлений и
светил. Указания к наблюдениям невооруженным глазом даны в при-
ложении VI. Нахождение созвездий, ориентировку на местности по
Полярной звезде, знакомую вам из курса физической географии, и
наблюдение суточного вращения неба (рис. 3 и 4) удобно выпол-
нять с помощью подвижной карты звездного неба, приложенной к
учебнику. Для приближенной оценки угловых расстояний на небе
полезно знать, что угловое расстояние между двумя звездами «ков-
ша» (а и B, рис. 4) Большой Медведицы равно примерно 5°.

Прежде всего надо ознакомиться с видом звездного неба, най-
ти на нем планеты и убедиться в их перемещении относительно
звезд или Солнца в течение 1—2 месяцев. (Об условиях видимости
планет и некоторых небесных явлениях говорится в школьном астро-
номическом календаре на данный год.) Наряду с этим надо ознако-
миться в телескоп с рельефом Луны, с солнечными пятнами, а
затем уже и с другими светилами и явлениями, о которых сказано
в приложении VI. Для этого ниже дается представление о теле-
скопе.

6

 

Рис. 4. Изменение положения созвездий Большой и Малой Медведицы отно-
сительно горизонта при суточном вращении неба.

3. Телескопы. Основным астрономическим прибором является
телескоп. Телескоп с объективом из вогнутого зеркала называет-
ся рефлектором (рис. 5), а телескоп с объективом из линз —
рефрактором (рис. 6 ).

Назначение телескопа — собрать больше света от небесных
источников и увеличить угол зрения, под которым виден небес-
ный объект.

Количество света, которое попадает в телескоп от наблюда-

Рис. 5. Крупнейший в мире советский телескоп-рефлектор с диаметром
зеркала 6 м.

 

емого объекта, пропорционально площади объектива Чем
больше размер объектива телескопа, тем более слабые светящиеся
объекты в него можно увидеть.

Масштаб изображения, даваемого объективом телескопа, про-
порционален фокусному расстоянию объектива, т. е. расстоянию
от объектива, собирающего свет, до той плоскости, где получает-
ся изображение светила. Изображение небесного объекта можно
фотографировать или рассматривать через окуляр (рис. 7).

Телескоп увеличивает видимые угловые размеры Солнца, Луны,
планет и деталей на них, а также — угловые расстояния между
звездами, но звезды даже в очень сильный телескоп из-за огромной
удаленности видны лишь как светящиеся точки.

В рефракторе лучи, пройдя через объектив, преломляются,
образуя изображение объекта в фокальной плоскости (рис. 7, а).
В рефлекторе лучи от вогнутого зеркала отражаются и потом также
собираются в фокальной плоскости (рис. 7, б). При изготовлении
объектива телескопа стремятся свести к минимуму все искажения,
которыми неизбежно обладает изображение объектов. Простая лин-
за сильно искажает и окрашивает края изображения. Для уменьше-
ния этих недостатков объектив изготовляют из нескольких линз
с разной кривизной поверхностей и из разных сортов стекла.
Поверхности вогнутого стеклянного зеркала, которая серебрится
или алюминируется, придают для уменьшения искажений не сфе-
рическую форму, а несколько иную (параболическую).

Советский оптик Д. Д. Максутов разработал систему телескопа,
называемую менисковой. Она соединяет в себе достоинства
рефрактора и рефлектора. По этой системе устроена одна из мо-
делей школьного телескопа. Тонкое выпукло-вогнутое стекло —

Рис. 6. Двойной рефрактор-астрограф Рис. 7. Схемы хода лучей в телескопах:

Московского университета для а — рефрактор; б — рефлектор;

рассматривания и фотографи- в — менисковый телескоп,
рования небесных светил.

 

мениск — исправляет искажения, даваемые большим сферическим
зеркалом. Лучи, отразившиеся от зеркала, отражаются затем от
посеребренной площадки на внутренней поверхности мениска и идут
в окуляр (рис. 7, в), являющийся усовершенствованной лупой.
Существуют и другие телескопические системы

В телескопе получается перевернутое изображение, но это
не имеет никакого значения при наблюдении космических объектов.

При наблюдениях в телескоп редко используются увеличения
свыше 500 раз. Причина этого — воздушные течения, вызывающие
искажения изображения, которые тем заметнее, чем больше уве-
личение телескопа.

Самый большой рефрактор имеет объектив диаметром около 1 м.
Наибольший в мире рефлектор с диаметром вогнутого зеркала 6 м
изготовлен в СССР и установлен в горах Кавказа. Он позволяет
фотографировать звезды в 107 раз более слабые, чем видимые
невооруженным глазом.