Презентация - Механика небесных тел

Механика небесных тел Может катнем зимой на Солнце? Хм давай сначала разберемся! Разработчик: Кузьмич Г. А.

Развитие представлений о солнечной системе; Видимое движение планет; Сидерический и синодический период обращения планет; Затмения; Законы Кеплера ; Движение космических аппаратов. План занятия:

Развитие представлений о солнечной системе

Система мира по Аристотелю (IV в. до н.э.) - Центр Вселенной - неподвижная Земля. - Вокруг Земли вращаются восемь небесных сфер, на которых неподвижно закреплены небесные тела: планеты, Луна, Солнце, звёзды. - Девятая сфера обеспечивает движение всех остальных сфер, это двигатель Вселенной.

Система мира по Клавдию Птолемею (II век н.э.) - Земля неподвижна - Земля – центр всего мира - Все небесные светила движутся вокруг Земли: Луна, планеты (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн), Солнце по большим круговым орбитам с постоянной скоростью - Все небесные светила: Луна, планеты (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн), Солнце движутся по малым круговым орбитам (эпициклам) - Мир ограничен сферой неподвижных звёзд

Геоцентрическая система мира

Система мира по Николаю Копернику (1473-1543 г.) - Центр Вселенной - Солнце - Все планеты обращаются вокруг Солнца по окружностям с постоянными скоростями - Планеты обращаются вокруг своих осей - Вселенная ограничена сферой неподвижных звёзд « Когда Коперник посягнул на центр мироздания и швырнул Землю в мировое пространство на орбиту вокруг Солнца, свершилась великая революция человеческой мысли »

Гелиоцентрическая система мира « Он остановил Солнце и сдвинул Землю »

Система мира по Джордано Бруно (1548-1600 г.) - Отрицал существование какого либо центра Вселенной - Вселенная бесконечна во времени и пространстве - Существует множество гелиоцентрических систем - Человек живёт на одной из множества обитаемых планет

Открытия Галилео Галилея (1564-1642) «И всё-таки она вертится» - Открыл фазы Венеры - Обнаружил горы на Луне и измерил их высоту - Обнаружил пятна на Солнце и их перемещение - Открыл 4 спутника у Юпитера: Ио, Ганимед, Европа, Каллисто

Видимое движение планет

Планеты делятся на две группы: внутренние – Меркурий и Венера и внешние – Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун Внутренние планеты Внешние планеты

Поскольку при наблюдениях с Земли на движение планет вокруг Солнца накладывается еще и движение Земли по своей орбите, планеты перемещаются по небосводу то с востока на запад (прямое движение) , то с запада на восток (попятное движение) .

Характер видимого движения планеты зависит от того, к какой группе она принадлежит! Размеры петли тем меньше, чем больше расстояние между планетой и Землей. Планеты описывают петли, а не просто движутся туда-сюда по одной линии исключительно из-за того, что плоскости их орбит не совпадают с плоскостью эклиптики.

Конфигурация планет 90 о Западная элонгация Восточная элонгация Нижнее соединение Верхнее соединение Соединение Противостояние Земля Орбита верхней планеты (Марс) Орбита нижней планеты (Венера) Западная квадратура Восточная квадратура Орбита Земли

Угловое расстояние Венеры от Солнца меньше, чем угловые расстояния Луны и Юпитера. Луна, Юпитер и Венера в вечернем Париже. Угловое удаление планеты от Солнца называется элонгацией . Наибольшая элонгация Меркурия – 28 , а Венеры – 48 . При восточной элонгации внутренняя планета видна на западе, в лучах вечерней зари, вскоре после захода Солнца.

При западной элонгации внутренняя планета видна на востоке, в лучах утренней зари, незадолго до восхода Солнца. Венера и Сатурн

Внешние планеты могут находиться на любом угловом расстоянии от Солнца Юпитер и Сатурн около рассеянного звездного скопления Плеяды в созвездии Тельца

Венера Юпитер

Сидерические и синодические периоды обращений планет Промежуток времени, в течение которого планета совершает полный оборот вокруг Солнца по орбите называется сидерическим (или звездным ) периодом обращения (T). Промежуток времени между двумя одинаковыми конфигурациями планеты называется синодическим периодом (S). Земля Уравнения синодического движения: для нижней планеты: 1/S 1/Т - 1/T з для верхней планеты: 1/S 1/Т з - 1/T где T з – сидерический период Земли, равный 1 году Задача. Как часто повторяются противостояния Марса, сидерический период которого 1,9 года? Дано: T з 1 г. Найти: S ? Решение: 1/S 1/Т з - 1/T; Ответ: S 2,1 г. Т 1,9 г. S T з T / (T – T з ); S 2,1 г.

Солнечное и Лунное затмение

Наиболее известны лунные и солнечные затмения. Также существуют такие явления, как прохождения планет (Меркурия и Венеры) по диску Солнца . Затмение — астрономическое явление, при которой одно небесное тело заслоняет свет от другого небесного тела.

наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Диаметр пятна тени Земли составляет около 2,5 диаметров Луны, поэтому она может быть затенена целиком. Двумя условиями наступления лунного затмения являются полнолуние и близость земли к лунному узлу. Лунное затмение

Когда Луна во время затмения полностью входит в тень Земли, говорят о полном лунном затмении , когда частично — о частном затмении . Полное Частное

происходит, когда Луна попадает между наблюдателем и Солнцем, и загораживает его. Поскольку Луна перед затмением обращена к нам неосвещённой стороной, то перед затмением всегда бывает новолуние, то есть Луна не видна. Создаётся впечатление, что Солнце закрывается чёрным диском; наблюдающий с Земли видит это явление как солнечное затмение. Самое длительное солнечное затмение произошло 15 января 2010 года в Юго-Восточной Азии и длилось более 11 минут. Солнечное затмение

В год на Земле может происходить от 2 до 5 солнечных затмений, из которых не более двух — полные или кольцеобразные. В среднем за сто лет происходит 237 солнечных затмений, из которых 160 — частные, 63 — полные, 14 — кольцеобразные.

Французский учёный Пьер Жансен во время полного солнечного затмения в Индии 18 августа 1868 года впервые исследовал хромосферу Солнца и получил спектр нового химического элемента. Этот элемент назвали в честь Солнца — гелием.

Как правильно наблюдать солнечные затмения? При наблюдении солнечного затмения будьте крайне осторожны: помните, что смотреть на Солнце без защиты глаз темными светофильтрами категорически запрещено! !

Законы Кеплера 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. В XVII веке ответ на этот вопрос искал немецкий астроном Иоганн Кеплер. В результате длительной обработки многолетних наблюдений датского астронома Тихо Браге немецкий астроном и математик Кеплер эмпирически установил три закона планетарных движений. планет вокруг Солнца.

Первый закон Кеплера: Каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце . Ближайшую к Солнцу точку орбиты называют перигелием , а наиболее удаленную – афелием . Степень отличия эллипса от окружности характеризует его эксцентриситет , равный отношению расстояний между фокусами к большой оси. При совпадении фокусов ( е 0 ) эллипс превращается в окружность .

Законы Кеплера применимы не только к движению планет, но и к движению их естественных и искусственных спутников.

Второй закон Кеплера (закон равных площадей): Радиус-вектор планеты описывает за равные промежутки времени равные площади. Планеты движутся вокруг Солнца неравномерно: линейная скорость планет вблизи перигелия больше, чем вблизи афелия. У некоторых комет орбиты настолько вытянуты, что вблизи Солнца их скорость доходит до 500 км/с, а в афелии снижается до 1 км/с.

Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит: Третий закон Кеплера: Скорости близких к Солнцу планет значительно больше, чем скорости далеких:

Поскольку движение и масса оказались связаны, эту комбинацию гармонического закона Кеплера и закона тяготения Ньютона используют для определения массы планет и спутников, если известны их орбиты и орбитальные периоды. Третий уточненный закон Кеплера Ньютон позднее установил, что третий закон Кеплера не совсем точен - в него входит и масса планеты: где -

Движение космических аппаратов Космический аппарат - техническое устройство, используемое для выполнения разнообразных задач в космическом пространстве, а также проведения исследовательских и иного рода работ на поверхности различных небесных тел. Средствами доставки космических аппаратов на орбиту служат ракеты-носители или самолёты.

По режиму работы различают следующие типы космических аппаратов искусственные спутники Земли — общее название всех аппаратов находящихся на геоцентрической орбите, то есть вращающихся вокруг Земли автоматические межпланетные станции (космические зонды) — аппараты, осуществляющие перелёт между Землёй и другими космическими телами космические корабли, автоматические или пилотируемые — используются для доставки грузов и человека на орбиту Земли орбитальные станции — аппараты предназначенные для долговременного пребывания и работы людей на орбите Земли спускаемые аппараты — используются для доставки людей и материалов с орбиты вокруг планеты или межпланетной траектории на поверхность планеты планетоходы — автоматические лабораторные комплексы или транспортные средства, для перемещения по поверхности планеты и другого небесного тела

По выполняемым функциям выделяют следующие классы: метеорологические навигационные спутники связи научно-исследовательские геофизические геодезические астрономические дистанционного зондирования Земли разведывательные и военные спутники Многие космические аппараты выполняют сразу несколько функций.

Особенности полёта В общем случае, в полёте космического аппарата выделяются участок выведения, участок орбитального полёта и участок посадки. На участке выведения космический аппарат должен приобрести необходимую космическую скорость в заданном направлении. Орбитальный участок характеризуется инерциальным движением аппарата в соответствии с законами небесной механики. Посадочный участок призван погасить скорость возвращающегося аппарата до допустимой посадочной скорости.

Бортовые системы Необходимость длительного функционирования в условиях космического пространства и выполнения целевых задач обусловили развитие следующих основных систем космических аппаратов: системы энергообеспечения, системы терморегуляции, системы радиационной защиты, системы космической связи, системы управления движением и т. п. Для пилотируемых космических аппаратов характерно также наличие развитой системы жизнеобеспечения .

Системы Система электроснабжения используются: солнечные батареи, топливные элементы, радиоизотопные батареи, ядерные реакторы, химические аккумуляторы. Система связи В основном используется связь с помощью радиоволн. При большом удалении КА от Земли требуются остронаправленные антенны. Система жизнеобеспечения Необходима только для пилотируемых КА. Включает запасы необходимых веществ, а также системы регенерации и утилизации. Система ориентации Включает устройства определения текущей ориентации КА (солнечный датчик, звёздные датчики и т. п.) и исполнительные органы (двигатели ориентации и силовые гироскопы). Двигательная установка Позволяет менять скорость и направление движения КА. Обычно используется химический ракетный двигатель, но это могут быть и электрические, ядерные и другие двигатели; может применяться также солнечный парус.

Проблемы космических скоростей! Первая космическая скорость — это минимальная скорость , при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите: v 1 7,9 км/с Вторая космическая скорость — это минимальная скорость, с которой должно двигаться тело, чтобы оно могло без затрат дополнительной работы преодолеть влияние поля тяготения Земли, т.е. удалиться на бесконечно большое расстояние от Земли: v 2 11,2 км/с

Третья космическая скорость — минимальная скорость, которую необходимо придать телу, чтобы оно могло преодолеть гравитационное притяжение Земли и Солнца и покинуть пределы Солнечной системы: v 3 16,6 км/с Четвёртая космическая скорость — минимально необходимая скорость тела, позволяющая преодолеть притяжение галактики в данной точке (значение сильно зависит от расстояния до центра Галактики, но и от распределения масс вещества по Галактике, о которых пока нет точных данных, ввиду того что видимая материя составляет лишь малую часть общей гравитирующей массы, а все остальное — скрытая масса): v 4 550 км/с - кукусик межгалактические путешествия )

Спасибо за внимание!