1. Применение спектрального анализа. Важнейшим источником информации о большинстве небесных объектов является их изучение. Наиболее ценные и разнообразные сведения о телах позволяет получить спектральный анализ их изучения. Он позволяет установить из анализа излучения качественный и количественный химический состав светила, его температуру, наличие магнитного поля, скорость движения по лучу зрения и многое другое.
Спектральный анализ основан на разложении белого света на составные части. Если узкий пучок света пустить на боковую грань трёхгранной призмы, то, преломляясь в стекле по-разному, составляющие белый свет лучи дадут на экране радужную полоску, называемую спектром. В спектре все цвета расположены всегда в определённом порядке. Под спектральными наблюдениями понимают обычно наблюдения в интервале от инфракрасных до ультрафиолетовых лучей. Для изучения спектров применяют приборы, называемые спектроскопом и спектрографом. В спектроскоп спектр рассматривают, а спектрографом его фотографируют, фотография спектра называется спектрограммой.
Существуют следующие виды спектров.
Сплошной или непрерывный спектр в виде радужной полоски дают твёрдые и жидкие раскалённые тела (уголь, нить электролампы) и достаточно плотные массы газа.
Линейчатый спектр излучения дают разреженные газы и пары при сильном нагревании или под действием электрического разряда. Каждый газ излучает свет строго определённых длин волн и даёт характерный для данного химического элемента линейчатый спектр. Сильные изменения состояния газа или условий его свечения, например нагревание или ионизация, вызывают определённые изменения в спектре данного газа.
|
|
Линейчатый спектр поглощения дают газы и пары, когда за ними находится яркий источник, дающий непрерывный спектр. Спектр поглощения представляет собой непрерывный спектр, перерезанный тёмными линиями, которые находятся в тех самых местах, где должны быть расположены яркие линии, присущие данному газу.
Изучение спектров позволяет проводить анализ химического состава газов, излучающих или поглощающих свет. Количество атомов или молекул, излучающих или поглощающих энергию, определяются по интенсивности линий. Чем больше атомов, тем ярче линия в спектре излучения или тем она темнее в спектре поглощения. Когда тело раскалено до красна, в его сплошном спектре ярче всего красная часть. При дальнейшем нагревании наибольшая яркость в спектре переходит в жёлтую, потом в зелёную часть и так далее. Теория излучения света, проверенная на опыте, показывает, что распределение яркости вдоль сплошного спектра зависит от температуры тела. Зная эту зависимость, можно установить температуру Солнца и звёзд.
Надо помнить, что спектральный анализ позволяет определять химический состав только самосветящихся или поглощающих излучение газов. Химический состав твёрдого тела при помощи спектрального анализа определить нельзя.
2. Оптические и радионаблюдения. Для изучения небесных объектов применяют и другие методы, например фотографирование светил при помощи астрографов (телескоп, предназначенный специально для фотографирования участков неба). С помощью астрономических фотографий можно измерить медленные перемещения сравнительно близких звёзд на фоне более далёких, увидеть изображение очень слабых объектов на негативе, измерить величину потоков излучения, приходящего от звёзд, планет и других космических объектов.
|
|
Наши представления о небесных телах и их системах чрезвычайно обогатились после того, как стало возможным изучать их радиоизлучение. Для этого созданы радиотелескопы различных систем. Антенны некоторых радиотелескопов похожи на обычные рефлекторы, они собирают радиоволны в фокусе металлического вогнутого зеркала. Это зеркало можно сделать решётчатым и огромных размеров – диаметром в десятки и сотни метров. Такой способ позволяет узнать структуру радиоисточника и измерить его угловой размер, даже если он во много раз меньше угловой секунды.
3. Обсерватории. Астрономические исследования проводятся в научных институтах, университетах и обсерваториях. Но не каждая обсерватория ведёт все виды астрономических работ, но на многих есть специальное оборудование, предназначенное для решения определённого класса астрономических задач, например для определения точного положения звёзд на небе, а также быстродействующие счётные машины.
4. Исследования с помощью космической техники занимают особое место в методах изучения небесных тел и космической среды. К настоящему времени космонавтика сделала возможным: 1) создание внеатмосферных искусственных спутников Земли; 2) создание искусственных спутников Луны и планет; 3) доставку приборов, управляемых с Земли, на Луну и планеты; 4) создание автоматов, доставляющих с Луны пробы грунта; 5) полёты в космос лабораторий с людьми и высадку космонавтов на Луну. Внеатмосферные наблюдения позволяют принимать излучения, которые сильно поглощаются земной атмосферой: далёкие ультрафиолетовые, рентгеновские и инфракрасные лучи, радиоизлучения некоторых длин волн, а также корпускулярные излучения Солнца и других тел. Внеатмосферные наблюдения Луны и планет, звёзд и туманностей, межпланетной и межзвёздной среды очень обогатили наши знания о природе и физических свойствах этих объектов.
|
|
Отличительные особенности планет земной группы от планет-гигантов.
Сравнительная таблица основных показателей планет земной группы и планет-гигантов:
| Показатель. | Группа планет. | |
| Планеты земной группы. | Планеты-гиганты. | |
| Масса. | От 3,3 1023 кг (Меркурий) до 5,976 1024 кг (Земля). | От 8,7 1025 кг (Уран) до 1,9 1027 кг (Юпитер). |
| Размер (экваториальный диаметр). | От 4880 км (Меркурий) до 12756 км (Земля). | От 49500 км (Нептун) до 143 000 км (Юпитер). |
| Плотность. | Плотность планет земной группы близка к земной: 12,5 103 кг/м3 (в 5,5 раз больше плотности воды). | У планет-гигантов очень маленькая плотность (плотность Сатурна меньше плотности воды). |
| Химический состав. | На примере Земли: Fe (34,6%), O2 (29,5%), Si (15,2%), Mg (12,7%). | В основном они состоят из газов: H2 (,большая часть), CH4, NH3. |
| Наличие атмосферы. | У планет земной группы есть атмосфера (более разряженная, чем у планет-гигантов). | У всех планет-гигантов обширная атмосфера. |
| Наличие твёрдой поверхности. | Все планеты земной группы обладают твёрдой поверхностью. | Не имеют твёрдой поверхности. |
| Количество спутников. | У планет земной группы мало спутников или их вообще нет: Земля – 1, Марс – 2, Меркурий – нет, Венера – нет. | У планет-гигантов большое кол-во спутников: Юпитер – 14, Сатурн – 15, Уран – 5, Нептун – 2. |
| Наличие колец. | Кольца отсутствуют. | У планет-гигантов есть кольца. |
| Скорость обращения вокруг собственной оси. | Вращение вокруг своей оси медленное (по сравнению с планетами-гигантами). | Вращение вокруг своей оси быстрое (по сравнению с планетами земной группы). |
Меркурий, Венера, Земля и Марс отличаются от планет-гигантов меньшими размерами, меньшей массой, большей плотностью, более медленным вращением, гораздо более разрежёнными атмосферами (на Меркурии атмосфера практически отсутствует, поэтому его дневное полушарие сильно накаляется; все планеты-гиганты окружены мощными протяжёнными атмосферами), малым числом спутников или отсутствием их.
Поскольку планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, их температура (по крайней мере, над их облаками) очень низка: на Юпитере – 145 С, на Сатурне – 180 С, на Уране и Нептуне ещё ниже. А температура у планет земной группы значительно выше (на Венере до плюс 500 С). Малая средняя плотность планет-гигантов может объяснятся тем, что она получается делением массы на видимый объём, а объём мы оцениваем по непрозрачному слою обширной атмосферы. Малая плотность и обилие водорода отличают планеты-гиганты от остальных планет.