УРОК 7. Гелиоцентрическая система Коперника.
Узловые вопросы: 1) сущность гелиоцентрической системы мира и исторические предпосылки ее создания; 2) причины и характер видимого движения планет.
Фронтальная беседа.
1. Истинными солнечными сутками называют промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра солнечного диска.
2. Звездными сутками называют промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия, равный периоду вращения Земли.
3. Средние солнечные сутки - это промежуток времени между двумя одноименными кульминациями среднего экваториального Солнца.
4. Для наблюдателей, находящихся на одном и том же меридиане, кульминация Солнца (как и любого другого светила) происходит одновременно.
5. Солнечные сутки отличаются от звездных на 3м56с.
6. Разность значений местного времени в двух пунктах земной поверхности в один и тот же физический момент равна разности значений их географических долгот.
7. При пересечении границы двух соседних поясов с запада на восток часы надо перевести на один час в перед, а с востока на запад - на один час назад.
Рассмотреть пример решения задачи.
Корабль, покинувший Сан-Франциско утром в среду 12 октября и взявший курс на запад, прибыл во Владивосток ровно через 16 суток. Какого числа месяца и в какой день недели он прибыл? Что необходимо учесть при решении этой задачи? Кто и при каких обстоятельствах впервые в истории столкнулся с подобным?
При решении задачи нужно учесть, что на пути из Сан-Франциско во Владивосток корабль пересечет условную линию, называемую линий перемены дат. Проходит она по земному меридиану с географической долготой 180о, либо близко к нему.
При пересечении линии перемены даты в направлении с востока к западу (как в нашем случае) одна календарная дата выбрасывается из счета.
Поэтому корабль прибыл во Владивосток 12 + 16 + 1 = 29 октября, которая являлась субботой.
Впервые с этим столкнулся Магеллан и его спутники во время кругосветного путешествия.
Основной материал.
Птолемей Клавдий (ок. 90 - ок. 160), древнегреческий ученый, последний крупный астроном античности. Дополнил звездный каталог Гиппарха. Соорудил специальные астрономические инструменты: астролябию, армиллярную сферу, трикветр. Описал положение 1022 звезд. Разработал математическую теорию движения планет вокруг неподвижной Земли (используя представление видимого движения небесных тел при помощи комбинаций круговых движений - эпициклов), позволявшую вычислить их положение на небе. Вместе с теорией движения Солнца и Луны она составила т. н. птолемееву систему мира. Достигнув высокой по тем временам точности, теория, тем не менее, не объясняла изменение блеска Марса и другие парадоксы античной астрономии. Система Птолемея изложена в его главном труде «Альмагест» («Великое математическое построение астрономии в ХIII книгах») - энциклопедии астрономических знаний древних. В «Альмагесте» приведены также сведения по прямолинейной и сферической тригонометрии, впервые дано решение ряда математических задач. В области оптики исследовал преломление и рефракцию света. В труде «География» дал свод географических сведений античного мира.
В течение полутора тысяч лет теория Птолемея являлась основным астрономическим учением. Весьма точная для своей эпохи, она со временем стала сдерживающим фактором в развитии науки и была заменена на гелиоцентрическую теорию Коперника.
Правильное понимание наблюдаемых небесных явлений и места Земли в Солнечной системе складывалось веками. Окончательно сломил представление о неподвижности Земли Николай Коперник. Коперник (Kopernik, Copernicus) Николай (1473 - 1543), великий польский астроном.
Создатель гелиоцентрической системы мира. Совершил переворот в естествознании, отказавшись от принятого в течение многих веков учения о центральном положении Земли. Объяснил видимые движения небесных светил вращением Земли вокруг оси и обращением планет (в т. ч. Земли) вокруг Солнца. Свое учение изложил в сочинении «О вращениях небесных сфер» (1543), запрещенном католической церковью с 1616 по 1828 годы.
Коперник показал, что именно вращением Земли вокруг Солнца можно объяснить видимые петлеобразные движения планет. Центром планетной системы является Солнце.
Ось вращения Земли отклонена от оси орбиты на угол, равный примерно 23,5°. Если бы не было этого наклона, смены времен года не существовало бы. Регулярная смена времен года - следствие движения Земли вокруг Солнца и наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты.
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). Моменты смены направления называются стояниями. Если нанести этот путь на карту, получится петля. 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.
Планеты делятся на две группы: нижние (внутренние) - Меркурий и Венера - и верхние (внешние) - остальные шесть планет. Характер движения планеты зависит от того, к какой группе она принадлежит.
Наибольшее угловое удаление планеты от Солнца называется элонгацией. Наибольшая элонгация у Меркурия - 28°, у 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. Внешние же планеты могут находиться на любом угловом расстоянии от Солнца.
Угол фазы Меркурия и Венеры изменяется в пределах от 0° до 180°, поэтому Меркурий и Венера сменяют фазы так же, как и Луна. Около нижнего соединения обе планеты имеют наибольшие угловые размеры, но выглядят, как узкие серпы. При угле фазы = 90о, освещается половина диска планет, фаза Ц = 0,5. В верхнем соединении нижние планеты освещены полностью, но плохо видны с Земли, так как находятся за Солнцем.
Конфигурации планет. Решение задач.
Узловые вопросы: 1) конфигурации и условия видимости планет; 2) сидерический и синодический периоды обращения планет; 3) формула связи между синодическим и сидерическим периодами.
Ученик должен уметь: 1) решать задачи с применением формулы, связывающей синодический и сидерический периоды обращения планет.
Допустим, в начальный момент времени минутная стрелка и часовая совпадают. Промежуток времени, через который стрелки встретятся вновь, не будет совпадать ни с периодом оборота минутной стрелки (1 ч), ни с периодом оборота часовой стрелки (12 ч). Этот промежуток времени называется синодическим периодом - время, через которое повторяются определенные положения стрелок.
Угловая скорость минутной стрелки, а часовой -. За синодический период S часовая стрелка часов пройдет путь
а минутная
Вычитая пути, получим, или
.
Записать формулы, связывающие синодический и сидерический период и рассчитать повторение конфигураций для ближайшей к Земле верхней (нижней) планеты. Необходимые табличные значения найти в приложениях.
2. Рассмотреть пример:
- Определить сидерический период планеты, если он равен синодическому. Какая реальная планета Солнечной системы ближе всего подходит к этим условиям?
По условию задачи T = S, где T - сидерический период, время обращения планеты вокруг Солнца, а S - синодический период, время повторения одинаковых конфигурация с данной планетой.
Тогда в формуле
, сделаем замену S на T: планета находится бесконечно далеко. С другой стороны, сделав аналогичную замену
дня.
Наиболее подходящей планетой является Венера, период которой 224,7 суток.
Решение задач
Каков синодический период Марса, если его звездный период равен 1,88 земного года?
Марс является внешней планетой и для него справедлива формула
.