Астрофизические методы исследования Вселенной. Телескопы. Как стать ближе к звёздам

  (*)Здравствуйте! Вашему вниманию мы представим исследовательскую работу по астрономии «Астрофизические методы исследования Вселенной. Телескопы. Как стать ближе к звёздам».

За свою многовековую историю астрономия претерпела несколько революций, полностью  изменивших ее характер. Одним из результатов  можно считать возникновение и бурное развитие астрофизики.

(*)Астрофи́зика - это раздел астрономии, изучающий физические и химические явления, происходящие в небесных телах.

Развитию данной науки  способствовало применение телескопа с начала 17 века, открытие спектрального анализа  и изобретение фотографии в 19.  За последние десятилетия она  стала ведущим разделом астрономии.

(*)Одним из средств изучения  Вселенной  стал телескоп.

Трудно сказать, кто первый изобрел  телескоп. Известно, что еще древние  употребляли увеличительные стекла. Так ли это было в действительности – неизвестно.

(*)Однако более 400 лет назад  всем хорошо известный Галилео  Галилей изобрел первый в мире  телескоп. Это была труба, длинной  1245мм с увеличением в 30 раз.  Она была лучшей из труб  Галилея. Это изобретение изменило  представление человечества о  Вселенной.

Открытия Галилея положили начало телескопической астрономии.

(*)В конце 1609 и в начале 1610 годов Галилей исследовал при помощи телескопа различные небесные объекты, например млечный Путь, он заметил фазы Венеры, усмотрел на диске Солнца темные пятна, сделал изумительное открытие: планету Юпитер. Открытие Галилея сравнивали с открытием Америки.

(*)Предлогаем рассмотреть принцип действия галилеевского телескопа.

Линза А называется объективом, а линза В в которую смотрит наблюдатель – окуляром. Если линза толще посередине, чем на краях, она называется собирательной противном случае – рассеивающей.

По существу, галилеевский телескоп был предком театрального бинокля.

На данном слайде показан ход лучей в галилеевском телескопе. Так как небесные светила находятся «в бесконечности», то изображение проходит через фокус F и перпендикулярно оптической оси. Между фокусом и объективом Галилей поместил рассеивающую линзу, которая давала мнимое, прямое увеличение изображение MN.

Главным недостатком галилеевского телескопа было очень малое поле зрения. Из-за этого наводить телескоп на небесное светило и наблюдать  его Галилею было очень трудно.

Уже при  жизни Галилея им на смену  пришли телескопы несколько иного типа. Изобретателем нового инструмента  был уже  Иоган Кеплер.

(*)На это  слайде вы можете наблюдать сравнение телескопов Кеплера и Галилео.

В кеплеровском телескопе изображение CD получается действительное, увеличенное и перевернутое. Первые два признака дают большое преимущество, а последний признак не мешал исследованию Вселенной, т. к в космосе нет какого-то абсолютного верха или низа.

Второе  преимущество телескопа заключается  в том, что у телескопа гораздо больше обзорность, чем у зрачка человеческого глаза.

Схема и устройство оптических телескопов.

(*)Телескоп имеет три основных назначения:

• собирать излучения от небесных светил на приемное устройство (глаз, фотографическую пластинку, спектрограф и др.);
• выстроить в своей фокальной плоскости изображение объекта или определенного участка неба;
• помочь различать объекты, расположение на близком угловом расстоянии друг от друга и поэтому неразличимые невооруженным глазом.

Основной  частью телескопа является объектив, который собирает свет и строит изображение  объекта или участка неба.

(*)Если объектив состоит из системы линз, то такой телескоп называется Рефрактором, а если же объектив – зеркало, то такой телескоп называется рефлектором. Первый рефлектор был построен ньютоном в 1671 году.Объектив соединяется с приемным устройством - трубой (тубусом).

Современные рефлекторы имеют зеркала в формы параболы, что предотвращает искажения изображения. Рефлекторы используют для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований.

Основными характеристики телескопа являются диаметр D и фокусное расстояние F объектива. Чем больше диаметр, тем больший световой поток Ф собирает телескоп.

Формула для определения светового потока на слайде под номером 1.

Другой  существенной характеристикой является относительное отверстие. Формула номер 2

(*)Фотографических методов.

Данный метод  применяется в астрономии с  середины прошлого века.

На фотографиях  можно запечатлить самые слабые объекты, невидемые невооружённым глазом.

 Очень важным свойством фотографии является панорамность: одновременно получение сложного изображения, которое состоять из большого числа элементов.

Научной обработке подвергаются, как правило, только сами негативы, так как при  перепечатке искажается заключенная  в них информация.

Фотографическое изображение, полученное однажды, долго сохраняется, и его можно изучать в лабораторных условиях.

(*)На данном слайде вы можете увидеть фотографию Звёзд.

Звезды  на фотографиях выходят в виде кружков. Чем ярче звезда, тем больше диаметр кружочека. Различие в диаметрах  звезд является фотографическим эффектом и никак не связан с их истинными диаметрами звёзд.

Сравнивая между собой фотографии одной  и той же части неба, полученные в разные дни, месяцы и годы, можно  судить об изменениях, которые в этой области произошли.

(*)Для исследования подобных изменений используются специальные приборы – стереокомпаратор и блинк-микроскоп.

Стереокомпаратор  служит для обнаружения перемещений.

Оба негатива, снятые в разное время, располагаются так, что исследователь видит их изображения совмещенными. Если какая-либо звезда заметно сместилась, то это будет заметно на картинной плоскости.

 Блинк-микроскоп отличаются от стереокомпаратора тем, что специальной заслонкой можно закрывать либо одно, либо другое изображение.

Изменение положения или изменение звездной величины легко обнаруживаются.

Точные  измерения положения звезд определяетсяпо координатам на измерительных приборах.

Фотография  позволяет проводить фотометрические  исследования астрономических объектов, т.е. определять их яркость и звездную величину. Для этого необходимо знать зависимость почернения негатива от освещенности.

Чтобы измерить степень почернения, надо пропустить сквозь негатив световой пучок, интенсивность  которого регистрируется. Тогда почернения можно выразить через формулу, указанную на слайде.(*)

Главный недостаток фотографической метода излучения – это то, что почернение зависит от условий обработки. Из-за этого точность фотометрических измерений обычно не превышает 5-7 %.

(*)Спектральные наземные исследования.

Впервые спектры звезд и планет начал  наблюдать в прошлом веке итальянский  астроном Секки. После его работ спектральным анализом занялись многие астрономы.

Рассмотрим  основные типы спектральных приборов, применяемых в астрономии.

(*)Спектральные приборы с фотографической регистрацией спектра обычно называют спектрографами, а с фотоэлектрической – спектрометрами.

В настоящее  время наряду с призменными спектрографами и спектрометрами широко применяются  и дифракционные. (*)

В этих приборах вместо призмы разлагающим на спектр элементом является дифракционная отражательная решетка.

Отражательная решетка представляет собой алюминированое зеркало, на котором нанесены параллельные штрихи.

Штрихи  должны быть прямыми и параллельными  друг другу по всей поверхности решетки, и расстояние между ними должно сохраняться  постоянным с очень высокой точностью. Изготовление дифракционных решеток, поэтому является наиболее трудным из оптических производств.

(*)Другой важной характеристикой спектральных аппаратов является угловая дисперсия, формулу которой вы видете на слайде.

(*)Достижения современной оптической астрономии.

В посление десятилетия фотография почти вышла из употребления в астрономии, однако получили широкое распространение фотоэлектрические приемники излучения.

К таким  приборам относятся ПЗС-матрицы (приборы  с зарядовой связью).

Прибор представляет собой линейку электродов, нанесенной на поверхность тонкой пластины полупроводника. Обычно под металлическими электродами расположен изолирующий слой окисла SiO₂, а в качестве полупроводникового материала используется Si. В результате образуется как бы сэндвич: металл – окисел – полупроводник.

Использование приведенного материала  в учебном процессе.

На весь курс астрономии в программе средней  школы отводится мало времени. За это время ученики должны освоить астрономию, астрофизику, космологию и космогонию.

Знания  и открытия астрономии широко применяются в истории, географии, физике, геометрии, химии и многих других науках.

Заключение

Изучать, делать открытия в астрономии нелёгкий труд, ведь у астрономов нет  возможности что-то потрогать, подробно исследовать, астроном лишь сидит на дне протяженного воздушного океана и улавливает слабые световые потоки, приходящие к нему от того или другого небесного объекта. И, тем не менее, благодаря астрономии мы знаем много чкдес Вселенной.

И хотя в  своем продвижении к свету, к  пониманию законов мироздания  люди долго блуждали во мраке неизвестности, ошибались, горизонт их познания постепенно и неуклонно расширялся. А здание науки о небесных светилах – астрономия – становилось все прекрасней …