Астрономия 11

Астрономия 11
Тема урока: Гелиоцентрическая система Коперника
Цели урока:
а) Обучающая: изучение движения небесных тел
б) Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности
в) Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. д.);
развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать); развитие
умения владеть собой
Задачи урока:
Изучить видимое движение планет, систему мира Птолемея, Коперника, конфигурацию и условие
видимости планет.
Обеспечение урока:
«Астрономия 11» (авторы Галузо И.В., Голубев В.А., Шимбалев А.А.)
Ход урока:
1. Организационный момент – 1 мин
2. Проверка домашнего задания – 10 мин
3. Объяснение нового материала – 32 мин
4. Домашнее задание – 2 мин
Домашнее задание: §6
Конспект урока:
Видимое движение планет
В древности были известны 5 похожих на звезды, но более ярких светил, которые хотя и участвуют в суточном
вращении небосвода, но совершают и самостоятельные видимые движения. Древние греки назвали такие светила
планетами (по-гречески «планета» означает «блуждающая»). Невооруженным глазом можно увидеть 5 блуждающих
светил (планет) — Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн.
Планеты всегда располагаются на небе недалеко от эклиптики, но в отличие от Солнца и Луны через определенные
временные интервалы меняют направление своего движения. Они перемещаются между звездами в основном с запада на
восток (как Солнце и Луна) — прямое движение. Однако каждая планета в определенное время замедляет свое движение,
останавливается и начинает двигаться с вое тока на запад — попятное движение. Затем светило опять останавливается и
возобновляет прямое движение. Поэтому видимый путь каждой планеты на небосводе — сложная линия с зигзагами и петлями.
Эта траектория к тому же меняется от цикла к циклу, в течение которого планета возвращается примерно на одно и то же место
среди звезд (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Видимое петлеобразное движение Марса
Петлеобразное движение планет длительное время оставалось для астрономов непонятным, загадочным и
Данный материал взят с сайта: http://Gosvoroni.narod.ru
1
нашло свое правильное и простое объяснение в учении Коперника.
Геоцентрические системы мира. Система мира Птолемея
Правильное понимание наблюдаемых небесных явлений у людей складывалось веками. Первые модели
мироздания предлагались древними греками (Фалес, Пифагор, Филолай, Евдокс). Первоначальные представления
греков о хрустальных сферах были весьма упрощенным объяснением небесных явлений.
Около 370 г. до н. э. Евдокс попытался придумать такую модель, которая описывала бы действительное
движение планет. Он рассматривал сферы (рис. 6.2) как геометрические конструкции, а не как реальные
небесные тела. Он считал, что существует 27 концентрических сфер, плавно вращающихся одна в другой.
Солнце, Луна и планеты имели по несколько сфер, вращающихся с постоянной скоростью вокруг различных
осей. Однако с течением времени Евдокс убедился в несовершенстве своей системы, что подтверждали более
точные наблюдения планет. Очевидный выход из положения — увеличение числа сфер — был использован его
последователями.
Рис. 6.2. Сферы Евдокса
Во II в. н. э. Клавдии Птолемей разработал геоцентрическую систему мира, позволявшую вычислять
положения планет относительно звезд на много лет вперед и предсказывать наступление солнечных и лунных
затмений. Используя наблюдения своих предшественников, а также свои собственные, Птолемей построил теорию
движения Солнца, Луны, планет и предположил, что все светила движутся вокруг Земли, которая является
центром мироздания и имеет шарообразную форму.
Для объяснения сложного петлеобразного движения планет Птолемей ввел комбинацию двух равномерных
круговых движений: движение самой планеты по малой окружности (эпицикл) и обращение центра этой
окружности вокруг Земли (деферент). При комбинации двух круговых движений получалась эпициклоида, по
которой двигалась планета (Р) (рис. 6.3).
По мере накопления наблюдений о движениях планет теория Птолемея все больше усложнялась (вводились
дополнительные круги с различными радиусами, наклонами, скоростями и т. п.), что вскоре сделало ее слишком
громоздкой и неправдоподобной.
Рис. 6.3. Траектория планеты согласно теории Птолемея
Система мира Коперника
Данный материал взят с сайта: http://Gosvoroni.narod.ru
2
В XVI в. польский ученый Николай Коперник, отбросив догматическое представление о неподвижности Земли,
поставил ее в число рядовых планет. Коперник указал, что Земля, занимая третье место от Солнца, так же, как и
другие планеты, движется в пространстве вокруг Солнца и одновременно вращается вокруг своей оси.
Гелиоцентрическая система Коперника очень просто объясняла петлеобразное движение планет. На рис. 6.4 показано
движение Марса на небесной сфере, наблюдаемое с Земли. Одинаковыми цифрами отмечены положения Марса,
Земли и точек траектории Марса на небосводе в одни и те же моменты времени.
Рис. 6.4. Объяснение петлеобразного движения планет исходя из учения Коперника
Геоцентрические системы Евдокса и Птолемея не позволяли измерить расстояние до планет.
Гелиоцентрическая система Коперника впервые дала возможность рассчитать пропорции Солнечной системы,
пользуясь радиусом земной орбиты как астрономической единицей длины.
Главное научное сочинение Коперника «Об обращениях небесных сфер», на написание которого он затратил
более 20 лег упорного труда, было опубликовано в мае 1543 г., незадолго до смерти ученого. Революционность труда
Коперника состоит в том, что в нем с новым взглядом на строение Солнечной системы неразрывно связан
вопрос о положении Земли, а с ней и человека во Вселенной. Со временем учение Коперника заставило
освободить науку от устаревших и схоластических традиций, тормозивших ее развитие. Однако сам великий
астроном оставался в плену некоторых предубеждений. Например, Коперник так и не смог отказаться от
представления, что планеты движутся равномерно по круговым орбитам. Поэтому его модель Вселенной также
содержала множество сфер — эпициклов и деферентов.
Великий итальянский ученый Галилео Галилей подтвердил учение Коперника своими открытиями,
сделанными при помощи телескопа. Он обнаружил, что на Луне находятся горы и кратеры, Венера имеет фазы, у
Юпитера есть четыре спутника и что Млечный Путь не просто сияние на небе, а распадается на отдельные слабые
звезды, недоступные невооруженному глазу.
Иоганн Кеплер развил учение Коперника, открыв законы движения планет, и доказал на основе фактов, что
планеты движутся по эллипсам и неравномерно. Исаак Ньютон опубликовал в 1687 г. открытый им закон
всемирного тяготения, который позволил выразить теорию движения планет в виде формул и отказаться
навсегда от громоздких геометрических построений.
Конфигурации и условия видимости планет
Под конфигурациями планет понимают характерные взаимные расположения планет, Земли и Солнца.
Конфигурации различны для нижних планет (орбиты которых находятся ближе к Солнцу, чем орбита Земли) и
верхних планет (орбиты которых расположены за орбитой Земли).
Для нижних планет выделяют соединения и элонгации (рис. 6.5).
Данный материал взят с сайта: http://Gosvoroni.narod.ru
3
Рис. 6.5. Схема конфигураций планет: 1— нижнее соединение; 2 — наибольшая западная элонгация;
3 — верхнее соединение; 4 — наибольшая восточная элонгация
В нижнем соединении планета ближе всего к Земле, а в верхнем соединении — дальше всего от нее. При
элонгациях угол между направлениями с Земли на Солнце и па нижнюю планету, не превышая какой-то
определенной величины, остается острым. Из-за эллиптичности планетных орбит наибольшие элонгации не
имеют постоянного значения. У Венеры они заключены в пределах от 45 до 48°, а у Меркурия — от 18 до 28°.
Обе планеты не отходят далеко от Солнца и поэтому ночью не видны. Продолжительность их утренней или
вечерней видимости не превышает четырех часов для Венеры и полутора часов для Меркурия. Меркурий иногда
совсем не виден, так как восходит и заходит в светлое время суток. Для верхних планет (рис. 6.6) характерны
другие конфигурации.
Если Земля оказывается между планетой и Солнцем, то такая конфигурация называется противостоянием. Эта
конфигурация наиболее благоприятна для наблюдений планеты, так как в это время планета находится ближе
всего к Земле, повернута к ней своим освещенным полушарием и, находясь на небе в противоположном Солнцу
месте, бывает в верхней кульминации около полуночи.
Если угол между направлениями с Земли на верхнюю планету и на Солнце составляет 90°, то говорят, что
планета находится в квадратуре. Различают западную и восточную квадратуры. В конфигурации западной
квадратуры планета восходит около полуночи, а в восточной — заходит около полуночи. Моменты конфигураций
планет и условия их видимости ежегодно публикуются в астрономических справочниках и календарях.
Синодические и сидерические периоды обращения планет
Промежуток времени, в течение которого планета совершает полный оборот вокруг Солнца по орбите
относительно звезд, называется звездным или сидерическим периодом обращения планет.
Одноименные конфигурации планет наступают в разных точках их орбит. Промежуток времени между двумя
последовательными одинаковыми конфигурациями планет называется синодическим периодом обращения
планеты. Он отличается от звездного периода.
Скорость движения планет тем больше, чем они ближе к Солнцу. Поэтому синодический период верхней
планеты это промежуток времени, по истечении которого Земля обгоняет планету на 360° при их совместном
движении вокруг Солнца. Для нижних планет, обращающихся быстрее, Земля будет отставать на 360°.
Теория Коперника позволяет установить взаимосвязь синодического и сидерического периодов обращения
планет.
Данный материал взят с сайта: http://Gosvoroni.narod.ru
4
Пусть Т — сидерический (звездный) период обращения планеты, а T0- сидерический период обращеия Земли
(звездный год); S — синодический период обращения планеты. Среднее значение дуги, которую проходит планета за
одни сутки, называется средним движением (п) и будет равно п=3600/T, а среднее движение Земли – п0=3600/T0. У
нижних планет T<T0 и n>n0
Одноименные соединения таких планет (например, нижние соединения - рис. 6.7) наступают через
синодический период обращения 5, за который Земля проходит дугу
(6.1)
а планета, забегая вперед, совершает один оборот вокруг Солнца и догоняет Землю, проходя угловой путь L =
360° + L0, равный
(6.2)
Вычитая равенство (6.1) из (6.2), получим уравнение синодического движения для нижних планет:
(6.3)
Для верхних планет уравнение синодического движения примет вид:
(6.4)
гак как Т > Т0 и п < па.
Уравнения (6.3) и (6.4) дают средние значения синодических периодов обращения планет. С помощью этих
уравнений по наблюдаемому синодическому периоду обращения планеты легко модемным. сидерический период ее
обращения вокруг Солнца.
Вопросы и упражнения
1. Чем отличаются прямое и попятное движения планет?
2. Наблюдается ли у Луны попятное движение?
3. Почему системы мира древних греков и Птолемея оказались несостоятельными, хотя частично и давали объяснение небесным явлениям?
4. В чем заключается революционность научных взглядов Коперника?
5. Как, исходя из гелиоцентрической системы мира, объясняется петлеобразное движение планет?
6. Каким образом Галилей подтвердил учение Коперника?
7. Что понимают под конфигурациями планет. Какие конфигурации различают? Опишите их.
8. Дайте определения синодическому и сидерическому периодам обращения планеты. В чем состоит их отличие?
9. Звездный период обращения Юпитера равен 12 годам. Через какой промежуток времени повторяются его противостояния?
10. Какова должна быть продолжительность звездного и синодического периодов обращения планеты в случае их равенства?
Данный материал взят с сайта: http://Gosvoroni.narod.ru
5