Взаимосвязь астрономии и физики

Кадр 1

ВЗАИМОСВЯЗЬ АСТРОНОМИИ И ФИЗИКИ

Кадр 2

К сведению учителя Диафильм поможет учащимся глубже понять, чем обогащают друг друга две фундаментальные науки о природе. Его рекомендуется показывать и обсуждать на обзорных уроках и внеклассных занятиях, посвященных формированию картины мира. В экспериментальном порядке в каждый фрагмент включены кадры, содержащие материал повышенной трудности. Этот дополнительный материал будет способствовать развитию интереса к физике и астрономии.

Кадр 3

I. Чем физика обогащает астрономию Информацию о небесных телах астрономы получают в результате анализа их излучения, проходящего сквозь «окна прозрачности» земной атмосферы. В каких диапазонах волн они находятся?

Кадр 4

Телескоп-рефрактор Падающий луч Отраженный луч Главное зеркало Окуляр Телескоп-рефлектор Вспомогательное зеркало Окуляр Электромагное излучение улавливают с помощью оптических телескопов, действие которых основано на преломлении света линзами и отражении его от вогнутого зеркала. Убедитесь в этом, рассмотрев ход лучей в телескопах разных систем.

Кадр 5

Волническое действие света испульзуется при фотографировании небесных объектов. Какие преимущества имеют фотографические наблюдения перед визуальными?

Кадр 6

Разложение света положено в основу спектральных наблюдений. Почему спектральный анализ считается важнейшим методом астрофизических исследований?

Кадр 7

Эффект Доплера (в чем он заключается?) помогает проводить также исследования цефеид и спектральнодвойных звезд.

Кадр 8

Открытое В. Гершелем (1800 г.) инфракрасное излучение играет огромную роль в астрономии. Значительная часть излучения Солнца приходится на ИК-область. В этом диапазоне астрономы исследуют планеты, звезды, протозвезды, туманности и галактики.

Кадр 9

Радиоизлучение небесных объектов улавливают радиотелескопы. Какие вы знаете наиболее важные радиоастрономические открытия?

Кадр 10

Наземные и спутниковые радиолокационные наблюдения (в чем их сущность?) позволили не только уточнить расстояния до тел Солнечной системы, но и «увидеть» скрытую от нас поверхность Венеры.

Кадр 11

Приемники ультрафиолетового и рентгеновского излучения приходится устанавливать на космических аппаратах (почему?). Например, комплекс такой аппаратуры есть на советской орбитальной станции «Астрон», запущенной в марте 1983 года.

Кадр 12

А телескопы, способные зарегистpировать нейтрино от Солнца (по реакциям с хлором или галием), находятся в глубоких шахтах. Почему?

Кадр 13

Итак, физика обогащает астрономию методами наблюдений. Законы физики лежат в основе теоретических представлений о происходящих во Вселенной процессах.

Кадр 14

Силы тяготения играют исключительно важную роль не только в движении небесных тел, но и в их эволюции. Как связано с этими силами формироваие звезд и планет?

Кадр 15

Какова роль сил тяготения на последних этапах эволюции звезд различных масс?

Кадр 16

В реальных физических процессах одновременно действуют силы различной природы. Вспомните, например: чем обеспечивается равновесие звезд? Или: почему хвосты комет направлены в сторону от Солнца?

Кадр 17

Рассмотрите процессы, в результате которых энергия вырабатывается в недрах Солнца и передается к фотосфере.

Кадр 18

На многие космические явления и процессы сильное влияние оказывают магнитные поля.

Кадр 19

НАША ВСЕЛЕННАЯ? Физика элементарных частиц и ядерная физика позволили воссоздать картину раннего этапа эволюции Метагалактики. А современная космология, в основу которой положены законы физики, дает возможность рассмотреть вероятные пути эволюции Метагалактики в далеком будущем. Каковы они?

Кадр 20

На примере серии Бальмера вы знаете, как возникают кванты видимого излучения в спектрах водорода. Посмотрите, какие переходы порождают ультрафиолетовое (серия Лаймана) и инфракрасное (серия Пашена) излучение.

Кадр 21

Ионизированный и нейтральный водород способен излучать радиоволны. Если атом нейтрального водорода, в котором спины протона и электрона параллельны, переходит в состояние с антипараллельными спинами, возникает радиоизлучение с длиной волны 21 см. Какое это имеет значение для исследования Галактики?

Кадр 22

Еще один важный пример возникновения нетеплового космического радиоизлучения: релятивистские электроны движутся вокруг силовых линий магнитных полей и создают синхротронное излучение. Где оно встречается во Вселенной?

Кадр 23

Возникновение рентгеновского излучения в горячей разреженной плазме. Рентгеновское излучение также возникает в результате различных тепловых и нетепловых процессов.

Кадр 24

Для описания полей тяготения, создаваемых огромными массами вещества, используется общая теория относительности Эйнштейна. Эффекты этой теории приходится прежде всего учитывать в современной космологии и при изучении таких объектов, как нейтронные звезды и «черные дыры».

Кадр 25

Для физики Вселенная представляет собой «космическую лабораторию», в которой делаются открытия и исследуются процессы и явления, проверяются фундаментальные открытия. Еще в XVII веке датский астроном Ремер определил скорость света. Как он это сделал?

Кадр 26

Этот кадр напоминает вам, что закон всемирного тяготения Ньютон открыл, исходя из анализа законов Кеплера и отождествления силы тяжести на Земле с силой, удерживающей Луну на орбите.

Кадр 27

В конце 70-х годов XIX века астрономы, исследуя спектр Солнца во время затмения, открыли гелий («солнечный газ»), который лишь через 25 лет был обнаружен на Земле и еще долго относился к числу очень редких элементов.

Кадр 28

Идея о термоядерных реакциях как неисчерпаемом источнике энергии появилась в XX веке в связи с поисками источников энергии звезд. Рассмотрите основные реакции протон-протонного цикла.

Кадр 29

Космология и астрофизика позволяют ответить на вопрос о происхождении химических элементов.

Кадр 30

Плазма—это основное состояние, в котором вещество находится во Вселенной. Где же она там встречается?

Кадр 31

ПЛОТНОСТЬ Плазма во Вселенной наблюдается в недостижимых на Земле условиях, для которых характерны экстремальные значения температуры, плотности и других физических параметров.

Кадр 32

Магнитные поля, с трудом уловимые в межзвездных и межгалактических пространствах, колоссальны на поверхности нейтронных звезд.

Кадр 33

Огромное значение для физики имело открытие нейтронных звезд, которые позволяют проверять теории, относящиеся к различным областям физики — от сверхтекучести до общей теории относительности. Какие вы знаете свойства нейтронных звезд?

Кадр 34

В 20-х годах XX века было доказано внеземное происхождение космических лучей, а в 30–40-х годах в космических лучах были открыты позитроны, несколько сортов мезонов и других новых элементарных частиц. До сих пор эти «лучи» остаются единственным источником частиц сверхвысоких энергий (10²⁰ – 10²² эВ). Сравните с энергией, приобретаемой частицами в современных ускорителях.

Кадр 35

Астрономические наблюдения подтверждают специальную теорию относительности (СТО), согласно которой не может быть больше скорости света. Каковы наибольшие скорости во Вселенной?

Кадр 36

Гравитационное поле Солнца искривляет лучи света звезд. Это явление, неоднократно наблюдавшееся во время полных солнечных затмений, относится к числу классических подтверждений общей теории относительности (ОТО).

Кадр 37

Теория тяготения Эйнштейна подтверждает и наблюдаемое астрономами смещение перигелия орбиты Меркурия, равное 42" в столетие!

Кадр 38

С нетерпением ожидают физики открытия «черных дыр» и двойных звездных системах, а также в шаровых звездных скоплениях и ядрах галактик. Обнаружение этих объектов доказало бы справедливость ОТО и продемонстрировало бы необычайную сложность структуры пространства и времени.

Кадр 39

Облака частиц, выброшенные квазарами, движутся со скоростями, близкими к скорости света (V≈c, но V<c!). Если движение происходит под малым углом к лучу зрения (d!), то видимая скорость (V₁) может казаться сколь угодно большой. Это следует из рассмотрения треугольника ABC, в котором A и B — последовательные положения облака, а V₁=cctg!, т. е. приd→0, V₁→∞.

Кадр 40

Принцип радиолокационных наблюдений планет и поверхности Земли. Многократная радиолокация Венеры и Марса. Недавно в СССР разработана теория движения планет, предсказывающая с большой точностью их положение на много лет вперед. В основе теории — данные радиолокационных измерений расстояний и учет эффектов ОТО. Поэтому новая теория считается глобальным подтверждением ОТО.

Кадр 41

Астрономы помогают физикам, открывая и другие явления, предсказанные теорией Эйнштейна. Например, предполагается, что галактики, оказавшиеся на пути лучей света от далеких квазаров, могут играть роль «гравитационных линз». Возможно, поэтому иногда наблюдаются «двойные» и «тройные» квазары.

Кадр 42

Идет поиск «гравитационных волн». Их всплески должны сопровождать движение компонентов двойных звезд (1), вращение нейтронных звезд (2), столкновения звезд в центре Галактики (3)... Но это излучение обладает малой интенсивностью и почти не взаимодействует с веществом. Поэтому оно пока не обнаружено.

Кадр 43

КОНЕЦ Диафильм по астрономии для X класса создан по программе, утвержденной Министерством просвещения СССР Автор кандидат педагогических наук Е. ЛЕВИТАН Художник С. ВОЛКОВ Художественный редактор В. ПЛЕВИН Редактор В. ЧЕРНИНА © Студия „Диафильм“ Госкино СССР, 1984 103062, Москва, Старосадский пер., 7 Д-138-85 Цветной 0-30

Кадр 44

М.В. ЛОМОНОСОВ И ЕГО ТРУДЫ В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ

Кадр 45

ПЛАЗМА, ЕЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ