реферат почему солнечная система не распадается. Реферат по дисциплине астрономия по теме Почему солнечная система не распадается Выполнил(а) Мишуринская Екатерина Антоновна студент группы бн3 специальность

Название	Реферат по дисциплине астрономия по теме Почему солнечная система не распадается Выполнил(а) Мишуринская Екатерина Антоновна студент группы бн3 специальность
Дата	18.04.2022
Размер	197.66 Kb.
Формат файла
Имя файла	реферат почему солнечная система не распадается.docx
Тип	Реферат #482625

МИНИСТЕРСТВО ОБРОЗОВАНИЯ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное бюджетное профессиональное образовательное

Учреждение

Иркутской области

«Ангарский промышленно-экономический техникум»

(ГБПОУ ИО «АПЭТ»)

РЕФЕРАТ

По дисциплине АСТРОНОМИЯ

По теме «Почему солнечная система не распадается»

Выполнил(а):

Мишуринская Екатерина

Антоновна

студент группы: БН-3

специальность

Руководитель:

Большедворская Нателла

Александровна

Ангарск

2020

ВВЕДЕНИЕ

Солнечная система состоит из центрального небесного тела - звезды Солнца, 9 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет - астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Один из важных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы – почему она не распадается. Великий учёный Исаак Ньютон, исходя из данных наблюдений и теорий своего времени, развил новую отрасль математики для решения динамических задач и, наконец, объединил наблюдения и математическую теорию, сформулировав простой, но универсальный закон. Мы лучше оценим всё сделанное Ньютоном, если бросим взгляд назад, на тот уровень научного знания, от которого Ньютон должен был исходить.

Цель: рассмотреть и оценить всё сделанное Ньютоном, от чего он отталкивался.

Задачи:

Рассказать размышления Ньютона над проблемами движения Луны и планет.

Изучить три закона Кеплера.

Сделать вывод почему солнечная система не распадается

КАК ЗЕМЛЯ ДВИЖЕТСЯ И ПОЧЕМУ ОНА ДВИЖЕТСЯ.

В течение двух столетий, предшествующих деятельности Ньютона, передовые учёные занимались накапливанием опытных данных и аргументов для опровержения освящённой временем концепции, согласно которой в центре вселенной находится Земля, благосклонно освещаемая Солнцем, а Луна, планеты и звёзды являются живописной декорацией. Общепризнано, что Николай Коперник сделал больше всех, чтобы опровергнуть представление о неподвижной Земле - представление, которое долгое время поддерживалось последователями древнегреческого философа Аристотеля.

После того как концепция движущейся Земли была признана возможной, хотя ещё и не доказана окончательно, перед учёными встала последующая трудная задача - объяснить, как Земля движется и почему она движется. Звёзды, которые на самом деле представляют собой далёкие солнца, слишком удалены от нас, чтобы по их годовому смещению можно было обнаружить перемещение Земли относительно Солнца на 149 500 000 км в ту и в другую стороны; это смещение звёзд не удавалось обнаружить измерениями в течение длительного периода после изобретения телескопа. Можно вполне посочувствовать критикам новой теории, которые упорно утверждали, что Земля неподвижно покоится в пространстве, приводя следующий довод: "Если она движется, чему эти юные выскочки хотят заставить нас поверить, то почему же звёзды втечение года не совершают колебаний по небу вперёд и назад?" Это возражение является вполне здравым и было опровергнуто только за последнее столетие на основе самой совершенной техники наблюдений. Ближайшая к нам звезда, α Центавра, находится от нас на расстоянии 270 000 астрономических единиц. Если смотреть с этой звезды, то радиус орбиты Земли покажется меньше толщины человеческого волоса, находящегося на расстоянии пятнадцати метров от глаза. Таким образом годовое смещение звезды α Центавра выражается углом, меньшим чем видимое движение этого волоса, если его сместить на два его поперечника. Для всех остальных звёзд годовое смещение ещё меньше.

В то время как упомянутый аргумент против движения Земли был в полной силе, всё более трудной становилась задача предвычисления положений Солнца и планет с той точностью, какой требовала всё возрастающая точность наблюдений. Изобретение часов ещё острее выявило необходимость более точного предвычисления положений небесных тел и усовершенствования приборов для измерения направлений на небе. Необходимо было точно знать, как в действительности движутся планеты в пространстве.

Суточное вращение Земли и её годовое обращение вокруг Солнца, как мы теперь знаем, невероятно усложняют проблему, так как все измерения должны быть сделаны на Земле, т. е. на теле, которое само находится в движении. Кроме того, лучи света должны пройти через атмосферу, которая вблизи горизонта может отклонить их до полуградуса.

Влияние вращения Земли и земной атмосферы можно в значительной степени устранить, если установить истинные положения звёзд в неподвижной системе, включающей в себя всё небо, и затем измерять положения планет относительно звёзд. На рис. 17 изображено видимое движение Марса во время одного из противостояний его с Солнцем. Эта странная кривая на фоне звёзд мало похожа на плавную кривую действительного движения Марса.

В XVI в. великий датский астроном Тихо Браге задумался над тем, что можно сделать, чтобы лучше изучить движение планет. Принцип его работы должен усвоить каждый учёный, так как в нём заключается самое существо правильно поставленного научного исследования. Тихо Браге произвёл много наблюдений со всей возможной точностью, доступной лучшим инструментам, которые он мог достать, а затем тщательно изучил свои инструменты с целью определения величины ожидаемых ошибок. Обширная серия наблюдений Марса, произведённых Тихо Браге, была затем самым тщательным образом обработана Иоганном Кеплером. Кеплер перепробовал для Марса все виды движения, которые он мог придумать. Некоторые типы эксцентрических движений Марса вокруг Солнца (Имеется в виду движение по круговым орбитам, центр которых не совпадает с Солнцем. (Прим. ред.)) удовлетворяли наблюдениям почти так же хорошо, как это требовалось, но Кеплер стремился к идеалу. Благодаря своей настойчивости он в конце концов пришел к открытию трёх весьма простых законов, описывающих движение планеты вокруг Солнца. Если какой-либо простой закон хорошо удовлетворяет наблюдениям, он почти всегда является правильным. Кеплер был уверен, что он добрался до истины в вопросе о планетных движениях, и время подтвердило его мнение.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН КЕПЛЕРА

Первый закон Кеплера гласит, что орбита планеты есть эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце. Эллипс представляет собой одну из простейших замкнутых плоских кривых; эта кривая всегда привлекала математиков, так как относительно неё может быть сформулировано множество простых теорем. Получить эллипс почти так же легко, как начертить круг. Для этого нужно только взять конус (прямой круглый конус) и пересечь его плоскостью. Кривая, по которой пересекаются конус и плоскость, и есть эллипс. Вы можете, конечно, проявить некоторую изобретательность и провести плоскость либо через вершину конуса - тогда в пересечении вы получите только одну точку, либо перпендикулярно к оси конуса - тогда в пересечении получится окружность, либо же параллельно образующей конуса. В этом последнем случае эллипс не замыкается, превращаясь в параболу или даже в гиперболу, если плоскость близка к вертикали. Математик называет все такие кривые коничесуими сечениями и формулирует относительно них ряд общих теорем.

Найти фокус эллипса немногим сложнее, чем получить эллипс в сечении конуса. Если мы проведём прямую из одного фокуса и затем начертим её отражение от эллипса под таким же углом к касательной, то это отражение обязательно пройдёт через второй фокус эллипса. Для параболы задача ещё упрощается, так как в этом случае все лучи, исходящие из фокуса, отражаются, как пучок параллельных прямых. В этом заключается принцип действия прожекторов и автомобильных фар. Наоборот, устройство отражательного телескопа основано на том, что параллельные световые лучи от далёкой звезды при отражении от поверхности параболического зеркала собираются в одну точку в фокусе.

Другое замечательное свойство эллипса состоит в том, что для любой его точки сумма расстояний до двух фокусов есть величина постоянная. На этом свойстве основан весьма лёгкий способ черчения эллипса. Воткните в лист бумаги две крепкие булавки в те точки, где должны быть фокусы. Затем наденьте на эти булавки петлю из какой-либо нерастяжимой нити, туго натяните петлю карандашом и чертите эллипс, обводя карандашом с внутренней стороны туго натянутой петли. Если обе булавки сблизить так, чтобы они оказались совсем рядом, мы получим окружность - простейший эллипс.

Согласно первому закону Кеплера, Солнце всегда находится в одном фокусе эллипса, а другой фокус пустует. Ближайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелием, а наиболее удалённая - афелием. Среднеерасстояние равно полу сумме расстояний в перигелии и в афелии или половине большей оси эллипса. Форма орбиты определяется эксцентриситетом, т. е. отношением разности расстояний перигелия и афелия к их сумме. Для окружности эксцентриситет равен нулю, для параболы - 1,0, а для полей мужской шляпы примерно - 0,5.

Орбита Земли представляет собой почти окружность, эксцентриситет её равен всего 1/60, на глаз такой эллипс кажется хорошо начерченным кругом, но фокус явно находится не в центре. Меркурий и Плутон являются, единственными планетами, орбиты которых сильно отклоняются от окружности; эксцентриситеты их равны соответственно 0,21 и 0,25. Таким образом расстояние Плутона от Солнца изменяется от 30 астрономических единиц в перигелии (меньше среднего расстояния Нептуна) до 50 астрономических единиц в афелии. Легко проверить эти данные, если учесть, что среднее из 30 и 50 есть 40 (т. е. среднее расстояние Плутона в астрономических единицах) и что разделив (50-30) на (50+30) мы получим 20/80, т. е. эксцентриситет, равный 0,25.

ВТОРОЙ ЗАКОН КЕПЛЕРА

Второй закон движения планет, сформулированный Кеплером, проще первого закона. Он гласит что прямая, соединяющая планету с Солнцем, в равные промежутки времени описывает равные площади. Согласно этому закону, когда планета находится близко от Солнца, в перигелии, она должна двигаться с большей скоростью чем когда она далеко от Солнца, например в афелии, как изображено на рис. 23. Скорость Плутона равна 6,1 км/сек в перигелии и 3,7 км/сек в афелии. Отношение этих скоростей равно 5/3, как можно было догадаться, судя по отношению расстояний. В перигелии (около 1 января) скорость Земли увеличивается на 0,9 км/сек по сравнению с её скоростью в афелии, равной 29,1 км/сек.

ТРЕТИЙ ЗАКОН КЕПЛЕРА

Третий закон Кеплера гласит, что квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от Солнца. Этот закон даёт лёгкий способ вычисления периода обращения, если нам известно среднее расстояние тела, обращающегося вокруг Солнца. Выразим среднее расстояние в астрономических единицах. Возведём это расстояние в куб. Квадратный корень из куба расстояния даёт нам период обращения в годах. Для Земли эта формула удовлетворяется; квадратный корень из 1³ есть 1; период обращения Земли равен одному году. Для Нептуна среднее расстояние равно 30 астрономическим единицам; 30³ = 27 000; корень квадратный из 27 000 есть 164, т. е. период обращения Нептуна в годах. Мы получим более точное значение периода - 164,8 лет, если воспользуемся более точным значением среднего расстояния.

С помощью трёх законов Кеплера мы можем предсказывать движения планет на долгие годы вперёд. Теперь при этом вводят лишь две поправки. Первая поправка вводится вследствие того, что каждая планета оказывает возмущающее действие на движение других планет; вторая, весьма небольшая, поправка должна быть сделана для орбиты Меркурия, чтобы учесть эффект, предсказанный теорией относительности Эйнштейна.

Ньютон был прекрасно знаком с законами Кеплера, описывающими движение планет, а также с революционной идеей Галилея (Галилео Галилей родился в Пизе, Италия, в 1564 г) о том, что все тела падают с одинаковой скоростью, независимо от их размера. Галилей доказывал своё положение, бросая большие и маленькие пушечные ядра с Падающей Башни в Пизе, однако, почти никого не убедив, сам подвергся гонениям со стороны церкви за высказывание взглядов, противоречащих религии. Галилей высказывал и другие, не менее "возмутительные", идеи, например, что движущееся тело останавливается только потому, что его движение задерживается трением, а не потому, что пространство обладает каким-то внутренне присущим ему свойством останавливать все движущиеся тела.

Ньютон развил идеи Галилея относительно движения материальных тел в пустом пространстве и сформулировал их в виде трёх простых законов. Эти принципы движения теперь всем настолько хорошо знакомы, что мы приводим их только для полноты. Первый принцип гласит, что тело остаётся в покое или сохраняет своё состояние равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока какая-либо сила не выведет его из этого состояния) второй принцип утверждает, что величина ускорения пропорциональна действующей силе и обратно пропорциональна массе тела; наконец, согласно третьему принципу, сила действия и сила прсйпиводействия равны и противоположны по направлению.

Совершенно очевидное приложение этих законов встречается всюду, в особенности в нашем современном мире механизмов. Непонимание природы сил трения как в воздухе, так и между движущимися частями механизмов было единственным препятствием, в силу которого эти законы не были открыты гораздо раньше.

Установив свои принципы движения, Ньютон начал размышлять над проблемами движения Луны и планет. Поскольку Земля притягивает яблоко, пушечное ядро и перышко с силой, пропорциональной их массам, то почему бы ей не притягивать также и Луну? Луна по всем правилам должна была бы двигаться по прямой линии до тех пор, пока на неё не подействовала бы какая-нибудь сила, но на самом деле Луна движется вокруг Земли по криволинейной орбите. Таким образом Луна постоянно падает к Земле, причём скорость этого падения измеряется отклонением движения Луны от прямолинейного. Отсюда можно заключить, что притяжение Земли действует на Луну с силой, величина которой такова, что она как раз вызывает наблюдаемое падение Луны. Другими словами, сила притяжения Земли должна в точности уравновешивать центробежную силу Луны, развивающуюся при её обращении вокруг Земли. Ньютон нашёл, что если бы сила притяжения изменялась обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли, то на расстоянии Луны она имела бы как раз требуемое значение (Говорят, что Ньютон на много лет задержал опубликование закона всемирного тяготения вследствие трудности доказательства того факта, что Земля притягивает так, как если бы вся её масса была сосредоточена в центре)).

Исходя из законов Кеплера, Ньютон смог также доказать математически, что планеты притягиваются к Солнцу той же самой силой. Сопоставляя все полученные им результаты, Ньютон пришёл к выводу, что всякая частица материи во вселенной притягивает всякую другую частицу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Этот закон всемирного тяготения обьясняет все сложнейшие движения в солнечной системе с максимальной степенью точности, достижимой в астрономических измерениях (до одной миллионной). Единственным исключением является поступательное движение перигелия Меркурия примерно на 50 секунд в столетие; это движение объясняется небольшой поправкой к закону Ньютона, необходимость которой была предсказана теорией относительности Эйнштейна. (Под углом 50 секунд нам будет видна радужная оболочка глаза, если смотреть с расстояния 50 м.)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом солнечная система не распадается благодаря притяжению, которое Солнце оказывает на планеты, а системы спутников - благодаря притяжению планет. Проблема была бы весьма проста и полностью решалась бы законами Кеплера, если бы не несчастное обстоятельство, что все планеты притягивают друг друга, также как своих спутников и Солнце. Это всеобщее притяжение настолько усложняет проблему, что не существует её точного математического решения. Единственное облегчение состоит в том, что массы планет гораздо меньше массы Солнца, так что силы взаимодействия между планетами, пропорциональные их массам, гораздо меньше, чем сила притяжения Солнца. Точно так же массы спутников гораздо меньше масс их планет. Поэтому законы движения Кеплера могут дать приближённое решение задачи о движении, а чтобы учесть силы взаимного притяжения планет, следует вводить небольшие поправки. Эти небольшие поправки носят название возмущений, так как движение исследуемой планеты возмущается прочими планетами.

Таким образом, с поставленной целью: рассмотреть и оценить всё сделанное Ньютоном, от чего он отталкивался, справились через решение следующих задач:

Рассказали размышления Ньютона над проблемами движения Луны и планет.

Изучили три закона Кеплера.

Сделали вывод почему солнечная система не распадается

ЛИТЕРАТУРА

1.Блинников, С. И. Основы релятивистской астрофизики : учебное пособие для вузов / С. И. Блинников. — Москва : Издательство Юрайт, 2021. — 221 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-11778-3. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/476166 (дата обращения: 07.12.2021).

2.Короновский, Н. В. Геология : учебное пособие для вузов / Н. В. Короновский. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2021. — 194 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-07789-6. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/472907 (дата обращения: 07.12.2021).

3.Муртазов, А. К. Физика земли. Космические воздействия на геосистемы : учебное пособие для вузов / А. К. Муртазов. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2021. — 268 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-11473-7. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/473615 (дата обращения: 07.12.2021).

4.Язев, С. А. Астрономия. Солнечная система : учебное пособие для вузов / С. А. Язев ; под научной редакцией В. Г. Сурдина. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2021. — 336 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-08244-9. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/473992 (дата обращения: 07.12.2021).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Рисунок 1. Солнечная система по старинному представлению. Движения планет вокруг неподвижной Земли. Согласно древнегреческому астроному Птолемею, планеты двигались по небольшим кругам (эпициклам) вокруг 'фиктивных планет', которые в свою очередь двигались по большим кругам (деферентам) вокруг Земли

Рисунок 2. Земля вращается вокруг своей оси. Фотография области вокруг северного полюса неба. Получена с помощью неподвижной камеры, наведённой на северный полюс (восьмичасовая экспозиция). Полярная звезда дала толстую черту вблизи центра.

Рисунок 3. Падающая Луна и падающее яблоко. Ньютон пришёл к убеждению, что притяжение Земли заставляет Луну падать, уклоняясь от прямолинейного движения; падение Луны и падение яблока с дерева совершается по одному и тому же закону

ОГЛАВЛЕНИЕ