Вопрос №1 Вселенная. Объекты Вселенной. Звёзды.
Галактики. Солнечная система. Законы Кеплера. Планеты Солнечной системы.
Вселе́нная -это понятие делится на две принципиально отличающиеся сущности:
философскую и материальную. Первую называют Вселенной, а вторую астрономической Вселенной или Метагалактикой . Вселенная является предметом исследования космологии.
В историческом плане для обозначения «всего пространства» использовались различные слова, включая эквиваленты и варианты из различных языков, такие как «космос», «небесная сфера». Любое исследование, любое наблюдение, будь то наблюдение физика за тем, как раскалывается ядро атома, ребёнка за кошкой или астронома, ведущего наблюдения за далёкой-далёкой галактикой, — всё это наблюдение за Вселенной, вернее, за отдельными её частями. Эти части служат предметом изучения отдельных наук, а Вселенной в максимально больших масштабах, и даже Вселенной как единым целым занимаются астрономия и космология.
Объекты Вселенной.
Звезда́ - массивный газовый шар, излучающий свет и удерживаемый силами собственной гравитации и внутренним давлением, в недрах которого происходят (или происходили ранее) реакции термоядерного синтеза
Плане́та это небесное тело, вращающееся по орбите вокруг звезды или её остатков, достаточно массивное, чтобы стать округлым под действием собственной гравитации, но недостаточно массивное для начала термоядерной реакции, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от своих обломков (Поясов)
Астеро́ид относительно небольшое космическое тело, движущееся по орбите вокруг больших обьектов чем они сами. Астероиды значительно уступают по массе и размерам планетам, имеют неправильную форму и не имеют атмосферы, хотя при
этом и у них могут быть спутники.
Коме́та- небольшое небесное тело, обращающееся вокруг Солнца весьма растянутой орбите. При приближении к Солнцу с кометы начинают испарятся газы, образуя голову и хвост из газа и пыли.
Туманность — участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба. Ранее туманностями называли всякий неподвижный на небе протяжённый объект. В 1920-е годы выяснилось, что среди туманностей много галактик (например, Туманность Андромеды). После этого термин «туманность» стал пониматься более узко, в указанном выше смысле.[1]
Туманности состоят из пыли, газа и плазмы.
Гала́ктика ( «Млечный Путь») — гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. Все объекты в составе галактики участвуют в движении относительно общего центра масс
Законы Кеплера.
Первый закон.
Все планеты движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце.
Фокусы – это две заданные точки, такие, что сумма расстояний от этих двух точек до любой точки эллипса является постоянной
Перигелий P - ближайшая к Солнцу точка
Афелий A - наиболее удаленная от Солнца точка
Расстояние между афелием и перигелием - большая полуось эллипса
Второй закон.
Радиус-вектор планеты описывает в равные промежутки времени равные площади. говорит о следующем: каждая планета перемещается в плоскости, проходящей через центр нашего светила. В одно и то же время радиус-вектор, соединяющий Солнце и исследуемую планету, описывает равные площади. Таким образом, ясно, что тела движутся вокруг желтого карлика неравномерно, а имея в перигелии максимальную скорость, а в афелии – минимальную.
Третий закон.
Отношение квадрата периода обращения планеты вокруг Солнца к большой полуоси орбиты этой планеты является постоянным, и также равняется отношению квадрата периода обращения другой планеты вокруг Солнца к большой полуоси этой планеты. Т12/Т22=а13/а23
- T1 и Т2 – периоды полного вращения Планет вокруг солнца
- а1 и а2 отрезки соединяющие центр( не фокус) и самую дальнюю точку
эллипсоида.
Солнечная система— планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные объекты космоса, вращающиеся вокруг него. Она сформировалась путем гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,5 млрд. лет назад.
Внутренние планеты или планеты земной группы – Меркурий, Венера, Земля и Марс. Они состоят, в основном, из силикатов и металлов
Внешние планеты – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – так называемые газовые гиганты. Они намного более массивны, чем планеты земной группы. Крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, состоят в основном, из водорода и гелия; меньшие газовые гиганты, Уран и Нептун, помимо водорода и гелия, содержат в составе своих атмосфер метан и угарный газ.
Список планет Солнечной системы по порядку от Солнца выглядит так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Большая часть планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и обращается вокруг Солнца. Исключения составляют Венера и Уран, причем Уран вращается практически «лежа на боку» (наклон оси около 90градусов).
Меркурий.Самая маленькая и самая близкая к Солнцу планета.
Меркурий так медленно вращается, что проходя полный круг вокруг солнца, совершает оборот вокруг своей оси всего 1,5 раза, из-за чего солнечные сутки на планете длятся 58 земных суток. Поэтому на ночной половине Меркурия температура опускается до минус180° C, а
на дневной половине планеты раскаляется до +430° C
Венера.Самая близкая к Земле планета. Венеру окружает слой очень плотных облаков, вследствии парникового эффекта. t= до +470° C, процент
содержания в атмосфере углекислого газа гораздо больше, чем в горных породах, при этом планета расположена совсем недалеко от Солнца, что и приводит к такому эффекту повышения температуры. Постоянно
происходят вспышки молний, превышающие по интенсивности на Земле
Земля ( Спутник: луна)
Планета Земля обладает атмосферой, которую удерживают силы гравитации, в состав атмосферы входят важные элементы H, C, которые делают возможным на Земле жизнь. Атмосфера состоит из нескольких слоев, нижний из которых - тропосфера 10-15 км от поверхности Земли,формируются облака и другие природные явления, t= -40° C -50° C. Выше расположен другой слой -стратосфера, который содержит газ озон, он поглощает волны солнечной радиации, под воздействием которых в стратосфере температура
повышается до +15° C. Еще выше -ионосфера, где температура понижается до -90° C.
Поверхность Земли состоит на 2/3 из воды, остальная часть это континенты, где и в воде и на суше развивается жизнь.
Марс (Спутники: Фобос и Деймос)
Небольшая планета, которая представляется невооруженным глазом, как красная планета. Наличие на планете образований, напоминающих русла рек, а также следов каньонов и океанов, говорит в пользу теории, что
Марс наиболее похож по структуре на планету Земля. До сих пор,
ученые подразумевают наличие воды на планете. Также, как и на нашей планете, на Марсе присутствует атмосфера, только содержание в ней кислорода ничтожно мало, всего 0,13%, а давление на поверхности гораздо ниже земного
Юпитер (Спутники: 16 шт. и кольца)
Самая крупная планета в Солнечной системе, состоящая из газа, слои
которого находятся в постоянных вихреобразных движениях. Диаметр Юпитера огромный 143 000 км (для сравнения: диаметр Земли 13 000км)Не смотря на свои крупные размеры, Юпитер очень быстро вращается вокруг своей оси (за 9ч 50 мин земных суток) из-за чего диаметры на полюсах планеты сжаты, а экватор растянут
Сатурн (Спутники: 18 шт. и кольца) Эта удивительная и красивая планета обладает ярковыраженными кольцами, которые легко разглядеть в
обычный телескоп, а уникальность Сатурна еще и в том, что его плотность ниже средней плотности воды и, если представить, что на поверхности мог бы быть океан, то можно было бы увидеть невероятное зрелище, как его воды легко
плескались бы на поверхности планеты
Уран (Спутники 17 шт. и кольца)Эта необычная планета видна
наблюдателю в синих и зеленых цветах за счет поглощения водородом и метаном инфракрасного спектра. На поверхности Урана бушуют ветры с огромной скоростью до 600 км/ч, двигаясь по ходу вращения планеты. Уникальность Урана еще в том, что его ось вращения сильно наклонена,
почти параллельно к плоскости эклиптики, поэтому с Земли полюса
планеты можно увидеть только наполовину и то, только на протяжении
42 лет. Пока единственная теория этого феномена такая - возможно, в истории планеты было столкновение с каким-то крупным небесным телом
Нептун (Спутники: 14 шт. и кольца)
Эта планета, подобно Урану, состоит из газа в основной состав которой входят вода, метан и аммиак. Именно, от большой концентрации в
атмосфере метана планета приобрела голубой цвет. Над поверхностью
Нептуна простираются облака из аммиака и воды, а над ними плотный
слой метановых облаков, кроме того в атмосфере планеты присутствует водород и гелий. Сама атмосфера обладает повышенной активностью,
где мощные ветра дуют со скоростью свыше 2000 км/ч, образуя
огромные пятна размером с нашу планету
|
Вопрос №2 Форма и величина Земли. Географические следствия формы и размеров
Земли. Движение Земли вокруг Солнца. Дни солнцестояний и равноденствий. Географические следствия орбитального движения Земли. Пояса освещения.
Форма и величина земли
Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду.
Средний диаметр планеты составляет примерно 12 742 км(Вращение Земли создаёт экваториальную выпуклость, поэтому экваториальный диаметр на 43 км больше, чем полярный)
окружность — 40 000 км.
Поверхность Земли = 510 миллионам квадратных километров.
Объем Земли = 1080 миллиардам кубических километров
Географические следствия формы и размеров Земли.
Фигура и размеры Земли имеют большое географическое
значение. Шарообразная фигура Земли обусловливает уменьшение угла падения солнечных лучей на земную поверхность от экватора к полюсам и образование нескольких тепловых
поясов. Тепловые пояса, в свою очередь, наряду с другими факторами (величиной и массой Земли, определенного расстояния ее от Солнца) предопределяют закономерное изменение многих природных процессов и компонентов природы в географической оболочке по направлению от экватора к полюсам — широтную зональность. Если бы Земля была гораздо меньшего размера, широтная зональность была бы проще, а если бы большего конечно учитывать и массу Земли, создающую такую силу земного притяжения, которая удерживает атмосферу определенного состава, и гидросферу, без которых невозможна жизнь.
Важно при этом и расстояние Земли от Солнца: при более близком положении Земли к Солнцу, чем теперь, она могла бы иметь очень высокую температуру, при более далеком — стать ледяной. Таким образом, жизнь на Земле, возникновение и существование на ней географической оболочки в значительной мере зависят от фигуры и размеров нашей планеты, с учетом массы и существующего расстояния ее от Солнца
Движение Земли вокруг Солнца
С движением Земли по орбите вокруг Солнца связаны изменения природы в течение года. Календарь — это система
измерения длительных промежутков времени, основанная
на периодических явлениях окружающего мира. Существуют
солнечные, лунные и лунно-солнечные календари. Солнечный календарь основан на годичном видимом движении Солнца по эклиптике в течение так называемого тропического года — промежутка времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего
равноденствия. Тропический год на 20 мин короче звездного
года и равен 365 суткам 5 ч 48 мин 46 сек. среднего солнечного времени.
День солнцестояния и равноденствия
День (21 декабря - зимой и 21 июня- летом), когда растояние от северного или южного полюса Земли от Солнца принимает наибольшее значение и поэтому в эти дни прекращается прибавление или отнимание дневных часов и наступает самая длинная ночь или самый длинный день, потом отнятие дневных часов или прибавка проходит в обратном направлении.
1) 22 июня (самый длинный день на северном полушарии)
2)21 марта( день=ночь)
3) 22 декабря(самый длинный день на южном полушарии)
4)23 сентября( день=ночь)
Солнцестояния и равноденствия — особые даты в астрономии. Они отмечают смену астрономических времен года. Во время равноденствий Солнце находится на небесном экваторе и потому равномерно освещает северное и южное полушария Земли. В эти даты (в конце марта и сентября) день равен ночи. В дни солнцестояний наше дневное светило достигает крайних точек своего годичного пути по небу — летом оно отклоняется на 23,4 градуса на север от небесного экватора, зимой — на 23,4 градуса к югу. Поэтому в июне Солнце больше освещает северное полушарие Земли — и в момент солнцестояния здесь наступает лето, — а в конце декабря — южное, и у нас в это время наступает зима (и лето в южном полушарии).
В экваторе день всегда равен ночи.
Географические следствия орбитального движения Земли.
Из-за наклона земной оси к плоскости орбиты при орбитальном движении Солнце освещает больше то Северное, то Южное полушарие планеты. Неравномерность освещения и нагрева земной поверхности вызывает смену сезонов года. Орбитальное движение определяет и изменение продолжительности светового дня — времени между восходом и заходом солнца.
Пояса освещённости Земную поверхность разделяют на пять поясов освещённости: жаркий, два умеренных и два холодных. Границами между ними служат тропики и полярные круги.
Тропический пояс освещенности. Границами тропического пояса освещенности являются Южный и Северный тропики — параллели с соответствующими географическими координатами – 23,44° южной широты и столько же 23,44° северной. Над этими параллелями и в пределах тропического пояса освещенности солнечный свет еще образует с поверхностью Земли прямой угол падения, те есть Солнце будет находиться в зените (предметы и объекты на поверхности в этот момент не отбрасывают тень). Рельеф Земли между этими тропиками получает максимум количества солнечного тепла и света. Это происходит в момент зимнего (для юж. тропика) и летнего (для сев. тропика) солнцестояния.
Умеренные пояса освещенности. Дальше за границами тропического пояса освещенности, в сторону полюсов лежат зоны умеренных поясов освещенности. Отличительная особенность — средняя освещенность, которая к тому же сильно зависит от годового положения Земли относительно Солнца, то есть в зимнее время года будет один уровень поступающего света от солнца, а летом другой. Соответственно, степень получаемого тепла поверхностью Земли будет не одинаковой. В областях умеренных поясов освещенности Солнце на протяжении всего года ни разу не достигает положения в зените. Границами умеренного пояса освещенности северного полушария будет широта Северного тропика в 23,44° и широта Северного полярного круга в 66,56° , для Южного полушария соответственно – Южные тропик и полярный круг с соответствующими координатами по параллелям.
Полярные пояса освещенности. Полярные пояса освещенности (северный и южный) лежат за пределами полярных кругов (в 66,56°) в обоих полушариях. Здесь освещение поверхности Земли минимальная. Границей полярного пояса освещения определена параллель, над которой Солнце достигает верхней точки над горизонтом в декабре в момент солнцестояния — это 66,56° северной широты. Аналогично, для южной широты в 66,56°, где солнечный диск виден в наивысшей точке только уже в июне в момент солнцестояния.
|
Вопрос№3 Движение Земли вокруг оси. Географическое следствие движения Земли вокруг оси. Осевое движение Земли. Время. Всемирное время. Местное время. Поясное. Декретное. Смена дня и ночи. Линия перемены дат.
Движение земли вокруг оси
Земля вращается вокруг наклонной оси с запада на восток, при этом ось вращения земли не препендикулярна орбите земли, а наклонена на 66 градусов. Половина земного шара освещается солнцем, там в это время день, вторая половина находится в тени, там ночь. Благодаря вращению Земли происходит смена дня и ночи. Один оборот вокруг своей оси Земля делает за 24 часа — сутки. Из-за вращения происходит отклонение движущихся потоков (рек, ветров) в северном полушарии — вправо, а в южном — влево.
Географическое следствие движения Земли вокруг оси.
Следствия:
1) смена дня и ночи
2) деформация фигуры Земли (полярное сжатие — нарастание центробежной силы)
3)существование силы Кориолиса (чем больше угловая скорость вращения, тем больше сила Кориолиса)
4) суперпозиция центробежной силы и силы тяготения, дающая силу тяжести (центробежная — от нуля на полюсах до максимального значения на экваторе; максимально значение силы тяжести на полюсе).
Время. Всемирное время. Местное время. Поясное. Декретное
Время - В метрологии — физическая величина, одна из семи основных величин
Всемирное (мировое) время - это среднее солнечное время начального (нулевого) меридиана, проходящее через прежнее место расположения Гринвичской обсерватории (в Лондоне). Всемирное время отсчитывается от полуночи и на 3 часа отличается от московского времени.
Местное время зависит от географической долготы места и одинаково для всех точек на одном меридиане. Разность местного времени в двух местах на Земле численно равна разности их географических долгот.
Поясное время - это среднее солнечное время, определяемое для 24 основных географических меридианов, отстоящих на 15 градусов по долготе. Поверхность Земли условно разделена на 24 часовых пояса и в каждом поясе в даный момент времени своё поясное время отличающееся от предыдущего поясного времени на час.
Декре́тное вре́мя — порядок исчисления времени «поясное время плюс один час», установленный в СССР в 1930—1931 годах и связанное со смещением дня и ночи.
Ли́ния переме́ны да́ты — условная линия на поверхности земного шара, проходящая от полюса до полюса, по разные стороны которой часы показывают примерно одно время суток (возможна разница на один-три часа из-за сдвига часовых поясов), однако на западной стороне линии дата сдвинута на один день вперёд относительно восточной
|
Вопрос№4 Строение и состав атмосферы. Гомосфера. Гетеросфера. Распределение суммарной солнечной радиации на земной поверхности. Прямая и рассеянная солнечная радиация. Радиационный баланс.
Строение и состав атмосферы
Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), озона и других газов
Тропосфера
Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом0,65°/100 м
Тропопауза
Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.
Стратосфера
Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.
Стратопауза
Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).
Мезосфера
Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д . обусловливают свечение атмосферы.
Ионосфе́ра
в общем значении — это слой атмосферы планеты, сильно ионизированный вследствие облучения космическими лучами. У планеты Земля — это верхняя часть атмосферы, состоящая из мезосферы, мезопаузы и термосферы, главным образом ионизированная облучением Солнца.
Ионосфера Земли (здесь и далее речь будет идти об Ионосфере нашей планеты) состоит из смеси газа нейтральных атомов и молекул (в основном азота N2 и кислорода О2) и квазинейтральной плазмы (число отрицательно заряженных частиц лишь примерно равно числу положительно заряженных). Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров.
Термосфера
Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1226,85 C, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008—2009 г — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя
Термопауза
Область атмосферы, прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.
Экзосфера (сфера рассеяния)
Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство
Гомосфера
Гомосфера - слой атмосферы с составом макрокомпонентов воздуха, мало изменяющимся с высотой, от поверхности земли до примерно 90-100 км (от тропосферы до мезопаузы).
Гетеросфера
Гетеросфера— слой атмосферы , характеризующийся изменением газового состава воздуха и располагающийся на высотах свыше 90—95 км от поверхности Земли.
Распределение суммарной солнечной радиации на земной поверхности.
Солнечная радиация распределяется по земле неравномерно. Это зависит:
1. от плотности и влажности воздуха — чем они выше, тем меньше радиации получает земная поверхность
2. от географической широты местности — количество радиации увеличивается от полюсов к экватору. Количество прямой солнечной радиации зависит от длины пути, который проходят солнечные лучи в атмосфере. Когда Солнце находится в зените (угол падения лучей 90°), его лучи попадают на Землю кратчайшим путем и интенсивно отдают свою энергию малой площади
3. от годового и суточного движения Земли — в средних и высоких широтах поступление солнечной радиации сильно изменяется по временам года, что связано с изменением полуденной высоты Солнца и продолжительности дня;
4. от характера земной поверхности — чем светлее поверхность , тем больше солнечных лучей она отражает. Способность поверхности отражать радиацию называется альбедо (от лат. белизна). Особенно сильно отражает радиацию снег (90 %), слабее песок (35 %), еше слабее чернозем (4 %).
Прямая и рассеяная солнечная радиация
Прямая солнечная радиация – Та часть солнечной радиации, которая проходит через атмосферу не рассеиваясь
Рассеянная солнечная радиация – та часть солнечной радиации, которая поступает на поверхность земли после рассеяния ее атмосферой и облаками
Радиационный баланс
Та часть суммарной радиации, которая остается после отражения и теплового излучения земной поверхности, называется радиационным балансом. Радиационный баланс земной поверхности меняется в течение суток и по сезонам года, однако в среднем за год имеет положительное значение всюду
|
Вопрос №6 Характеристика влажности воздуха. Суточный и годовой ход влажности воздуха. Распределение влажности воздуха. Испарение и испаряемость. Распределение на земной поверхности.
Характеристика влажности воздуха
Для количественного выражения содержания водяного пара в атмосфере употребляют различные характеристики влажности воздуха. Основные характеристики влажности воздуха – упругость водяного пара и относительная влажность.
Упругость (фактическая) водяного пара (е) – давление водяного пара находящегося в атмосфере выражается в мм.рт.ст. или в миллибарах (мб). Численно почти совпадает с абсолютной влажностью (содержанием водяного пара в воздухе в г/м3), поэтому упругость часто называют абсолютной влажностью.
Упругость насыщения (максимальная упругость) (Е) – предел содержания водяного пара в воздухе при данной температуре. Значение упругости насыщения зависит от температуры воздуха, чем выше температура, тем больше он может содержать водяного пара.
Зависимость максимальной упругости от температуры.
Температура (оС)
|
- 30
|
- 20
|
- 10
|
0
|
10
|
20
|
30
|
Е (мм.рт.ст.)
|
0,37
|
0,95
|
2,14
|
4,58
|
9,21
|
17,54
|
31,82
| | |
Скачать 0.67 Mb.