101 ключевая идея: Астрономия - Джим Брейтот

Планеты можно наблюдать потому, что они отражают солнечный свет. Яркость планеты изменяется в соответствии с положением на орбите по отношению к Земле, так как размер части ее освещенной Солнцем поверхности, видимой с Земли, тоже изменяется. И наконец в случае в Сатурном кольца планеты отражают больше солнечного света, когда они видны "плоскостью", а не "ребром".

По мере своего вращения вокруг Солнца планеты постепенно движутся через созвездия в плоскости эклиптики. Слово "планета" в Древней Греции означало "странница", так как планета изменяет свое положение на неподвижном фоне звезд и созвездий.

Меркурий и Венера восходят и заходят за несколько часов до заката или после рассвета, поскольку они расположены ближе к Солнцу, чем Земля, а также имеют полный цикл фаз, как земная Луна. Когда Венера находится в точке нижнего астрономического соединения, двигаясь между Землей и Солнцем, ее можно видеть как большой полумесяц; освещенная Солнцем поверхность в основном обращена в сторону от Земли. По мере движения планеты вокруг Солнца площадь освещенной Солнцем поверхности возрастает, и наконец мы можем видеть Венеру как сравнительно небольшой диск, когда она приближается к точке верхнего астрономического соединения, расположенной почти диаметрально напротив Земли.

Марс и другие планеты, расположенные дальше от Солнца, не обнаруживают полного цикла фаз, так как они никогда не проходят между Землей и Солнцем. Говорят, что внешняя планета находится в противостоянии, когда она находится в противоположном направлении от Солнца по отношению к Земле и может наблюдаться в Северном полушарии в полночь, если смотреть прямо на юг.

См. также статьи "Земля", "Юпитер", "Марс", "Меркурий", "Нептун", "Плутон", "Сатурн", "Уран", "Венера".

ПЛУТОН

Плутон был открыт в 1930 году Клайдом Томбо, который пользовался широкоугольной камерой, прикрепленной к телескопу. Томбо обнаружил планету, которая была более тусклой, чем Нептун, и двигалась через созвездия медленнее. Тщательные измерения позволили астрономам прийти к выводу, что Плутон движется вокруг Солнца по гораздо более вытянутой орбите, чем любая другая планета. Расстояние от Плутона до Солнца составляет от 30 до 50 астрономических единиц, а полный оборот по орбите планета совершает примерно за 248 лет. В период с 1979 по 1999 год Плутон был ближе к Солнцу, чем Нептун. Наклонение его орбиты к плоскости эклиптики, составляющее 17°, тоже значительно больше, чем у любой другой планеты. Диаметр Плутона составляет менее 0,2 земного, а его средняя плотность в 2,3 раза превосходит плотность воды.

В 1978 году было обнаружено, что у Плутона есть спутник, обращающийся вокруг планеты за 6 суток и 9 дней на расстоянии 20 000 км. Этот спутник, названный Хароном, замкнут в синхронной орбите и вращении с Плутоном. В течение нескольких лет Харон и Плутон регулярно затмевают друг друга, когда плоскость орбиты Харона оказывается "ребром" к Земле.

Считается, что Плутон имеет разряженную атмосферу из азота и окиси углерода. Более полная информация о Плутоне и Хароне была получена с помощью космического телескопа Хаббла. Чередование светлых и темных областей в районе экватора Плутона указывает на шестисуточный период вращения Харона, а также дает основание полагать, что ось вращения Плутона наклонена под углом примерно 120° к орбите спутника. Диаметр Харона составляет около половины диаметра Плутона, так что эти два небесных тела более сходны по размеру, чем любая другая планета и ее спутник. Они имеют сходную плотность и химический состав; поверхности обоих тел частично покрыты льдом.

См. также статьи "Нептун", "Планеты", "Орбиты планет".

РАВНОДЕНСТВИЕ

Земля вращается с постоянной скоростью, и направление ее оси почти не изменяется, поэтому Полярная звезда находится прямо над Северным полюсом Земли. Ось вращения нашей планеты наклонена под углом 23,5° к оси ее орбиты; это означает, что земной экватор наклонен под углом 23,5° к плоскости эклиптики. Представьте модель Солнца и Земли, в которой земной экватор находится на одной плоскости с орбитой. Тогда Земля стала бы очень скучным местом, поскольку каждый день состоял бы из 12 часов дневного света и 1 2 часов темноты.

Направление земной оси постепенно меняется. В следующем тысячелетии, в 3000 году, земная ось повернется примерно на 35°. Этот эффект, известный под названием прецессия, можно наблюдать, раскрутив детский волчок. Ось волчка при вращении медленно поворачивается вокруг вертикальной линии, проведенной через его основание. Земная ось совершает полный цикл прецессии примерно за 26 000 лет. Из-за прецессии точки равноденствия, где небесный экватор пересекается с плоскостью эклиптики, постепенно движутся по эклиптике со скоростью примерно 1° за 70 лет. Прецессия равноденствий объясняет, почему первая точка Овна, которая является положением весеннего равноденствия на небесной сфере, теперь находится в созвездии Рыб, а не Овна, где она находилась 3000 лет назад, когда весеннее равноденствие было названо в честь созвездия Овна.

Прецессия земной оси

См. также статью "Небесная сфера 2".

ПУЛЬСАР

Пульсар похож на космический маяк, испускающий световые и радиоволны. Пучок радиоволн от пульсара регулярно проходит мимо Земли, где приборы регистрируют очередной кратковременный всплеск радиоизлучения. Пульсары впервые были обнаружены в 1967 году, когда радиоастрономы установили факт регулярных радиосигналов из космоса. В то время некоторые журналисты утверждали, что разумные существа с других планет пытаются установить контакт с землянами.

Пульсар представляет собой вращающуюся нейтронную звезду, испускающую электромагнитный луч, который вращается вместе со звездой. Первый из обнаруженных пульсаров давал всплески радиоизлучения каждые 1,33 секунды, что соответствовало периоду вращения 1,33 секунды. Для сравнения: Солнце совершает полный оборот вокруг своей оси примерно за 4 недели. Если бы Солнце уменьшилось в размерах без потери массы, оно стало бы вращаться быстрее, точно так же, как фигуристка, которая вскидывает руки вверх при вращении. Очень быстрое вращение пульсаров навело астрономов на мысль, что пульсары должны быть очень небольшого по сравнению с Солнцем размера, а следовательно, очень плотными. Нейтронная звезда с массой равной массе Солнца имеет не более 20 км в диаметре и вращается гораздо быстрее Солнца. Вскоре были обнаружены новые пульсары, включая 33-миллисекундный пульсар в центре Крабовидной туманности. Этот пульсар был первым, испускавшим электромагнитное излучение в диапазоне видимого света. Это открытие подтвердило теорию о том, что пульсар — нейтронная звезда, оставшаяся после взрыва сверхновой. Пульсар обладает очень сильным магнитным полем (порядка 106 Т) с полюсами, расположенными под углом к оси вращения. Магнитное поле собирает электромагнитное излучение в пучки вдоль магнитной оси; это означает, что луч описывает окружность по мере вращения звезды. Частота вращения пульсара медленно уменьшается, что указывает на постепенную потерю энергии. Периодичность всплесков пульсара в Крабовидной туманности увеличивается примерно на 10 микросекунд в год. В целом, чем старее пульсар, тем медленнее его скорость вращения.

См. также статьи "Эволюция звезд", "Нейтронная звезда", "Радиоастрономия".

РАДАРНАЯ АСТРОНОМИЯ

Радар — это радиолокационное устройство, основанное на принципе пульсирующих коротковолновых радиоимпульсов, предназначенное для обнаружения объектов, отражающих радиоволны, и для измерения расстояний до таких объектов.

Радиотелескопы посылают радарные сигналы к Луне или каменистым планетам, таким, как Марс и Венера, а затем принимают отраженные сигналы. Измеряя интервал между передачей сигнала и приемом отраженного сигнала, можно вычислить расстояние до объекта, умножив половинный цикл передачи/приема на скорость распространения электромагнитных волн в космосе. К примеру, время передачи и приема отраженного сигнала от Марса (42 минуты) дает расстояние 21×60 с×300 000 км/с = = 378 000 000 км. В радарной астрономии используются большие радиотелескопы, определяющие коротковолновые радиоимпульсы длиной порядка нескольких сантиметров. Радарные импульсы, испускаемые большой параболической антенной, рассеиваются при отражении от отдаленного объекта, поэтому детектор должен быть очень чувствительным, так как отраженные импульсы крайне слабые. Тем не менее точность таких измерений позволила определять диаметр и поверхностный рельеф планеты при сканировании импульсов, отраженных от поверхности небесного тела. Кроме того, изменение доплеровского смещения отраженных импульсов от противоположных концов экваториального диаметра планеты позволило точно измерить скорость ее вращения.