Аспан денелерінің ара қашықтығын анықтау 1 страница

ФИЗИКА- МАТЕМАТИКА кафедрасы

Астрономия

Пәнінің лекция мәтіні

Құрастырғандоцент Рамазанова С.А.

Шымкент

Ші лекция. Кіріспе.

Астрономия пәні. Астрономия тараулары. Іргелес ғылымдар. Астрономияның теориялық және танымдық мәні. Астрономия әдістемесі. Бақылау мәні. Ғалам құрылымына қысқаша шолу.

Астрономия аспан денелерінің және олардың жүйелерінің қозғалысын, құрылысын пайда болуы мен дамуын зерттейтін Әлем туралы ғылым.

Астрономия Күн мен жұлдыздары, Жер мен Айды, басқа планеталар мен олардың серіктерін, кометалар мен астеройдтарды, тұмандықтар мен жұлдыздық жүйелерді, жұлдызаралық және планетааралық ортадағы материяны зерттейді. Мұнымен қатар аспан денелерінің құрылысын, олардың кеңістіктегі орналасуын және қозғалысын анықтап, бүкіл әлемнің дамуы туралы түсініктер береді. «Астрономия» деген сөздің өзі грек тіліндегі «астрон» - жұлдыз, «номос» - заң деген сөздерден шыққан.

Аспан денелерін зерттеу барысында астрономия, өз алдына мынадай міндеттер қояды.

1. Аспан денелерінің кеңістіктегі көрінерлік және шын орны мен қозғалысын және олардың мөлшері мен формаларын анықтау;

2. Аспан денелерінің физикалық және химиялық құрылысын зерттеу;

3. Аспан денелерінің пайда болуы мен даму проблемаларын айқындау.

Бірінші мәселенің шешуі ерте заманнан жүргізілетін астрономиялық бақылау жұмыстарының және белгілі механиканың заңдарының негізінде жүзеге асады. Сондықтан да астрономия ғылымының бұл саладағы қол жеткен табыстары біршама баршылық.

Аспан денелерінің физика-химиялық құрылысына келетін болсақ, ол көптеген аспан денелері үшін әлі күнге толық шешімін таба қойған жоқ. Сонда да болса, қазіргі заманда Жерге жақын орналасқан аспан денелері туралы көптеген мәліметтер бар.

Ал аспан денелерінің пайда болуы және дамуы проблемаларын қарастырғанда жалпы болжамдар мен гипотезаларға сүйенеміз, ал нақты астрономиялық бақылау материалдары жеткіліксіз болатыны сөзсіз.

Қарастыратын объектілер және қолданатын зерттеу әдістері мен құралдардың көптеген түрлерінің нәтижесінде астрономия қазіргі заманда кең дамыған көлемді ғылымдар қатарында жатады. Астрономия негізгі үш бөлімнен тұрады: астрометрия, аспан механикасы, астрофизика.

Астрометрия аспан денелерінің орнын және жердің айналуын зерттейтін астрономияның бөліміне жатады. Онда негізінен екі мәселе қарастырылады: аспан координат жүйелерін және Жер айналасын толық сипаттайтын параметрлерді анықтау.

Аспан механикасы, аспан денелерінің қозғалыс заңдылықтарын зерттеп, олардың жүру жолдарын анықтау әдістерін қарастырады да өзара әсеріне қарай отырып, аспан денелері жүйелерінің орнықтылығын зерттейді.

Аспан денелерінің физикалық құрылысын, химиялық құрамын пайда болуын және эволюциялық дамыуын астрономияның – астрофизика деген бөлімі зерттейді.

Жалпы астрономия курсында осы бөлімдердің негізгі әдістері мен нәтижелері қарастырылады.

Астрономия ең ежелгі ғылым қатарына жатады. Ол адамзат баласының тұрмыс қажетінен туып сонымен бірге дамыды. Атап айтқанда аспан денелеріне қарап уақытты және бағдарды анықтауға және сондай-ақ ауа-райын болжауға яғни егін өнімі және мал қыстату т.с.с. мәселелерге алдын ала пікірлер айтуға болады. Бұл сияқты астрономиялық қарапайым деректер мыңдаған жылдар ілгері Вавилонда, Мысырда және Қытайда пайда бола бастаған.

Қазіргі астрономия математика, физика, химия, биология, география, геология, т.с.с. ғылымдармен тығыз байланысты, ол осы ғылымдардың жетістіктерін пайдаланып, оларды байтып және олардың алдарына жаңа мақсаттар қояды. Жердің және басқа аспан денелерінің шығу тегін өзгерістерін табиғат тану ғылымдар тұрғысынан түсіндіруге мүмкін екенін көрсетіп, материалистік философияның дамуына бірден-бір ықпал етеді.

Сұрақтар:

1.Астрономия пәні.

2.Астрономия міндеттері.

3.Астрономия бөлімдері.

Ші лекция. Аспан сферасы, сфералық астрономия негізі. Жұлдызды аспан және аспан сферасының тәулік бойынша айналуы.Әлем осінің горизонтқа қатысты орналасуы. Аспан сферасындағы нүктелер мен сызықтар. Астрономиялық координаталар: горизонттық және экваторлық координаталар жүйелері.

Астрономия – шырақтардың көрінерлік орнын және қозғалысын анықтайды. Осы мәселелерді шешу үшін астрономияда аспан сферасы деген ұғым пайдаланылады.

Аспан сферасы дегеніміз – центрінде бақылаушының көзі орналасқан, радиусы өте үлкен (бірақ шексіз емес) ішкі бетінде аспан шырақтарының орналасуы, бақылаушы тұрған жердегі және бақылау кезеңіндегі жұлдызды аспандағыдай болатын жорамал сфера. Аспан сферасындағы шырақтардың орнын анықтау үшін негізгі элементтерін белгілеу керек.

1-cурет. Аспан сферасы

Аспан сферасының центрі арқылы және бақылаушы тұрған жердің тіктеуіші

мен бағыттас түзу сызық – тік немесе вертикаль сызық деп аталады (1-сурет).

Тік сызық аспан сферасын бақылаушының төбесіндегі зенит және оған қарама-қарсы орналасқан надир деп аталатын екі нүктелерде қияды.

Жазықтығы тік сызыққа перпендикуляр болатын аспан сферасының NSN үлкен шеңбері – шын немесе математикалық горизонт деп аталады.

Аспан сферасының айналу диаметрін – дүние осі деп атайды. Дүние осі аспан сферасынан солтүстік дүние және оңтүстік полюстерінде қияды. Солтүстік дүние полюсінен қарағанда аспан сферасының айналуы сағат тіліне қарсы болады. Солтүстік дүние полюсіне Темір Қазық жұлдызы өте жақын орналасқан.

Жазықтығы дүние осіне перпендикуляр болатын аспан сферасының үлкен шеңбері – аспан экваторы деп аталады. Аспан экваторы аспан сферасын оңтүстік және солтүстік жарты сфераларға бөледі. Аспан экваторы математикалық горизонтпен шығыс Е және батыс W нүктелерде қиылысады.

Дүние полюстері, зенит және надир арқылы өтетін аспан сферасының үлкен шеңбері – аспан меридианы деп аталады. Аспан меридианы математикалық горизонтпен солтүстік N және оңтүстік S нүктелерде қиылысады. Солтүстік N нүкте дүниенің солтүстік полюсіне, ал оңтүстік S нүкте – дүниенің оңтүстік полюсіне жақын орналасады. Солтүстік N және оңтүстік S нүктелерді қосатын NS сызығы – талтүстік сызық деп аталады. Аспан меридианы, аспан экваторымен Q және екі нүктелерінде қиылысады. Бұлар аспан экваторының жоғарғы /Q/ және төменгі нүктелері деп аталады.

Жазықтықтары математикалық горизонт жазықтығына параллель орналасқан аспан сферасының (2-сурет) кіші шеңберлері – альмукантараттар деп аталады. Зенит Z және надир арқылы өтетін аспан сферасының үлкен жарты шеңберлері – вертикаль немесе биіктік шеңберлері деп аталады.

Зенит Z, надир , шығыс Е және батыс W нүктелері арқылы өтетін аспан сферасының үлкен шеңбері – бірінші вертикаль деп аталады.

Жазықтықтары аспан экваторының жазықтығына параллель болатын аспан сферасының (3-сурет) кіші шеңберлері – тәуліктік немесе аспан параллельдері деп аталады. Солтүстік дүние полюсі Р – мен және оңтүстік дүние полюсі арқылы өтетін аспан сферасының үлкен жарты шеңберлері – ауысу немесе сағаттық шеңберлер деп аталады.

Күннің жылдық көрінерлік қозғалысының жолы – эклиптика деп аталады.

Эклиптика мен аспан экваторы көктемгі (22-наурыз) және күзгі (23-қыркүйек) күн мен түн теңелу нүктелерінде қиылысады, ал осы екі

жазықтықтардың арасындағы бұрыш -ға тең. Көктемгі және күзгі күн мен түн теңелу нүктелерінен бұрыштық қашықтықта орналасатын эклиптиканың нүктелері жазғы (21-маусым) және қысқы (22-желтоқсан) күн тоқырау нүктелері болады.

Аспандағы нүктелердің бағыттарын анықтайтын координат жүйелері – сфералық координаттар. Осы жүйелердің негізгі жазықтықтары ретінде математикалық горизонт, аспан экваторы, эклиптика жазықтықтары

алынады. Осыған байланысты горизонттық, экваторлық, эклиптикалық координат жүйелері болады.

5-сурет. Экваторлық координаттар

Горизонттық координаттар.Негізгі жазықтық – математикалық горизонт жазықтығы, бастапқы нүкте – зенит Z. М шырақ, Z зенит және надир арқылы биіктік шеңбер өткізіледі (4-сурет). Шырақ М-ның горизонттық координаттары: биіктік h және азимут А. Биіктік шеңбердің горизонттан шыраққа

дейінгі mM доғасы шырақтың биіктігі деп аталады. Биіктік -тан (надир) -қа (зенит) дейін өлшенеді. Биіктік h орнына зениттен қашықтық Z алынады. Зениттен шыраққа дейінгі биіктік шеңбердің ZM доғасы. Зениттен қашықтық -тан (Z) -қа (надир) өлшенеді.

Биіктік h пен зенит аралығы Z-тің қосындысы 90⁰-қа тең. Азимут А дегеніміз математикалық горизонттың оңтүстік S нүктесінен, шырақтың биіктік шеңберіне дейінгі аспан сферасының айналу бағытымен алынған математикалық горизонттың Sm доғасы. Ол 0⁰-тан 360⁰-қа дейін есептелінеді. Кейбір жағдайда астрономияда доғалармен бұрыштарды градуспен қатар сағатпен де өлшейді. Сағатпен өлшегенде азимут 0-ден 24 сағатқа дейін өзгереді.

1 сағат - 15⁰-қа тең, ал 1⁰ – төрт минутқа тең болады, (1⁰=4^m). Тәуліктік айналыстың әсерінен биіктік пен азимут үнемі өзгеріп отарады.

Экваторлық координаталардың 1-ші жүйесі.Мұндағы негізгі жазықтық аспан экватор жазықтығы, негізгі нүкте – дүниенің солтүстік полюсі Р (5-сурет) болып саналады. Солтүстік полюс Р, шырақ М және оңтүстік полюс арқылы ауысу шеңберін жүргізейік. Шырақтың орны сағаттық бұрыш t, ауысу немесе полюстік аралық арқылы анықталады. Ауысу – аспан экваторынан шыраққа дейін алынған ауысу шеңбердің mM доғасы шырақтың экватордан бұрыштық қашықтығы. Тек ол – 90⁰-тан +90⁰-қа дейін есептеледі.Кейде ауысу -ның орына, полюстік аралық қолданылады, олардың қосындысы 90⁰ тең.

Полюстік аралық 0⁰-ден 180⁰-қа дейін есептелінеді.

Сағаттық бұрыш дегеніміз аспан экваторының жоғарғы нүктесінен бастап шырақтың ауысу шеңберіне дейін, аспан сферасының айналу бағытымен алынған аспан экваторының доғасы, ол 0-ден 360⁰-қа дейін не 0^h-ден 24^h-қа дейін есептелінеді.

Сөткелік айналыстың әсерінен шырақтың сағаттық бұрышы өзгереді, ал ауысу өзгермейді, себебі шырақтың аспан параллелі аспан экваторына параллель. Сағаттық бұрыш t тәуілік бойы бірқалыпты 0⁰-ден 360⁰-қа дейін өсіп отырады, сондықтан оны уақытты өлшегенде пайдаланады.

Экваторлық координаталардың 2-ші жүйесі.Аспан сферасының тәуліктік айналысы кезінде координаталардың өзгермейтіні ыңғайлы. Сондықтан сағаттық бұрыштық орнына тура шарықтау (5-сурет) алынады, ал бірінші координата ауысу сол күйінде болады. Сонымен, бұл жүйеде ауысу және тура шарықтау координаталары қолданылады.

Тура шарықтау дегеніміз көктемгі күн мен түн теңесу нүктесінен бастап, аспан сферасының айналу бағытына қарсы бағыттағы шырақтың ауысу шеңберіне дейінгі алынған аспан экваторының доғасы. Тура шарықтау0⁰-ден 360⁰-қа дейін немесе 0^h-тан 24^h-қа дейін есептелінді.

6-сурет. Эклиптикалық координаталар

Эклиптикалық координаталар.

Эклиптика жазықтығы негізгі жазықтық болып саналады, оның солтүстік полюсі П негізгі нүкте болады (6-сурет). Эклиптиканың солтүстік П

полюсті, шырақ және эклиптиканың оңтүстік полюсі арқылы шеңбер жүргізейік. Ол ендік шеңбері деп алынады.

Шырақтың орнын екі координатамен анықтайды: астрономиялық ендік β, астрономиялық бойлық λ.

Астрономиялық ендік β – эклиптика мен шырақтың арасындағы ендік шеңберінің mM доғасына тең. Ол – 90⁰-тан

+90⁰-қа дейін есептелінеді.

Астрономиялық бойлық λ – күн мен түн теңесу нүктесінен бастап, шырақтың ендік шеңберіне дейін аспан сферасының айналуына қарсы бағытпен алынған эклиптикалық доғасына тең. Астрономиялық бойлық 0⁰-ден 360⁰-қа дейін есептелінеді.

Сұрақтары:

1. Аспан сферасы.2. Жұлдызды аспан және аспан сферасының тәулік бойынша айналуы.3.Әлем осінің горизонтқа қатысты орналасуы.4. Аспан сферасындағы нүктелер мен сызықтар. 5.Астрономиялық координаталар: горизонттық және экваторлық координаталар жүйелері.

Ші лекция. Кульминация. Меридиандағы жарық көзінің биіктігі. Жарық көзінің көріну шарттары. Аспан сферасының әр ендікте айналуы.

Шырақтар аспан параллельдерімен қозғалып математикалық горизонтты екі нүктеде қиюы мүмкін. Бұл құбылысты шырақтардың шығуы немесе батуы дейді, ал қиылысу нүктелері шырақтың шығу не бату нүктесі деп аталады. Осы нүктелердің біреуі горизонттың шығыс, ал екіншісі – батыс жартысында жатады. Шырақтардың шығуы және батуы олардың ауысу δ-на және бақылаушы орналасқан Жердің географиялық φ ендігіне байланысты (12-сурет) болады.Егерде шырақтың параллелі NM₁ параллелден солтүстік дүние полюсіне жақынырақ орналасатын болса, ол батпайтын шырақ болады. Мынау теңсіздікпен сипатталатын батпайтын шырақтардың шарты.

Шықпайтын шырақтардың параллелдері (солтүстік ендікте) SM₂ параллельден оңтүстік дүние полюсіне жақынырақ орналасуы керек. Шырақтардың шықпау шарты былай сипатталады:

Сонымен шырақтардың батып, шығу шарты мына теңсіздік арқылы өрнектеледі:

Тәуліктік айналыста барлық шырақтар аспан меридианын екі нүктеде қиып өтеді. Бұл құбылыс шырақтардың

12-сурет. Батпайтын, батып-шығатын, шықпайтын шырақтар

кульминациясы деп аталады (13-сурет).

Егер шырақ аспан меридианын жартысында қиятын болса, ол жоғарғы кульминацияда, ал жартысында – төменгі кульминацияда болады. Жоғарғы кульминацияда шырақтың зенит аралығы Z минимумға жетеді, ал биіктігі h максимал болады:

Төменгі кульминацияда керісінше: зенит аралығы максимал болып, биіктік минимал болады: .

13-сурет. Кульминация

Егер шырақтың ауысуы зерттеу жүргізген жердің географиялық ендігіне тең болса, онда жоғары кульминация кезінде шырақ зенитте болады. Тәуліктік айналыс кезінде шырақтың горизонтал координаталары өзгеріп отырады, төменгі кульминацияда биіктік h өзінің аз мәніне

жетеді одан кейін ол бірте-бірте артып жоғары кульминация моментінде максимумге жетеді. Ал шырақ батып, шығатын болса, батқанда, шыққанда оның биіктігі 0⁰-қа тең болады. Егер шырақтың жоғарғы кульминациясы зениттен оңтүстікке қарай болса, оның А азимуты бір тәуліктің ішінде 0⁰-тан 360⁰-қа дейін өзгереді. Егер шырақтың жоғарғы кульминациясы РZ (зениттен солтүстікке қарай) доғасында болса, шырақтың азимуты 0⁰ мен 360⁰ жетпейді, 180⁰-тан екі жаққа қарай өзгереді, кемиді не артады.

Сұрақтары:1. Кульминация.2. Меридиандағы жарық көзінің биіктігі. 3.Жарық көзінің көріну шарттары. 4.Аспан сферасының әр ендікте айналуы.

Ші лекция. Жердің Күнді айнала қозғалуы және Күн нің эклиптика бойынша жылдық қозғалысы. Эклиптиканың негізгі нүктелері. Эклип тикалық координаталар жүйесі. Тропикалық жыл. Зодиакты шоқжұлдыздар. Жыл мезгілдерінің алмасуы және климаттық белдеулер.

Тәулік сайын аспанда Күн шығыс жақтан шығып, батысқа қарай жүріп отырып, батыс жақтан батады. Бұл Күннің тәуліктік қозғалысы, шындығында Жердің өз осі айналуынан болатын тек көрінерлік қозғалыс екенін ескеру керек.

Тәуліктік қозғалыстан басқа Күннің жылдық қозғалысы да болады, яғни жыл бойы Күн аспанда жұлдыздар арасында батыстан шығысқа қарай қозғалып бір жыл өткен соң аспандағы бастапқы орнына келеді. Сөйтіп Күннің жұлдыздарға қатысты орны өзгеріп отырады. Күннің осындай жылдық қозғалысы болғандығына қалай көз жеткізуге болады? Түн ортасында аспан меридианын басып өтетін жұлдыздар Күнге қарама-қарсы орналасады. Күндер өткен сайын меридианға басқа бір жұлдыздардың

14-сурет. Эклиптика

келетінін көріп, жұлдызды аспанның жыл мезгілдеріне қарай түрі өзгеретінін байқаймыз. Осыдан, Күннің экваториал координатасының біреуі – тура шырақтау α_⨀-сы бір жылда 0⁰-ден 360⁰-қа шейін өзгеретінін анық білеміз. Күннің екінші экваториал координатасы – ауысу δ_⨀-сы да өзгереді. Күннің кульминациядағы биіктігі тең болады. Жазда Күннің жоғарғы кульминациядағы биіктігі қысқа қарағанда артығырақ болады. Жыл бойы Күннің талтүстегі биіктігі белгілі бір ендікте үнемі өзгеріп

отырады. Осыдан, Күннің ауысу δ_⨀-сы өзгеретінін білеміз, бір жылдың ішінде Күннің ауысуы –23⁰26 -тен +23⁰26 -ке дейін өзгереді.

Күннің жұлдыздар арасында бір жыл бойында жүретін жолы эклиптика деп аталады. Эклиптика аспан сферасының үлкен шеңбері болады, аспан экваторына 23⁰26 көлбеу орналасады. Бұл бұрышты ε деп белгілеп, эклиптиканың көлбеулігі деп атайды (14-сурет).