Звезда Бетельгейзе, вероятно, готова взорваться. Почему этому так рады ученые?
Автор фото, ESA
Подпись к фото,Яркость Бетельгейзе была минимальной за 50 лет наблюдений
По всему миру астрономы — от любителей до ученых-грандов — смотрят в телескопы на небо в надежде увидеть уникальное по космическим меркам событие.
Предполагается, что Бетельгейзе — одна из самых ярких для наблюдения с Земли звезд — может превратиться в сверхновую гораздо раньше, чем ожидалось. Проще говоря, она взорвется под действием собственной гравитации.
Хотя астрономам и раньше было известно, что это случится в не очень далеком будущем, недавние изменения в поведении звезды вызвали удивление у специалистов.
Почему ученые считают, что Бетельгейзе взорвется?
Бетельгейзе уже считают обреченной звездой, и ее взрыв — лишь вопрос времени.
Звезде примерно 8-10 млн лет, тогда как нашему Солнцу — 4,5 млрд лет, но Бетельгейзе чересчур быстро расходует свое ядерное топливо.
Бетельгейзе — красный сверхгигант, то есть это огромная звезда, находящаяся на завершающей стадии жизни.
Автор фото, ALMA
Подпись к фото,Фото звезды, сделанное в 2017 году в Чили
Также Бетельгейзе пульсирует, то есть существенно меняется в диаметре, который в ходе пульсаций небесного светила изменяется от 550 до 920 диаметров Солнца.
«Такие характеристики свойственны кандидатам в суперновые, — рассказал в интервью Би-би-си преподаватель астрономии из университета Ноттингем Трент Дэниел Браун. — Нынешние сценарии предполагают, что по астрономическому масштабу времени это может случиться в любой момент. То есть в ближайшие 100 тыс. лет».
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Бетельгейзе (сверху слева) находится в созведии Ориона
Так она не станет сверхновой в обозримом будущем?
За последние несколько месяцев астрономы заметили, что Бетельгейзе существенно потускнела.
В декабре исследователи из американского университета Вилланова сообщили, что яркость звезды была минимальной за 50 лет наблюдений.
Столь сильное потускнение подтолкнуло ученых к мысли, что красный гигант готов взорваться.
По их мнению, столь резкая потеря яркости может свидетельствовать о том, что время звезды вышло.
«Когда гигантские звезды приближаются к концу жизненного цикла, они анормально и неистово теряют массу», — написала в «Твиттере» астроном из Калифорнийского университета Сарафина Нэнс.
«Теоретически вся эта выброшенная пыль может окутать и затемнить почти мертвую звезду, заставляя ее тускнеть, прежде чем она станет сверхновой», — добавила она.
Однако ученым также хорошо известно, что Бетельгейзе является переменной звездой.
Автор фото, AFP
Подпись к фото,Астрономы считают, что Бетельгейзе вскоре станет сверхновой
Если наблюдать такие звезды с Земли, их яркость изменяется, рассказала в интервью Би-би-си астрофизик из Йоркского университета Эмили Брундсден.
«Ничто не указывает на скорый взрыв Бетельгейзе. Тем не менее, у нас никогда не было возможности наблюдать за процессами, ведущими к появлению сверхновой, так что всегда существует вероятность, что это [внезапный взрыв] случится», — добавила она.
Что произойдет во время взрыва?
Взрыв сверхновой это мощное и яркое явление, в результате которого выбрасываются огромные объемы энергии.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Вспышка Бетельгейзе будет ярче сияния Луны, и ее будет видно даже днем
Это явление не останется незамеченным, особенно, если учесть, что оно случится «недалеко» от Земли.
«За несколько дней Бетельгейзе станет такой же яркой, как Луна. Ее будет видно даже днем», — сказал Дэниел Браун.
Яркое свечение может продолжаться несколько месяцев.
Значит, мы в опасности?
Взрыв сверхновых сопряжен с огромной разрушительной силой.
Если бы, например, взорвалось Солнце, это уничтожило бы всю Солнечную систему, говорят астрономы.
Автор фото, NASA
Подпись к фото,В 1987 году была зафиксирована вспышка сверхновой звезды SN 1987A
По словам ученых, в прошлом из-за взрывов звезд повышалась температура Земли. Также они могут повредить озоновый слой, который защищает планету от губительной солнечной и космической радиации.
Хорошо то, что наше Солнце слишком маленькое, чтобы взорваться, как Бетельгейзе, хотя через два миллиарда лет, как ожидается, оно увеличится и поглотит Меркурий, Венеру и Землю.
Астрономы говорят, что Земля находится на безопасном расстоянии от Бетельгейзе. «Можно было бы говорить о потенциальной проблеме, будь дистанция менее 50 световых лет», — объяснил Дэниел Браун.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,По словам ученых, появление сверхновой не несет угрозы человечеству
«Это не так в случае с Бетельгейзе», — добавил он.
Звезда находятся в созвездии Ориона, это примерно 700 световых лет до Земли.
Согласно исследованию, опубликованному в 2016 году в «Астрофизическом журнале», потребуется шесть миллионов лет, прежде чем ударная волна и обломки доберутся до Солнечной системы.
В чем уникальность сверхновой Бетельгейзе?
Появление сверхновой в нашей галактике — Млечном пути — крайне редкое явление. Последний раз его наблюдали в 1604 году. Взрыв случился в 13 тыс. световых лет от Земли, что в 20 раз больше расстояния до Бетельгейзе.
Ее назвали Сверхновой Кеплера в честь открывшего ее немецкого астронома Иоганна Кеплера.
В 1987 году была зафиксирована вспышка сверхновой звезды, которую можно было увидеть невооруженным взглядом. Она получила название SN 1987A. Сверхновая находится в Большом Магеллановом Облаке в 168 тыс. световых лет от Земли.
Несмотря на огромное расстояние, это была самая близкая вспышка сверхновой после открытия Кеплера.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,В XVII веке Иоганн Кеплер открыл в Млечном пути сверхновую звезду, названную в его честь
«Бетельгейзе дает нам возможность наблюдать за теми процессами, которые происходят после смерти звезды, и лучше понимать Вселенную», — сказала Эмили Брундсден.
«Если она взорвется сейчас, это станет кошмаром для астрономов, поскольку они будут завалены работой, ведь нам придется пересмотреть наше представление о звездах. Но это также было бы очень увлекательно», — добавила она.
Почему так сложно предсказать, когда звезда превратится в сверхновую?
Хотя за всю историю наблюдений смерть звезд фиксировали и документировали несколько раз, вплотную за этим процессом не следили.
Пока о себе не заявила Бетельгейзе.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Взрыв сверхновых сопряжен с огромной разрушительной силой
Хотя 700 световых лет это огромное расстояние, по астрономическим меркам, звезда находится по соседству в Млечном пути.
Это одна из немногих звезд помимо Солнца, поверхность которой можно рассмотреть во всех деталях.
Поэтому ее взрыв дал бы ученым уникальную возможность тщательно изучить это явление.
А все остальные смогут насладиться фантастическим зрелищем в звездном небе.
Посмотрите, что нас ждет, если Солнце погаснет прямо сейчас / AdMe
Выключить Солнце по щелчку пальцев невозможно. Исчезнуть ни с того ни с сего оно тоже не может. Тем не менее ученые точно знают, что произойдет с Землей и ее обитателями, если Солнце погаснет.
Мы в AdMe.ru решили рассказать об основных событиях, которые за этим последуют. А в конце вы найдете ответ на вопрос, что же действительно ждет Солнце и нашу планету через миллиарды лет.
8 минут 20 секунд
Космонавты Международной космической станции поймут, что с Солнцем что-то не так, в первую очередь. Но даже они узнают об этом не раньше, чем через 8 минут 20 секунд. Ровно столько свет идет от Солнца до Земли.
После того как Солнце погаснет, на всей планете наступит ночь. И люди не смогут видеть Луну. Все дело в том, что сам по себе спутник Земли не производит свет. Он лишь отражает солнечные лучи. Значит, без них мы не увидим Луну, как и другие космические объекты, видимые за счет отраженного света.
Температура планеты
После этого Земля начет быстро остывать, как это обычно происходит с полушарием, на котором царит ночь.
Подсчитано, что за неделю средняя температура поверхности планеты опустится ниже –20 °С. За год — где-то до –73 °С. В конце концов температура упадет до –240 °С и будет сохраняться на этом уровне.
Жизнь на Земле
Первыми под удар попадут растения. Они не могут существовать без фотосинтеза, который, в свою очередь, невозможен без солнечного света. Все мелкие растения погибнут в течение нескольких недель. Зато крупные деревья смогут просуществовать дольше — несколько лет. Это возможно благодаря большому запасу глюкозы, которую растения вырабатывают в процессе фотосинтеза, и медленному обмену веществ.
Пищевая цепочка будет нарушена, что приведет к быстрому вымиранию диких животных. Самыми последними из них погибнут падальщики.
Люди же могут спастись, укрывшись в глубинах Мирового океана или под землей, где тепло будет сохраняться дольше всего. Ведь ядро Земли будет все таким же горячим. Возможно, человечество даже научится выращивать растения и животных в таких условиях. Энергию можно было бы получать за счет ядерных реакторов и геотермальных источников.
Но даже если человечеству не удастся выжить, отдельные микроорганизмы продолжат существовать даже в самых неблагоприятных условиях. Поэтому формально жизнь на Земле сохранится.
Гравитация
Если Солнце исчезнет, то нечему будет удерживать Землю и другие планеты на их орбитах. В итоге все они выйдут за пределы Солнечной системы и будут лететь, пока не попадут под действие гравитации чего-то более крупного, чем они сами. Либо пока не столкнутся с любым большим космическим объектом, который способен их уничтожить.
Плюсы
Несмотря на то что такое событие несет множество разрушительных или даже смертельных для человечества последствий, есть у него и некоторые положительные стороны:
- без Солнца лучше бы работала спутниковая связь;
- без Солнца наземные обсерватории могли бы работать круглосуточно;
- без Солнца дешевле было бы торговать, так как не было бы деления на часовые пояса, ведь везде бы была ночь;
- без Солнца не страшен борщевик — растение, которое содержит химические вещества под названием фуранокумарины. Они могут поглощаться кожей человека, а под действием солнечного света провоцируют химический ожог.
Что произойдет с Солнцем на самом деле
Как мы уже говорили, Солнце не может исчезнуть просто так или погаснуть в один миг. Светимость нашей звезды увеличивается на 1 % каждые 110 млн лет за счет сжигания водорода. Ученые считают, что через 4–5 млрд лет Солнце расширится и поглотит или очень сильно разогреет Землю.
После этого его светимость будет и дальше увеличиваться, пока Солнце не станет на 121 % ярче и горячее, чем сейчас. Затем оно перейдет в фазу красного гиганта.
И если к тому времени человечеству все же удастся каким-то образом выжить, перед ним возникнут уже совсем другие проблемы.
А вы как думаете, сколько лет еще будет существовать человечество? Делитесь мнением в комментариях.
Иллюстратор Daniil Shubin специально для AdMe.ru
Что такое световой год? — Любительская астрономия для начинающих
Рубрика: Астрономия для чайников Опубликовано 14.08.2019 · Комментарии: 0 · На чтение: 7 мин · Просмотры:Post Views: 49 218
Астрономия, как и любая наука, имеет свою терминологию, которая кажется странной и непонятной для человека мало с ней знакомого. Что такое элонгация? А перигей? Пульсары и квазары — это одно и то же или нет? Один из вопросов, который очень часто задают заинтересовавшиеся астрономией люди, звучит так: что такое световой год?
В этом термине вроде оба слова понятны, а вместе создают путаницу.
«Световой год» — это мера чего? Времени? Тогда неплохо бы узнать, сколько длится световой год? Другими словами, световой год это сколько наших обычных земных лет? С другой стороны, многие замечали, что термин этот применяется, когда речь идет о расстояниях до космических объектов. Например, «до центра Галактики — 30000 световых лет», или «до Сириуса — 8,6 световых лет». Встает вопрос, как можно расстояние измерять временем?
Попробуем ответить максимально просто.
Световой год — это мера расстояния
Первое, что нужно четко уяснить, — световой год это не мера времени, а мера расстояния в астрономии, такая же как метр или километр, миля или аршин в обычной жизни. Чтобы понять это, вспомните, как можно измерить расстояние, если нельзя это сделать напрямую, с помощью линейки или землемерного циркуля?
Как известно, расстояние, пройденное телом, равно скорости движения тела, умноженное на время движения (или s = v × t
Теперь представьте, что вы пошли в магазин, до которого ровно три километра. И вы пошли со скоростью ровно 3 км/ч. Вопрос: за какое время вы дойдете до магазина? Очевидно, ровно за час! Поэтому можно сказать, что расстояние до магазина равно 3 км, а можно сказать, что оно равно 1 «человеческий час».
Но в «человеческих часах» расстояние никто не измеряет, потому что все мы ходим с разной скоростью. И даже один человек ходит по-разному: опаздывая на троллейбус, он почти бежит, а в парке неторопливо прогуливается. Значит, и время t, чтобы преодолеть расстояние до магазина, всегда будет разным.
Но что, если скорость движущегося тела будет всегда постоянна? Вне зависимости, куда, в каком направлении оно идет и при каких обстоятельствах проводятся измерения? Тогда, конечно, расстояние можно было бы измерять при помощи времени его перемещения, ведь в таком случае v в формуле постоянно и s зависит только от t.
Подождите, скажете вы, а разве есть такой объект, который движется всегда — всегда! — с постоянной скоростью?
Скорость света
Такой объект есть, и это свет! Как известно, скорость света в вакууме постоянна и равна 299 тысяч 792 километра и 458 метров в секунду или, округляя, 300000 км/с.
То есть за 1 секунду луч света проходит 300000 километров! Неплохо, правда? Если научиться каким-то образом измерять точное время, за которое свет преодолевает расстояние до объекта, то мы узнаем и расстояние до него!
Как это сделать? Ну, например, мы можем взять мощный лазер и посветить им в сторону Луны. Лазерный луч долетит до Луны, часть света отразится от ее поверхности и полетит в обратном направлении. В момент, когда он вернется на Землю и попадет в наши глаза, мы увидим на Луне световой зайчик. Если мы точно измерим промежуток времени между включением лазера и появлением на поверхности Луны зайчика, и умножим это время на скорость света, то мы узнаем расстояние, которое прошел лазер до Луны и обратно. Разделим это расстояние пополам и узнаем расстояние до Луны!
Лазерный луч, создающий в небе искусственную звезду для оценки состояния атмосферы. Скорость света этого луча постоянна! Но в атмосфере она несколько меньше, чем в вакууме. Фото: ESO
Примерно так астрономы в XX веке измерили многие расстояния в Солнечной системе.
Например, они провели радиолокацию Венеры — послали в сторону планеты радиосигнал и дождались его возвращения назад. Радиоволны движутся со скоростью света, время возвращения ученые измерили очень тщательно и затем по формуле
Еще раз: почему вообще расстояние можно измерять при помощи света? Потому что скорость света в вакууме постоянна! (Тут надо бы добавить, в инерциальных системах отсчета, но не будем пока усложнять.) В отличие от скорости людей, автомобилей и ракет.
Чему равен 1 световой год?
Теперь вернемся к тому, с чего начали. Дадим определение: световой год — это расстояние, которое свет (двигаясь всегда — всегда! — с постоянной скоростью 300000 км/с) проходит ровно за один год!
Получается какое-то очень большое число, не правда ли? Если за секунду свет преодолевает 300 тысяч километров, то за минуту в 60 раз больше — 18 миллионов километров.
1 световой год в километрах
Теперь, чтобы подсчитать, сколько километров в световом году, нам надо узнать, сколько в году часов. В сутках 24 часа, а в году 365,25 суток (каждый четвертый год — високосный). Следовательно, в году 24 × 365,25 = 8766 часов. (На самом деле чуть меньше, 8760 часов. Просто мы взяли грубое число суток в году.)
Итак, чтобы найти, чему равен 1 световой год в километрах, нам надо скорость света в км/ч умножить на количество часов в году. Получается 9461 миллиард километров. Итак, 1 световой год равен 9,46 триллионов километров!
Какое-то сумасшедшее число!
Если бы магазин находился на таком расстоянии от вашего дома, то, двигаясь с привычной скоростью 3 км/ч, вы шли бы до него 360 миллионов лет… Долго получается, не правда ли?
Лучше поехать на машине.
Двигаясь со скоростью 100 км/ч, автомобиль преодолеет расстояние в световой год за 10 миллионов 800 тысяч лет. Тоже не вариант. Значит, нужен самолет! Обычный пассажирский самолет пролетит световой год «всего лишь» за 1 миллион лет.
Может быть, поможет ракета? Космонавты летают вокруг Земли со скоростью около 8 км/с или 28800 км/ч. Даже с такой скоростью им потребуется 37500 лет, чтобы добраться до магазина.
Сколько световых лет от Солнца до Земли?
Теперь давайте решим обратную задачу — посчитаем расстояние от Солнца до Земли в световых годах. Для этого расстояние от Солнца до Земли в километрах разделим на длину светового года. Среднее расстояние до Солнца (она же астрономическая единица) равно 150 миллиона км, световой год равен 9,46 триллиона км. Делим первой на второе, получаем 0,000016.
Итак, расстояние от Солнца до Земли равно 0,000016 световых лет. Или… 8 световых минут.
Сколько световых лет от Земли до Луны?
Луна находится гораздо ближе Солнца, среднее расстояние до нашего спутника 384000 км или чуть больше световой секунды.
Сколько это в световых годах? Делим 384 тысячи км на длину светового года в км (все те же 9,46 триллиона км) и получаем число 0,000000041 световых лет. (Я мог ошибиться, пересчитайте, если не верите.)
Ясно, что расстояние до Луны измерять в световых годах глупо. Но тогда встает вопрос:
Зачем нужны световые годы?
Ответ прост: чтобы измерять расстояния за пределами Солнечной системы!
- Ближайшая звезда к Солнцу, Про́ксима Центавра находится на расстоянии 4,2 световых года. То есть свету нужно путешествовать 4,2 года, чтобы преодолеть расстояние от Солнца до Проксимы.
- Большинство звезд, которые мы видим на небе ясной ночью, находятся от нас на расстоянии в десятки и сотни световых лет!
- Звезда Денеб в Летнем треугольнике находится от нас на расстоянии 2500 световых лет.
- До центра нашей галактики (она называется Млечный Путь) — 30000 световых лет.
- Диаметр Млечного Пути — 100000 световых лет.
- До ближайшей крупной спиральной галактики, Туманности Андромеды — 2,5 миллиона световых лет.
- От Земли до центра крупного скопления галактик в созвездии Девы — 65 миллионов световых лет.
- До ближайших квазаров — 3 миллиарда световых лет.
- Наконец, до края наблюдаемой Вселенной — почти 14 миллиардов световых лет.
Попробуйте-ка пересчитать эти расстояния на километры! Не хочется? Вот и астрономы не хотят считать.
PS. Что и говорить, на машине такие пространства не объедешь…
Post Views: 49 218
§ 1
§ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЙ ДО ЗВЕЗД
Расстояния до звезд определяются в основном двумя способами:
1. С помощью годичного параллакса – угла, под которым со звезды видна большая полуось орбиты Земли (среднее расстояние от Земли до Солнца):
(1)
Для , выраженного
в секундах
дуги, (парсек).
1 парсек – параллактическая секунда (сокращенно пк) – расстояние, с которого большая полуось видна под углом .
2. Если известны видимая () и абсолютная () звездные величины звезды, то
, (2)
где – расстояние до звезды выражено в парсеках. Величина (м-М) называется модулем расстояния.
Расстояния до звезд измеряют также в световых годах.
1 св.год – расстояние, которое свет проходит за .
1 пк = 3,26 св.года = 206265 а.е. = км
(1а.е. = 1
астрономическая
единица –
среднее
расстояние
от Земли до Солнца
).
Задачи.
1. Измеренный параллакс ближайшей звезды Проксима в созвездии Центавра равен . Найдите расстояние до звезды в пк и км.
2. Выразите среднее расстояние от Земли до Солнца в парсеках.
Успеть до Марса за 180 секунд. Американский физик показал движение света в космосе
Физик-планетолог Джеймс О’Донохью из Центра космических полетов NASA создал видео, в которых показал движение фотона в космосе. Автор роликов продемонстрировал, насколько быстрой и одновременно мучительно медленной может быть эта частица света.
Двигаясь в вакууме, фотон преодолевает 1,079 миллиарда километров за час, или 299,79 метра за секунду, пишет Business Insider. В первом ролике О’Донохью фотон огибает нашу Землю. За секунду он проносится вдоль экватора, длина которого немногим больше 40 тысяч километров, 7,5 раза.
Это кажется головокружительным, хотя уже тот факт, что мы можем ее увидеть, напротив, говорит о ее ограниченности. К тому же скорость света в атмосфере ниже из-за наличия воздуха, который преломляет и замедляет его распространение.
Во втором видео фотон путешествует от Земли к Луне и обратно. На преодоление расстояния в 384,4 тысячи километров ему требуется всего 1,255 секунды. Тоже довольно шустро, ведь поездка в обе стороны с такой скоростью, будь такое возможно, заняла бы всего 2,51 секунды. Правда, время бы постоянно увеличивалось из-за того, что Луна ежегодно отдаляется от нашей планеты примерно на 3,8 сантиметра.
Но во время просмотра третьего ролика становится ясно: миллиард километров в час — не так уж и много в масштабах космоса.
Чтобы долететь от Земли до Марса, фотону требуется три минуты и две секунды. И то, такое время возможно только дважды в год, когда планеты находятся на минимальном (54,6 миллиона километров) расстоянии. В среднем Земля и Марс отстоят друг от друга на 254,28 миллиона километров. Поэтому частичке света понадобится 28 минут и 12 секунд, чтобы долететь с планеты на планету.
Эта анимация также показывает проблему, с которой почти ежедневно сталкивается NASA. Когда аэрокосмическое агентство пытается отдавать команды или загружать данные с марсианского зонда InSight, то может отдавать их только со скоростью света. А это слишком медленно, чтобы управлять кораблем в режиме онлайн.
«Таким образом, команды должны быть тщательно продуманы, сформулированы и нацелены на точное местоположение объекта в пространстве в точное время, чтобы зонды и корабли не пропустили указания», — отмечается в публикации.
Ситуация становится совсем удручающей, если посмотреть за пределы Солнечной системы. Ближайшая известная экзопланета Проксима b находится от Земли на расстоянии 4,2 световых года, или 39,7 триллиона километров. Даже с учетом того, что самый быстрый космический аппарат NASA Solar Probe развивает скорость 343 038,8 километра в час, ему понадобится 13,2 тысячи лет, чтобы долететь до Проксимы b.
Ролики набрали сотни тысяч просмотров на YouTube-канале автора, попали в топ Reddit и породили многочисленные обсуждения пользователей.
«Когда я был ребенком, часто светил фонариком на Луну, надеясь получить ответ».«Я полагаю, что в будущем переброска корабля с Земли на Луну будет похожа на перелет из Бостона в Кеннеди. Богатые деловые люди сделают это, потому что они могут, а затем скажут всем, что это удобно».«У меня в школе был друг, который буквально не верил в скорость света. Чувак кричал на меня, когда я говорил что-то о свете от Солнца, который мы видели в тот момент, когда он фактически покинул светило несколько минут назад».
«Я думаю, что скорость света настолько мала, что мы должны жить в голографической вселенной со странными правилами. Скорость света слишком низкая».Недовольное бурчание о «задержке» сигналов с Марса / Хабр
В связи со вчерашней посадкой ровера Perseverance на Марс. Хотите почувствовать себя обладателем тайного знания, недоступного простым смертным? Сейчас устроим.
Рецепт простой: берём специальную теорию относительности (СТО), которая описывает механику и кинематику движения при около-световых скоростях и обнаруживаем, что в ней скорость света является инвариантом при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой. Что это значит? Это значит, что в любой инерциальной системе (то есть такой, которая движется не под ускорением) скорость света одинакова во всех любых других инерциальных системах, даже если они куда-то движутся относительной нашей. И даже не важно с какой скоростью и в какую сторону.
Из этого, кстати, следует один прикольный мозго-выносящий вывод, который мельком упоминается в учебниках и тут же забывается навсегда — в инерциальной системе сумма любых досветовых скоростей не может превысить световую.
Ибо так завещал великий Хендрик Лоренц, который понатыкал своих коэффициентов в преобразования имени самого себя.
Но мы отвлеклись. Что с ровером? С ним-то всё в порядке, а вот многочисленные восторженные стримы, статьи, заметки и подкасты как с цепи сорвались — мол, сейчас сигнал с Марса идёт до Земли 11 с половиной минут, поэтому мы не можем следить за посадкой и управлять ею в режиме реального времени, поэтому там рулит посадкой автоматика с машинным обучением, и вот когда к нам придёт сигнал об успехе, то это значит, что ровер уже сел 11 с половиной минут назад. Ну и всё в таком духе.
И, чёрт побери, даже, на первый взгляд, технически грамотные люди, вроде бы не первый год разбирающиеся в тематике космоса, астрономии, небесной механике и всём прочем, радостно несут эту чушь мощными потоками. Так вот, ответственно заявляю, эта чушь — чушь!
Нет никакой «задержки на 11 с половиной минут»! То есть да — сигнал с Марса сейчас идёт именно столько времени, если измерять это время в такой системе, где Земля и Марс более-менее спокойны.
Но это не «задержка» относительно того времени события, о котором мы знаем, что оно наступило по нашим часам, то есть сигнал о котором вышел с Марса в нашу сторону. Почему? Потому, что в СТО «одновременность» точно так же относительна, как и скорость и точно так же не может превысить скорость света в инерциальной системе!
Если, например, на Землю пришёл сигнал с Марса о посадке ровера ровно в тот момент, как на Земле кто-то чихнул, то эти два события — посадка ровера и чих — произошли одновременно! А вовсе не с разницей в 11 с половиной минут! Это потому, что сама «одновременность» летела на Землю вместе с сигналом, распространяясь волнами от эпицентра самого события одновременности.
Заглянем на минутку к астрономам. Там ведь об астрономических событиях вроде взрыва сверхновых или образования чего-нибудь заметного не говорят, что это произошло столько-то миллионов или миллиардов лет назад — нет, там считается что это происходит «прямо сейчас», вот как наблюдаем, так и происходит.
Естественно, отдавая себе отчёт в расстоянии, которое понадобилось преодолеть свету, чтобы мы могли это наблюдать.
Но позвольте, если бы на Земле существовал супер-пупер телескоп, в который бы было оптически видно посадку Perseverance, то сигнал с MRO об успешной посадке пришёл бы на Землю сразу после того, как мы в этот телескоп смогли бы увидеть саму посадку. Сразу после, а не через 11 с половиной минут! Потому, что и оптическому сигналу понадобились бы те же самые 11 с половиной минут, чтобы долететь с Марса до Земли. Тот факт, что это событие было запланировано, ничего не меняет в том, что фронт «одновременности» не мгновенный, а точно так же «летит» со скоростью света, как и радио- и оптические сигналы.
Это такой себе mind trick, вызванный тем, что люди привыкли считать свою инерциальную систему отсчёта какой-то более особенной, чем бесконечное множество других, а также тем, что расстояния таких порядков, как сотни миллионов километров тяжело воспринимаются сознанием, привыкшим оперировать более бытовыми величинами.
Что-то вроде «северно-полушарного шовинизма», когда мы подсознательно удивляемся, как это в январе в Австралии лето, или воспринимаем карту мира с югом вверху как нечто неестественное.
И, разумеется, всё это не более чем попытка праздно доколупаться, о чём и заголовок статьи. Счастья вам.
Задачи по физике 11 класс
Задачи по физике 11 классЗадачи по физике
11 класс
Г. В. Федотович, А. П. Ершов, В. Г. Харитонов
Содержание
1 Колебания и волны
1.
1 Механические колебания1.1.1. Тело совершает колебания с периодом с, амплитудой м. Найти максимальную скорость и максимальное ускорение тела.
1.1.2. Тело совершает гармонические колебания с амплитудой 0,1 м, периодом 0,02 с, начальной фазой . Найти амплитудные значения скорости и ускорения тела. Чему будут равны координата, скорость и ускорение при с?
1.1.3. Тело, прикрепленное к некоторой пружине, отклонили на расстояние 1 см от положения равновесия и отпустили, частота его собственных колебаний составляет Гц, трение пренебрежимо мало. Какой путь пройдет тело за 0,01 с, 0,1 с, 0,5 с, 1 с, 2 с? Какое будет при этом перемещение тела?
1.1.4. Груз массы г совершает гармонические колебания с частотой Гц под действием упругой пружины. Найти жесткость пружины.
1.1.5. Тело массы находится на гладком столе и прикреплено к двум
горизонтальным пружинам жесткости и , другие концы пружин
закреплены. Сумма длин недеформированных пружин равна расстоянию между
точками их закрепления.
Тело отклоняют из положения равновесия вдоль пружин и
отпускают. Найти период колебаний.
1.1.6. Длина маятника в Исаакиевском соборе в Санкт-Петербурге равна 98 м. Чему равен период колебаний этого маятника?
1.1.7. Как изменятся показания маятниковых часов, если перевезти их с Земли на Луну? Ускорение свободного падения на Луне примерно в 6 раз меньше, чем на Земле.
1.1.8. Один из математических маятников совершил 10 колебаний за определенный промежуток времени, другой — 6. Найти длины маятников, если известно, что один из них длиннее другого на 16 см.
1.1.9. Шарик, подвешенный на длинной нити, отклонили на малый угол и
отпустили. В этот же момент времени другой такой же шарик начал свободно
падать из точки подвеса нити.
Какой из шариков быстрее достигнет точки
равновесия первого шарика?
1.1.10. Масса маятника составляет 100 г, длина нити — 1 м, максимальное отклонение от положения равновесия — . Найти энергию колебаний маятника.
1.1.11. Маятник с нитью длины 0,5 м в начальный момент времени отклонили на угол и придали ему скорость 1 м/с в направлении положения равновесия. Найти амплитуду и начальную фазу колебаний маятника.
1.1.12. Тело массы г подвешено в поле тяжести на вертикальной пружине жесткости Н/м. В начальный момент времени растяжение пружины см, а скорость тела равна нулю. Найти период, амплитуду, фазу и энергию вертикальных колебаний. Как изменится ответ, если начальное растяжение будет 0,5 см?
1.1.13. Два тела одинаковой массы , находящиеся на горизонтальной плоскости, соединены невесомой пружиной жесткости и совершают колебательное движение вдоль пружины. Найти период колебаний. Трением пренебречь.
1.1.14. Рассмотреть предыдущую задачу для случая разных масс и .
1.1.15. В -образную трубку постоянного сечения , находящуюся в вертикальном положении, налита жидкость плотности . Длина участка трубки, занятого жидкостью, равна . Найти период колебаний жидкости в трубке, если трение пренебрежимо мало.
1.1.16. По гладкой вертикальной трубе может без трения двигаться шарик массы . На дне трубы находится невесомая пружина жесткости . В начальный момент шарик находился на высоте над пружиной. Описать зависимость координаты шарика от времени. Найти период колебаний.
1.2 Электромагнитные колебания
1.2.1. Найдите, какое действующее значение тока потребляется в вашем доме,
если включены все имеющиеся электрические приборы. Какая при этом энергия
выделяется в виде тепла за единицу времени? Рассчитайте средний потребляемый
ток по показаниям счетчика электроэнергии.
1.2.2. Две одинаковые электроплитки мощности 1 кВт включаются в электрическую сеть а) параллельно; б) последовательно. Найти суммарную мощность плиток.
1.2.3. Найти ЭДС, которая возникает на выводах незамкнутой квадратной проволочной рамки со стороной см, которая вращается с частотой Гц вокруг оси симметрии в постоянном магнитном поле с индукцией T, направленным перпендикулярно оси вращения. Какая мгновенная и средняя мощности будут затрачиваться на вращение рамки, если ее выводы подключить к сопротивлению Ом?
1.2.4. Проводящее кольцо радиуса см с сопротивлением Ом находится в переменном магнитном поле, направленном перпендикулярно плоскости кольца и меняющемся по гармоническому закону с амплитудой Т и частотой кГц. Найти среднее тепловыделение в кольце.
1.2.5. В электрическую сеть включается катушка, намотанная медным проводом, с ферромагнитным сердечником и без него. В каком случае катушка нагреется больше?
1.
2.6. В электрическую сеть включен понижающий трансформатор с
коэффициентом трансформации . Ко вторичной обмотке трансформатора
подключен диодный мост, к которому подключена нагрузка. Считая диоды
идеальными, построить график зависимости напряжения на нагрузке от времени.
Найти действующее значение этого напряжения, если действующее напряжение сети
220 В.
1.2.7. В электрическую сеть переменного тока включены последовательно индуктивность и идеальный диод. Построить качественный график зависимости тока в цепи от времени. Сопротивлением проводов можно пренебречь.
1.2.8. Катушка с индуктивностью Гн изготовлена из проволоки с
сопротивлением Ом. Чему будет равна амплитуда тока в цепи, если эту
катушку подключить к источнику с действующим значением напряжения
В и частотой Гц? Найти среднюю мощность тепловыделения в
катушке.
1.2.9. Катушка с индуктивностью Гн, сопротивления Ом подключается к источнику ЭДС а) с постоянным напряжением 36 В; б) с переменным напряжением с частотой 50 Гц и амплитудой 20 В. Найти амплитудное значение тока в обоих случаях.
1.2.10. Конденсатор емкости мкФ заряжен до напряжения В и поключается к катушке с индуктивностью Гн. Сопротивлением проводов можно пренебречь. Каков будет максимальный ток в цепи?
1.2.11. Конденсатор какой емкости надо последовательно подсоединить к лампочке, которая расчитана на напряжение 110 В, чтобы ее можно было включить в сеть с действующим напряжением 220 В. Мощность лампочки 55 Вт.
1.3 Механические волны
1.3.1. Эхо от выстрела дошло до стрелка через 3 с. На каком расстоянии расположена стена, от которой отразился звук?
1.3.2. Используя справочные данные о модулях Юнга и плотности материалов, найдите скорость звука в стали, в меди и в алюминии.
1.3.3. На штативе висят 5 одинаковых металлических шариков (рис.
3.17).
Между шариками есть небольшой зазор. Крайний левый шарик отклонили на
некоторый угол и отпустили. Описать движение шариков, если удары
абсолютно упругие. На какой угол отклонится крайний правый шарик?
1.3.4. Найдите частоту звуковых колебаний в воздухе, соответствующую длине волны 10 см, 1 м, 10 м.
1.3.5. Найти частоту ноты «ля» 3-й октавы.
1.3.6. Локомотив двигается со скоростью км/ч и издает гудок на частоте кГц. Гудок какой частоты услышит наблюдатель стоящий перед поездом? Какую частоту будет слышать наблюдатель, находящийся сзади поезда?
1.3.7. Когда самолет летит с дозвуковой скоростью, на земле слышен
шум его двигателей. Если же пролетает сверхзвуковой самолет, то сначала
слышен громкий хлопок, а затем уже шум двигателей.
С чем это связано?
1.3.8. Стальная пластина со скоростью м/с налетает на стальную стенку. Толщина пластины см. Оценить давление, действующее на стенку во время удара.
1.3.9. Найти основную частоту колебаний, которые могут возникнуть между двумя параллельными зданиями, расположенными на расстоянии 20 м.
1.3.10. На двух столбах висят динамики, которые звучат на двух близких частотах. Если встать примерно по середине между столбами, то интенсивность звука меняется от максимальной до нуля и обратно за 2 с. Определите разность звуковых частот динамиков.
1.4 Электромагнитные волны
1.4.1. Используя табличные данные для показателя преломления найти скорость света в стекле и в воде.
1.4.2. Оценить, за какое время сигнал попадет из Москвы во Владивосток по оптиковолоконной линии и с помощью космической связи. Считать, что скорость света в волокне в 1,5 раза ниже, чем в вакууме.
1.4.3. С помощью шкалы УКВ радиоприемника найдите частоту и длину волны
телевизионных каналов, принимаемых в вашем районе.
1.4.4. Определите длину волны зеленого света, которая расположена примерно посередине видимого диапазона оптических волн. Сравните длину волны зеленого света со средним размером атома.
1.4.5. Как энергия излучения заряда, двигающегося по гармоническому закону, зависит от амплитуды и частоты колебаний?
1.4.6. С помощью шкалы вашего радиоприемника измерьте добротность колебательного контура радиоприемника на различных радиодиапазонах.
1.4.7. Две станции работают на длинах волн 10,5 м и 10,7 м. При какой добротности колебательного контура возможно уверенное разделение сигналов этих станций?
2 Оптика
2.1 Геомтрическая оптика
2.1.1. Радиус источника света см, а его расстояние до экрана м. На каком минимальном расстоянии от экрана надо поместить непрозрачный шар радиуса см, чтобы на экране была видна только полутень?
2.
1.2. Солнечный свет отражается осколком зеркала на стенку. Оцените
минимальное расстояние до стенки, при котором солнечный зайчик будет иметь
вид округлого пятна. Угловой размер Солнца радиан. Поперечный размер
осколка равен примерно 5 см.
2.1.3. Зеркало поворачивают на угол . На какой угол повернется отраженный световой луч?
2.1.4. Чему должен быть равен наименьший размер зеркала, чтобы человек мог видеть самого себя в полный рост?
2.1.5. На какой высоте висит уличный фонарь, если тень от вертикально стоящей палки высотой м имеет длину м, а если палку поставить в конец тени, то новая длина тени м?
2.1.6. Вертикально стоящий на дне водоема столб высоты наполовину торчит из воды, показатель преломления которой равен . Найдите длину тени столба на дне водоема, если угловая высота Солнца над горизонтом равна .
2.1.7. Водолазу, находящемуся под водой, солнечные лучи кажутся падающими
под углом к поверхности воды. Чему равна истинная угловая
высота Солнца над горизонтом? Показатель преломления воды .
2.1.8. Под каким углом должен падать световой луч на стекло с показателем преломления , чтобы угол преломления был в два раза меньше угла падения?
2.1.9. Под каким углом должен падать световой луч на стекло, чтобы угол между отраженным и преломленным лучами был равен ? Показатель преломления стекла равен .
2.1.10. Показатель преломления стекла относительно воды , а глицерина — . Найдите показатель преломления стекла относительно глицерина.
2.1.11. Световой луч падает под углом на плоскопараллельную пластинку из стекла с показателем преломления . Найдите величину смещения луча, если толщина пластинки см.
2.1.12. Если смотреть на капиллярную трубку сбоку, то видимый внутренний
диаметр будет равен . Чему в действительности равен диаметр капилляра?
Показатель преломления стекла .
2.1.13. Параллельный пучок света падает на плоскую часть стеклянного полушара радиуса с показателем преломления . На каком расстоянии от центра шара надо поставить экран, чтобы радиус светового пятна на экране был в два раза больше радиуса шара?
2.1.14. Точечный источник света находится внутри стеклянного шара радиуса с показателем преломления . у дальней поверхности от экрана. На каком расстоянии от центра шара надо поставить экран, чтобы радиус светлого пятна на экране был равен радиусу шара?
2.1.15. Точечный источник света перемещается от центра сферического зеркала к его фокусу. Как перемещается при этом изображение источника?
2.1.16. Изображение предмета в сферическом зеркале в три раза меньше самого предмета. Если предмет придвинуть к зеркалу на 15 см, то изображение станет в 1,5 раза меньше предмета. Найдите фокусное расстояние зеркала.
2.1.17.
Радиус кривизны вогнутого зеркала см. На каком расстоянии
от полюса зеркала надо поместить предмет, чтобы его изображение было
действительным и увеличенным в 2 раза?
2.1.18. Точечный источник света установлен в центре сферического зеркала с фокусным расстоянием . Зеркало разрезали на две половинки и отодвинули каждую на расстояние от главной оптической оси, не меняя их взаимной ориентации. Чему равно расстояние между изображениями в двух половинках зеркала?
2.1.19. Дан ход светового луча до (1) и после (2) отражения в сферическом зеркале. Геометрическим построением найдите положение фокуса и центра зеркала. Направление главной оптической оси изображено на рисунке.
2.1.20. На каком расстоянии от полюса сферического зеркала с фокусным расстоянием надо поместить точечный источник света на главной оптической оси, чтобы положение источника совпало с его изображением, если поставить плоское зеркало на расстоянии перпендикулярно главной оптической оси?
2.
1.21. Человек смотрит на вертикально висящую проволоку, часть которой
прикрыта стеклянным клином с малым углом при вершине. Вид проволоки в клине
смещен относительно ее прямого вида на расстояние . На каком удалении от
клина висит проволока? Показатель преломления стекла равен . Боковые
плоскости клина параллельны проволоке.
2.1.22. На стеклянную призму, представляющую в сечении равносторонний треугольник, параллельно основанию падает световой луч. При каком минимальном показателе преломления стекла луч не выйдет через вторую боковую грань?
2.1.23. На равнобедренную призму с прямым углом при вершине параллельно основанию падает световой луч. Чему равен показатель преломления стекла , если луч испытывает полное внутреннее отражение у основания призмы?
2.1.24. Свеча находится на расстоянии см от собирающей линзы,
фокусное расстояние которой см.
На каком расстоянии от линзы будет
находиться изображение свечи?
2.1.25. На каком расстоянии от линзы надо поместить предмет, чтобы поперечный размер его действительного изображения был в три раза больше самого предмета? Фокусное расстояние линзы см.
2.1.26. Определите фокусное расстояние рассеивающей линзы, если известно, что предмет, помещенный перед ней на расстоянии 40 см дает мнимое изображение, уменьшенное в четыре раза.
2.1.27. Расстояние от предмета до экрана см. Где надо поставить между ними линзу с фокусным расстоянием см, чтобы получить на экране четкое изображение предмета?
2.1.28. Расстояние от предмета до экрана м. Линзу с каким фокусным расстоянием надо взять и где следует ее поставить, чтобы получить изображение предмета, увеличенное в два раза?
2.
1.29. Четкое изображение лампы на экране возникает при двух положениях
линзы, отстоящих на расстоянии . Найдите фокусное расстояние линзы, если
расстояние между лампой и экраном равно .
2.1.30. Точечный источник света перемещают параллельно главной оптической оси линзы на расстоянии от нее. Под каким углом к оси будет двигаться изображение, если фокусное расстояние линзы ?
2.1.31. Две линзы с фокусными расстояниями см и см, стоят на расстоянии см друг от друга так, что их оптические оси совпадают. Предмет находится на расстоянии см слева от первой линзы. На каком расстоянии справа от второй линзы будет изображение предмета?
2.1.32. Даны положения оптического центра линзы и ход произвольного светового луча через линзу. Найдите геометрическим построением положения главных фокусов линзы и направление главной оптической оси.
2.1.33. Если — расстояние от предмета до переднего фокуса линзы, а
— от заднего фокуса до изображения, то имеет место соотношение:
(формула Ньютона), где — фокусное расстояние линзы.
Докажите
справедливость этой формулы.
2.1.34. Две тонкие линзы с фокусными расстояниями и стоят вплотную одна к другой. Найдите, чему равно фокусное расстояние такой системы.
2.1.35. Две линзы стоят на расстоянии см друг от друга. Фокусные расстояния линз см и см. На каком расстоянии от второй линзы сфокусируется параллельный световой пучок?
2.1.36. Объектив фотоаппарата имеет фокусное расстояние см. На каком расстоянии от объектива должен находиться предмет, чтобы снимок получился в 1:20 натуральной величины?
2.1.37. Делают снимок телебашни высотой м. Размер фотокадра на пленке мм. На каком наименьшем расстоянии надо встать фотографу, чтобы вся башня по высоте уместилась на пленке, если фокусное расстояние фотоаппарата см ?
2.1.38. Требуется сделать фотографию бегуна, скорость которого м/с.
Определите максимально допустимое время экспозиции, чтобы размытость
изображения на пленке не превышала мм. Фокусное расстояние объектива
см, а расстояние до бегуна м.
2.1.39. Предмет, сфотографированный с расстояния , получился на пленке высотой , а при фотографировании с расстояния высота изображения . Найдите фокусное расстояние объектива фотоаппарата.
2.1.40. Чему равно фокусное расстояние объектива проекционного аппарата, если на экране получается стократное увеличение? Расстояние до экрана равно 4 м.
2.1.41. Фокусное расстояние объектива проекционного аппарата равно 20 см. На каком расстоянии от объектива надо поставить диапозитив с размером кадра см, чтобы его изображение точно уместилось на экране с размерами м?
2.1.42. Оптическая сила очковых линз равна 1 дптр. Чему равно фокусное расстояние линз?
2.1.43. Оцените, с какого расстояния от наблюдателя в ясную погоду железнодорожные рельсы сольются в одну линию.
2.
1.44. На каком расстоянии от лица надо держать зеркало, чтобы рассматривать в
нем мелкие черты лица?
2.1.45. Определите фокусное расстояние лупы, дающей пятикратное увеличение.
2.1.46. В качестве лупы используется очковая линза с оптической силой 8 дптр. Какое увеличение можно получить с помощью такой лупы?
2.1.47. Увеличение микроскопа . Определите фокусное расстояние объектива, если фокусное расстояние окуляра см, а длина тубуса см.
2.1.48. Фокусное расстояние объектива микроскопа мм, а окуляра мм. Увеличение микроскопа . Чему равно расстояние между фокусами объектива и окуляра?
2.1.49. Фокусное расстояние объектива зрительной трубы см, окуляра см. Под каким углом будет виден диаметр лунного диска, если угловой диаметр Луны при наблюдении невооруженным глазом ?
2.
1.50. Зрительная труба имеет пятидесятикратное увеличение. Фокусное
расстояние объектива м. Чему равны фокусное расстояние окуляра и
полная длина зрительной трубы?
2.2 Физическая оптика
2.2.1. Сколько времени идет свет от Солнца до Земли?
2.2.2. В 1875 г. метод измерения скорости света Физо был использован французским физиком Корню. Число зубцов в колесе было равно 200. При частоте вращения колеса 914,3 наблюдалось 28 появлений света. Какое значение для скорости света получил Корню, если расстояние от зубчатого колеса до зеркала было равно 23 км?
2.2.3. Длина волны света в стекле мкм при частоте Гц. Чему равна скорость света в стекле?
2.2.4. На отрезке длиной см укладывается длин волн с частотой Гц. Чему равна скорость волны?
2.2.5. Между двумя стеклянными пластинками длиной 20 см с одного края зажата проволока диаметром 20 мкм. Какой вид будет иметь интерференционная картина? Сколько интерференционных полос уложится вдоль пластинки, если она освещается светом с длиной волны 500 нм? Чему равно расстояние между двумя соседними полосами?
2.
2.6. Два одинаковых плоских зеркала образуют между собой тупой угол
. Точечный источник света находится на биссектрисе угла на
расстоянии 10 см от зеркал (рис. 6.18). Найти расстояние между светлыми
полосами на экране, если длина волны света равна 650 нм. Экран удален на 8 м от
точки пересечения зеркал. Прямые лучи света от источника на экран не
попадают.
2.2.7. Из собирающей линзы диаметра 5 см и с фокусным расстоянием 50 см
симметрично относительно центра вырезана полоса шириной 1 см. Оставшиеся
части линзы сдвинуты вплотную. На каком расстоянии от линзы еще можно
наблюдать интерференционную картину, если точечный источник света удален от
линзы на 75 см? На каком расстоянии от линзы ширина интерференционной
картины на экране будет максимальна? Для этого положения экрана найти
расстояние между интерференционными полосами, если длина волны света равна
500 нм.
2.2.8. Два когерентных источника света и освещают экран, плоскость которого параллельна линии . Чему равна длина волны света, если расстояние между двумя соседними максимумами освещенности на экране равно 1,2 мм? Расстояние до экрана равно 4,8 м, а между источниками света — 2 мм.
2.2.9. Точечный источник света расположен на расстоянии 20 см от левого края плоского зеркала, длина которого также равна 20 см. Высота источника над плоскостью зеркала равна 1 см. Найти вертикальный размер интерференционной картины на экране, удаленном на расстояние 5 м. Найти расстояние между двумя соседними максимумами освещенности, если длина волны света равна 0,6 мкм. Оцените число интерференционных полос на экране.
2.2.10. Два точечных монохроматических источника света и расположены на расстоянии мм друг от друга. На экране, удаленном на
10 м от первого источника в точке наблюдается максимум интерференции.
Если источник света отодвинуть от первого, то при некотором смещении в
точке наступает потемнение.
Найдите это минимальное смещение, если длина
волны света равна 600 нм.
2.2.11. Точечный источник света расположен на расстоянии 2 м от экрана. Слева от источника на расстоянии 1 см стоит плоское зеркало, параллельное экрану. На экране наблюдается интерференционная картина в виде концентрических колец. Найти длину волны света, если радиус светлого пятна в центре равен 1 см. Докажите, что площадь любого светлого кольца не зависит от его номера.
2.2.12. Точечный источник света равномерно движется на удалении м
от плоскости, в которой имеются два маленьких отверстия на расстоянии
мм друг от друга. Приемник света , расположенный симметрично
относительно отверстий, регистрирует периодически меняющуюся интенсивность
света с частотой 10 Гц.
Определить скорость источника , если длина волны
света нм.
2.2.13. Для измерения колец Ньютона используется плоско-выпуклая линза с радиусом кривизны 10 м. Определить длину волны зеленой линии ртутной лампы, если второе светлое кольцо имеет радиус 1,66 мм.
2.2.14. Чему равен радиус кривизны линзы в опыте Ньютона, если для красного света с длиной волны 650 нм радиус пятого светлого кольца равен 2 мм?
2.2.15. В опыте Ньютона линза освещается красным ( мкм) и фиолетовым ( мкм) светом. Расстояние между первым красным и вторым фиолетовым кольцами равно 0,59 мм. Найти радиус кривизны линзы.
2.2.16. Дифракционная решетка содержит 100 штрихов на 1 мм. Найти длину волны света, падающего на решетку, если угол между максимумами первого порядка равен 6.
2.2.17. Расстояние на экране между максимумами первого порядка для красного нм и фиолетового нм света равно 3,8 см. Чему равен период решетки, если расстояние до экрана равно 1 м?
2.
2.18. Оцените, сколько штрихов на 1 мм должна иметь дифракционная
решетка, пригодная для исследования инфракрасных лучей с длиной волны около
100 мкм?
2.2.19. Главный дифракционный максимум второго порядка для света с длиной волны 0,6 мкм совпадает с главным дифракционным максимумом третьего порядка для фиолетового света. Найти длину волны фиолетового света.
2.2.20. Оцените, чему должен быть равен диаметр выходного окна рубинового лазера ( нм), чтобы на экране, удаленном на расстоянии 10 м, получилось световое пятно минимального размера.
2.3 Взаимодействие света с веществом
2.3.1. Свет, отраженный от поверхности воды, частично поляризован. Как можно убедиться в этом, имея поляроид?
2.3.2. Интенсивность света после второго поляроида уменьшилась в четыре раза.
Чему равен угол между осями поляроидов?
2.3.3. Угол между двумя осями поляроидов равен . Третий поляроид установлен между ними так, что его ось составляет угол с осью первого поляроида. Во сколько раз ослабнет энергия прошедшего светового пучка?
2.3.4. На зеленой бумаге написан текст красными буквами. Через стекло какого цвета будет видна надпись?
2.3.5. Длина волны красного света в воде равна длине волны зеленого света в воздухе. Вода освещается зеленым светом. Какой цвет будет видеть человек, находящийся под водой?
2.3.6. Какого цвета будет окраска, если смешать лучи желтого и зеленого цвета? Голубого и зеленого?
2.3.7. Оцените радиус черной дыры, если ее масса в миллион раз больше массы Солнца. Масса Солнца кг.
2.4 Фотометрия
2.4.1. Световой поток лм падает равномерно и перпендикулярно на площадку . Чему равна ее освещенность?
2.4.2. Лампа, сила света которой кд, висит над землей на высоте
м.
Найдите освещенность площадки на земле непосредственно под лампой
и на расстоянии м от этой точки.
2.4.3. Сила света светлячка кд. Сколько надо взять светлячков, чтобы на расстоянии см освещенность была такая же, как и от полной Луны ( лк)?
2.4.4. Лампу, с силой света кд, заменили лампой с силой света кд и приблизили к освещаемой поверхности, уменьшив расстояние в три раза. Во сколько раз изменилась освещенность поверхности?
2.4.5. Найдите наибольшее расстояние, с которого ночью можно увидеть лампу с силой света кд, если порог чувствительности глаза лм. Площадь зрачка глаза в темноте .
2.4.6. Источник света, создает в центре экрана освещенность 2 лк. Насколько изменится освещенность экрана, если по другую сторону от источника поставить плоское зеркало на расстоянии, равном половине расстояния источника до экрана?
2.
4.7. Лампа, сила света которой кд, висит над землей на высоте
м. Под лампой установили горизонтально линзу так, чтобы она находилась
в ее фокусе. Во сколько раз повысилась освещенность непосредственно под
лампой после установки линзы? Фокусное расстояние линзы м.
2.4.8. В ясную ночь Луна создает освещенность лк при угле над горизонтом . Чему равна поверхностная яркость Луны? Радиус Луны км, а расстояние до Земли км.
2.4.9. В фокусе сферического зеркального прожектора расположена ртутная лампа. Колба лампы имеет матовую поверхность и сферическую форму конечных размеров. Оцените освещенность на расстоянии 1 км от прожектора, если поверхностная яркость лампы 10 нт. Поперечный диаметр зеркала равен 0,5 м. Считать, что фокусное расстояние зеркала много больше радиуса колбы лампы.
2.4.10. Оцените поверхностную яркость Солнца, если освещенность Земли в ясную погоду равна примерно лк. Угловой размер Солнца равен радиан.
3 Основы теории относительности
3.
1.1. Космонавтам предстоит лететь к звезде, удаленной на расстояние 20
световых лет. С какой скоростью необходимо лететь, чтобы полет в оба конца занял
10 лет по корабельным часам? Сколько времени при этом пройдет на Земле?
3.1.2. При какой скорости частицы ее полная энергия вдвое превосходит энергию покоя?
3.1.3. Какую работу нужно совершить, чтобы разогнать протон до скорости 0,999?
3.1.4. С какой минимальной энергией должны двигаться навстречу друг другу два протона, чтобы при столкновении могли родиться дополнительный протон и антипротон?
3.1.5. Две частицы, каждая массой , летят со скоростями навстречу друг другу и при столкновении слипаются. Чему равна масса новой частицы?
3.1.6. В хвосте релятивистского поезда произошел взрыв, и через время его
увидели наблюдатели, находящиеся в голове поезда.
Какое время пройдет между
этими двумя событиями в системе Земли, если скорость поезда равна 0,6?
3.1.7. Под каким углом к горизонту виден светящийся предмет, движущийся горизонтально со скоростью в момент, когда находится над наблюдателем?
3.1.8. Стеклянный брусок длины движется в продольном направлении со скоростью . Передний торец бруска посеребрен. Сколько времени по часам неподвижного наблюдателя потребуется свету, входящему в брусок через задний торец, чтобы пройти по бруску, отразиться от посеребренного торца и выйти из бруска? Коэффициент преломления стекла .
4 Строение вещества
4.1 Квантовая физика
4.1.1. Оценить, какую разность потенциалов должны пройти электроны, чтобы длина волны де Бройля этих электронов была равна длине волны красного света ( нм).
4.1.2. Чему равна длина волны де Бройля протонов с энергией 1 ТэВ? Какого размера объекты можно рассмотреть с помощью «микроскопа», в котором вместо света используются протоны такой энергии?
4.
1.3. Какую нужно затратить работу, чтобы оторвать электрон от иона гелия с
одним электроном (He)?
4.1.4. Каким бы был размер атома, если бы электрон притягивался к протону только за счет гравитационных сил? Сравнить с размером видимой части Вселенной (10 млрд. св. лет).
4.1.5. Импульс лазера имеет длину волны 500 нм и длительность с. Оценить степень монохроматичности излучения , воспользовавшись соотношением неопределеностей Гейзенберга.
4.2 Ядерная физика
4.2.1. Какой элемент образуется при -распаде , при -распаде ?
4.2.2. Впишите недостающие частицы в распадах , .
4.2.3. Кусок ископаемого дерева, содержащий 100 г углерода, испускает в среднем одну -частицу в секунду. Определить возраст образца, если известно, что в живых деревьях отношение количества изотопов углерода к составляет , а период полураспада равен 5730 лет?
4.2.4. Во сколько раз изменится критическая масса урана, если его превратить в стружку с плотностью в 2 раза меньше, чем у исходного материала?
4.
2.5. Поток энергии от Солнца на Землю составляет . Однако за
счет различных факторов можно использовать только 3% приходящей энергии.
Найдите площадь, которую нужно покрыть приемниками света, чтобы производить
5 ГВт электрической энергии (характерная мощность электростанции).
4.2.6. Доза облучения, получаемая человеком от всех источников, составляет около 10 мкбэр/час. Какую долю составляют космические частицы в этой дозе, если за год они дают 0,05 бэр?
4.3 Физика элементарных частиц
4.3.1. До какой энергии можно ускорить протоны в кольце радиусом 10 км, если поворотные магниты имеют предельное поле 10 Tл?
4.3.2. Какие из перечисленных ниже распадов противоречат законам сохранения и каким?
4.3.3. Масса нейтрального пиона равна . Покоящийся пион распадается на два фотона. Найти энергии фотонов.
4.3.4. Допишите реакцию, в которой при электрон–позитронной аннигиляции
рождаются два заряженных пиона: .
5 Ответы
1.1.1. , .
1.1.2. м/с, , , .
1.1.3. Путь: 20 мкм, 1,9 мм, 2 см, 4 см, 8 см; Перемещение: 20 мкм, 1,9 мм, 2 см, 0 см, 0 см.
1.1.4. Н/м.
1.1.5. .
1.1.6. 20 с.
1.1.7. Будут отставать в 2,4 раза.
1.1.8. см, см.
1.1.9. Свободно падающий шарик.
1.1.10. 3,7 мДж.
1.1.11. , .
1.1.12. с, см, , мДж; период не изменится, мм, , мДж.
1.1.13. .
1.1.14. .
1.1.15. .
1.1.16. при , при , при ; , .
1.2.1.
1.2.2. 0,5 кВт.
1.2.3. В, , — произвольная константа, кВт.
1.2.4.
1.2.5. Нагрев одинаков.
1.2.6. , В.
1.2.7.
1.2.8. А, Вт.
1.2.9. 0,7 А, 0,045 А.
1.2.10. 0,22 А.
1.2.11. Ф.
1.3.1. м.
1.3.2. м/с, м/с, м/с.
1.3.3. На угол, немного меньший, чем .
1.3.4. 3300 Гц, 330 Гц, 34 Гц.
1.
3.5. 1760 Гц.
1.3.6. 1070 Гц, 940 Гц.
1.3.7. Хлопок соответствует приходу ударной волны, которая движется быстрее звуковых.
1.3.8. атм.
1.3.9. 8,5 Гц.
1.3.10. Гц.
1.4.1. м/с, м/с.
1.4.2. с, с.
1.4.3.
1.4.4. м, .
1.4.5. .
1.4.6.
1.4.7. .
2.1.1. м.
2.1.2. Порядка 5 м.
2.1.3. .
2.1.4. Половине роста человека.
2.1.5. м.
2.1.6. .
2.1.7. , .
2.1.8. .
2.1.9. .
2.1.10. .
2.1.11. мм.
2.1.12. .
2.1.13. .
2.1.14. .
2.1.15. От центра зеркала до бесконечности.
2.1.16. см.
2.1.17. см.
2.1.18. .
2.1.19.
2.1.20. .
2.1.21. .
2.1.22. .
2.1.23. .
2.1.24. см.
2.1.25. см.
2.1.26. см.
2.
1.27. ; см, см.
2.1.28. см, см.
2.1.29. .
2.1.30. .
2.1.31. см.
2.1.32.
2.1.33.
2.1.34. .
2.1.35. см.
2.1.36. см.
2.1.37. м.
2.1.38. с.
2.1.39. .
2.1.40. см.
2.1.41. см.
2.1.42. м.
2.1.43. км.
2.1.44. см.
2.1.45. см.
2.1.46. .
2.1.47. см.
2.1.48. см.
2.1.49. .
2.1.50. см, см.
2.2.1. 500 с.
2.2.2. м/с.
2.2.3. с.
2.2.4. м/с.
2.2.5. м/с.
2.2.6. 40 полос, 5 мм.
2.2.7. 0,75 мм.
2.2.8. до 100 см, на 75 см, 0,075 мм.
2.2.9. 500 нм.
2.2.10. 12,5 см, 0, 16 мм, примерно 800 полос.
2.2.11. 0,75 мм.
2.2.12. 500 нм.
2.2.13. 10 Гц.
2.2.14. 551 нм.
2.2.15. 176 см.
2.2.16. 500 нм.
2.
2.17. 10 мм.
2.2.18. порядка одного штриха на мм.
2.2.19. 400 нм.
2.2.20. примерно 2,8 мм.
2.3.1.
2.3.2. .
2.3.3. в два раза.
2.3.4. зеленовато-голубой.
2.3.5. белого, красно-оранжевого, желто-зеленого.
2.3.6. желто-оранжевый.
2.3.7. км.
2.4.1. = 100 лк.
2.4.2. = 12,5 лк, = 4,4 лк.
2.4.3. = 5 светлячков.
2.4.4. = 3.
2.4.5. км.
2.4.6. Увеличится на 0,5 лк.
2.4.7. 50 кд, в 16 раз.
2.4.8. 0,28 сб.
2.4.9. 0,075 лк.
2.4.10. сб.
3.1.1. .
3.1.2. 0,866 .
3.1.3. 21000 МэВ.
3.1.4. 0,866 .
3.1.5. .
3.1.6. 2,0 .
3.1.7. .
3.1.8. .
4.1.1. В.
4.1.2. м.
4.1.3. 54,5 эВ.
4.1.4. м.
4.1.5. .
4.2.1. , – изотоп неона.
4.2.2. , .
4.2.3. 21 тыс. лет.
4.2.4. увеличится в 4 раза.
4.2.5.
4.2.6. 50%
4.3.1. ТэВ.
4.3.2. все противоречат, кроме первого распада.
4.3.3. МэВ.
4.3.4. .
Earthshine — Moon Glow
Earthshine — это тусклое свечение, которое освещает неосвещенную часть Луны, потому что свет Солнца отражается от поверхности Земли и возвращается обратно на Луну.
Растущий полумесяц, освещенный земным светом.
© bigstockphoto.com / nantela
Его также иногда называют пепельным свечением , старой Луной в рукавах новой Луны или свечением да Винчи , в честь Леонардо да Винчи, который объяснил это явление для впервые в истории человечества.
Фазы Луны
Лучшее время, чтобы увидеть земное сияние
Земное сияние лучше всего видно за несколько дней до и после новолуния, сразу после захода солнца или перед восходом солнца. Ученые, изучающие глобальное потепление, обнаружили, что земной свет более интенсивен в апреле и мае.
Когда следующее Новолуние?
В 2022 году лучшее время для того, чтобы увидеть сияние земли, — это несколько дней до и после Новолуния 30 апреля и 30 мая.
Новолуние 30 апреля — это Черная Луна во многих часовых поясах.
Почему это происходит?
Земной свет возникает, когда солнечный свет отражается от поверхности Земли и освещает неосвещенную часть поверхности Луны.
Поскольку свет, излучающий земной свет, отражается дважды — сначала от поверхности Земли, а затем от поверхности Луны, этот свет намного тусклее, чем освещенная часть Луны.
Это явление называется планетного сияния , когда оно происходит на лунах других планет.
Способность отражать солнечный свет
На яркость земного света также влияет альбедо Луны .Альбедо — это показатель того, сколько солнечного света может отражать небесный объект. Он измеряется по шкале от 0 до 1. Объект с альбедо 0 не отражает солнечный свет и является совершенно темным. Небесный объект с альбедо 1 отражает все падающие на него солнечные лучи.
Среднее альбедо Луны составляет 0,12, а среднее альбедо Земли — 0,3. Это означает, что Луна отражает около 12% падающего на нее солнечного света.
Земля, с другой стороны, отражает около 30% всего солнечного света, падающего на ее поверхность.Из-за этого Земля, если смотреть с Луны, будет выглядеть примерно в 100 раз ярче, чем полная Луна, видимая с Земли.
Темы: Астрономия, Луна, Земля, Солнце
Чем отличается свет на Луне и что с этим делает НАСА
Команда из Исследовательского центра Эймса НАСА создала моделируемую лунную среду для изучения условий освещения на неизведанных полюсах Луны. Из-за низкого угла наклона солнечного света и почвы, которая отражает свет, как одеяло из свежего снега, перемещение по лунной поверхности на полюсах может быть опасным для марсоходов.
На Луне все выглядит иначе. Буквально.
Поскольку Луна недостаточно велика, чтобы удерживать значительную атмосферу, в ней нет воздуха и нет частиц, которые могли бы отражать и рассеивать солнечный свет. На Земле тени в других условиях яркой окружающей среды тускло освещены непрямым светом от этих крошечных отражений.
Это освещение обеспечивает достаточно деталей, чтобы мы могли получить представление о формах, отверстиях и других деталях, которые могут быть препятствием для кого-то — или какого-то робота — пытающегося маневрировать в тени.
«То, что вы видите на Луне, — это темные тени и очень яркие области, которые непосредственно освещаются Солнцем — итальянские художники в период барокко называли это светотенью — чередование света и тьмы», — сказал Уланд Вонг, ученый-компьютерщик из НАСА в Эймсе. Исследовательский центр в Кремниевой долине. «Роботу или даже человеку очень сложно воспринимать что-либо, что необходимо для анализа этих изображений, потому что камеры не обладают достаточной чувствительностью, чтобы видеть детали, необходимые для обнаружения камня или кратера.”
Кроме того, сама пыль, покрывающая Луну, не от мира сего. То, как свет отражается от неровной формы отдельных зерен, наряду с однородностью цвета, означает, что он выглядит по-разному, если освещен с разных сторон.
Он теряет текстуру при разных углах освещения.
Некоторые из этих визуальных проблем очевидны на изображениях поверхности миссии Аполлона, но ранние лунные миссии в основном ждали до лунного «полудня», чтобы астронавты могли безопасно исследовать поверхность в хорошо освещенных условиях.
Луноходы будущего могут нацеливаться на неизведанные полярные области Луны для бурения в поисках водяного льда и других летучих веществ, которые необходимы, но тяжелы для выполнения человеком исследовательских миссий. На полюсах Луны Солнце всегда близко к горизонту, а длинные тени скрывают множество потенциальных опасностей на местности, таких как скалы и кратеры. Чистая темнота — это проблема для роботов, которым необходимо использовать визуальные датчики для безопасного исследования поверхности.
Вонг и его команда из группы интеллектуальной робототехники Эймса решают эту проблему, собирая реальные данные из смоделированного лунного грунта и освещения.
«Мы создаем здесь аналоговую среду и освещаем ее так, как если бы они выглядели на Луне с помощью симуляторов солнечной энергии, чтобы создать такие условия внешнего вида», — сказал Вонг. «Мы используем множество методов трехмерной визуализации и используем датчики для создания алгоритмов, которые помогут роботу обезопасить себя в этих средах, а также позволят нам обучать людей правильно интерпретировать их и указывать роботу, куда идти».
Команда использует испытательный стенд «Lunar Lab» в Эймсе — песочницу площадью 12 футов квадратного сечения, содержащую восемь тонн JSC-1A, искусственного имитатора лунного грунта.Кратеры, рябь на поверхности и препятствия формируются с помощью ручных инструментов, а камни добавляются к местности, чтобы имитировать поля валунов или определенные препятствия. Затем они посыпают местность и камни добавленным слоем имитатора, чтобы создать «пушистый» верхний слой лунной почвы, стирая следы от лопаты и кисти и нанося тонкий слой на поверхности скал.
Каждый план местности на испытательном стенде генерируется статистикой, основанной на общих чертах, наблюдаемых с космических кораблей вокруг Луны.
Фонари имитатора солнечной энергии устанавливаются вокруг местности для создания высококонтрастного освещения под малым углом и высокой контрастности с точностью до Луны.Две камеры, называемые парой стереоизображений, имитируют то, как человеческие глаза расположены друг от друга, чтобы помочь нам воспринимать глубину. Команда сделала фотографии нескольких стендов и углов освещения, чтобы создать набор данных для будущей навигации марсохода.
«Но столько грязи можно сгребать; Мы также используем рендеринг на основе физики и пытаемся фотореалистично воссоздать освещение в этих средах », — сказал Вонг. «Это позволяет нам использовать суперкомпьютер для рендеринга множества изображений с использованием моделей, в которых мы достаточно уверены, и это дает нам гораздо больше информации, чем, например, при съемке в лаборатории с тремя людьми. ”
Выше представлен набор из более чем 2500 пар изображений стереокамер, снятых по крайней мере из 12 сценариев воссозданных кратеров и скальных образований, которые Вонг и его команда собрали для точного моделирования условий освещения на полюсах Луны. Цель состоит в том, чтобы улучшить возможности стереовидения роботизированных систем, чтобы эффективно перемещаться по неизвестной местности и избегать опасностей на полюсах Луны. Кредиты: НАСА / Уланд Вонг
Результат, полярная оптическая реконструкция лунного аналога или набор данных POLAR, предоставляет разработчикам и программистам роверов стандартную информацию для разработки алгоритмов и настройки датчиков для безопасной навигации.Набор данных POLAR применим не только к нашей Луне, но и ко многим типам планетных поверхностей на безвоздушных телах, включая Меркурий, астероиды и покрытые реголитом спутники, такие как Марсианский Фобос.
Пока что первые результаты показывают, что стереоизображение многообещающе для использования на вездеходах, которые будут исследовать полюса Луны.
«Одна из концепций миссии, которая сейчас находится в разработке, Resource Prospector, над которой я имею честь работать, может быть первой миссией по посадке робота и навигации в полярных регионах Луны», — сказал Вонг.«И для этого мы должны выяснить, как ориентироваться там, где никто никогда не был».
Это исследование финансируется программами агентства Advanced Exploration Systems и Game Changing Development. Виртуальный институт исследования солнечной системы НАСА обеспечивает лабораторное оборудование и оперативную поддержку.
Почему луна такая яркая?
Категория: Космос Опубликовано: 6 августа 2015 г.
Луна на самом деле довольно тусклая по сравнению с другими астрономическими телами.Луна кажется яркой на ночном небе только потому, что она находится так близко к земле, а деревья, дома и поля вокруг вас ночью такие темные. Фактически, Луна — один из наименее отражающих объектов в Солнечной системе. Космический аппарат DSCOVER сделал эту единственную фотографию Луны и Земли. На этой фотографии и Земля, и Луна освещены одинаковым количеством солнечного света, падающего под одним и тем же углом. Как вы можете видеть на этой фотографии, Земля намного ярче Луны.
Фотография Луны и Земли при прямом освещении солнечным светом, сделанная космическим аппаратом DSCOVER 16 июля 2015 г. Изображение из общественного достояния, источник: NASA / NOAA.
В общем, мы можем видеть объекты, потому что они направляют свет в наши глаза (или в камеры, которые записывают информацию, которая позже используется экранами дисплеев для направления света в наши глаза). Есть два основных способа, которыми объект может направлять свет в наши глаза. Либо объект создает новый свет, либо отражает уже существовавший свет.Объекты, излучающие свет, также имеют тенденцию отражать окружающий свет, поэтому они, как правило, являются самыми яркими объектами вокруг. Примеры включают костры, лампочки, пламя свечей и экраны компьютеров. Что касается астрономических тел, звезды являются основными объектами, которые создают значительное количество видимого света и, следовательно, являются одними из самых ярких объектов во Вселенной. Напротив, планеты и луны не излучают свой собственный видимый свет *. Если бы планета каким-то образом стала достаточно большой, чтобы начать ядерный синтез и начать светиться, она больше не была бы планетой.Это была бы звезда.
Поскольку планеты и луны не излучают свет, единственная причина, по которой мы можем их видеть, состоит в том, что они отражают свет от какого-то другого источника. Самым сильным источником света в нашей солнечной системе является солнце, поэтому обычно мы видим планеты и луны, потому что они отражают солнечный свет. Количество отраженного солнечного света, падающего на луну или планету, зависит от материалов на ее поверхности и в атмосфере, а также от шероховатости поверхности. Снег, неровный лед и облака обладают высокой отражающей способностью.Большинство видов рока — нет. Следовательно, планета, покрытая облаками, такая как Земля или Венера, обычно ярче, чем каменистая луна или планета, у которой нет атмосферы.
Существует два основных типа отражательной способности: зеркальная отражательная способность и диффузная отражательная способность. Зеркальная отражательная способность измеряет, какая часть входящего света отражается объектом в направлении, заданном углом зеркала. Напротив, диффузная отражательная способность измеряет, сколько света отражается во всех направлениях.Зеркало имеет высокий коэффициент зеркального отражения и низкий коэффициент диффузного отражения. Напротив, песок имеет низкую зеркальную отражательную способность и высокую диффузную отражательную способность. В повседневной жизни мы воспринимаем зеркальное отражение как восприятие зеркальных изображений и бликов на поверхности предметов. Мы воспринимаем диффузную отражательную способность как некоторую однородную яркость и цвет, которые существуют на поверхности объекта и примерно одинаковы вне зависимости от угла обзора. Многие объекты обладают значительной степенью зеркального и диффузного отражения.Например, красный полированный спортивный автомобиль выглядит красным со всех сторон из-за своей диффузной отражательной способности, и в то же время на нем видны яркие блики из-за своей зеркальной отражательной способности. В общем, придание шероховатости поверхности ведет к увеличению ее диффузной отражательной способности и уменьшению зеркальной отражательной способности. Это верно, потому что шероховатая поверхность имеет множество маленьких отражающих плоскостей, ориентированных по-разному, которые рассеивают свет во многих разных направлениях. Фактически, самый простой способ превратить сильный зеркальный отражатель в сильный диффузный отражатель — это придать ему шероховатость.Например, возьмите гладкий лед и поцарапайте его. Вы превращаете поверхность, яркую только в зеркальном направлении источника света, в поверхность, яркую во всех направлениях.
Когда дело доходит до планет и лун, шероховатость поверхности довольно высока. По этой причине их общая яркость лучше всего описывается их диффузной отражательной способностью. Есть несколько способов определить и измерить диффузную отражательную способность. В контексте планет и лун наиболее распространенным и, возможно, наиболее полезным способом является определение его в терминах «альбедо связи».Альбедо связи — это среднее количество общего света, рассеянного телом в любом направлении по отношению к общему количеству падающего света. Альбедо связи 0% представляет собой совершенно черный объект, а альбедо связи 100% представляет объект, который рассеивает весь свет. Земля имеет альбедо связи 31%. Напротив, у Луны альбедо связи составляет 12%. Чтобы приблизить это к дому, у Луны такое же альбедо связи, что и у старого асфальта, например, на дорогах и стоянках. Альбедо связи основных объектов в нашей Солнечной системе указано ниже, как указано в учебнике «Фундаментальная планетология: физика, химия и пригодность для жизни» Джека К.Лиссауэр и Имке де Патер.
| Object | Bond Albedo | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Triton | 85% | |||||
| Venus | 75% | |||||
| Pluto | 50% | 35% | ||||
| Меркурий | 12% | |||||
| Луна | 12% |
Как видно из этой таблицы, Луна является одним из самых тусклых объектов в нашей Солнечной системе.Если Тритон, одна из лун Нептуна, станет луной Земли, то на ночном небе она будет примерно в семь раз ярче, чем наша нынешняя луна. Тритон яркий, потому что почти вся его поверхность покрыта несколькими слоями шершавого льда. Напротив, луна Земли такая темная, потому что на ней очень мало льда, снега, воды, облаков и атмосферы. Луна состоит в основном из каменной пыли и темных камней, которые по составу похожи на камни на Земле. Значения альбедо в приведенной выше таблице являются средними, поскольку альбедо изменяется во времени.Например, количество облаков, покрывающих землю, меняется от сезона к сезону. Следовательно, альбедо Земли меняется на несколько процентов в течение года.
Воспринимаемая яркость планеты или луны (то есть то, что мы видим своими глазами), зависит от трех факторов: (1) альбедо объекта, (2) общего количества света, падающего на объект в первую очередь, и (3) расстояние между объектом и наблюдающим его глазом или камерой. Планеты и луны, которые находятся ближе к Солнцу, получают гораздо больше солнечного света и, следовательно, обычно имеют более высокую воспринимаемую яркость.Кроме того, планеты и луны, которые находятся ближе к Земле, имеют больше отраженного света, достигающего Земли, и, следовательно, обычно имеют более высокую воспринимаемую яркость, если смотреть с Земли. Луна действительно выглядит ярче Венеры для человека, стоящего на поверхности Земли, но это только потому, что Луна находится так близко к Земле.
* Обратите внимание, что многие планеты и луны могут создавать небольшое количество света за счет локализованных явлений. Примеры таких явлений включают молнии, светящуюся лаву и атмосферное сияние.Хотя такие явления могут привести к ошеломляющим фотографиям при съемке с близлежащего космического корабля, они излучают настолько мало света, что не вносят значительного вклада в яркость планеты или луны, если смотреть на них с расстояния.
Темы: альбедо, диффузная отражательная способность, свет, луна, зеркальная отражательная способность
Орбита и фазы Луны
Орбита и фазы ЛуныОрбита и
фаз Луны
Введение
«Фаза» означает к тому, что луна показывает разные количество освещенных полушарий, если смотреть с Земли во время ее орбита вокруг Земли.
«Цикл» означает повторение этих фаз, а также циклов. затмений. Мы рассмотрим это здесь.
Понимание наблюдаемых фаз Луны требует понимания как свет и тень работают по отношению к солнечному свету и орбита Луны и Земли вокруг Солнца.
Суеверие: Иногда считается, что когда луна яркая и полная, люди ведут себя безумно. Фактически не существует статистических научных данных. доказательства, подтверждающие это.Это миф.
Также: обратите внимание, что нет монстров, пожирающих солнце, как вы могли бы вам сказали, если вы слушали профессора в 2000 году до нашей эры.
Одно об изучении фаз Луны: оно начинает в частности, как то, что мы видим, наблюдается в астрономии имеет очень четкое научное объяснение.
Движение Луны
Прежде всего обратите внимание, что если вы ночь за ночью наблюдаете луну, вы увидите две ключевые особенности, которые являются фундаментальными подсказками к пониманию его движения:- Он движется на восток на фоне звезд.
- Он показывает одно и то же лицо к Земле во всех фазах.
Учитывая эти факты, можете ли вы сделать вывод, вращается ли Луна вокруг своей оси? (рисунок 3-2)
Другие ключевые точки:
Лунные фазы, фазовый цикл
Луна не излучает собственного света, поэтому свет, который мы видим от него просто отражается солнце.
Когда луна движется по небу, солнце освещает разное количество его поверхности. Таким образом, фаза луны полностью определяется глядя на положение Земли относительно Солнца.Лучший способ увидеть фазы — изучить рисунок (см. Также (рисунок 3-3) текста).
Кажется, что Луна проходит полный набор фаз, если смотреть со стороны Земля из-за своего движения вокруг Земли, как показано ниже:
| Фазы Луны |
На этом рисунке показаны различные положения Луны на ее орбите. (движение Луны по орбите предполагается против часовой стрелки).Внешний набор рисунков показывает соответствующую фазу , если смотреть со стороны Земля и общие названия фаз. Можно увидеть прогрессию фаз: Новое, Растущий Полумесяц, Первая четверть, Растущая Луна, Полный, убывающий полумесяц, 3-я четверть, убывающий полумесяц.
Примечание: использование слова «четверть» здесь не относится к тому, как большая часть луны видна, но фаза цикла.
Цикл лунных фаз занимает 29,5 суток, это СИНОДИЧЕСКИЙ ПЕРИОД.
Почему это больше, чем СТОРОННИЙ ПЕРИОД, который составлял 27.3 дня? очень просто: это потому, что Луна возвращается к тому же размещать на небе один раз в каждый звездный период, но солнце тоже движется по небу. Когда луна возвращается к тому же Пятно на небе солнце переместилось на 27 градусов. Таким образом, теперь луна чтобы наверстать упущенное. (рисунок 3-4). Чтобы догнать Луну, нужно около 2 дней.
(Хороший способ понять восход и закат луны с Книгу стоит посмотреть на картинку на странице 34 текста) Представьте себе, что вы стоите с человеческой фигурой на земном шаре Теперь ключевым моментом является то, что горизонт, над которым находится луна, видно, это плоскость, перпендикулярная вашему телу.Время дня дается «восход, закат, полдень, полночь». Это время дня кажется нам, когда Земля вращается так, что США проходит через них. Пока Земля вращается, положение Луны в его орбите не сильно меняется, так что можно говорить о восходе и заходе луны. Как вы представляете, как Земля вращается и разное время суток проезжая, вы можете увидеть, чем отличается восход и заход луны для разных фазы луны.)
Сводка движения и фаз Луны
Кажется, что Луна полностью движется вокруг небесной сферы примерно раз в 27.3 дня по наблюдениям с Земли (сидерический месяц) и отражает соответствующий орбитальный период 27,3 суток.Луне требуется 29,5 дней, чтобы вернуться в ту же точку небесной сферы. как указано на Солнце из-за движение Земли вокруг Солнца (синодический месяц)
Фазы Луны, наблюдаемые с Земли, коррелируют с синодический месяц.
Так как Луна должна двигаться на восток среди созвездий достаточно, чтобы полностью обойти небо (360 градусов) за 27.3 дня, он должен двигаться на восток на 13,2 градуса каждый день (Напротив, помните, что Солнце только кажется двигайтесь на восток примерно на 1 градус в день). Таким образом, относительно фона В созвездиях Луна каждый день будет находиться примерно на 13,2 градуса восточнее. Поскольку кажется, что небесная сфера поворачивается на 1 градус каждые 4 минуты, Луна пересекает наш небесный меридиан примерно 13,2 x 4 = 52,8 минуты каждый позже. день.
Перигей и Апогей
Наибольшее расстояние между Землей и Луной на ее орбите называется апогей , а наименьшее расстояние называется перигеем .Период вращения и приливная блокировка
Период вращения Луны составляет 27,3 дня, что (за исключением малых колебаний) в точности совпадает с его (сидерический) период обращения вокруг Земли. Это эквивалентно тому, что мы видим одно и то же лицо. Луны все время, как упоминалось выше.Это не совпадение; это следствие приливная связь между Землей и Луной. Эта приливная синхронизация периодов вращения и вращения, Луна всегда сохраняет то же лицо, обращенное к Земле
Почему размер и яркость полной луны меняются? (Средний)
Мне объяснили, что гигантское полнолуние 16 апреля прошлого года выглядело таким ярким и большим, потому что Луна была ближе всего к Земле, чем когда-либо была или когда-либо будет (с промежутком в несколько тысяч лет.) Как это возможно?
Орбита Луны вокруг Земли не является идеальным кругом — на самом деле она довольно эллиптическая — с эксцентриситетом около 5,5%. Это означает, что существует довольно большая разница между перигеем (когда Луна находится в ближайшей точке своей орбиты) и апогеем (когда Луна находится на самом дальнем расстоянии). Это означает, что расстояние Земля-Луна варьируется примерно на 13 000 миль в любую сторону от среднего расстояния. Таким образом, если полнолуние происходит в перигее или около него, на небе она кажется заметно больше, чем в апогее, а также ярче, потому что количество света, получаемого Землей от Луны, зависит не только от количества света. света, испускаемого Луной, а также расстояние до Земли от Луны.Чем дальше Луна, тем меньшая доля лунного света достигает Земли. Я должен добавить, однако, что, хотя это значительный эффект, все полнолуния большие и яркие, поэтому трудно отличить разницу, не имея возможности смотреть на полнолуние в перигее и апогее бок о бок. В этом году лунный перигей наступил всего в часах от полнолуния 16 апреля. Это было самое близкое полнолуние в году, но не самое близкое к Земле за последнее время. Ближайший перигей недавно был в 1912 году.Чтобы получить более подробное объяснение, посетите этот сайт — на нем даже есть ссылка на калькулятор перигея и апогея, поэтому, если вы хотите понаблюдать за этим явлением, вы будете знать, когда взглянуть!
Какие еще факторы влияют на яркость полной луны?
Есть несколько других факторов, которые влияют на яркость полной луны. Когда Земля (и, следовательно, Луна) находится в своем перигелии, ближайшей точке своей орбиты к Солнцу, солнечный свет, отражающийся от Луны, становится немного более интенсивным, в результате чего яркость полной Луны увеличивается примерно на 4%, что составляет незаметные для человеческого глаза.
Яркость любого объекта, включая луну, на небе увеличивается с увеличением его высоты в небе. Когда объект находится прямо над головой, его свет падает на землю под прямым углом, а интенсивность света такая же, как интенсивность луча. Однако, когда объект приближается к горизонту, его свет падает на землю под углом, и такое же количество света распространяется на большую площадь. Следовательно, меньше света на единицу площади достигает земли от объекта, расположенного у горизонта.Кроме того, чем ближе Луна к горизонту, тем больше атмосферы должен пройти свет, чтобы достичь наблюдателя. Это означает, что больше света Луны поглощается или рассеивается атмосферой. Высота Луны в небе является результатом комбинации широты, с которой вы наблюдаете, и ее наклона.
Когда Луна находится ближе к оппозиции, то есть к точке точно напротив Солнца (в этой точке происходит лунное затмение, потому что свет Солнца блокируется Землей и не достигает Луны), она ярче.Это называется эффектом оппозиции. Считается, что это вызвано в основном скрытием тени. Чем ближе луна к оппозиции, тем меньше тени, отбрасываемые объектами на ее поверхности, и тем ярче она кажется. Для получения дополнительной информации об эффекте оппозиции посетите этот веб-сайт.
Наконец, атмосферные условия имеют большое влияние на яркость полной луны. Полная луна ясной ночью будет намного ярче, чем если бы было много пыли, смога или облаков.
Счастливого просмотра полнолуния!
Свет Луны — Вселенная сегодня
[/ caption]
Свет Луны на самом деле является отраженным светом от Солнца!
Каждую секунду Солнце превращает 600 миллионов тонн водорода в гелий.Эта реакция выделяет огромное количество энергии. Большая часть этой энергии уходит в космос, но часть ее приходится на планеты и луны Солнечной системы. Вот почему мы их вообще видим. Без Солнца в инфракрасном спектре можно было бы легко обнаружить только Юпитер и Сатурн, поскольку они выделяют больше тепла, чем поглощают от Солнца.
Различные объекты Солнечной системы имеют разную отражательную способность. Астрономы называют отраженный свет от Солнца альбедо.Значения альбедо объекта могут находиться в диапазоне от 0 (темный) до 1 (светлый). Альбедо Луны 0,12. Другими словами, Луна отражает 12% падающего на нее солнечного света.
Самое высокое альбедо в Солнечной системе — это Энцелад, спутник Сатурна, с альбедо 0,99. Другими словами, он отражает 99% падающего на него света. Это потому, что он состоит в основном из льда. Темные объекты, такие как астероиды, могут иметь альбедо до 5%.
Когда Луна полная, астрономы определяют ее видимую величину как -12.6. Он достаточно яркий, чтобы можно было легко ходить в полной темноте; почти достаточно яркий, чтобы читать.
Однако, когда наступает новолуние, на Луну не падает свет от Солнца, и тем не менее мы все еще можем видеть поверхность Луны. Откуда свет? Земля. Астрономы называют этот отраженный свет «земным светом», и он помогает им подсчитать, сколько солнечного света падает на Землю.
Итак, теперь вы знаете, что свет Луны на самом деле исходит от Солнца, если только он не исходит от Земли.
Вот статья о Earthshine, которую мы написали для Universe Today, а вот статья о садоводстве на Луне.
Вот статья из Extreme Science о Луне и статья из НАСА о Earthshine.
Вы можете послушать очень интересный подкаст о формировании Луны из Astronomy Cast, Episode 17: Where Did the Moon Come From?
Нравится:
Нравится Загрузка …
При свете луны
По мере того, как Луна меняет свои фазы, каждую ночь она выглядит немного по-разному, от того, что там совсем нет, до полной.Ваша группа будет разыгрывать, как солнце освещает луну, когда она вращается вокруг Земли, чтобы понять, как луна движется через свои фазы.
Фон
Луна светит, потому что отражает солнце. Так почему же это не всегда выглядит одинаково? Когда он движется вокруг Земли, половина луны, обращенная к Солнцу, всегда «светится». То, что мы видим, зависит от того, где находится Луна на орбите, и от относительного положения Земли и Солнца. Например, когда это новолуние, Луна находится между Землей и Солнцем, ее яркая сторона обращена к Солнцу, а темная сторона — к Земле.Когда луна полная, и мы видим полный круг света в небе, Земля находится между луной и солнцем — яркая сторона луны обращена к нам. Чтобы полностью понять фазы луны, полезно взглянуть на диаграмму, и в Clear Skies on Demand есть хорошая диаграмма.
Инструкции по работе
Настройка
Попросите студентов поделиться любыми наблюдениями, которые они сделали относительно Луны. Спросите: «Вы заметили, когда он полон? Или что иногда вы не видите луну? Как вы думаете, почему?
Откройте диаграмму «Чистое небо по требованию» и попросите свою группу собраться вокруг.Рекомендуется использовать проектор, чтобы учащиеся могли обращаться к изображению во время выполнения задания. Или вы можете попросить учащихся сделать плакат, на котором показаны этапы.
Самостоятельно проведите учащихся по диаграмме (не обязательно в соответствии с тем, что написано на веб-сайте). Сначала напомните студентам, что Луна вращается вокруг Земли, и для этого требуется 29,5 дней. Укажите на новолуние и скажите, что темная сторона Луны обращена к Земле. Напомните учащимся, что Земля вращается, а ночью они находятся на стороне, противоположной Солнцу.Теперь укажите на полную луну и скажите, что светлая сторона обращена к Земле.
Деятельность
Прежде чем учащиеся выполнят задание самостоятельно, попросите пару студентов помочь вам продемонстрировать задание. Один студент должен быть Землей, другой — солнцем, а вы можете быть луной. Медленно обойдите «Землю» и попросите «Землю» также вращаться, чтобы ученик мог видеть, как выглядит Луна. Помогите ученику описать то, что он или она видит. «Земля» всегда будет иметь лучший вид на фазы луны, но при правильном расположении наблюдатели должны иметь возможность видеть некоторые фазы.
Теперь попросите учащихся выполнить задание в парах.
Раздайте каждой паре учеников фонарик, мяч, палку и лист задания «При свете луны».
Попросите учащихся следовать указаниям из рабочего листа. Попросите их подумать о том, что они видят.
Если вам нужно разбить учеников на большие группы из-за нехватки материалов, убедитесь, что каждый ученик по очереди держит «луну», чтобы они могли видеть фазы.
После того, как они завершат задание, они могут ответить на вопросы, поставленные в конце их студенческого листа, и, если есть время, вы можете обсудить ответы в группе.
Сопутствующие виды деятельности
Отправьте нам отзыв об этом ресурсе для школ>
.