Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Физика»Содержание №12/2008

Астрономия

А. Г. Пахомов

Астрономическая викторина

Астрономическая викторина

А.Г.ПАХОМОВ,
РУДН им. П.Лумумбы, г. Москва

a_pakhomow@mail.ru

Астрономическая викторина

К статье А.Г.Пахомова «Венера и Амур» (см. № 24/2007).

Лукас Кранах Старший. Портрет Иоганна Куспиниана

Лукас Кранах Старший. Портрет Иоганна Куспиниана. (1502–1503). Частное собрание. В картине много символических комментариев – полузасохшее дерево, несущая добычу сова и планета Сатурн (желтоватое небесное тело, проглядывающее сквозь ветки), которые могут указывать на меланхолический темперамент Куспиниана. (Из журнала «Художественная галерея», 2007, № 123.)

1. Расположите времена года (зима, весна, лето) в порядке ухудшения видимости Меркурия.

2. Почему считается, что на картине Л.Кранаха «Портрет Иоганна Куспиниана» сквозь ветки проглядывает именно Сатурн (желтоватое небесное тело)?

3. Почему расположение Рязанского кремля лучше всего подошло для наблюдения Меркурия?

4. Почему древние для обозначения планеты Венеры использовали два разных термина (Вечерняя и Утренняя звезда)?

5. Какие вы можете предложить доказательства идентичности Утренней и Вечерней звезды?

6. Почему Меркурий называли звездой Гермеса?

7. Как помог Меркурий подтвердить правильность общей теории относительности ?

8. Что такое чёрные дыры? Каким образом вблизи чёрной дыры меняются местами пространство и время?

9. Какие марки отечественных фотоаппаратов вы знаете? Что означает слово «отечественный»? Можно ли его однозначно заменить каким-нибудь другим термином ?

10. Зачем нужно развивать производство своей оптической и фототехники?

11. Чем отличается система мира Николая Коперника от предшествовавшей ей системы мира Птолемея? Что в них общего? Какая из них более правильная с точки зрения науки XVI и XXI вв.?

12. Как переводится название «Redshift»? Какое физическое и космологическое явление описывает этот термин?

Ответы

1. Весна, зима, лето – положение времён года в порядке ухудшения условий видимости Меркурия. Как известно, Меркурий является ближайшей к Солнцу планетой и в своём движении по небосводу не слишком удаляется от него. Условия видимости Меркурия зависят от двух факторов: продолжительности сумерек и длительности тёмного времени суток. Самые короткие сумерки приходятся на дни весеннего и осеннего равноденствий (примерно 20 марта и 23 сентября). В это время Солнце опускается под горизонт отвесно (перпендикулярно линии горизонта), темнеет быстро, у Меркурия гораздо больше шансов стать заметным на небосклоне. На лето и зиму приходятся дни солнцестояния (примерно 21 июня и 21 декабря). В это время дневное светило скользит практически вдоль горизонта, продолжительность сумерек наибольшая, и условия для наблюдения Меркурия наименее благоприятные. Здесь уже играет роль второй по значимости фактор – продолжительность тёмного времени суток. Как известно, самые длинные ночи приходятся на зиму (дни вблизи зимнего солнцестояния), а самые короткие – на лето, поэтому зима для Меркурия более благоприятна, чем лето.

Примечание. Из ряда времён года для корректности умышленно исключена осень. Как известно, на осень также приходится время равноденствия, соответствующее наилучшим условиям наблюдения Меркурия. Это значит, что наблюдать Меркурий осенью заведомо лучше, чем зимой или летом. Здесь надо уже учитывать дополнительные факторы, в частности, метеорологические. Задачу можно разложить на две: если осень ненастная, то ряд времён года будет выглядеть так: весна–осень–зима–лето; если осень ясная, т.е. метеорологические условия не уступают весенним, то её надо поставить на первое место. Надо обратить внимание на среднюю продолжительность дня. День весеннего равноденствия смещён к зиме, а день осеннего равноденствия – к лету. Значит, средняя длительность тёмного времени суток больше всё-таки осенью.

Надо также помнить, что мы рассматриваем принятые в быту календарные промежутки времени. Астрономические сезоны расположены как раз в промежутках между солн-цестояниями и равноденствиями. Более точную информацию о длительности сумерек и продолжительности дня можно почерпнуть в астрономических календарях.

2. Изображённое небесное тело имеет желтоватый оттенок. Среди видимых невооружённым глазом планет жёлтый цвет имеют только две: Сатурн и Меркурий. Марс оранжевого цвета, Венера и Юпитер – белого. Меркурий по видимой яркости всегда уступает Сатурну. Отличительным признаком может служить небесный фон. Меркурий можно увидеть только на светлом сумеречном небе, сопровождаемом багряной полосой зари, чего на картине не наблюдается. Сатурн же можно увидеть в любое тёмное время суток. Кандидатами на изображённое небесное тело могли бы быть и звёзды, но звёзд, обладающих достаточной яркостью, чтобы на небе можно было бы различить их цвет, совсем немного. Лучшие кандидаты на эту роль: Возничего (Капелла) и Малой Медведицы (Полярная). Последняя на среднеевропейской широте должна располагаться относительно высоко, да и цвет её различим уже на пределе видимости. Здесь следует ещё учесть тот фактор, что при приближении к горизонту яркость звёзд (кроме, быть может, Сириуса, Большого Пса, но он имеет белый цвет) быстро ослабевает. Среди желтоватых звёзд можно ещё выделить Процион ( Малого Пса), но по яркости он уступает Капелле (0,4m против 0,1m). Таким образом, кандидатами на роль изображённого на картине небесного тела могут быть Капелла, Меркурий и Сатурн, причём последний не вызывает абсолютно никаких сомнений.

3. Кремль изначально являлся оборонительным сооружением и строился на возвышенном открытом месте, чтобы обеспечить наилучший обзор местности. Второй фактор – чёткая ориентация церковных сооружений (в том числе и их взаимное расположение) по сторонам горизонта. Постройки расположены как раз так, что наблюдения по линии восток-запад наиболее благоприятны. Именно там и появляется следующий за Солнцем Меркурий вблизи равноденствий – времени своей наилучшей видимости.

4. Венеру как внутреннюю планету Солнечной системы в отличие от внешних планет нельзя наблюдать в течение всей ночи. Появившись на небе вечером, она тут же стремится к заходу. Утром она поднимается над горизонтом перед восходом Солнца. Интересное наблюдение: моменты исчезновения Венеры и восхода Солнца практически в точности совпадают. Вблизи полуночи эта планета не появляется никогда. Таким образом, непосредственные прямые наблюдения говорили о том, что в разное время на фоне различных созвездий на небе появляются две яркие, не связанные друг с другом звезды. Лишь сопоставление их наблюдательных характеристик и тщательное изучение видимого движения позволили сделать вывод, что это одно и то же небесное тело.

5. У обоих светил, Утренней и Вечерней звезды, на протяжение всей видимости примерно одинаковые яркость и цвет. Все остальные звёзды и планеты значительно уступают им в видимом блеске. Никому никогда не удавалось увидеть эти два небесных тела вместе. Чтобы появилось одно, необходимо, чтобы задолго до этого закончился период видимости другого. Для обнаружения фаз Венеры нужен небольшой телескоп. Но наверняка превосходный астроклимат, острое зрение, усидчивость и умение сосредотачиваться, как и обожествление природных явлений, могли сослужить добрую службу при отсутствии необходимых оптических инструментов. В результате могло появиться дополнительное свидетельство в пользу идентичности Утренней и Вечерней звёзд.

6. Ближайшая к Солнцу планета названа в честь посланника богов, покровителя путников, торговцев и воров, способного появиться и тут же исчезнуть в самое неожиданное время. Гермес был самым быстрым и юным из всех богов, изображался с жезлом, в дорожной шляпе, с крылатыми сандалиями на ногах.

7. При создании общей теории относительности было указано на три астрономических явления, проверка которых позволила бы судить об её истинности. Первые два – это изменение частоты и направления движения света вблизи массивного тела. Третье – смещение перигелия (ближайшей к Солнцу точки орбиты) Меркурия. Астрономические наблюдения достаточно точно подтвердили предсказания общей теории относительности. Меркурий сослужил добрую службу учёным XX в. Для других планет этот эффект тоже имеет место, но не так значителен.

8. Чёрные дыры – экзотические объекты звёздного мира, которые образуются на конечной стадии эволюции массивных звёзд в результате гравитационного коллапса. Соотношение массы и радиуса чёрных дыр таково, что их пределы нельзя покинуть даже со скоростью света – максимальной из возможных скоростей, по современным теоретическим представлениям. Вторая космическая скорость у чёрной дыры превышает скорость света.

Основная характеристика пространства – местоположение. Любой живой субъект способен к перемене места по собственному волеизъявлению. Основная характеристика времени – последовательность событий, которая протекает вне зависимости от воли субъекта строго в определённом направлении. Оказавшись в поле чёрной дыры, космический корабль может двигаться только в одном направлении – к её центру, – и это движение подобно перемещению по стреле времени от прошлого к будущему. Помешать уже ничто не может. Всё что нам остаётся, это, совершая определённые усилия, изменять скорость течения времени, как это позволяет общая теория относительности. Таким образом, вместо пространственного перемещения мы имеем дело с перемещением по шкале времени. Более подробно об этом можно прочитать в книге В.М.Липунова «В мире двойных звёзд» (М.: Наука, 1986).

9. «Зенит», «Киев», «ФЭД», «Смена», «Агат», «Ломо». Может быть, кто-нибудь назовёт ещё. Уже первый взгляд на этот перечень показывает, что высококлассные фотоаппараты производились и пока ещё производятся как в России, так и за её пределами. Раньше они назывались союзными республиками, теперь – ближним зарубежьем. После изучения свойств чёрных дыр полезно рассмотреть этот вопрос в пространственно-временном контексте. Термин «отечественный» здесь используется, т.к. российское производство не охватывает всего пространственного многообразия. Советское производство, в свою очередь, относится к другой временной эпохе. Кроме «отечественного» можно было бы использовать термин «наше», хотя в случае вытеснения наших товаров легкодоступными импортными этот вопрос вскоре отпадёт сам собой.

10. Любой ребёнок в определённом возрасте должен уметь что-то делать сам. Если такой возможности у него нет, он обречён на деградацию. То же самое произойдёт с обществом и цивилизацией. Как бы доступны и удобны ни были импортные игрушки, без собственного производства мы вряд ли сможем на что-то претендовать.

11. Николай Коперник – польский астроном, который после многовекового господства геоцентрической системы мира Птолемея (в центре – Земля) предложил другую модель – гелиоцентрическую, – где в центре располагается Солнце. Принципиальным отличием двух систем как раз и был вопрос о центральном небесном теле. Общим для этих систем было то, что обе они не выходили за пределы аристотелевского канона: все небесные тела движутся по круговым орбитам, и наш мир ограничен сферой неподвижных звёзд. Для науки XVI в. было совершенно непринципиально, какую из двух моделей использовать для расчёта положения планет. Во второй половине XX в. и в нашем, XXI в. околоземное пространство и Солнечная система интенсивно исследуются с помощью космических аппаратов. Сейчас правильное устройство Солнечной системы уже ни у кого не вызывает сомнений. В то же время компьютерно-интернетный прогресс способен заставить поверить в реальность любой, самой произвольной модели мира. Что победит в новом веке – научный прогресс и чувство здравого смысла или безграничное, бессмысленное виртуальное погружение, – можно только догадываться.

12. В переводе с английского red означает красный, shift – сдвиг. Redshift – вполне устоявшееся сочетание, физический, астрономический и космологический термин, означающий красное смещение. Имеется в виду эффект Доплера – увеличение длины волны, покраснение удаляющегося источника.

В начале XX в. Э.Хаббл открыл закон, согласно которому, чем дальше от нас находится далёкий внегалактический объект, тем больше его красное смещение. Данный наблюдательный факт можно интерпретировать как расширение Вселенной. Сопоставление расстояния до далёких галактик (которое определяется независимым методом) с их красным смещением позволяет сделать вывод о законе расширения Вселенной. С конца 90-х гг. XX в. уже заговорили об ускоренном расширении нашего мира. Можно сказать, что redshift пролегло красной нитью через современное космологическое мировоззрение. В честь этого замечательного природного явления и названа популярная и очень полезная компьютерная программа. Сейчас в свободную продажу поступила уже шестая её версия (Redshift-6). Купите – не пожалеете! Только сумейте отличить наш родной космос от бесконечного многообразия объектов компьютерного мира, и пусть вам удастся оттуда выбраться раньше, чем он полностью вас поглотит. Хочется пожелать этого и всему человечеству.

Фoтoгpaфия Mepкypия

Загадки Меркурия. Фoтoгpaфии Mepкypия, cдeлaнныe «Mapинepoм-10», oчeнь пoxoжи нa paнниe cнимки Лyны, cдeлaнныe «Peйнджepaми»: c мнoжecтвoм кpaтepoв, инoгдa c вeнцaми cвeтлыx выбpocoв, и мopя зacтывшeй лaвы. Пpaвдa, кpaтepы pacпoлoжeны гyще, a мopя cвeтлee, чeм нa Лyнe. Mepкypий oкpyжён ничтoжнoй экзотической aтмocфepoй (65% нaтpия, пo 13% киcлopoдa и вoдopoдa, 8% гeлия, 0,4% кaлия). Boздyшнaя oбoлoчкa так paзpeжeнa, чтo иcкyccтвeнный cпyтник мoг бы лeтaть в нeй пo opбитe coтни лeт. Teм нe мeнee, нaблюдaтeли нeoднoкpaтнo зaмeчaли y пoлюcoв Mepкypия... oблaкa. Bпepвыe этoт фeнoмeн зaмeтил в тeлecкoп И.И.Шpётep eщe в 1800 г.: y южнoгo poга cepпa Mepкypия, нa eгo нoчнoй cтopoнe, нo опpeдeлённo нaд кpaeм диcкa плaнeты, блecтeлo нeбoльшoe пятнышкo. Bыcoтa этoгo oбpaзoвaния былa oцeнeнa в 20 км. И это была явнo нe гopа – вeдь гopa пoявлялacь бы кaк тoчкa cнoвa и cнoвa, нo втopoй paз нeчтo пoдoбнoe былo зaмeчeнo лишь 140 лeт cпycтя. Bпoлнe мoжeт быть, чтo фeнoмeн имeет пылeвyю пpиpoдy. Ho пoчeмy пыль лeтaeт пpaктичecки в вaкyyмe, нe oceдaя инoгдa пo нecкoлько cyтoк, – нeяcно. He oттaлкивaeтcя ли oнa oт oднoимённo зapяжeннoй пoвepxнocти плaнeты, кaк нa Лyнe? Ceнcaциoннoe oткpытиe y пoлюcoв Mepкypия былo cдeлaнo aмepикaнcкими yчeными в 1991 г. Kaк извecтнo, нa caмoй близкoй к Coлнцy плaнeтe пoвepxнocть pacкaляeтcя дo +430 °C. Ho изoбpaжeния диcкa Mepкypия, пoлyчeнныe c пoмoщью нaзeмнoгo paдapa, пoкaзaли ocлeпитeльнo яpкиe пoляpныe шaпки, пo-видимoмy, из вoдянoгo льдa. Bcкope yдaлocь пoвыcить paзpeшeниe изoбpaжeний дo 15 км, и шaпки pacпaлиcь нa 2 дecяткa пятeн. Эти пятнa отождествили c кpyпными пoляpными кpaтepaми, днo кoтopых никoгдa нe ocвeщaeтcя coлнeчными лyчaми. Пo oцeнкaм, тaм, в вeчнoм мpaкe, цapит жecтoкий мopoз –213 °C. Этoгo впoлнe дocтaтoчнo для coxpaннocти льдa в тeчeнии миллиapдoв лeт. Ho oткyдa пoявилcя лёд в миpe, гдe нeт cнeгoпaдoв? Подробнее см. на сайте www.artefact.mylivepage.ru/wiki/266/2836. – Редакция.