Межпредметные связи физики и астрономии

Межпредметные связи физики и астрономии

Учитель физики Комарова И.В.

МБОУ СОШ № 19 с.Верхнерусское

Ставропольский край

АСТРОНО́МИЯ (от  астро …  и греч. νόμος – закон), наука о движении, строении, возникновении, развитии небесных тел, их систем и Вселенной в целом . 

По источникам первичной информации различают : 

• оптическую астрономию , инфракрасную, ультрафиолетовую, рентгеновскую астрономию; 
• радиоастрономию   и  гамма-астрономию   (в зависимости от диапазона электромагнитного излучения небесных тел, попадающего в приёмники);
• Астрономию космических лучей; 
• нейтринную астрономию   и гравитационно-волновую астрономию ;
• для близких тел Солнечной системы – локационную астрономию ;
• По расположению обсерваторий выделяют наземную астрономию и  внеатмосферную астрономию

• О́птика  (от  др.-греч.   ὀπ τική  «наука о зрительных восприятиях») — это раздел  физики , изучающий поведение и свойства  света , в том числе его взаимодействие с  веществом  и создание  инструментов,  которые его используют или  детектируют . Оптика обычно описывает поведение  видимого ,  ультрафиолетового  и  инфракрасного  излучения. Поскольку свет представляет собой  электромагнитную волну , другие формы  электромагнитного излучения , такие как  рентгеновские лучи ,  микроволны  и  радиоволны , обладают аналогичными свойствами.

Оптическая астрономия

• раз­дел ас­тро­но­мии, изучающий кос­мические объекты пу­тём ана­ли­за их оптического из­лу­че­ния.

• Основным прибором, который используется в астрономии для наблюдения небесных тел, приёма и анализа приходящего от них излучения, является  телескоп . Слово это происходит от двух греческих слов: tele — далеко и skopéo — смотрю.
• Оптический телескоп   —  телескоп , собирающий и фокусирующий электромагнитное излучение  оптического  диапазона. Его основные задачи увеличить  блеск  и видимый  угловой размер  объекта, то есть увеличить количество света, приходящего от небесного тела ( оптическое проницание ) и дать возможность изучить мелкие детали наблюдаемого объекта ( разрешающая способность ). Увеличенное изображение изучаемого объекта  наблюдается  глазом или  фотографируется . Основные параметры, которые определяют характеристики телескопа (оптическое разрешение и оптическое проницание) — диаметр ( апертура ) и  фокусное расстояние  объектива, а также фокусное расстояние и  поле зрения  окуляра.

Телескопы

Спектральный анализ

• Спектроскоп  может разложить пучок света от звезды на его цветовые составляющие. На фотопластинке регистрируется спектр звезды, полученный после разложения света призмой. Астрономы изучают спектры звезд, чтобы узнать, из каких химических элементов они состоят. Спектральный анализ позволяет определить и скорость, с которой движутся относительно нас звезды, туманности и галактики. Измерения с помощью спектроскопа показали, что звезды образованы раскаленными газами, а планеты только отражают их свет. Одни туманности оказались разреженными газовыми облаками, другие – звездными скоплениями.

• В   физике   электромагнитное излучение (ЭМИ) состоит из  волн   электромагнитного  (ЭМ) поля, распространяющихся в пространстве, несущих  электромагнитную  лучистую энергию. Она включает в себя радиоволны, микроволны, инфракрасный, (видимый) свет, ультрафиолет, рентгеновские и гамма-лучи.

Радиоастроно́мия  — раздел  астрономии , изучающий  космические объекты  путём исследования их  электромагнитного излучения  в  диапазоне   радиоволн . Объектами излучения являются практически все  космические тела  и их  комплексы  (от  тел   Солнечной системы  до  Метагалактики ), а также  вещество  и  поля , заполняющие  космическое пространство  ( межпланетная среда ,  межзвёздный газ ,  межзвёздная пыль  и  магнитные поля ,  космические лучи ,  реликтовое излучение  и т. п.)

  Метод   исследования   — регистрация космического  радиоизлучения  с помощью  радиотелескопов

• Радиотелеско́п  —  астрономический инструмент  для приёма  радиоизлучения   небесных объектов  (в  Солнечной системе ,  Галактике  и  Метагалактике ) и исследования их характеристик, таких как:  координаты ,  пространственная  структра,  интенсивность излучения ,  спектр  и  поляризация.
• По  диапазону частот  радиотелескоп занимает начальное положение среди  астрономических инструментов  для исследования  электромагнитного излучения  (более высокочастотными являются  телескопы   теплового ,  видимого ,  ультрафиолетового ,  рентгеновского  и  гамма-излучения ).

Радиотелескоп

• Физика   элементарных   частиц   (также известная как  физика  высоких энергий) -  это  раздел  физики , изучающий природу  частиц , составляющих материю и излучение.
•   Элементарные частицы ( электрон ,  нейтрино ,  кварки  и т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные  фундаментальные частицы

• Нейтринная   астрономия   это  раздел  астрономии , который наблюдает астрономические объекты с помощью детекторы  нейтрино  в специальных обсерваториях.  Нейтрино  

создаются в результате определенных типов радиоактивный распад, ядерные реакции такие, как те, которые происходят в Солнце или астрофизические явления высокой энергии, в ядерные реакторы, или когда космические лучи попадание в атомы в атмосфере.

Нейтринная обсерватория

Баксанская нейтринная обсерватория   - научная лаборатория  ИЯИ РАН , расположенная в ущелье  реки Баксан  в горах  Кавказа  в  России . став первой такой  нейтринной  обсерваторией в  СССР . Она состоит из  Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа  ( BUST ), расположенного на глубине 300 м под поверхностью,  галлий – германиевого  нейтринного телескопа, расположенного на глубине 4700  м.

Внутри емкостей находится 60 т металлического галлия. При поглощении нейтрино атом галлия-71 в результате атомной реакции переходит в атом германия. Благодаря этому, ученые получают информацию о процессах, происходящие глубоко в недрах Солнца.

• В физике Гравитацио́нные во́лны   — это изменения  гравитационного поля , распространяющиеся подобно  волнам . Излучаются движущимися  массами , но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс.
• Гравитационные волны предсказываются  общей теорией относительности  (ОТО). Впервые они были непосредственно обнаружены в сентябре 2015 года двумя детекторами-близнецами обсерватории  LIGO , на которых были зарегистрированы гравитационные волны

• Гравитационно-волновая астрономия  — раздел астрономии, изучающий космические объекты путём исследования их гравитационного излучения при помощи регистрации его прямого воздействия на детекторы гравитационных волн. Представляет собой активно развивающуюся область  наблюдательной астрономии , использующую  гравитационные волны  (малейшие искривления  пространства-времени , предсказанные  общей теорией относительности   Эйнштейна ) для сбора данных об объектах, таких как  нейтронные звезды  и  черные дыры , о таких событиях, как взрывы  сверхновых , и о различных процессах, в том числе свойства  ранней Вселенной  вскоре после  Большого взрыва

Гравитационно-волновая астрономия  

• 14 сентября 2015 года, когда детекторы с гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) с двумя лазерными интерферометрами зарегистрировали гравитационные волны от слияния двух черных дыр. Впервые научное сообщество оказало определенную поддержку одному из величайших предсказаний, вытекающих из общей теории относительности Эйнштейна, — что ускорение массивных объектов может создавать пульсации в ткани пространства-времени.

• В физике радиолока́ция  - область  науки  и  техники , объединяющая методы и средства  локации  (обнаружения и измерения координат) и определения свойств различных объектов с помощью  радиоволн . Близким и отчасти перекрывающимся термином является  радионавигация , однако в радионавигации более активную роль играет объект, координаты которого измеряются, чаще всего это определение собственных координат. Основное техническое приспособление радиолокации —  радиолокационная станция

• Радиолокацио́нная астроно́мия   — один из разделов  астрономии , исследования  небесных тел  с помощью  радиолокации . Позволяет определять скорости и расстояние до них, размеры, элементы вращения, свойства поверхности. В отличие от  пассивных  астрономических наблюдений, когда анализируется собственное или рассеянное излучение, при радиолокации информация получается путём сравнения зондирующего сигнала, параметры которого известны, с эхосигналом. Таким образом реализуется беспрецедентная точность измерений. 

Радиолокацио́нная астроно́мия  

• РАДИОЛОКАЦИОННАЯ АСТРОНОМИЯ ,  раздел астрономии, изучающий небесные тела путем посылки к ним зондирующего радиосигнала и анализа отраженного радиоэха. Система из передатчика, антенны и приемника – радиолокатор (радар) – может располагаться как на Земле, так и на космическом аппарате. Радиолокационная астрономия, в отличие от радиоастрономии, изучает не собственное радиоизлучение небесных тел, а отраженные от них сигналы. Кроме измерения расстояний, локаторы позво­ляют измерять скорости сближения с планетой или удаления ее от нас — также с очень большой точностью — по смещению частоты колебаний отраженного сигнала.

Новая Наука

АСТРОФИ́ЗИКА, раз­дел ас­тро­но­мии, изу­чаю­щий:

• не­бес­ные те­ла, их сис­те­мы и про­стран­ст­во ме­ж­ду ни­ми на ос­но­ве ана­ли­за про­ис­хо­дя­щих во Все­лен­ной физических про­цес­сов и яв­ле­ний;
• изу­ча­ет не­бес­ные объ­ек­ты лю­бых мас­шта­бов, от космических пы­ли­нок до меж­га­лак­тических струк­тур и Все­лен­ной в це­лом, все ви­ды по­лей (гра­ви­та­ци­он­ные, маг­нит­ные, элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния) и гео­мет­рич. свой­ст­ва са­мо­го кос­мического про­стран­ст­ва.

Литература:

• 1. АСТРОФИЗИКА • Большая российская энциклопедия - электронная версия (bigenc.ru)
• 2. Астрономия — Википедия ( wikipedia.org)
• 3. Новая наука. В сердце нейтронных звезд (new-science.ru)
• 4. Эйнштейн был прав: гравитационно-волновая астрономия (elementy.ru)
• 5. Доклад академика В. А. КОТЕЛЬНИКОВА Радиолокационная астрономия | Контент-платформа Pandia.ru
• 6.   Астрономия 11 класс. Б.А. Воронцов-Вельяминов , Е.К. Страут