Аспан сферасы 8 страница

Айдың Жерді айнала ұйытқымаған қозғалыс орбитасы эллипс болып табылады, оның эксцентриситеті 0,055-ке тең, ал үлкен жарты осі 3844400 км. Перигейде Жерден Айға дейінгі қашықтық орташадан 21000 км-ге кем, ал Апогейде дәл сондай шамаға көп болады.

Ай орбитасының жазықтығы эклиптика жазықтығына орта есеппен 5°09'-қа көлбеу орналасқан. Ай Жерді айнала батыстан шығысқа қозғалады, яғни Жер Күнді айналған сияқты. Айдың Жерді айналу периоды сидерлік немесе жұлдыздық ай деп аталады. Оның орташа ұзақтығы 27,32 орташа күн тәулігіне тең.

Айдың қозғалысын зерттеу өте қиын, себебі: 1.Ай қозғалысындағы ұйытқулар өте күшті; 2.Ай Жерге жақын, сондықтан қозғалысындағы ауытқулар анық көрінеді, ал оны ескерген жөн. Ұйытқулар салдарынан Ай орбитасының элементтері үнемі өзгерісте болады. Ай орбитасының барлық элементтері периодты ұйытқуға ұшырайды. Сондықтан Айдың нақты қозғалысы өте күрделі және оны зерттеу аспан механикасының ең қиын есептерінің бірі.

Ал ғасырлық ұйытқуларға шығыс түйінінің бойлығы мен орбитасы периодтарының бойлығы ұшырайды. Ай Жерді айналғанда әрбір айналымындағы түйіндерінің орын ауыстыруы 1,5°-қа тең. Олай болса, Ай өзінің дәл бұрынғы орнына ешқашанда оралмайды. Бұл тек 18 жыл, 7 ай уақыт өткеннен кейін ғана, яғни түйіндер эклиптика бойымен толық бір айналым жасағанда ғана қайталанады.

2.1.12. Айдың көрінетін қозғалысы мен фазалары

Айдың көрінетін қозғалысы – бұл Айдың Жерді айналғандағы нақты қозғалысының салдары. Ай бір жұлдыздық ай бойында жұлдыздар арасында тек бір бағытта ғана, яғни батыстан шығысқа қарай қозғалады. Айдың көрінетін қозғалысы оның сыртқы келбетінің өзгеруімен қатар жүреді, бұл өзгеріс ай фазасы деп аталады. Кей күндері Ай аспан сферасында көрінбей де қалады. Басқа күндері ол орақ тәріздес, жарты шеңбер және толық шеңбер болып көрінеді. Ай фазалары былайша түсіндіріледі: Ай Жер сияқты бұлыңғыр, яғни мөлдір емес, шартәріздес дене және ол Жерді айнала қозғалып, Күнге қатысты әртүрлі орындарда болады. Күннің алыстығына байланысты, оның Ай бетіне түсетін сәулелері әрқашанда параллель және Ай шарының дәл жартысын қамтиды. Жерге Айдың жарық және қараңғы жарты шарларының бөліктері түсетіндіктен, Ай бізге толық шеңбер емес сияқты көрінеді. Ай денесінің қараңғы және жарық жағынан бөліп тұратын түзу - терминатор деп аталады, ол әрқашанда жартылай эллипс өлшемді болады. Ал Күннен Айға және Айдан Жерге бағытталған түзулердің арақашықтығы - ψ- фазалық бұрыш деп аталады.

Айдың негізгі 4 фазасы болады. Олар бірінен соң бірі ауысып тұрады: жаңа ай, бірінші ширек, толық ай және соңғы ширек.

Толық ай кезінде Ай Күн мен Жер арасынан өтеді, фазалық бұрыш ψ=180°, Жерге Айдың қараңғы жағы қарайды және ол аспанда көрінбейді, Күннен кейін ол орақ тәріздес болып көріне бастайды. Уақыт өте ол үлкейе береді де, бірінші фазаға ауысады, Ай шығыс квадратта орналасады, яғни Күннен шығысқа қарай 90°-қа, яғни фазалық бұрыш φ=90°, Жерге Айдың жарық жағының бір бөлігі және қараңғы жағының бір бөлігі көрінеді. Біз фаза кезінде Ай тек түннің бірінші жартысында ғана көрініп, әрі қарай көкжиек асып кетеді. Жерге Айдың жарық бөлігі көбірек көріне бастайды және жобамен 7 тәуліктен соң бірінші ширектен толық ай фазасы кемиді, яғни Ай толық шеңбер түрінде болады. Бұл кезде Ай күнге қарсы тұрады, фазалық бұрыш φ=0° және Айдың жарық жағы толығымен Жерге қарайды. Толық Ай аспанда түні бойы көрінеді, ол Күн батқанда батады.

Толық айдан кейін Ай “кішірейе” береді, толық айдан кейін шамамен 7 тәуліктен соң Ай қайтадан жарты шеңбер түріне енеді, соңғы ширек басталады. Бұл уақытта Ай батыс квадратта болады, фазалық бұрыш φ=90° және Жерге Айдың жарық және қараңғы бөліктері де қарайды. Бірақ, Ай енді Күннен батысқа қарай 90° орналаспайды, түннің екінші жартысында ол Күн шыққанға дейін көрінеді. Процесс осылай қайталана береді.

2.1.13. Ай тұтылуы

Ай тұтылуын 2.5-сурет арқылы түсіндіруге болады. Күн Жерге жарық түсіреді, ал Жердің күнге қарсы беті көлеңкелі болады. Күн диаметрі Жер диаметрінен үлкен болғандықтан, Жер көлеңкесі Ай көлеңкесі сияқты біртіндеп сығыла түскен конус тәріздес келеді. Жер көлеңкесінің конусы Айдың конусынан ұзынырақ, ал оның диаметрі Ай диаметрінен 2,5 есе артық. Жерді айнала қозғала отырып Ай Жер көлеңкесінің конусына түсіп қалады, міне осы уақытта Ай тұтылуы құбылысы байқалады. Тұтылу кезінде Айға Күн сәулесі түспегендіктен Ай тұтылуы бүкіл түнгі жер жартышарында көрінеді.

2.5-сурет. Ай тұтылуы схемасы

Ай батыстан шығысқа қарай қозғалғандықтан Жер көлеңкесіне оның сол жағы бірінші болып кіреді. Егер Ай Жер көлеңкесіне толық кірсе, онда Ай толық тұтылады, ал егер көлеңкеде Айдың бөлігі ғана болса, онда жартылай тұтылу болады. Жер көлеңкесінің диаметрі Ай диаметрінен 2,8 еседей артық болатындықтан толық тұтылу екі сағатқа дейін созылуы мүмкін.

Тұтылулар белгілі бір уақыт арасында қайталана отырады, бұл уақыт аралығы – сарос деп аталады (сарос - "қайталану"). Сарос 18 жыл және 11,3 тәулікке тең. Ай фазалары орта есеппен 29,53 тәулік сайын қайталанады.

ТАРАУ

Астрофизика элементтері

3.1. Астрофизикаға кіріспе

3.1.1. Астрофизика пәні, негізгі мәселелері

Астрофизика міндеті – Ғалам және жеке космостық объектілердің физикалық табиғаты мен эволюциясын зерттеу. Астрофизика – астрономияның негізгі және жылдам даму үстіндегі бөлімдерінің бірі. Ол астрономияның маңызды және жалпылама есептерін шешеді. Соңғы онжылдықтарда астрофизика астрономияның негізгі бөліміне айналды. Бірақ “Аспан механикасы”, “Астрометрия” сияқты “классикалық” салалар өз құндылығын жойған жоқ, керісінше астрономияның дәстүрлі салаларындағы жұмыстардың маңыздылығы өсуде. Қазіргі кезде астрономия біртұтас ғылым ретінде жүйелі түрде дамуда.

Астрофизика тарихында көптеген сілкіністер орын алғаны белгілі. Нәтижеде бірнеше жаңа бөлімдер пайда болды. XIX-XX ғасырларда спектрлік сараптаудың ашылуы, фотографияның пайда болуы, фотоэлектр, радиоастрономия және атмосферадан тыс зерттеу әдістерінің меңгерілуі астрофизиканың дамуын жеделдетті және мүмкіндіктерін кеңейтті. ХХ ғасырда астрономия бүкілтолқындық болды, яғни электромагниттік сәулеленудің кез келген түрі арқылы информация алу жүзеге асты.

Физикадағы даму және практикалық астрофизика әдістерінің арқасында теориялық астрофизика да дамыды. Астрофизиканың екі саласы да өз кезегінде бірнеше бөлімдерден тұрады. Теориялық астрофизика зерттеу объектілері бойынша: жұлдыздар, Күн, ғаламшарлер, тұмандықтар, космостық сәулелер физикасы, космология және т.б. болып жіктеледі. Практикалық астрофизика қолданатын әдістеріне қарай: астрофотометрия, астроспектрометрия, астрофотография, колориметрия және т.б. болып бөлінеді. Жаңа әдістерді қолдануға негізделген теориялық астрофизикаға: радиоастрономия, атмосферадан тыс астрономия, рентген астрономиясы, гамма-астрономия, нейтринді астрономия жатады. Соңғы уақытта астрофизикадағы динамикалық хаос проблемасы да өте өзекті. Қазіргі кезде осы бағытта қызу зерттеулер жүргізіліп, ол пәрменді даму үстінде.

3.1.2. Астрофизикада зерттелетін электромагниттік сәулелену аймағы

Көрінетін жарық - кванттар түрінде шығарылатын электромагниттік сәулеленудің дербес түрі екендігі белгілі.

Кванттар энергиясының өлшем бірлігі ретінде электрон-вольт (эв) қабылданған. Электронвольт - бұл потенциалдар айырымы 1 вольт электр өрісімен үдетілген еркін электронның алатын энергиясы.

Көрінетін жарық кванттарының энегриясы 2-3 эв-қа тең және астрофизикада зерттелетін электромагниттік сәулеленудің тек аз аймағын ғана қамтиды, ал негізінде астрофизикада зерттелетін сәулелену аймағы Мэв-тан (миллион эв - гамма-сәулелер) электрон-вольттың миллионнан бір (1/10⁶) үлесіне дейінгі (радиотолқындар) аралықтарды қамтиды. Бұл аралықта рентген, ультракүлгін, көрінетін және инфрақызыл сәулелер орналасқан.

Электромагниттік толқынның толқындық қасиетін ескере отырып, оны толқын ұзындығы және жиілігі арқылы сипаттауға болады: .

Кванттар энергиясы электромагниттік тербелістердің жиілігіне тура пропорционал, ал пропорционалдық коэффициент h = 6,625 × 10 ^-27 эрг×сек Планк тұрақтысы болып табылады, олай болса . Энергиясы 1 эв квантқа мынадай толқын ұзындығы және жиілігі сәйкес келеді: мк (микрон), Гц.

Көрінетін сәулелер аймағына жуықтап 0,39 мк-нан (көрінетін спектрдің күлгін шекарасы) 0,76 мк-ға (қызыл шекара) дейінгі аралық сәйкес келеді. Олардың арасында көрінетін спектрдің барлық түстері: күлгін (0,39-0,45 мк), көк (0,45- 0,48 мк), көгілдір (0,48-0,51 мк), жасыл (0,51-0,57 мк), сары (0,57-0,585 мк), қызыл сары (0,58-0,62 мк) және қызыл (0,62-0,76 мк) орналасқан. Спектрдің көрінетін облысындағы сәулелердің астрономияда маңызы зор, өйткені Жер атмосферасы оларды жақсы өткізеді. Ал спектрдің басқа бөліктерінде сәулелер жұтылуы күштірек болғандықтан космостық сәулелер Жер атмосферасының белгілі бір деңгейіне дейін ғана келіп жетеді. Атмосфера спектрдің қысқа толқындық облысын күштірек жұтады, яғни ультракүлгін, рентген және гамма-сәулелерді. Оларды (ультракүлгіннен басқасын) тек ракеталар мен жасанды серіктер арқылы ғана бақылауға болады.

Көрінетін спектрден ұзын толқындарға қарай инфрақызыл сәулелер мен радиотолқындар орналасқан. Инфрақызыл сәулелердің басым бөлігі (1 микроннан бастап) ауа молекулаларымен жұтылады, негізінен су буы мен көмірқышқыл газы молекулаларымен. Жер атмосферасы 1 см-ден 20 метрге дейінгі аралықтағы радиотолқындар үшін мөлдір. Ұзындығы 1 см-ден аз толқындар (1 мм, 4.5 мм және 8 мм-ден басқасы) Жер атмосферасының төменгі қабаттарымен толық жұтылады, ал ондаған метрден ұзын толқындар атмосфераның ең жоғарғы қабаты - ионосферамен шағылады және жұтылады.