1 дәріс тақырыбы: Кіріспе. Астрономия пәні және оның басқа пәндермен байланысы

Күннің және Айдың тұтылуы

Толық Күн тұтылуы Жерге Ай көлеңкесінің дағы түскен орыннан ғана көрінеді. Дақтың диаметрі 250 км-ден артпайды, сондықтан бір мезгілде Күннің толық тұтылуы тек Жердің азғана бөлігінде көрінеді. Толық тұтылу фазасы 7 минут 70 секундтан артыққа созылмайды.

Жерге Айдық шала көлеңкесі түскен орындарда Күннің шала тұтылуы байқалады.

Жердің Айдан және Күннен қашықтықтары аздап өзгеруі салдарынан, Айдың көрінерлік бұрыштық диаметрі Күндікінен бірде үлкенірек, бірде кішірек, ал бірде оған тең болып қалады.

Күннің толық тұтылулары ғылым үшін ерекше қызық, ал олар бұрын қараңғы адамдарды қатты үрейлендіретін.

Егер Ай орбитасының жазықтығы эклиптика жазықтығымен дәл беттессе, онда әрбір жаңа айда Күн тұтылуы, ал әрбір толған айда Ай тұтылуы болып тұрады.

№ 6 дәріс тақырыбы Аспан механикасы. Бүкіләлемдік тартылыс заңы.

Аспан механикасы — астрономияның гравитациялық өрістегі Күн жүйесі денелерінің қозғалысын зерттейтін бөлімі. “А. механикасы” деген атауды ғылымға алғаш рет 1798 ж. француз ғалымы П.Лаплас енгізген. Құйрықты жұлдыз, жасанды жер серіктері т.б. үшін гравитациялық күштен басқа реактивтік күш, сәуле қысымы, масса өзгерісі т.б. ескеріледі. А. механикасының зерттейтін проблемасына гравитациялық өрістегі аспан денелерінің жалпы мәселелері (n дене есебі, жеке жағдайда үш дене немесе екі дене есебі), нақты объектілердің (планеталар, жасанды жер серіктері т.б.) қозғалысы, астрономиялық тұрақтылардың мәндерін анықтау, эфемеридті құрастыру жатады. 20 ғ-дың ортасынан А. механикасының жаңа саласы — релятивистік А. механикасы дами бастады.

Бүкіл әлемдік тартылыс заңы, Ньютонның тартылыс заңы — кез келген материялық бөлшектер арасындағы тартылыс күшінің шамасын анықтайтын заң. Ол И. Ньютонның 1666 ж. шыққан “Натурал философияның математикалық негіздері” деген еңбегінде баяндалған. Бұл заң былай тұжырымдалады: кез келген материялық екі бөлшек бір-біріне өздерінің массаларының (m1, m2) көбейтіндісіне тура пропорционал, ал ара қашықтығының квадратына (r2) кері пропорционал күшпен (F) тартылады: , мұндағы G — гравитациялық тұрақты. Гравитациялық тұрақтының (G) сан мәнін 1798 ж. ағылшын ғалымы Г. Кавендиш анықтаған. Қазіргі дерек бойынша G=6,6745(8)Һ Һ10–8см3/гҺс2=6,6745(8)Һ

Һ10–11м3/кгҺс2. Айдың Жерді, планеталардың Күнді айнала қозғалуын зерттеу нәтижесінде И. Ньютон ашқан бұл заң табиғаттағы барлық денелерге және олардың барлық бөліктеріне қолданылады. Б. ә. т. з. аспан денелерінің қозғалысы жайындағы ғылым — аспан механикасының іргетасын қалайды. Осы заңның көмегімен аспан денелерінің қозғалу траекториясы есептелінеді және олардың аспан күмбезіндегі орындары алдын ала анықталады. Уран планетасының осы заңға сәйкес есептелінген орбитадан ауытқуы бойынша 1846 ж. Нептун планетасы ашылды. Плутон планетасы да 1930 ж. осындай тәсілмен анықталды. 19 — 20 ғ-ларда бұл заңды алдымен қос жұлдыздарға, сонан соң шалғай орналасқан галактикаларға да пайдалануға болатындығы белгілі болды. Жалпы салыстырмалық теориясының ашылуы (1916) нәтижесінде тартылыс күшінің табиғаты онан әрі айқындала түсті. Шындығында кез келген дене кеңістікте тартылыс өрісін туғызады. Денелердің арасындағы тартылыс күші осы өріс арқылы беріледі. Өте майда бөлшектерден тұратын микродүниедегі (атом, атом ядросы, элементар бөлшектер, т.б.) құбылыстарда Б. ә. т. з-ның әсері сезілмейді. Өйткені онда күшті, әлсіз және электр магниттік өзара әсерлер (қ. Әлсіз өзара әсер, Күшті өзара әсер, Электр магниттік өзара әсер) тәрізді өрістік әсерлер басым болып келеді.

Табиғаттағы барлық денелер бір-біріне тартылады. Осы тартылыс бағынатын заңды Ньютон анықтап, бүкіл әлемдік тартылыс заңы деп аталған. Осы заң бойынша, екі дененің бір-біріне тартылатын күші осы денелердің массаларына тура пропорционал, ал олардың ара қашықтығының квадратына кері пропорционал болады:

мұндағы, G - гравитациялық тұрақты деп аталатын пропорционалдық коэффициент. Бұл күш бір-біріне әсер ететін денелер арқылы өтетін түзудің бойымен бағытталған. Формула шамасы бойынша бір-біріне тең F12 және F21 күштердің сандық мәнін береді. Cуреттегі өзара әсерлесетін денелер біртекті шарлар болса, m1 және m2 – шар массалары, r - олардың центрінің ара қашықтығы. Сонымен, шарлар материялық нүктелер ретінде өзара әсерлеседі , ал олардың массалары шар массаларына тең және олардың центрлерінде орналасқан. Гравитациялық тұрақтының сандық мәні, массалары белгілі денелердің бір-біріне тартылатын күшін өлшеу жолымен анықталған. Осындай өлшеу кезінде көп қиыншылықтар кездеседі, өйткені массалары тікелей өлшенетін денелер үшін тартылыс күштері өте-мөте аз болып шығады. Мысалы, әрқайсысының массасы 100 кг, бір-бірінен қашықтығы 1 метр болатын екі дене бір-біріне шамамен 10-6 Н, яғни 10-4 Г күшпен өзара әсер етеді.

№ 7 дәріс тақырыбы Астрофизика және радиоастрономияның құралдары мен әдістері.

Астрофизика (грек. аstron – жұлдыз және физика) – аспан денелерінің физикалық күйі мен химиялық құрамын және олардың жүйелерін, жұлдызаралық орта мен галактикааралық орталарды, сондай-ақ оларда өтетін химиялық процестерді зерттейтін астрономияның бөлімі. Астрофизика жеке ғылым пән ретінде телескоптың жасалуынан (17 ғасыр) кейін дами бастады. 19 ғасырдың ортасында ашылған спектрлік анализ бен фотографиялық тәсілдерді қолдануға байланысты астрофизиканың жаңа саласы – практикалық астрофизика дүниеге келді.

Зерттеу әдістеріне қарай астрофизика астрофотография, астрофотометрия, астроспектроскопия, радиоастрономия, рентгендік астрономия, тағы басқа салаларға бөлінеді. Атомдық физиканың 20 ғасырдың бас кезіндегі табыстары мен жаңа әрі жетілдірілген физикалық тәсілдері теориялық астрофизиканың қалыптасып, дамуына қолайлы жағдай туғызды. Теориялық астрофизикада аспан денелері құрылысының теориясы (жұлдыз атмосферасының құрылысы, жұлдыздардың ішкі құрылысы, тағы басқа) және оларда өтетін процестер қарастырылады. Негізінен ол жұлдыздар атмосферасының физикасы, жұлдыздардың ішкі құрылысының теориясы, газ, тозаң және тұмандықтар физикасы, ал зерттейтін объектілерінің ерекшеліктеріне қарай Күн физикасы, құйрықты жұлдыздар мен метеорлар физикасы, планеталар физикасы, тағы басқа болып бөлінеді. Құйрықты жұлдыздар мен метеорларды зерттеу – астрофизиканың басты мәселелерінің бірі. Астрофизикалық зерттеулер заттың физикалық және техникалық тәжірибелер арқылы анықталатын қасиеттерін одан әрі толықтыра түседі. Күндегі процестердің Жер бетіндегі құбылыстарға тигізетін әсерін және оның заңдылықтарын зерттейді. Астрофизиканың үлкен саласы – радиоастрономия. Оптикалық және радиастрономиялық тәсілдерді біріктіре пайдалану асқын алып жұлдыздар мен квазарларды ашуға, шаян тәрізді тұмандық жарқылының табиғатын және біздің Галактикадағы (Жұлдызаралдағы) сутегі элементінің орналасуы мен қозғалуы ерекшеліктерін анықтауға, сондай-ақ планеталар атмосфераларының құрамдарын анықтауға мүмкіндік берді. Қазақстанда астрофизика ғылымының дамуына Астрофизика институты ғалымдары елеулі үлес қосты. Мұнда негізгі зерттеулер бақылау арқылы немесе практикалық астрофизика саласында жүргізіледі, сондай-ақ теория астрофизиканың кейбір салалары қамтылған. Зерттеу объектілері: галактик. тұмандықтар, жұлдыздар, Күн, Галактика, квазарлар, планеталар, құйрықты жұлдыздар, жұлдыздық және планетааралық тозаңдықтар физикасы және космология. Институттағы алғашқы астрофизикалық ғылым-зерттеу жұмысы зодиактік жарықты зерттеуге арналды. Астероидтар белдеуінде астероидтар мен метеороидтардың ұсақталу себебінен зодиактік жарық құбылысының пайда болу теориясы жасалды. Астрономия нысандарын (объектілерін) физикалық әдістермен зерттейтін ғылым саласы - астрофизика деп аталады.

Ғарыш кеңістігі, ондағы денелер физиктер үшін тамаша зертхана болып табылады. Мысалы, Жер бетінде ауасыз кеңістік (терең вакуум) алу немесе денелердің температурасын миллиондаған градустарға көтеру аса қиын жұмыс. Ал ғарышта бұл жағдайлардың барлығы да бар. Мысалы, Ай бетінде ауа мүлдем жоқ. Сондықтан онда Жердегідей нақты вакуум алатын күрделі қондырғысыз-ақ тәжірибелер жүргізіп, ғылыми-зерттеу жұмыстарын жасауға болады.

№ 8 дәріс тақырыбы Күн жүйесінің физикасы. Күн мен жер.

Күн Жүйесі – Күннен, оны айнала қозғалатын 9 үлкен планетадан (Меркурий, Шолпан, Жер, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун және Плутон), планета серіктерінен, мыңдаған кіші планеталардан (астероидтардан), шамамен 1011 кометадан және толып жатқан метеорлық денелерден құралған ғарыштық денелер жүйесі. Күннен ең алыс орналасқан планетаға дейінгі орташа қашықтық шамамен 40 а.б. немесе 6 млрд. км-ге тең.

Күн – Күн жүйесіндегі орталық дене болып саналады, оның массасы Күн жүйесіндегі барлық денелердің жиынтық массасынан 750 есе артық. Сондықтан Күн жүйесінің массалар центрі Күн қойнауында орналасқан. Барлық 9 үлкен планета Күнді айнала, дөңгелек дерлік орбита бойымен, бір бағытта қозғалады. Олардың орбиталарының бір-біріне қатысты көлбеулігі өте аз. Планеталардың Күннен қашықтығы белгілі бір заңдылыққа бағынған, яғни көршілес орбиталардың ара қашықтығы Күннен алыстаған сайын арта түседі. Планеталар қозғалысының физикалық қасиеттеріне байланысты Күн жүйесінің үйлесімді екі топқа бөлінуі ғарыштық денелердің кездейсоқ жиынтық емес екендігін көрсетеді. Барлық кіші планеталар да үлкен планеталар қозғалған бағытта Күнді айнала қозғалады, бірақ олардың орбиталары едәуір созылыңқы және эклиптика жазықтығына көлбеу орналасады. Кометалардың көпшілігі параболаға жақын өте созылыңқы орбита бойымен қозғалады. Айналу периоды миллиондаған жылға жетеді. Мұндай комета орбиталарының эклиптика жазықтығына көлбеулігі алуан түрлі, олар Күнді айнала тура және кері бағытта да қозғалады.

Шолпан мен Ураннан басқа планеталардың барлығының өз осінен айналу бағыты Күнді айналу бағытымен сәйкес келеді. Уран планетасының осі орбита жазықтығына 98° көлбеу орналасқан, сондықтан оның айналысы сырттай қарағанда кері болып көрінеді. Шолпан планетасы кері бағытта өте баяу айналады. Күн мен планеталар арасындағы қозғалыс мөлшерінің таралуы маңызды космогониялық сипаттама болып есептеледі. Күн жүйесінің орталық денесі Күн – жұлдыз, яғни қызған газды шар. Ол өзінің қойнауынан үздіксіз энергия бөліп шығарады. Күн бетінің күшті сәуле таратуына қарамастан, ол өзінің жоғары температурасын сақтап қалады. Күн жүйесінің қалған денелері – салқын денелер. Олардың бетінің температурасы Күн сәулесінің қыздыруына байланысты анықталады. Планеталар массасына, химиялық құрамына, айналу жылдамдығына, серіктерінің санына қарай екі топқа бөлінеді.

1. 
   Күн жүйесінің төрт ішкері планетасы (Жер тобындағы планеталар – Меркурий, Шолпан, Жер, Марс) аса үлкен емес, олар тығыз тасты заттар мен металдардан құралған.
   
2. 
   Алып планеталар – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун және Плутон әлдеқайда көлемдірек, олар негізінен жеңіл заттардан (сутек, гелий, метан, т.б.) құралған, сондықтан олардың орташа тығыздығы қойнауындағы зор қысымға қарамай аз болады. Планеталардың екі тобының аралығында орналасқан кіші планеталардың химиялық құрамы Жер тектес планеталардың құрамына жақын. Біршама тар аймақта қозғалатын кіші планеталар бір-бірімен соқтығысып, өте майда сынықтарға ыдырайды. Осындай майда сынықтар метеорлық денелердің соққысынан да бөлінеді. Ал өте майда тозаңдар қосылғанда, зодиактік жарық құбылысы байқалады. Метеориттердің жасын өлшеу (құрамындағы радиоактивті элементтерге және олардың ыдырау өнімдері бойынша) Күн жүйесінің шамамен 4,6 млрд. жыл бұрын пайда болғанын анықтады.