Файл: Справочник (белкин).doc

22. Их формулы (6) следует, что неподвижное тело обладает отличной от нуля энергией, которая называется энергией покоя и равняется

23. Закон взаимосвязи массы и энергии (по-старому, эквивалентности) записывается аналогичной формулой Эйнштейна: E = mc². Это означает, что в релятивистской механике масса является мерой энергии покоя, часть которой высвобождается при реакции деления ядер в атомных бомбах или ядерных реакторах.

24. Общая теория относительности – теория гравитационных полей, построенная на основе специальной теории относительности А. Эйнштейном в 1916 году.

25. Принцип эквивалентности:

– в ограниченной области пространства-времени наблюдателю невозможно установить, находится ли он в состоянии равномерно ускоренного движения или испытывает воздействие гравитационного поля (рис. 2.6);

– силы инерции в ускоренной (неинерциальной) системе отсчета эквивалентны гравитационному полю;

– массы инертная и гравитационная эквивалентны при надлежащем выборе системы единиц.

26. Следствия теории тяготения (общей теории относительности):

– гравитационное замедление времени;

– гравитационное искривление пространства. Световые лучи от удаленного источника света искривляются в гравитационном поле массивного объекта, действующего как гравитационная линза, подобно искривлению световых лучей в результате преломления стеклянной линзой.

27. Экспериментальные подтверждения общей теории относительности:

– красное смещение – увеличение длины волны электромагнитного излучения, вызванное присутствием гравитационного поля (обнаружено у галактик в 1929 г., на Земле в 1960 г.);

– аномалия прецессии(смещение)перигелияэллиптической орбиты Меркурия вокруг Солнца (установлено в 1859 г),

– искривление луча света в гравитационном поле (искривление траектории светового луча при прохождении вблизи Солнца обнаружено в 1919 г.);

– увеличенная длительность распространения луча в гравитационном поле.

28. Уравнения, используемые для описания гравитационного поля, должны быть одинаковы во всех системах отсчета как инерциальных, так и неинерциальных.

29. Гравитационным радиусом называется такой радиус сферической массы, при котором создаваемая ей сила тяготения стремится к бесконечности. Для обычных астрономических объектов этот радиус очень мал, например, 9 мм для Земли, или 3 км для Солнца.

30. Гравитационным коллапсом называется гидродинамическое сжатие космического объекта под действием собственных сил тяготения, которое приводит к значительному уменьшению его размеров. Происходит со звёздами в момент их рождения и с некоторыми звёздами в конце их эволюции при переходе в состояние нейтронной звезды или чёрной дыры.

31. Чёрной дырой называют область пространства-времени с настолько сильным гравитационным полем, что даже свет не может её покинуть.

32. Эффекты теории относительности – замедление времени и искривление пространства – наиболее ярко проявляются вблизи чёрных дыр.

33. Принцип дополнительности утверждает, что классическая механика является приближением теории относительности при малых скоростях движения и небольших гравитационных полях.

2.4. Мегамир. Космология и космогония

1. Характерные пространственные масштабы мегамира: световые года, парсеки, астрономические единицы. Световой год (с. г.) – путь, который проходит луч света за один календарный год. 1 с. г. = 9,4608·10¹⁵ м. Парсек (параллакс секунда) – расстояние, на котором объект имел бы годичный параллакс равный одной дуговой секунде. Годичным параллаксом называется видимое изменение положения небесного объекта из-за перемещения наблюдателя. 1 пк (ранее пс) = 3,2616 с. г. = 3,0857·10¹⁶ м. Астрономическая единица – среднее расстояние между Землей и Солнцем. 1 а. е. = 149597870 км.

2. Время – миллионы и миллиарды лет.

3. Астероиды – небольшие планетоподобные тела Солнечной системы. Большинство орбит астероидов сконцентрировано в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера на расстояниях от 2,0 до 3,3 а. е. от Солнца. Основные характеристики: размер, тип (S, C, M), большая полуось орбиты. Примеры астероидов: Церера (940 км, С, 2,77 а. е.), Гаспра (20 × 12 × 11 км, 2,2 а. е.), Ида (58 × 23 км, S, 2,86 а. е.).

4. Кометы – ледяные небесные тела, движущиеся по орбите в Солнечной системе, которые частично испаряются вблизи Солнца, в результате чего возникает диффузная оболочка из пыли и газа, а также один или несколько хвостов. Различают короткопериодические кометы (P), долгопериодические (С) и исчезнувшие или разрушившиеся (D). Примеры комет: Галлея (Р, 76 лет), Беннета (С, 1679 лет), Хейла-Боппа (С, 2530 лет).

5. Планета – небесное тело, вращающееся вокруг Солнца или другой звезды, масса которого слишком мала для того, чтобы тело могло стать звездой (меньше одной двадцатой массы Солнца). Основные характеристики: масса, диаметр, расстояние от Солнца. Примеры планет: Земля (5,974·10²⁴ кг, 12756 км, 1,001 а. е.), Уран (14,6 М_З, где М_З – масса Земли; 4,01 D_З, где D_З – диаметр Земли; 19,2 а. е.), Венера(0,815 М_З, 0,95 D_З, 0,72 а. е), Марс (0,107 М_З, 0,53 D_З, 1,53 а. е).

6. Спутник – любое тело, движущееся по орбите вокруг центрального тела. Большинство планет Солнечной системы имеют естественные спутники, иногда называемые лунами. Основные характеристики: масса, радиус, среднее расстояние от планеты. Спутник Земли – Луна (7,35·10²² кг, 1,738 км, 384400 км). Спутники Марса – Фобос (9,63·10¹⁵ кг ,14 × 10 км, 9380 км) и Деймос (1,926·10¹⁵ кг, 8 × 6 км, 23460 км). Спутники Юпитера – Ио (8,88·10²² кг, 3630 км, 421600 км), Европа (4,786·10²² кг, 3138 км, 670900 км), Ганимед (1,481·10²³ кг, 5262 км, 1070000 км).

7. Солнечная система – Солнце, а также планеты с их лунами, кометы, астероиды, метеорные рои и межпланетная среда, удерживаемые гравитационным притяжением Солнца. Орбиты больших планет лежат в пределах 40 астрономических единиц от Солнца.

8. Большими планетами являются восемь планет. Из них к внутренним (твердым планетам земной группы) относятся Меркурий, Венера, Земля, Марс. Внешними (газообразными с небольшим твердым ядром) являются Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Внутренние и внешние планеты разделены поясом астероидов. Планета гигант – Юпитер (317,9 М_З, 11,21 D_З, 5,2 а. е), самая маленькая планета – Меркурий (0,055 М_З, 0,38 D_З, 0,387 а. е).

9. Движение планет определяется тремя законами Кеплера (1571-1630), которые он сформулировал на основе точных наблюдений Тихо Браге (1546-1601):

– орбита каждой планеты представляет собой эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце;

– каждая планета вращается вокруг Солнца так, что радиус-вектор, соединяющий эту планету с Солнцем, покрывает за равное время одинаковые площади;

– квадраты времен обращения любых двух планет пропорциональны кубам их средних расстояний от Солнца.

10. Пояс Койпера образуют небольшие ледяные тела, по размерам близкие к астероидам, которые занимают кольцеобразную область в плоскости Солнечной системы, простирающуюся от орбиты Нептуна (30 а. е. от Солнца) до расстояний, возможно, в 100 или даже 150 а. е.

11. Облако Оорта – гипотетическая сферическая оболочка, окружающая Солнечную систему на расстоянии около 1 светового года, в которой содержатся миллиарды комет с общей массой, равной примерно массе Земли.

12. Космогония – наука, изучающая происхождения космических систем и объектов, в частности Солнечной системы. В космогонии используется эргодическая гипотеза – предположение, что средние по времени значения физических величин, характеризующих систему, равны их средним статистическим значениям. Это позволяет восстановить историю отдельного объекта по наблюдению многих объектов, находящихся на разных этапах эволюции.

13. О происхождении Солнечной системы известна гипотеза Канта-Лапласа: образование планетной системы из рассеянной материи, заполнявшей всё пространство этой системы и находившейся в единообразном вращательном движении вокруг центрального сгущения — Солнца. В гипотезе Шмидта предполагается образование планет путём объединения холодных твёрдых тел различных размеров, обращавшихся вокруг Солнца. Согласно современным представлениям, Солнечная система образовалась из медленно вращающегося газового облака. По мере сжатия облака в нём формировалось плотное, окруженное диском газа и пыли, непрозрачное ядро, которое в конечном счете стало Солнцем. Распространена гипотеза о постепенном накоплении вещества планет путем аккреции – падения вещества из окружающего пространства. Различие между внутренними твердыми планетами и внешними газовыми гигантами обусловлено уменьшением их нагрева со стороны Солнца.

14. Звезда – самосветящийся яркий газовый шар, в горячем ядре которого идут реакции ядерного синтеза с выделением энергии. Минимальная масса, которая требуется для образования звезды, составляет около одной двадцатой массы Солнца. Основные характеристики: светимость (звездная величина), масса, радиус, спектральный состав излучения (спектральный класс), расстояние, в некоторых случаях имя. Примеры: α Большого Пса (-1,5, А1V, 9 с. л., Сириус), α Центавра (-0,3, G2V, 4 с. г.), α Лиры (0,03, А0V, 26 с. л., Вега), α Тельца (0,9, К5III, 25 с. л., Альдебаран), α Южного Креста (0,77, B1 IV, 320,7 с. л., Акрукс). Характерный размер обычных звёзд – 10⁸ м.

Светимость – поверхностная плотность световой энергии, излучаемой в единицу времени ярким телом. Видимая звездная величина – мера относительной яркости звезды (или другого астрономического объекта) для наблюдателя на Земле. Видимая звездная величина зависит от абсолютного количества излучаемой (или отраженной) световой энергии и расстояния до объекта. Меньшие числа соответствуют большей яркости. Для включения очень ярких объектов шкала видимых звездных величин расширена на отрицательные числа. Абсолютная звездная величина – это звездная величина, которую имела бы данная звезда, если бы находилась на стандартном расстоянии 10 парсеков.

Спектральный класс – классификация звезд в соответствии с видом их спектра. Спектральная классификация основана на температурной последовательности. Первоначально введенные классы, обозначенные буквами A - Q, впоследствии были упорядочены в порядке температурной последовательности, в результате чего окончательно установилось деление на основные классы с буквенными обозначениями O, B, A, F, G, K и M. Основные классы могут быть разделены далее на 10 подклассов, обозначаемых цифрами от 0 до 9 (например, A0, K5).

15. Солнце – центральная звезда Солнечной системы. Среди звёзд Солнце по размеру и яркости занимает среднее положение, это карликовая звезда спектрального класса G2V с поверхностной температурой около 5700 K. Радиус – 6,96·10⁵ км, масса – 1,989·10³⁰ кг, видимая визуальная звёздная величина 26,78, расстояние от Земли – 1 а. е.

Внутреннее строение Солнца определено в предположении, что оно является сферически симметричным телом и находится в равновесии. Поверх ядра расположена зона излучения, где образовавшиеся в процессе ядерного синтеза фотоны с высокой энергией сталкиваются с электронами и ионами, порождая повторное световое и тепловое излучение. С внешней стороны зоны излучения лежит конвективная зона, в которой нагретые газовые потоки направляются вверх, отдают свою энергию поверхностным слоям и, стекая вниз, повторно нагреваются. Конвективные потоки приводят к тому, что солнечная поверхность имеет ячеистый вид. Поверхностные слои, или фотосфера, от которых приходит видимый нами свет, достигают в толщину нескольких сотен километров. В этих слоях имеют место проявления солнечной активности, такие как солнечные пятна и вспышки. Покрывающий фотосферу слой называется хромосферой.