Создание спектроскопа: первые шаги в новую астрономию

Изучение космоса Изучение космоса началось еще с

Изучение космоса

Изучение космоса началось еще с самых древних времен, когда человек только учился считать по звездам, выделяя созвездия. И только всего 400 лет назад, после изобретения телескопа, астрономия начала стремительно развиваться принося в науку все новые открытия.

Первые подзорные трубы появились значительно раньше изобретения телескопа, но никто и не догадывался их использовать для наблюдения за ночным небом.

Итальянский математик Галилей вдохновился идеей использования линз в трубе для наблюдения за звездами и собрал свой первый телескоп.

Именно с него, с первого телескопа Галилея в XVII веке астрономы сделали значительный шаг в сторону нового подхода в развитии науки о звездах

Создание спектроскопа: первые шаги в новую астрономию XVIII век стал переходным для многих наук, в том числе и для астрономии, одним из прорывом которого было изобретение спектроскопа. Так появилась возможность разложить излучаемый от небесного тела свет через призму и получить данные о структуре, температуре и химическом составе небесного тела

Первые искусственные спутники с планеты Земля Первый космический аппарат, который стал искусственным спутником земной орбиты, был запущен 4 октября 1957 года и получил название Спутник-1.

Покорение космоса человеком

Первым покорением космического пространства человеком стал полет вокруг земного шара Юрия Гагарина на корабле «Восток-1» 12 апреля 1961 года. Затем первый полет женщины-космонавта Валентины Терешковой и выход в открытое космическое пространство космонавта Алексея Леонова

Исследование Луны: первый луноход и высадка человека на луну Первую посадку на Луне совершила советская межпланетная станция «Луна-9», мягкая посадка которой была осуществлена 3 февраля 1966 года, а следующая станция «Луна-10» в этом же году стала первым искусственным спутником Луны. Первая же экспедиция с высадкой человека на Луне произошла 21 июля 1969 года, когда американский космический корабль Апполон-11 совершил посадку на лунную поверхность

Астероид – это большой камень в космическом пространстве. Некоторые астероиды, такие как Церера, могут быть очень большими, а другие, наоборот, как маленькие песчинки.

Кометы являются наиболее яркими и самыми редкими объектами в ночном небе. Эти парящие маяки с их красивыми хвостами прилетают к нам из внешней сферы Солнечной системы.

Черная дыра похожа на пылесос, но только в космосе. Тем не менее, это не мощное всасывание, которое заставляет вещи падать в черную дыру. Силы всасывание не будет достаточно сильным. Вместо этого, черная дыра использует силу тяжести, чтобы притягивать все вокруг.

Где образуются звезды? Звезды начинают свою жизнь в месте, которое астрономы называют туманностью. Эти туманности являются своего рода яслями Вселенной. Туманности бывают не только различных размеров, они также имеют различные формы, которые похожи на некоторые животные, например лошадь.

Когда вы смотрите в ночное небо можно увидеть множество красивых звезд. Если вы, дети, находитесь в деревне или на кемпинге в горах, или в пустыне вдали от городских огней, вы можете увидеть тысячи звезд. Вы сможете даже увидеть часть Млечного Пути. В больших или малых городах вы не сможете увидеть столько звезд, потому что огни города создают свечение, маскируя множество из них.

Спасибо за внимание!

Источник: http://present5.com/izuchenie-kosmosa-izuchenie-kosmosa-nachalos-eshhe-s/

Спектроскопия и астрономия

С чем обычно ассоциируется астрономия? С огромными телескопами, захватывающими дух панорамами космических далей и невероятно детализированными фотографиями безмерно далёких звёзд и галактик.

Всё это, конечно, имеет место в современной астрономии, но львиную долю научных данных в оптическом (видимом) диапазоне дают не сами телескопы, а сложное и разнообразное оборудование, обрабатывающее полученные данные.

Одними из наиболее важных и заслуженных приборов являются спектрографы (или спектроскопы), с помощью которых астрономы выясняют химический состав и особенности протекания физических процессов в звёздах, скоплениях и туманностях.

Спектрографы – результат плодотворного сотрудничества физики и астрономии. Первые идеи использования спектроскопии в астрономии появились ещё в XIX веке, как ответ физиков на астрономические задачи того времени.

Совершенствование телескопов по-прежнему не позволяло прояснить вопрос о физической природе звёзд, так как даже самые яркие звёзды в самые мощные телескопы выглядят просто как яркие точки.

Тогда-то учёным и пришла в голову идея использовать в астрономических наблюдениях только-только появившуюся в начале XIX века науку – спектроскопию.

Основная идея спектроскопии основана на знании о физических процессах испускания и поглощения излучения. Дело в том, что видимый глазом свет от источника излучения (например, Солнца) – результат активности атомов этого источника. Каждый атом может испускать излучение с несколькими, присущими ему, длинами волн.

Соответственно, наблюдаемый свет складывается из множества волн, испущенных разными атомами. Чем больше атомов того или иного элемента излучают – тем выше интенсивность соответствующих им волн.

Остаётся только каким-то образом вычленить из непрерывного потока излучения отдельные длины волн или их диапазоны, и можно будет выяснить, какой элемент и с какой интенсивностью излучает в источнике. Решение этой задачи было известно – ещё сэр Исаак Ньютон в 1704 году с помощью призмы разложил белый свет в спектр.

Правда, он получил сплошной спектр, раскладывая белый свет – без выраженных спектральных полос, однако, принципиальная идея была той же самой. Приборы, разлагающие свет в спектр получили название спектрографов.

Появление спектрографов породило настоящий бум открытий. Всего за несколько десятилетий спектрографы прочно вошли в обиход учёных и промышленников, найдя применение не только и научных изысканиях, но и в различных технологических процессах.

В частности, спектроскопия стала неотъемлемой частью астрономии – теперь, всего лишь собрав достаточно света от того или иного объекта и направив его в спектрограф, астроном мог с приемлемой точностью выяснить, какой элемент «ответственен» за излучение того или иного объекта.

Именно спектроскопические данные дали старт появлению первых моделей состава и строения звёзд, заложивших основу новой науки – астрофизики.

Спектр неонового источника, полученный в лаборатории, до и после обработки

Различные типы спектрографов, создаваемые для различных нужд, используют несколько методов получения спектра, различающиеся характеристиками и назначением.

Один из наиболее точных и претензионных – использование системы из нескольких призм, выполненных из максимально чистого и оптически прозрачного материала, не подверженного различным искажениям. Спектрографы такого типа обычно используются в астрономии, где ограничение на габариты приборы не столь существенно.

Существуют и спектроскопические инструменты, основанные на других принципах разложения света в спектр – например, с помощью дифракционной решётки. Так или иначе, перед непосредственным использованием спектрографа в исследованиях его следует отъюстировать.

Делается это при помощи эталонных источников излучения, спектральные полосы которых давно изучены и известны с высокой точностью. Наблюдая такой образец в спектрограф, можно соотнести фактические показания спектрографа со шкалой длин волн.

Однако выдаваемый прибором спектр нужно ещё обрабатывать и, в первую очередь, снимать. Разумеется, вначале наблюдения велись просто на глаз, но с развитием техники для большей точности и автоматизации исследовательского процесса результаты работы спектрографа стали фиксироваться.

По многим причинам спектрографы производят регистрацию спектра преимущественно на чёрно-белые носители (раньше – на соответствующие фотопластины или фотоплёнку, сейчас – на специальные чёрно-белые ПЗС-матрицы).

Этого вполне достаточно – для исследования гораздо важнее не наглядность получаемого изображения, а информация о яркости отдельных полос поглощения или испускания, которые на чёрно-белых носителях передаются лучше.

Чтобы получить привычный «радужный» спектр необходимо раскрасить спектральные линии в соответствии с юстировкой прибора.

Сегодня в лаборатории астрономии и астрофизики БФУ им. И. Канта проходит наладку стационарный трёхпризменный спектрограф, адаптированный для цифровых методов снятия информации. Сотрудники лаборатории уже получили первые тестовые спектры с лабораторных источников излучения. Впереди – точная настройка прибора и подключение его к телескопу.

Источник: http://astrobfu.ru/spektroskopiya-i-astronomiya/

Как начать астрономические наблюдения? Первые шаги

Звездное небо всегда притягивало внимание людей, недаром астрономия — одна из самых древних наук. В настоящее время развитие профессиональной астрономии достигло невиданных высот — мы исследуем космос не только с Земли, но и отправляем различные аппараты, которые открывают нам все новые и новые тайны Вселенной.

Подобные исследования требуют огромных средств, напряженной работы и высокой квалификации ученых. Однако звездное небо манит не только ученых мужей, вооруженных передовой аппаратурой, но и «простых смертных», которые могут приобщиться ко многим чудесам звездного неба, имея немного желания и совсем чуточку терпения.

Невооруженным глазом

Кажется, что ясной ночью на небе видно бесчисленное количество звезд. На самом же деле невооруженным глазом человек может увидеть всего лишь несколько тысяч. Само по себе зрелище звездного неба интересно и красиво, однако некоторая детализация подобных наблюдений сделает процесс намного интереснее.

Во-первых, можно наблюдать различные созвездия, т. е. условно принятые группы звезд, которым дается определенное название, очень часто даже не совпадающее с нашими представлениями о предмете.

Например, напоминающее букву «W» созвездие Кассиопеи, получило свое название в честь мифологической царицы, которую можно представить в виде «W» только при наличии хорошей фантазии. Но, так или иначе, процесс узнавания на небе созвездий, которые до этого смотрели в атласе, весьма приятен.

Летними ночами можно увидеть такие интересные созвездия, как Лебедь, Кассиопея, Волопас, Орел, Дракон, Большая Медведица и т. д.

Во-вторых, невооруженным глазом в ясную безлунную ночь можно увидеть такой объект, как Млечный Путь. Это наша с вами галактика, в которой помимо Солнца есть еще 200 миллиардов звезд. При наблюдении невооруженным глазом она выглядит как туманная полоса, проходящая через все небо.

В-третьих, некоторые планеты Солнечной системы видны без всяких приборов даже лучше, чем звезды. Например, вечером на Западе иногда можно увидеть так называемую «Вечернюю Звезду» — Венеру. Наконец, наблюдателю доступны Лунные и Солнечные затмения, которые хоть и редко, но случаются, являя собой весьма необычное и интересное зрелище.

Вооружившись биноклем

Уже в простой бинокль, с увеличением в восемь крат, диапазон наблюдаемых астрономических объектов значительно увеличивается. Простые звезды выглядят намного ярче, появляются невидимые невооруженным глазом звезды. Знакомый нам Млечный Путь из туманной полосы превращается в россыпь звезд в поле зрения бинокля.

Но особый интерес при наблюдении в бинокль представляет Луна. Даже в слабый прибор различимы Лунные моря, имеющие весьма необычные названия, вроде Моря Кризисов, Моря Изобилия, Моря Нектара и другие. В бинокль они видны как темные пятна.

Сейчас мы понимаем, что так выглядит поверхность Луны, на которой давным-давно происходили бурные геологические процессы, текла и застывала лава. Но долгое время некоторые астрономы предполагали, что эти моря заполнены водой, отсюда и их название.

В хороший бинокль можно увидеть и некоторые лунные кратеры, например, Тихо, Кеплер и т. д.

Пожалуй, можно разглядеть и спутники Юпитера. Для этого нужно найти на небе эту планету, которая хорошо видна и невооруженным глазом. Нацелив на нее прибор, мы увидим крошечный диск, по бокам от которого находятся маленькие «звездочки». Максимально можно рассмотреть четыре — это так называемые «Галилеевы» спутники, которые ученый открыл в 1610 году.

Ни в коем случае не пытайтесь смотреть в бинокль и другие приборы на Солнце — можно ослепнуть (луч Солнца при таком увеличении прожигает бумагу и уж тем более способен прожечь сетчатку ваших глаз). Для наблюдения Солнца используются светофильтры и другие специальные методы, которые требуют отдельного рассмотрения.

Разжившись телескопом

В небольшой и недорогой любительский телескоп можно увидеть множество интересного и даже совершить открытия научного масштаба. Многие кометы были открыты любителями, а кто-то умудрился это сделать несколько раз, как японец Икейа, открывший 5 комет.

Читайте также:  Море и океан, омывающие ирландию

Дело в том, что профессиональным астрономам некогда прочесывать в поисках подобных объектов все небо, и тут как раз на помощь приходят энтузиасты с небольшими телескопами, но с большим желанием что-либо увидеть.

Конечно, открыть комету посчастливится единицам, но вот приобщиться к массе других интересных явлений могут практически все. Даже с телескопом, стоящим менее 5 тысяч рублей.

Первое, на что обычно наводят сей прибор — это Луна. Тут уже видны не просто пятна морей. Перед взором наблюдателя предстает подробнейшая «карта» с кучей кратеров, расщелин, морей и других деталей рельефа. Причем выглядит все настолько живо и объемно, что никакие фотографии и рядом не стоят.

Насмотревшись на Луну, можно начать исследовать планеты. Стоит обратить внимание на Венеру, которая в телескоп выглядит как яркий голубой полумесяц, потом посмотреть Юпитер с полосами, спутниками, Сатурн с кольцами, Марс с полярной шапкой, маленький красный Меркурий. Все это великолепие доступно уже на увеличении до ста крат.

После планет можно попробовать понаблюдать и туманности, галактики, звездные скопления, переменные звезды, двойные звезды. Но это уже требует определенных навыков, хотя галактика м31 — Туманность Андромеды — доступна каждому.

Надо только выбрать ясную летнюю ночь, навести телескоп в нужное место (его легко найти по любой карте звездного неба), и перед вами появится туманный диск, который на самом деле больше Млечного Пути практически в два раза, и который по некоторым расчетам столкнется с нашей галактикой через 5 млрд. лет.

Карты, программы и прочее

Если Луну можно найти на небе без всяких «шпаргалок», то с другими объектами дело обстоит сложнее. Для ориентировки на звездном небе желательно ознакомиться с картами звездного неба — печатными или электронными. Среди печатных изданий для начинающих подойдет «Школьный астрономический календарь», а среди электронных — интерактивные карты на сайте «Астронет» и т. д.

Особое место среди подобных источников информации занимают так называемые «виртуальные планетарии». Это программы, которые позволяют получать изображение звездного неба в нужное время из нужного места.

Среди таких программ можно отметить Red Shift, Celestia, Starry Night и другие.

Например, Red Shift позволяет моделировать звездное небо на несколько тысячелетий вперед и назад, при этом с потрясающей точностью создавать живописное изображение, выдавать информацию о любом объекте.

Как видите, наблюдение звездного неба дело не такое уж и сложное, зато очень интересное. Есть, конечно, и ряд сложностей, но все они преодолимы, если подойти к проблеме творчески.

И если эта статья способствовала тому, что вы хоть один лишний раз посмотрите на небо, то мою задачу можно считать выполненной. Успехов в наблюдениях и ясного звездного неба над головой!

Источник: https://ShkolaZhizni.ru/school/articles/29031/

Первые шаги в освоении человеком космоса

Вспомним некоторые данные, показывающие этапы освоения космоса.

4 октября 1957 года первый советский искусственный спутник (рис. 46, а), шар массой 83,6 кг, достигший высоты 947 км, вызвал восторженное удивление всего мира; 92 дня летал он округ нашей планеты.

3 ноября 1957 года. Второй искусственный спутник (рис. 46, б) массой 508,3 кг с подопытным животным – собакой Лайкой – в герметически закрытой кабине летал 5 месяцев 11 дней. Высота этого спутника над Землей в апогее составляла 1671 км, в перигее – 225 км.

2 января 1959 года. Этот день ознаменовался запуском первой в истории человечества космической ракеты в сторону Луны с автоматической станцией на борту (рис. 46, в). Станция прошла около Луны, вышла на орбиту вокруг Солнца и стала первой искусственной планетой.

4 октября 1959 года стартовала третья космическая ракета автоматической межпланетной станцией на борту. Орбита этой ракеты огибала Луну. С борта ракеты была сфотографирована поверхность Луны, невидимая с Земли. В течение 40 мин с расстояния 60 – 70 тыс.

км производилось фотографирование лунной поверхности. По команде с Земли негативное изображение телевизионным способом было передано на Землю с расстояния 70000 км.

Советские ученые дали названия новым объектам; море Москвы, кратер Ломоносов, кратер Циолковский, Море мечты и др. (рис. 46, г).

15 мая 1960 года осуществлен запуск космического корабля-спутника массой 4540 кг. На борту корабля была установлена кабина с оборудованием для будущего полета человека. Запуск имел целью проверить работу систем, обеспечивающих безопасный полет человека на корабле-спутнике и надежность управления им.

Спустя три месяца запустили второй космический корабль-спутник массой 4600 кг. На борту этого корабля находились две собаки, мыши, растения, грибковые культуры и другие объекты.

После того как корабль сделал 17 оборотов вокруг Земли, была подана команда для спуска и первые путешественницы – собаки Белка и Стрелка благополучно приземлились.

Пока инженеры, техники, медики, биологи исследовали условия космического полета, шла подготовка к полету человека. Надо было проверить влияние на человеческий организм состояния невесомости, перегрузок при взлете, вибраций (колебаний) и т. д.

Мир напряженно ждал наступления этого дня. И вот свершилось!

12 апреля 1961 года. В 9 ч 07 мин по московскому времени космический корабль-спутник «Восток» с человеком на борту поднялся в космос и, совершив полет вокруг земного шара, вернулся на Землю. Пионером освоения космоса был Юрий Алексеевич Гагарин.

Космический корабль «Восток» показан на рисунке 47, а; здесь: 1 – приборная доска с глобусом, 2 – телевизионная камера, 3 – иллюминатор, 4 – входной люк, б – катапультируемое кресло.

На рисунке 47, б показан внешний вид корабля «Восток« месте с последней ступенью ракеты-носителя. Полностью ракета-носитель показана на рисунке 47, в. Видны четыре сопла (Д1) двигателя первой ступени ракеты, двигатель второй ступени (Д2), двигатель третьей ступени (Д3). Корабль «Восток» прикрыт предохранительным обтекателем.

6 августа 1961 года. В 9 ч по московскому времени на орбиту Земли был выведен новый космический корабль-спутник «Восток-2», пилотируемый летчиком-космонавтом Германом Степановичем Титовым.

Советский космический корабль-спутник «Восток-2» более 17 раз облетел вокруг земного шара, преодолев расстояние свыше 700 тыс. км.

Выполнив намеченную программу, летчик-космонавт успешно приземлился на территории нашей Родины.

Прошел год. И новый триумф советской науки и техники, новый подвиг летчиков-героев – беспримерный групповой полет на кораблях «Восток-3» и «Восток-4»! 71 ч «небесные братья» Андриян Григорьевич Николаев и Павел Романович Попович совершали групповой полет. Полет доказал возможность длительного пребывания человека в космосе.

А в июне 1963 года весь мир восхищался новым подвигом советских людей – групповым полетом первой в мире женщины-космонавта Валентины Владимировны Терешковой и Валерия Федоровича Быковского.

Запуски искусственных спутников разных видов и назначений следуют друг за другом. Увеличивается продолжительность, дальность, высота полета, грузоподъемность кораблей.

Растет значение освоения ближнего космоса в народнохозяйстенной жизни страны, в службе связи, в метеорологии, в решении важных научных проблем.

Однако тема нашей беседы не позволяет нам календарно следить за развитием этих событий, она едет нас дальше к проблемам освоения дальнего космоса, далеко а пределами земной атмосферы, к полетам в направлении Луны планет солнечной системы. Вот наиболее примечательные вехи а этом пути.

Станция назначения Луна.

После того как первые космические аппараты достигли поверхности Луны и сфотографировали ее поверхность с близкого расстояния, стал вопрос об осуществлении мягкой посадки на Луну и непосредственном исследовании ее грунта.

В феврале 1966 года такая посадка была выполнена советской автоматической станцией «Луна-9» (рис. 48, а). Станция передала на Землю панораму лунного ландшафта в Океане Бурь и позволила сделать заключение характере и прочности лунного грунта.

Американская программа «Аполлон» поставила целью отправку пилотируемых кораблей и в конечном счете высадку человека на Луну с возвращением на Землю.

Облет Луны пилотируемым кораблем «Аполлон-8» и следующие за тем полеты кораблей «Аполлон-9» и «Аполлон-10» были проведены с целью отработки важнейших моментов управления и подготовки к мягкой посадке астронавтов на Луну. Наконец, 16 июля 1969 года с мыса Кеннеди стартовала ракета «Сатурн», унося корабль «Аполлон-11» в направлении к Луне.

Через 103 ч полета 20 июля он совершил посадку в районе Моря Спокойствия, и 21 июля 1969 года первый человек Нил Армстронг ступил на поверхность Луны. Через 20 мин второй астронавт Эдвин Олдрин присоединился к нему.

Советская космонавтика набрала другой путь: усилия наших ученых были направлены на разработку совершеннейших автоматических станций.

Большое достижение советской науки и техники – автоматическая станция «Луна-16». Она совершила мягкую посадку 20 сентября 1970 года в районе Моря Изобилия. По команде
Земли автоматический бур провел сверление лунного грунта и взял образцы лунной пыли. Новая команда – и станция стартует с Луны на Землю (рис. 48, в).

В том же 1970 году автоматическая станция «Луна-17» доставила на Луну самоходный аппарат «Луноход-1» (рис. 48, б), который около 11 месяцев (до октября 1971 года) по команде Земли перемещался, «осматривал» окружающую его местность, «трогал» грунт, выполнял большой комплекс разнообразных научных исследований.

В феврале 1972 года автоматическая станция «Луна-20» по команде с Земли ваяла образцы грунта в горном районе. Этот исключительной ценности груз благополучно был доставлен на Землю.

На очереди Марс. Через каждые 15 лет планета Марс оказывается на минимальном расстоянии от Земли – 56 млн. км (в 150 раз дальше Луны). Ясно, что изучение этой наиболее похожей на Землю планеты Солнечной системы сопряжено со значительными трудностями. На данном этапе развития космонавтики исследования Марса возможны только при помощи беспилотных станций и автоматических приборов.

В 1962 году был запущен советский космический зонд «Марс-1». Затем был выведен на орбиту американский аппарат «Маринер-IV». Телевизионные изображения, переданные им на Землю, показали большое сходство поверхности Марса с лунными пейзажами.

Аппараты «Маринер-VI» и «Маринер-VII», запущенные в 1969 году, позволили сделать некоторые выводы о температуре, составе атмосферы планеты. В 1971 году были выведены на орбиты вокруг планеты Марс советские автоматические станции «Марс-2» и «Марс-3» н американский аппарат «Маринер-IX».

От станции «Марс-2» была отделена капсула, доставившая на поверхность Марса вымпел с изображением Герба СССР. В 1973 году были запущены станции «Марс-4» и «Марс-5».

В 1974 году на поверхность Марса опустился спускаемый аппарат станции «Марс-6»; через два года мягкую посадку на поверхность Марса произвели два американских аппарата «Викинг».

Ближайшая к Земле планета – Венера. В наивыгоднейшем для изучения положении Венера бывает на расстоянии 46 млн. км от Земли, ближе Марса; но исследования Венеры более затруднены из-за плотной облачной атмосферы, окутывающей планету и не позволяющей пока разглядеть детали ее поверхности.

В 1967 году советская автоматическая станция «Венера-4» совершила плавный спуск в атмосфере планеты и впервые передала по радио данные о состоянии и физических свойствах атмосферы Венеры. Температура в том слое, до которого удалось проникнуть, оказалась около 320'С (приблизительно температура плавления свинца).

Основным газом в атмосфере планеты оказался углекислый газ (97%).

Последующим автоматам «Венера-5,-6» удалось проникнуть еще глубже, до 20 км над поверхностью. 15 декабря 1970 года спускаемый аппарат станции «Венера-7» совершил (впервые в мире) мягкую посадку на поверхность планеты. В 1975 году впервые в истории освоения космоса станции «Венера-9, -10» были выведены на орбиты искусственных спутников Венеры.

Спускаемые аппараты этих станций впервые передали с поверхности Венеры на Землю высококачественные панорамы районов посадки. В марте 1982 года вблизи Венеры прошли две новые искусственные планеты Солнечной системы – «Венера-13» и «Венера-14».

С помощью спускаемых аппаратов этих станций ученые получили цветные панорамные изображения поверхности Венеры в районах посадки, осуществили забор грунта и его анализ.

Читайте также:  Загадки про весну с ответами-раскрасками

Говоря об освоении человеком космоса, нельзя не отметить также серию советских долговременных орбитальных научных станций «Салют», выведенных на околоземную орбиту в апреле 1971 года («Салют»), апреле 1973 года («Салют-2»), июне и декабре 1974 года («Салют-3» и «Салют-4»), июне 1976 года («Салют-5»), сентябре 1977 года («Салют-6») и апреле 1982 года («Салют-7» ) . На рисунке 49 показаны станция «Салют-6» и состыкованные с ней два транспортных корабля (ТК). Общая масса станции вместе с транспортными кораблями составляет 32,5 т, длина равна 29 м, максимальный диаметр 4,15 м.

Орбитальная станция «Салют-6» функционировала в течение 58 месяцев. За это время к станции были выполнены полеты десяти международных экипажей. Вместе с советскими космонавтами на околоземной орбите работали космонавты из Чехословакии, Польши, ГДР, Болгарии, Венгрии, Вьетнама, Кубы, Монголии, Румынии, Франции.

Источник: http://phscs.ru/physics1/spaceships

Спектральный анализ в астрономии

Спектральный анализ

Задумывались ли вы над тем, откуда мы знаем о свойствах далёких небесных тел?

Новый взгляд на Вселенную

Наверняка вам известно о том, что таким знаниям мы обязаны спектральному анализу. Однако нередко мы недооцениваем вклад этого метода в само понимание Вселенной. Появления спектрального анализа перевернуло многие устоявшиеся парадигмы о строении и свойствах нашего мира.

Благодаря спектральному анализу мы имеем представление о масштабе и величии космоса. Благодаря нему мы перестали ограничивать Вселенную Млечным Путём. Спектральный анализ открыл нам великое разнообразие звезд, рассказал об их рождении, эволюции и смерти. Этот метод лежит в основе практически всех современных и даже грядущих астрономических открытий.

Узнать о недосягаемом

Ещё два столетия назад было принято считать, что химических состав планет и звезд навсегда останется для нас загадкой.

Ведь в представлении тех лет космические объекты всегда останутся для нас недоступными.

Следовательно, мы никогда не получим пробного образца какой-либо звезды или планеты и никогда не узнаем об их составе. Открытие спектрального анализа полностью опровергло это заблуждение.

Спектральный анализ позволяет дистанционно узнать о многих свойствах далёких объектов. Естественно, без такого метода современная практическая астрономия просто бессмысленна.

Линии на радуге

Спектр Солнца

Темные линии на спектре Солнца заметил ещё в 1802 году изобретатель Волластон. Однако сам первооткрыватель особо не зациклился на этих линиях. Их обширное исследование и классификацию произвел в 1814 году Фраунгофер.

В ходе своих опытов он заметил, что своим набором линий обладает Солнце, Сириус, Венера и искусственные источники света. Это означало, что эти линии зависят исключительно от источника света.

На них не влияет земная атмосфера или свойства оптического прибора.

Природу этих линий в 1859 открыл немецкий физик Кирхгоф вместе с химиком Робертом Бунзеном. Они установили связь между линиями в спектре Солнца и линиями излучения паров различных веществ.

Так они сделали революционное открытие о том, что каждый химический элемент обладает своим набором спектральных линий. Следовательно, по излучению любого объекта можно узнать о его составе.

 Так был рождён спектральный анализ.

В ходе дальнейших десятилетий благодаря спектральному анализу были открыты многие химические элементы. В их число входит гелий, который был сначала обнаружен на Солнце, за что и получил своё название.  Поэтому изначально он считался исключительно солнечным газом, пока через три десятилетия не был обнаружен на Земле.

Три вида спектра

Пример линейного спектра поглощения

Чем же объясняется такое поведение спектра? Ответ кроется в квантовой природе излучения.

Как известно, при поглощении атомом электромагнитной энергии, его внешний электрон переходит на более высокий энергетический уровень. Аналогично при излучении – на более низкий.

Каждый атом имеет свою разницу энергетических уровней. Отсюда и уникальная частота поглощения и излучения для каждого химического элемента.

Именно на этих частотах излучает и испускает газ. В тоже время твёрдые и жидкие тела при нагревании испускают полный спектр, независящий от их химического состава. Поэтому получаемый спектр подразделяется на три типа: непрерывный, линейчатый спектр и спектр поглощения.

Соответственно, непрерывный спектр излучают твёрдые и жидкие тела, линейчатый – газы. Спектр поглощения наблюдается тогда, когда непрерывное излучение поглощается газом.

Другими словами, разноцветные линии на тёмном фоне линейчатого спектра будут соответствовать тёмным линиям на разноцветном фоне спектра поглощения.

Именно спектр поглощения наблюдается у Солнца, тогда как нагретые газы испускают излучение с линейчатым спектром.

Это объясняется тем, что фотосфера Солнца хоть и является газом, она не прозрачна для оптического спектра. Похожая картина наблюдается у других звёзд.

Что интересно, во время полного солнечного затмения спектр Солнца становится линейчатым. Ведь в таком случае он исходит от прозрачных внешних слоёв её атмосферы.

Принципы спектроскопии

Принцип оптического спектрального анализа

Оптический спектральный анализ относительно прост в техническом исполнении. В основе его работы лежит разложение излучения исследуемого объекта и дальнейший анализ полученного спектра.

Используя стеклянную призму, в 1671 году Исаак Ньютон осуществил первое «официальное» разложение света. Он же и ввёл в слово «спектр» в научный обиход.

Собственно, раскладывая таким же образом свет, Волластон и заметил чёрные линии на спектре. На этом принципе работают и спектрографы.

Разложение света может также происходить с помощью дифракционных решёток. Дальнейший анализ света можно производить самыми различными методами. Изначально для этого использовалась наблюдательная трубка, затем – фотокамера. В наши дни получаемый спектр анализируется высокоточными электронными приборами.

До сих пор речь шла об оптической спектроскопии. Однако современный спектральный анализ не ограничивается этим диапазоном.

Во многих областях науки и техники используется спектральный анализ практически всех видов электромагнитных волн – от радио до рентгена. Естественно, такие исследования осуществляются самыми различными методами.

Без различных методов спектрального анализа мы бы не знали современной физики, химии, медицины и, конечно же, астрономии.

Спектры различных звезд

Как отмечалось ранее, именно с Солнца началось изучение спектральных линий. Поэтому неудивительно, что исследование спектров сразу же нашло своё применение в астрономии.

Разумеется, первым делом астрономы принялись использовать этот метод для изучения состава звезд и других космических объектов. Так у каждой звезды появился свой спектральный класс, отражающий температуру и состав их атмосферы.

Также стали известны параметры атмосферы планет солнечной системы. Астрономы приблизились к пониманию природы газовых туманностей, цефеид, а также комет, колец Сатурна, полярного сияния и многих других небесных объектов и явлений.

Однако с помощью спектрального анализа можно узнать не только о качественном составе объектов.

Измерить скорость

Эффект Доплера в астрономииЭффект Доплера в астрономии

Эффект Доплера был теоретически разработан австрийским физиком в 1840 году, в честь которого он и был назван. Этот эффект можно пронаблюдать, прислушиваясь к гудку проезжающего мимо поезда. Высота гудка приближающегося поезда будет заметно отличаться от гудка отдаляющегося.

Примерно таким образом Эффект Доплера и был доказан теоретически. Эффект заключается в том, что для наблюдателя длина волны движущегося источника искажается. Она увеличивается при удалении источника и уменьшается при приближении.

Аналогичным свойством обладают и электромагнитные волны.

При отдалении источника всё темные полосы на спектре его излучения смещаются к красной стороне. Т.е. все длины волн увеличиваются. Точно также при приближении источника они смещаются к фиолетовой стороне.

Таким образом эффект Доплера стал отличным дополнением к спектральному анализу. Теперь по линиям в спектре можно было узнать то, что раньше казалось невозможным.

Измерить скорости космических объекта, рассчитать орбитальные параметры двойных звёзд, скорости вращения планет и многое другое. Особую роль эффект «красного смещения» произвёл в космологии.

Открытие американского учёного Эдвина Хаббла сравнимо с разработкой Коперником гелиоцентрической системы мира. Исследуя яркость цефеид в различных туманностях, он доказал, что многие из них расположены намного дальше Млечного Пути.

Сопоставив полученные расстояния с красным смещением спектров галактик, Хаббл открыл свой знаменитый закон. Согласно нему, расстояние до галактик пропорционально скорости их удаления от нас.

Хотя его закон несколько разнится с современными представлениями, открытие Хаббла расширило масштабы Вселенной.

Спектральный анализ и современная астрономия

Сегодня без спектрального анализа не происходит практически ни одного астрономического наблюдения. С его помощью открывают новые экзопланеты и расширяют границы Вселенной.

Спектрометры несут на себе марсоходы и межпланетные зонды, космические телескопы и исследовательские спутники. Фактически без спектрального анализа не было бы современной астрономии.

Мы так и дальше бы вглядывались пустой безликий свет звёзд, о котором не знали бы ничего.

Источник: http://SpaceGid.com/spektralnyiy-analiz-v-astronomii.html

Астрономия для начинающих

В последнее время я стал замечать увеличение интереса различных людей к такой замечательной науке, как астрономия. И это отрадно, ведь изучение астрономии – это, в какой-то мере, попытка двинуться дальше. Сейчас мы наблюдаем свет звёзд, некоторые из которых уже давным-давно погасли. И смотря на небо, мы видим слепок прошлого.

Поистине, астрономия – это взгляд в наше прошлое, взгляд туда, где зародилась Вселенная и жизнь.

Если Вам кажется, что астрономия – это сложно, Вы ошибаетесь. Начать астрономические наблюдения может каждый. С пользой и ощущением приятно проведённого времени. Астрономия для начинающих – это, прежде всего, наблюдения.

И какие-либо базовые сведения, которые можно почерпнуть из Википедии и других источников.

Несколько месяцев назад я подготовил несколько статей для новичков по астрономии:

Невооружённым глазом Вы можете увидеть:

  • Луну
  • планеты
  • звёзды
  • туманность Андромеды (в хороший день)
  • Млечный Путь
  • искусственные спутники Земли
  • метеоры (и, если сильно повезёт, метеориты)
  • кометы (если рядом будет пролетать)
  • НЛО (если заранее выпить)

Идеальным днём и местом для наблюдений будут следующие:

Место: возвышенность (голый холм) или равнина. Желательно, не в городе, так как от последнего идёт серьёзная засветка.

Время: в зависимости от типа наблюдений. Лучше начинать около 22:00-23:00. Погода, разумеется, должна быть ясной (желательно свериться с gismeteo.ru)В принципе, наблюдать можно где угодно и как угодно, главное – процесс. Перед наблюдением можно (и нужно!) распечатать карту неба либо купить атлас. Чтобы сделать привязку к месту, можно сгенерировать карту. Например, при помощи специального сервиса на сайте Астронет. 

Наиболее ярким объектом ночного неба является Луна – единственный естественный спутник Земли. Различают несколько возможных вариантов (см. рисунок).

Фазы Луны

1 – новолуние (Луна не наблюдается), 2,3,4 – растущая Луна (3 называется ещё «первая четверть»), 5 – полнолуние, 6,7,8 — убывающая Луна. Даты соответствующих фаз можно посмотреть в астрономическом календаре, либо на специализированных сайтах. Либо же прикинуть в уме, исходя из того, что полный цикл (который называется лунный месяц) составляет 28 плюс-минус 1 день.

Другой весьма интересный объект на небосклоне – это планета Венера. Когда она присутствует на небе, её сложно пропустить. Она – самая яркая. В древности её называли «утренняя звезда», так как часто Венера появляется утром.

Попутать Венеру можно только с Марсом, когда тот приближается к Земле. Правда, у последнего есть красный оттенок, поэтому если посмотреть внимательно, то отличия увидеть будет несложно.

У Марса, кстати, есть два спутника – Деймос и Фобос, но их без телескопа, к сожалению, не увидеть.

Весьма и весьма ярким объектом является Юпитер – самая большая планета в Солнечной Системе. Если у Вас есть бинокль, то рядом с Юпитером Вы увидите четыре маленькие точки. Это – галилеевские спутники Ио, Европа, Ганимед и Калисто. Видно их только 4, хотя, конечно, у Юпитера спутников гораздо больше. Всё-таки по статусу положено.

Читайте также:  Климат и времена года центральной россии

Несколько звёзд и созвездий Вы всегда сможете найти на ночном небе (если они, конечно, могут наблюдаться в соответствующее время года, суток и пр.):

  • Большой ковш
  • Кассиопея
  • Орион
  • Лебедь
  • Плеяды

Кассиопея

Представляет собой английскую букву w, немного растянутую по горизонтали. Наблюдается достаточно высоко, под углом 60-80 градусов к горизонту. Найти несложно – просто ищите букву w.

Созвездие Кассиопея

Большой ковш (или Большая медведица) также сложно не заметить. Четыре звезды – чаша + три звезды – ручка. И ещё одна маааленькая посередине ручки. Чтобы её заметить, нужно иметь неплохое зрение.

Большой ковш (Большая Медведица)

В следующий раз мы продолжим знакомиться с созвездиями, а также перейдём к другим перечисленным выше объектам, которые Вы сможете увидеть на небе.

Источники: Википедия, Астронет, голова

Источник: http://blog.smirik.ru/2010/04/blog-post_21.html

Дифракционные решетки. Самодельный спектроскоп или как определить спектр источника света?

Для исследования спектральных свойств (регистрации спектра) различных источников света применяются спектральные приборы — спектроскопы и спектрографы. Спектроскоп (англ. spectroscope) предназначен для визуального наблюдения спектров, спектрограф (англ. spectrograph) — для фотографирования спектров, спектрометр (англ. spectrometer) — для регистрации спектра в виде кривой.

Как же сделать спектроскоп своими руками?

Дифракционные решетки — естественные и искусственные

Одним из способов наблюдения спектрального состава света является использование дифракционной решетки, представляющей собой поверхность, на которую нанесено большое число регулярно (через шаг решетки $b$) расположенных штрихов/щелей/выступов. На дифракционной решетке наблюдается явление дифракции на щели (дифракция Фраунгофера) — отклонения от законов геометрической оптики.

Впервые дифракционную решетку применил Джеймс Грегори (James Gregory), использовавший в качестве решётки птичье перо. Он пропускал через перо солнечный свет и увидел его разложение на составлящие цвета. Также цвета крыльев многих бабочек обусловлены явлением дифракции.

Искусственную дифракционную решетку впервые создал изобретатель из Филадельфии Дэвид Риттенхаус (David Rittenhouse) в 1875 году — из натянутых волосков, причем он смог наблюдать спектры шестого порядка.

А вот как описаны проявления дифракции в быту в энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона:

На аукционе ebay продаются дифракционные голографические решетки с шагом 1, 2 и 1,88 мкм:

DVD как дифракционная решетка

Но дифракционную решетку можно сделать и самому из … DVD-диска!

Диск DVD+R (DVD+RW) состоит из двух слоев: оптического (2) и отражающего (1).

Я разделил их с помощью ножа:

В DVD-R-диске слои имеют четкую границу между ними и достаточно легко отделяются друг от друга, в отличие от CD-R-диска:

В качестве дифракционной решетки (англ. diffraction grating) можно использовать как оптический (на пропускание — прозрачная решетка, англ. transmission grating), так и отражающий (на отражение — отражательная решетка, англ. reflective grating) слои.

Постоянная такой решетки (шаг между штрихами) для DVD-диска составляет 0,74 мкм (для CD-диска — 1,6 мкм).

Я вырезал из оптического слоя диска DVD+R фрагмент, получив импровизированную прозрачную дифракционную решетку:

Наблюдать дифракцию можно, направив на этот фрагмент (3) луч (2) от лазерной указки(1). При этом на экране появляются не одно, а три пятна — максимума (4,5,6):

5 — пятно нулевого порядка;
6 — пятна первого порядка

При падении на решетку луча с длиной волны $lambda$ под углом $i$ к нормали решетки максимумы получаются под углами $ heta$, определяемыми соотношением: $k lambda = b (sin i + sin heta)$ , где $k$ — порядок спектра, $b$ — постоянная решетки (шаг между штрихами). Для случая падения луча света под прямым углом формула преобразуется к виду:

$k lambda = b sin heta$, что для пятна первого порядка дает выражение $lambda = b sin heta$.

Вот как это выглядит в реальности (я использовал «зеленую» лазерную указку с длиной волны 532 нм):

На расстоянии в 43 см от решетки до экрана расстояние от центрального до крайнего пятна составляет 38,5 см, что соответствует углу 42°.
Проверка дает угол, равный 46°. Это практически совпадает с экспериментальным результатом!

Дифракционные пятна от излучения красного лазера удалены от центрального пятна на большее расстояние, что согласуется с вышеприведенной формулой (длина световой волны красного лазера больше, чем зеленого).

Приложив этот фрагмент дифракционной решетки вплотную к камере смартфона, я получил спектрограф:

Вот как выглядит на снимке камеры смартфона спектр излучения лампы дневного света:

Искривление линий спектра обусловлено кривизной бороздок на поверхности оптического слоя DVD-диска.

Вращая импровизированную дифракционную решетку, можно выбрать оптимальный вид и положение спектра.

Наблюдавшиеся мной спектры источников света

Вот так выглядят спектры различных источников, которые я получил с помощью вырезанного фрагмента оптического слоя DVD+R-диска:

спектр солнечного света

спектр, как и следовало ожидать, непрерывен во всей видимой области (от фиолетового до красного цветов):

спектр солнечного света, отраженного от Луны:

спектры ламп накаливания

спектр тоже непрерывен, как и спектр солнечного света:

спектры ламп дневного света (люминесцентных ламп)

лампа дневного света:

при вращении импровизированной дифракционной решетки спектр превращается в полоску, на которой выделяются две линии — в фиолетовой и зеленой области спектра:

это линии излученя ртути — фиолетовая с длиной волны 435,8 нм и зеленая с длиной волны 546,1 нм

спектры КЛЛ (компактных люминесцентных ламп)

спектр дискретен (отчетливо видны несколько повторяющихся контуров спирального корпуса лампы):

при повороте фрагмента оптического слоя и смартфона контура превращаются в полоски:

При наблюдении через красные очки видна только красная часть спектра:

Колба изнутри покрыта люминофорами, которые под действием ультрафиолетового излучения от разряда в лампе излучают видимый свет (каждый люминофор — в своей полосе спектра, применяются обычно три или четыре люминофора).

Вот как выглядит спектр излучения КЛЛ с цветовой температурой 4000 K в крупном масштабе:
1 — синяя линия 2 — полоса свечения в синей области спектра 3 — голубая линия

4 — зеленая линия

5 — оранжевая линия

6 — красная линия

 

спектр белого участка LCD-монитора:

спектры светодиодов

спектр «белого» светодиода:

спектр светодиодной лампы:

спектр расположенных рядом на плате ноутбука индикаторных светодиодов белого и оранжевого цвета:

спектр неоновой лампы

спектры ламп уличных фонарей

Вот такая лампа смонтирована в одном из уличных фонарей:

А вот как выглядит ее спектр:

Спектр этой лампы дискретный, с явным преобладанием красно-желто-зеленой области спектра

Вот так выглядит полученный мной спектр такой лампы в крупном масштабе:
1 — синяя линия 2 — синяя линия

3 — голубая линия

4 — голубая линия

5 — зеленая линия

6 — желтая линия с полосой поглощения
7 — красная линия

А вот спектры еще некоторых лампы уличных фонарей:

Как видно, здесь наблюдается такая же структура спектра.

Виды ламп для уличного освещения

Для уличного освещения применяются светильники с лампами:
ДРЛ — дуговая ртутная лампа с люминофорным покрытием («Д» — дуговая, «Р» — ртутная, «Л» — люминофорная) (ртутная лампа высокого давления, РЛВД) (англ.

HPL-N, HQL) — излучает белый свет, требуется пускорегулирующая аппаратура (ПРА)
ДРВ — дуговая ртутная лампа с вольфрамовой нитью внутри («Д» — дуговая, «Р» — ртутная, «В» — вольфрамовая), чем отличается от ДРЛ (наличие вольфрамовой нити приводит к возникновению бареттерного эффекта, что стабилизирует ток лампы) — излучает тепло-белый свет (цветопередача лучше, чем у ДРЛ)

Выглядят лампы ДРВ и ДРЛ вот так:

А вот вид фонаря с такой лампой:

В лампах ДРЛ и ДРВ разряд излучает зеленый и ультрафиолетовый свет, а люминофор, которым покрыта колба, излучает под действием ультрафиолета красный свет. Сочетание этих цветов дает белый цвет.

ДНаТ — дуговая натриевая трубчатая лампа («Д» — дуговая, «На» -натриевая, «Т» — трубчатая) — излучает желтый свет (но в отличие от ДРЛ не имеет пика в красной и ультрафиолетовой областях спектра)

Выглядят лампы ДНаТ так:

Эти лампы относятся к натриевым лампам высокого давления (НЛВД) (англ. HPS).

ДРИ — металогалогенная (МГЛ) лампа — («Д» — дуговая, «Р» — ртутная, «И» — с излучающими добавками), в ртутные пары добавляется галогенид металла — излучает холодно-белый свет (хорошая цветопередача, но существенный пик в синей области спектра), требуется пускорегулирующая аппаратура (ПРА)

Выглядят лампы ДРИ так:

Иногда можно увидеть и спектр второго порядка, например, для солнечного света:

Также интерес представляет прохождение света через полупрозрачную среду, например, цветной целлофан.

 Конструкция DVD-спектроскопа

Для расщепления спектра света используют либо призму (в старых спектроскопах), либо дифракционную решетку (в новых).

Вот так выглядит конструкция спектроскопа, работающего на пропускание:

1 — корпус 2 — щеки щели 3 — щель 4 — прозрачная дифракционная решетка

5 — смотровое отверстие

А вот так устроен спектроскоп, работающий на отражение (англ. reflection spectroscope):

1 — корпус 2 — щеки щели 3 — щель 4 — отражающая дифракционная решетка

5 — смотровое отверстие

В качестве корпуса рекомендуется использовать почтовую коробку (среднего или малого размера), коробку из-под обуви, упаковка из-под овсянки.

Для щек щели рекомендуется использовать либо визитные карточки, либо половинки лезвия. Чем шире щель, тем более расплывчатым будет спектр, чем уже — тем меньше будет яркость спектра. Рекомендуется ширина 0,2 мм.

Для светоизоляции корпуса рекомендуется использовать алюминиевую фольгу или ленту.

На аукционе ebay продается вот такой Diffraction Grating Spectroscope Kit:

Перья птиц как дифракционные решетки

Перо птицы имеет настолько тонкую структуру, что может выступать в роли дифракционной решетки.

Структура птичьего пера показан в энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона:

s — стержень; a — бородки; st — бородочки

Переплетение бородочек и образует дифракционную решетку.

Перо №1

Я извлек перо из перьевой подушки.

Вот так выглядит структура этого перышка под моим микроскопом из веб-камеры (видны стержень, несущий опахало из бородок (лучей первого порядка) и бородочек (лучей второго порядка)):

Направив луч зеленой лазерной указки с длиной волны $lambda$ 532 нм на это перо, я увидел дифракционную картину:

На расстоянии в 60 см от пера до экрана расстояние от центрального пятна до пятна первого порядка составило 1 см, что соответствует углу $ heta$ 0,95°.
Таким образом, период дифракционной решетки пера $b = {lambda over {sin heta}}$ составляет 32 мкм.

Перо №2

Второе перо мы нашли в саду:

Вот структура пера под моим микроскопом из веб-камеры (1 — светлая область, 2 — темная область):

Направив луч зеленой лазерной указки с длиной волны $lambda$ 532 нм на это перо, я увидел дифракционную картину:
1 — пятно от луча лазера без дифракции;

2 — дифракционная картина

На расстоянии в 19 см от пера до экрана расстояние от центрального пятна до пятна первого порядка составило 0,7 см, что соответствует углу $ heta$ 2,1°.
Таким образом, период дифракционной решетки пера $b = {lambda over {sin heta}}$ составляет 15 мкм.

Радуга

Радуга — сложное оптическое явление, в котором проявляются эффекты как дисперии, так и дифракции. Часто наблюдаются основная (1) и вторичная (2) радуги:

Явление радуги объясняетя совместным действием преломления и дифракции на беспорядочно расположенных шарообразных капельках воды.

Интересные ссылки

http://www.pl.euhou.net/docupload/files/Excersises/WorldAroundUs/Diffraction/Diffraction_on_bird_feather1.doc — описание опытов с дифракцией на птичьих перьях
http://astro.u-strasbg.fr/~koppen/spectro/mk4e.

html — описание построения работающего на пропускание CD-спектроскопа
http://www.inpharmix.com/jps/CD_spectro.

html — описание построения спектрографов из дисков и ПВХ-труб
журнал «Юный техник» №5 за 2011 год — описана конструкция спектроскопа, работающего на отражение

Продолжение следует

Источник: https://acdc.foxylab.com/spectr

Ссылка на основную публикацию