От автора | 9
|
Используемые обозначения физических величин | 10
|
Глава 1. Созвездия. Системы небесных координат | 11
|
§ 1. Ось мира. Небесная сфера | 11
|
§ 2. Сферические тела, линейный угол, телесный угол | 16
|
§ 3. Горизонтальная система координат | 20
|
§ 4. Измерения горизонтальных координат. Кульминации светил | 23
|
§ 5. Экваториальная система координат | 24
|
§ 6. Видимое годичное движение Солнца. Эклиптика. Эклиптическая система координат | 26
|
§ 7. Вычисление широты места наблюдения, зенитного и полярного расстояний, высоты светила в верхней и нижней кульминациях | 29
|
§ 8. Измерение времени | 32
|
§ 9. Системы счёта времени | 37
|
§ 10. Календарь | 40
|
Упражнения | 43
|
Глава 2. Законы движения небесных тел | 46
|
§ 11. Движение планет. Конфигурации | 46
|
§ 12. Сидерический и синодический периоды обращения | 48
|
§ 13. Луна | 50
|
§ 14. Законы движения небесных тел (законы Кеплера) | 53
|
§ 15. Сведения об эллипсе | 55
|
§ 16. Вывод II и III законов Кеплера | 61
|
§ 17. Обобщённый I закон Кеплера | 66
|
§ 18. Обобщённый III закон Кеплера | 66
|
§ 19. Зависимость скорости планет от их среднего расстояния до Солнца | 71
|
§ 20. Расчёт скорости планеты в любой точке орбиты | 72
|
§ 21. Теорема об угловой скорости и радиус-векторе планеты | 74
|
§ 22. Астрология. Зодиакальный пояс | 76
|
Упражнения | 79
|
Глава 3. Общие свойства волн. Глаз. Телескопы | 83
|
§ 23. Поглощение и рассеяние волн. Закон Бугера–Ламберта–Бера | 83
|
§ 24. Отражение волн. Коэффициент отражения (альбедо) | 86
|
§ 25. Преломление волн. Закон Снеллиуса | 88
|
§ 26. Дисперсия волн | 92
|
§ 27. Поляризация волн. Закон Малюса. Закон Брюстера | 93
|
§ 28. Дифракция волн. Теория зон Френеля | 97
|
§ 29. Дифракция света | 100
|
§ 30. Дифракция и разрешающая способность оптических приборов | 103
|
§ 31. Шкала электромагнитных излучений | 106
|
§ 32. Сферические зеркала | 107
|
§ 33. Глаз как оптическая система | 111
|
§ 34. Глаз и лупа | 114
|
§ 35. Телескоп. Характеристики телескопа | 117
|
Упражнения | 122
|
Глава 4. Равновесное тепловое излучение. Блеск светил и фотометрия | 126
|
§ 36. Равновесное тепловое излучение | 126
|
§ 37. Квантовая гипотеза Планка | 129
|
§ 38. Фотометрия | 131
|
§ 39. Освещённость. Законы освещённости | 136
|
§ 40. Поверхностная яркость | 141
|
§ 41. Блеск светила. Звёздная величина. Формула Погсона | 146
|
§ 42. Определение расстояний до небесных светил | 152
|
§ 43. Абсолютная звёздная величина. Светимость звёзд | 156
|
§ 44. Пространственные скорости звёзд | 160
|
Упражнения | 164
|
Глава 5. Солнечная система | 170
|
§ 45. Состав и происхождение Солнечной системы тел | 170
|
§ 46. Планета Земля | 173
|
§ 47. Система Земля–Луна | 174
|
§ 48. Физические свойства планет Солнечной системы | 180
|
§ 49. Планеты-карлики | 192
|
§ 50. Малые тела Солнечной системы | 198
|
Упражнения | 207
|
Глава 6. Звёзды и Солнце | 209
|
§ 51. Физическая природа звёзд | 209
|
§ 52. Необычные звёзды (белые карлики, нейтронные звёзды) | 210
|
§ 53. Звёзды с изменяющимся блеском | 213
|
§ 54. Солнце | 217
|
§ 55. Классификация звёзд | 218
|
§ 56. Основы колориметрии | 220
|
§ 57. Диаграмма спектр–светимость Герцшпрунга–Рассела | 223
|
§ 58. Чёрные дыры во Вселенной | 225
|
Упражнения | 228
|
Глава 7. Галактики | 232
|
§ 59. Наша Галактика – Млечный Путь | 232
|
§ 60. Звёздные скопления | 234
|
§ 61. Тёмная материя | 235
|
§ 62. Классификация галактик | 238
|
§ 63. Активные галактики и квазары | 240
|
§ 64. Эффект Доплера | 241
|
§ 65. Красное смещение. Синее смещение | 243
|
§ 66. Расстояние до галактик. Закон Хаббла | 247
|
§ 67. Скопление галактик | 249
|
§ 68. Модель горячей Вселенной. Теория Большого взрыва | 250
|
§ 69. Реликтовое излучение | 250
|
§ 70. Планеты около других звёзд – экзопланеты | 251
|
Упражнения | 252
|
Глава 8. Сведения из атомной и ядерной физики | 257
|
§ 71. Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) | 257
|
§ 72. Световое давление | 259
|
§ 73. Теория Бора | 262
|
§ 74. Атомные и молекулярные спектры | 266
|
§ 75. Импульс и масса в релятивистской динамике | 273
|
§ 76. Энергия связи ядра | 275
|
§ 77. Энергетический выход ядерных реакций | 280
|
Глава 9. Задачи Российских астрономических олимпиад | 283
|
§ 78. Геометрические задачи. Кинематика. Календарь | 283
|
1. Александрийский маяк | 283
|
2. Солнечный зайчик | 284
|
3 (Всерос-1996-9). Космонавт на Луне | 284
|
4 (Рег-2008-9). Сутки на Земле | 284
|
4а. Дополнительная задача | 285
|
5 (Всерос-1996-9). Солнечные сутки | 285
|
6 (Рег-2009-9). Исламский лунный календарь | 286
|
7 (Рег-2008-11). Метеоры и радиант | 286
|
8 (Рег-2009-10). Зодиакальный свет | 287
|
9. Время покрытия Луной звезды | 287
|
10 (Всерос-1998-10). Частота покрытия звёзд Луной | 288
|
11 (Рег-2009-11). Центральное покрытие звезды Луной | 289
|
12 (Всерос-2000-11). Затменно-двойная звезда | 290
|
13 (Всерос-2002-10). Толщина солнечного паруса | 291
|
14 (Всерос-1998-9). Сверхновая через тысячелетия | 291
|
15 (Рег-2009-10). Астрономические сезоны на Марсе | 292
|
16 (Всерос-2002-8). Одинаковы ли половинки месяца? | 293
|
17. Первая и вторая половины года на Земле | 294
|
18 (Всерос-2002-9). Спелеологи-гравиметристы | 296
|
19. Изображение орбиты Земли | 297
|
§ 79. Системы небесных координат | 298
|
20 (Всерос-1998-10). Кульминация Луны | 298
|
21 (Всерос-1999-10). Луна в Магадане | 298
|
22 (Всерос-2010-9). Две звезды | 299
|
23 (Всерос-2009-9). Кульминация звёзд | 299
|
24 (Рег-2013-9). Дубхе и Мерак на горизонте | 300
|
25 (Всерос-2001-11). Прецессия Земли меняет координаты звёзд | 301
|
26 (Рег-2016-9). Солнце в зените | 301
|
27. Долгота светового дня | 302
|
§ 80. Законы движения небесных тел | 304
|
28. Полёт на Марс свозвратом | 304
|
29 (Всерос-2010-9). Две олимпиады в Сочи и Анапе | 306
|
30 (Всерос-2001-10). Космический аппарат на Эросе | 307
|
31 (Рег-2007-9). Два малых спутника | 307
|
32 (Рег-2007-11). Полёт звезды Барнарда | 308
|
33 (Всерос-2015-10). Синхронные спутники | 309
|
34 (Рег-2007-11). Эксцентриситет спутника | 310
|
35 (Рег-2009-9). Планета и комета | 310
|
36 (2008-III-10). Наблюдение двойной звезды | 311
|
37 (Всерос-1996-10). Комета Hyakutake | 312
|
38. Изменение скорости космического корабля | 313
|
39 (Рег-2016-9). Вихляния Сириуса | 314
|
40. Тяжелая бинарная звезда Pismis 24-1 | 316
|
41 (Рег-1996-11). Апоастр, периастр, скорость корабля | 317
|
42 (Всерос-2001-10). Доброй памяти станции «Мир» посвящается | 319
|
43 (Всерос-2007-9). Столкновение с Землёй | 320
|
44. Первая, вторая и третья космические скорости | 321
|
45 (Рег-2016-9). Запуск спутника с космодрома «Восточный» | 323
|
46 (Всерос-2016-9). Вылет нейтронной звезды | 325
|
47 (Рег-2016-11). «Тёмная материя» | 326
|
§ 81. Оптика | 328
|
48 (Рег-2009-10). Диафрагма в телескопе | 328
|
49 (Рег-2009-11). Луна в камере-обскуре | 329
|
50. Светлое дифракционное пятно на сетчатке | 330
|
51. Угловой диаметр звезды | 330
|
52 (Рег-2014-11). Телескоп Гюйгенса | 331
|
53 (Всерос-2005-11). Наблюдения с ПЗС-камерой | 332
|
§ 82. Фотометрия, светимость, блеск | 333
|
54 (Рег-2007-10). Солнечный зайчик на стене | 333
|
55 (Рег-2007-10). Лунное затмение в телескопе | 333
|
56 (Рег-2015-10). Блеск зодиакального света | 334
|
57 (Всерос-1999-10). Взгляд на Луну с Марса | 335
|
58 (Рег-2013-9). Суперлуние | 336
|
59 (Всерос-2000-10). Пепельный свет Луны | 337
|
60 (Рег-2007-9). Три комбинации звёзд | 338
|
61 (Рег-2007-11). Голубые или красные | 339
|
62 (Рег-2008-10). Яркость Венеры и Сириуса | 339
|
63 (Всерос-2007-10). Солнечное пятно | 340
|
64 (Рег-2011-9). Планетарная туманность | 341
|
65. Нестабильная Бетельгейзе | 342
|
66 (Рег-2014-10). Две планеты у одной звезды | 343
|
67 (Рег-2013-10). Двойная звезда Альфа Центавра | 344
|
68 (Всерос-1996-9). Свет Калуги на Марсе | 345
|
69 (Всерос-1998-9). Свет Солнца зимой и летом | 346
|
70 (Всерос-1999-11). Разброс светимости звёзд одного класса | 346
|
71 (Всерос-2001-10). Далеко, где Солнце светит как Луна | 347
|
72 (Всерос-2003-9). Абсолютная звёздная величина планеты | 347
|
73 (Всерос-2003-11). Абсолютно чёрный астероид | 348
|
74 (Всерос-2005-11). Лазерное зондирование Луны | 349
|
75 (Всерос-2007-11). Поглощение света атмосферой | 350
|
76 (Всерос-2010-11). Поверхностная яркость планет Солнечной системы | 351
|
Приложение. Основные формулы | 354
|
1. Системы небесных координат | 354
|
2. Законы движения небесных тел | 354
|
3. Общие свойства волн. Глаз. Телескопы | 355
|
4. Равновесное тепловое излучение. Блеск светил и фотометрия | 356
|
5. Солнечная система | 358
|
6. Звёзды и Солнце | 358
|
7. Галактики | 358
|
8. Сведения из атомной и ядерной физики | 358
|
С запуском Советским Союзом первого искусственного спутника Земли 4 октября 1957 года и с полётом Ю. А. Гагарина в космос наступила космическая эра человечества. Интерес к изучению космоса продолжает неуклонно расти, астрономия начинает захватывать юные умы с ранних лет.
Всероссийская олимпиада по астрономии начала проводиться с 1994 года. Правда, и через четверть века с начала старта астрономической олимпиады продолжают оставаться недоработки в формулировках, понятийном аппарате, используемых формулах. Так, например, довольно сильно не доработан вопрос о блеске светил. В тексте условий задач всё еще может встретиться вопрос: «какая из двух звёзд ярче?», хотя имеется в виду: «блеск какой звезды больше для земного наблюдателя?».
Настоящую книгу мы написали как пособие для подготовки заинтересованных школьников к олимпиадам по астрономии и астрофизике. В этих олимпиадах ребята начинают участвовать с 7–8 классов, хотя многие вопросы по физике изучаются (даже на профильном уровне) годами позже. Поэтому в нашей книге содержится много вопросов из физики для опережающего обучения.
Теоретические вопросы, особенно понятия, мы стараемся сформулировать строго и чётко. Основное внимание уделяем примерам решения задач: лёгких, трудных и очень трудных. Первая группа задач расположена в текстах параграфов при изучении новых тем. Вторая группа задач – в упражнениях в конце каждый главы. Третья группа – это задачи в последней главе. Многие из них предлагались на региональном и заключительном этапах олимпиады по астрономии. Решения задач мы старались адаптировать для школьников с сохранением научности изложения.
Создавая эту книгу, мы многое для себя открыли. В феврале 2021 года нам повезло открыть для себя и наших читателей теорему об угловой скорости и радиус-векторе планеты: угловая скорость планеты обратно пропорциональна квадрату её радиус-вектора в любой момент времени. Получилась изящная формулировка II закона Кеплера в стиле III закона Кеплера.
Про тёмную материю мы написали, а вот про тёмную энергию пока воздержались. Слишком экзотичны её свойства, чтобы сформулировать в голове её модель.
Если Вы хотите виртуозно считать, смотреть на космос далеко за пределы Земли и Солнечной системы, ориентироваться в колоссальной разности температур, давлений и концентраций частиц, то цифровая астрономия – это для Вас. Вы будете ощущать себя гораздо более свободными и мудрыми благодаря разностороннему развитию от занятий астрономией и астрофизикой.
В. П. Дельцов