Основні характеристики зір

Мета.

Навчальна. Розглянути фізичні характеристики зір: видимі та абсолютні зоряні величини, температура, світність, розміри; познайомитися зі зв'язками між різними характеристиками зір; дізнатися, як визначаються маси зір.

Розвиваюча. Розвивати спостережливість, кмітливість, уміння швидко переключати увагу; розвивати логічне мислення, вміння знаходити правильне рішення; формувати вміння застосовувати індуктивний і дедуктивний методи.

Виховна. Формування таких моральних якостей як взаєморозуміння, уміння гідно відстоювати свою точку зору; формувати інтерес до вивчення астрономії.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Дидактичні матеріали:

• Астрономія: 11 кл.: підручник для загальноосвіт. навч. закл.: рівень стандарту, академічний рівень/ М. П. Пришляк; за заг. ред. Я. С. Яцківа. - Х.: Вид-во "Ранок", 2011.- 160 с.: іл.

План

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.
2. Фізичні характеристики зір.
3. Запитання до уроку.
4. Домашнє завдання.
5. Перевір себе.
6. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання.

2. Фізичні характеристики зір.

Неозброєним оком на небі видно близько 6000 зір.

Зоря — велетенське розжарене, самосвітне небесне тіло, у надрах якого ефективно відбуваються (або відбувались) термоядерні реакції. 

97 % речовини в на­шій Галактиці зосереджено в зорях.

Визначення відстаней до зір. Внаслідок річного руху Землі орбітою навколо Сонця близькі зорі дещо зсуваються відносно далеких, фактично «нерухомих» зір. За рік близька зоря описує на небесній сфері малий еліпс, розмір якого тим менший, що далі зоря. У кутовій мірі, велика піввісь цього еліпса приблизно дорівнює величині максимального кута, під яким із зорі видно піввісь земної орбіти, перпендикулярну до напрямку на зорю. Цей кут (π) називають річним тригонометричним паралаксом зорі і застосовують для вимірювання відстані до неї на основі тригонометричних співвідношень між сторонами і кутами трикутника, в якому відомий кут π та основа — піввісь земної орбіти.

.Відстань до зорі, визначена за величиною її тригонометричного паралаксу π, дорівнює:  (а.о.) (1), де π — паралакс (у кутових секундах).

В астрономії застосовують особливу одиницю виміру відстані до зір — парсек (пк). Зоря, яка перебуває на відстані 1 пк (парсек), має паралакс рівний 1". Відповідно, 1 пк = 206 265 а.о. = 30 трлн. км.

Поряд із парсеком застосовується ще одна особлива одиниця виміру відстані — світловий рік - дорівнює відстані, яку світло долає протягом року, тобто 9,46×1012км, або 0,307 пк.

Зоряні величини. Світність зір. Те, що одні зорі яскравіші, а інші слабші, було помічено давно. Зорі відрізняються своїм блиском: одні помітні відразу, інші ледь помітні. Тому ще в ІІ столітті до н.е. один з основоположників астрономії - Гіппарх (190-290 рр. до н.е.) - ввів умовну шкалу зоряних величин. Шкала зоряних величин виглядає оберненою — тіла з від'ємною величиною яскравіші від тіл з додатною величиною. Чим далі вниз по шкалі, тим яскравіше тіло.

Зоряна величина — безрозмірна міра яскравості небесного тіла. Яскравість — поняття неоднозначне й залежить від спектрального діапазону та способу вимірювання. Тому розрізняють різні види зоряних величин.

Видима зоряна величина — безрозмірна величина, яка характеризує блиск небесного тіла (кількість світла, що надходить від нього) з погляду земного спостерігача.

Найяскравіші зорі потрапили у групу зір 1-ї величини, трохи слабші - 2-ї, а ледве помітні - 6-ї величини. Пізніше, із появою телескопів та розвитком техніки спостережень, постала потреба визначати видимі зоряні величини й інших зір, точніше розширити діапазон видимих зоряних величин. За такого визначення деякі яскраві зорі мають нульову і навіть від'ємну видиму зоряну величину.

Згодом було прийнято видимі зоряні величини позначати літерою m (від лат. «магнітуде» - «величина»), що проставляється як показник степеня справа вгорі біля цифри, яка вказує її числове значення (наприклад, 1m). Таким чином, замість того щоб говорити про освітленість, яку створює зоря, астрономи говорять: «блиск зорі дорівнює m зоряним величинам». Наприклад, найяскравіша зоря нічного неба Сіріус має зоряну величину −1,47m. Сучасна шкала дозволяє також одержати значення і для Сонця: −26,8m. У той же час орбітальний телескоп «Хаббл» може спостерігати тьмяні зорі до 31,5m у видимому світлі. Усі видимі з Землі зорі (навіть ті, що доступні для спостереження за допомогою найпотужніших телескопів) розташовані в місцевій групі галактик.

        Зорі 1-ої зоряної величини створюють у 2,5 раза більшу освітленість (точніше, у 2,512 раза), ніж зорі 2-ої зоряної величини, які, у свою чергу, дають світлові потоки у 2,5 раза більші, ніж зорі 3-ої зоряної величини і т.д. Таким чином за інтервал в одну видиму зоряну величину (позначають 1m) прийнято відношення освітленостей (Е) в 2,512 раза. Це число обрано для зручності так, щоб його десятковий логарифм точно дорівнював 0,4, а інтервал 5m відповідав відношенню в 100 разів. У вигляді формули ці відношення записав Норман Погсон (1829-1891): . Вимірюючи за допомогою фотометра відношення блиску зір, можна визначити різницю зоряних величин за формулою Погсона. Нульове значення вибирають умовно. При цьому узгоджено, щоб стандартна зоря 1-ї зоряної величини давала б у 100 разів більше світла, ніж зоря 6-ї зоряної величини, що ще може сприйняти людське око.

Видиму зоряну величину Сонця визначив Вітольд Цесарський (1849-1925). Її значення -26,8m. Шкала зоряних величин дає змогу виражати в зоряних величинах блиск слабких світил, невидимих неозброєним оком. У наш час найбільші телескопи з діаметром дзеркал 8-10 м і сучасною прийомною апаратурою дають змогу реєструвати об’єкти до 28-ї зоряної величини.

Видимий блиск зір не характеризує їхнього реального випромінювання. Він визначається двома факторами: дійсним випромінюванням зорі та відстанню до неї.

Сонце, наприклад, набагато ближче до Землі, ніж будь-яка інша зоря, тому воно є найяскравішим світилом на небі. Отже, для порівняння дійсного блиску зір потрібно обчислювати їхню зоряну величину на певній однаковій відстані. За таку однакову (стандартну) відстань прийнято 10 пк.

Видиму зоряну величину, яку мала б зоря, якби перебувала від нас на відстані 10 парсек, називають абсолютною зоряною величиною.

Знаючи абсолютну зоряну величину зорі, можна обчислити дійсне загальне випромінювання зорі або її світність.

Світністю L називають повну енергію, випромінювану зорею за 1 с.

Світність зорі частіше виражають у світностях Сонця, також її можна виразити у ватах. Нагадаємо, що світність Сонця - 3,85·1026 Вт.

Зорі надгіганти з абсолютною зоряною величиною М=-9m мають потужність випромінювання більшу в 330 тис. разів від Сонця, а не яскраві зорі з абсолютною зоряною величиною М=19m випромінюють світло в 480 тис. разів слабше від Сонця.

• Презентація. Фізичні характеристики зір

3. Запитання до уроку.

Запитання 26.1. Які зорі мають найвищу температуру на поверхні, і до якого спектрального класу вони належать? (Найвищу температуру мають зорі спектрального класу О)

Запитання 26.2. Що розуміють під зоряною величиною? За яким принципом побудовано шкалу зоряних величин?

Запитання 26.3. Видима зоряна величина зорі становить 0m. Поясніть, якою була б її видима зоряна величина: від’ємною чи додатною, - якщо відстань до зорі була б більша.

Запитання 26.4. У чому полягає різниця між видимою та абсолютною зоряними величинами? (Видима зоряна величина визначає кількість енергії, яка потрапляє від зорі в наше око, якщо ми проводимо спостереження на поверхні Землі. Абсолютна зоряна величи­на визначає кількість енергії, яка потрапляла б до нашо­го ока, якби ми перебували на стандартній відстані 10 пк.)

Запитання 26.5. Як астрономи вимірюють температуру зір?

Запитання 26.6. Якого кольору зорі мають найвищу температуру на поверхні? Які найменшу?

4. Домашнє завдання.

Підручник: §22.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

5. Перевір себе.

6. Для допитливих.

Творче завдання. Подорож Венери. В якому сузір'ї знаходиться Венера? Як часто Венеру можна бачити в цьому сузір’ї? Як в народі називають дане сузір’я. (Відповіді учнів) (Правильна відповідь)