Современные обсерватории оснащены крупными оптическими телескопами, представляющими собой очень большие, сложные и в значительной степени автоматизированные инструменты.
Телескоп увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела, и собирает во много раз больше света, приходящего от небесного светила, чем глаз наблюдателя. Благодаря этому в телескоп можно рассматривать невидимые невооруженным глазом детали поверхности ближайших к Земле небесных тел и увидеть множество слабых звезд.
В астрономии расстояние между объектами на небе измеряются углом, образованным лучами, идущими из точки наблюдения к объектам. Такое расстояние называется угловым, и выражается оно в градусах и долях градуса. Невооруженным глазом две звезды видны раздельно, если они отстоят на небе друг от друга на угловом расстоянии не менее 1-2¢. В крупные телескопы удается наблюдать раздельно звезды, угловые расстояния между которыми составляют сотые или даже тысячные доли секунды (под углом 1¢¢ «видна» спичечная коробка примерно с расстояния 10 км).
Существует несколько типов оптических телескопов. В телескопах – рефракторах (рисунок ), где используется преломление света, лучи от небесных светил собирает линза (или система линз). В телескопах – рефлекторах (рисунок ) – вогнутое зеркало, способное фокусировать отраженные лучи. В зеркально линзовых телескопах (рисунок ) – комбинация зеркала и линз.
С помощью телескопов производятся не толь визуальные и фотографические наблюдения, но преимущественно высокочастотные фотоэлектрические и спектральные наблюдения. Телескопы, приспособленные для фотографирования небесных объектов, называются астрографами. Фотографические наблюдения имеют ряд преимуществ перед визуальными. К основным преимуществам относятся: документальность – способность фиксировать происходящие явления и процессы и долгое время сохранять полученную информацию; моментальность – способность регистрировать кратковременные явления, происходящие в данный момент; панорамность – способность запечатлевать на фотопластинке одновременно несколько объектов и их взаимное расположение; интегральность – способность накапливать свет от слабых источников; детальность получаемого изображения.
Сведения о температуре, химическом составе, магнитных полях небесных тел, а также об их движении получают из спектральных наблюдений.
Кроме света, небесные тела излучают электромагнитные волны большей длины волны, чем свет (инфракрасное излучение, радиоволны), или меньшей (УФ, рентгеновское излучение и гамма лучи).
План-конспект урока по физике (11 класс).
Тема: Спектральный анализ.
Цель: Сформировать представление о спектральном анализе.
Тип: Объяснение нового материала.
Элементы усвоения: Спектр.
Приборы и принадлежности: таблицы, рисунки.
Методы: фронтальный опрос, рассказ, беседа.
Требования к знаниям и умениям учащихся:
а) знать: 1) Предыдущий материал.
б) уметь: 1) Отвечать на поставленные вопросы.
2) Внимательно слушать новый материал.
Задачи учителя: обучающие – проконтролировать выполнение учащимися домашнего задания. Обеспечить усвоение нового материала.
Развивающие – развить мышление, память, внимание и т.д.
Воспитывающие – воспитать умение слушать других, умение настраиваться на учебную работу
Ход урока:
| Время | Деятельность учителя | Деятельность ученика |
| 2 минуты | Приветствие. Организационный момент | Приветствие |
| 8-10 минут | Опрос по прошлой теме | Отвечают на вопросы |
| 25 минут | Объяснение нового материала | Слушают объяснения учителя и отвечают на поставленные вопросы. |
| 3 минуты | Подведение итогов | Записывают домашнее задание |
Дидактический материал (опрос по прошлой теме).
Объяснение нового материала:
Вы уже знаете, что существует несколько видов спектров: непрерывный, линейчатый, полосатый. Главное свойство линейчатых спектров состоит в том, что длины волн (или частоты) линейчатого спектра какого-либо вещества зависит только от свойств атомов этого вещества, но совершенно не зависят от способа возбуждения свечения атомов. Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго определенный набор длин волн.
На этом основан спектральный анализ – метод определения состава вещества по его спектру. Подобно отпечаткам пальцев у людей линейчатые спектры имеют неповторимую индивидуальность. Неповторимость узоров на коже пальца помогает часто найти преступника. Точно так же благодаря индивидуальности спектров имеется возможность определить химический состав тела. С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного вещества, если его масса не превышает 10-10 г. это очень чувствительный метод.
Количественный анализ состава веществ по его спектру затруднен, так как яркость спектральных линий зависит не только от массы вещества, но и от способа возбуждения свечения. Так, при низких температурах многие спектральные линии вообще не появляются. Однако при соблюдении стандартных условий возбуждения свечения можно проводить и количественный спектральный анализ.
В настоящее время определены спектры всех атомов и составлены таблицы спектров. С помощью спектрального анализа были открыты многие новые элементы: рубидий, цезий и др. Элементам часто давали названия в соответствии с цветом линий спектра. Рубидий дает темно-красные, рубиновые линии. Слово цезий означает «небесно-голубой». Это цвет основных линий спектра цезия.
Именно с помощью спектрального анализа узнали химический состав Солнца и звезд. Другие методы анализа здесь вообще невозможны. Оказалось, что звезды состоят из тех же самых химических элементов, которые имеются и на Земле. Любопытно, что гелий первоначально открыли на Солнце и лишь, затем нашли в атмосфере Земли. Название этого элемента напоминает историю его открытия: слово гелий означает в переводе «солнечный».
Благодаря сравнительной простоте и универсальности спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной индустрии. С помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минералов.
Состав сложных, главным образом органических смесей анализируется по их молекулярным спектрам.
Спектральный анализ можно производить не только по спектрам испускания, но и по спектрам поглощения. Именно линии поглощения в спектре Солнца и звезд позволяют исследовать химический состав этих небесных тел. Ярко светящаяся поверхность Солнца – фотосфера – дает непрерывный спектр. Солнечная атмосфера поглощает избирательно свет от фотосферы, что приводит к появлению линий поглощения на фоне непрерывного спектра фотосферы.
Но и сама атмосфера Солнца излучает свет. Во время солнечных затмений, когда солнечный диск закрыт луной, происходит «обращение» линий спектра. На месте линий поглощения в солнечном спектре вспыхивают линии излучения.
В астрофизике под спектральным анализом понимают не только определение химического состава звезд, газовых облаков и т.д., но и нахождение по спектрам многих других физических характеристик этих объектов: температуры, давления, скорости движения, магнитной индукции.
Рассказ о строении окружающего нас звездного и галактического мира, об управляющих им законах, о путях его эволюции мы в целом воспринимаем сегодня как что-то само собой разумеющееся. В этом, безусловно, проявление уже глубоко укоренившейся в каждом из нас веры в науку, в ее, как представляется, почти неограниченные возможности. При этом мы вспоминаем слова выдающегося французского ученого Репе Декарта (1596-1650): «Нет ничего столь удаленного от нас, чего бы мы не смогли открыть». А также слова его не менее видного соотечественника Блеза Паскаля (1623-1662): «Удивительно не то, что Вселенная бесконечна, а то, что человек способен раскрыть ее тайны …».
Но если мы сравниваем работу астронома с особенностями проведения исследований представителями других естественных наук, то не можем не отметить ее кардинальное отличие. Физик, химик, биолог или геолог изучает тот или другой образец, имея его непосредственно перед собой. Объект своего исследования он может «пощупать руками» в любой момент и в буквальном смысле этих слов. Астроном же, как принято говорить, сидит на дне протяженного воздушного океана и всего лишь улавливает слабые световые потоки, приходящие к нему от того или другого небесного объекта. И, тем не менее, совершается нечто чудесное. Не выходя из стен своего учреждения, астроном определяет расстояние до этого объекта, как будто измерил его своими шагами, говорит о температуре на его поверхности, как будто побывал на нем, о массе объекта, как будто своими руками укладывал его на какие-то огромные весы, о химическом составе, как будто ему удалось как-то «зачерпнуть» крупицу вещества из его атмосферы. Более того, астроном рассказывает о строении звездных недр, как будто ему удалось пробуравить хотя бы одну звезду до ее центра, он строит схемы развития звезд, галактик и Вселенной в целом на протяжении миллиардов лет, хотя не в состоянии проследить за этим развитием даже какую-нибудь одну сотню лет …
И хотя в своем продвижении к свету, к пониманию законов мироздания люди долго блуждали во мраке неизвестности, ошибались, горизонт их познания постепенно и неуклонно расширялся. А здание науки о небесных светилах – астрономия – становилось все прекрасней …
Литература
1. Журнал «Земля и Вселенная» №1, 2, - 2000 г., №5 – 2000 г.
2. П.И. Бакулин «Курс общей астрономии» М., «Наука» 1977 г.
3. В.Л. Гинзбург «Современная астрофизика» М., «Наука» 1970г.
4. Ф.Ю. Зигель «Астрономы наблюдают» М., «Наука» 1985 г.
5. Е.П. Левитан «Астрономия» учебник для 11 класса М., «Просвещение» 1994 г.
6. Б.А. Воронцов-Вельяминов «очерки Вселенной» М., «Наука» 1969 г.
7. П. Ходж «Революция в астрономии» М., «Мир» 1972 г.
8. К.Л. Баев «Создатели новой астрономии. Коперник, Бруно, Кеплер, Галилей» М., Учпедгиз 1948 г.
9. И.А. Климишин «Элементарная астрономия» М., «Наука» 1991 г.
10. Журнал «Астрономический вестник».
11. А. Томилин «Занимательно о космологии». Ленинград «Молодая гвардия» 1971 г.
12. Приложение к «1 Сентября» «Физика в школе».
13. Журнал «Космонавтика и астрономия», №11 1986 г. А.А. Токовинин «Орбитальные и оптические телескопы».
14. Журнал «Космонавтика и астрономия», №7 1987 г. Ф.С. Ортенберг «Методы инфракрасного зондирования Земли из космоса».