Небесный свод

Дата: 19.01.21

Группа: д-116

Дисциплина: Астрономия

Тема: 3-4

Урок 3. История развития отечественной космонавтики. Первый искусственный спутник Земли, полет Ю.А. Гагарина

Освоение космического пространства подарило миру много открытий. Развитие космонавтики повлекло за собой совершенствование техники, привело к открытиям в разных областях знаний — от физики до медицины. Развитие космонавтики в России и за рубежом началось намного раньше появления первых космических кораблей.

В Советском Союзе в конце 1950-х гг. начали запускать первые в мире космические аппараты. Эти аппараты преодолевали силы земного притяжения, воздушное пространство планеты и отправлялись в космос (на высоту более 100 км над поверхностью Земли). Чтобы преодолеть силы тяготения, аппарату необходимо было развить скорость свыше 28 000 км/ч. Для этого к нему прикрепляли сверхмощные ракетные двигатели, которые через несколько минут после взлета отделялись от основной конструкции аппарата.

Причина взлета ракеты: в камере сгорания ракетного двигателя два вида топлива образуют горячие газы. Эти газы расширяются, разгоняются в сверхзвуковом сопле (канале) и с огромной скоростью вырываются наружу в виде огненной вспышки. Именно эти газы толкают космический аппарат ввысь с невероятной скоростью.

Устройства одноступенчатой и многоступенчатой ракет. Космические зонды. Ракета (рис. 1.8) — летательный аппарат, который двигается в пространстве в результате действия реактивной тяги, возникающей вследствие отброса части собственной массы аппарата.

Многоступенчатая ракета (рис. 1.9) — космический аппарат, который состоит из двух или более механически соединенных ракет, называемых ступенями. Эти ступени в полете разделяются. Многоступенчатые ракеты развивают гораздо большие скорости и предназначены для более дальних полетов.

Рис. 1.8. Устройство одноступенчатой ракеты [16]

Рис. 1.9. Устройство многоступенчатой ракеты [16]

Космические зонды. Космические зонды — это космические аппараты (станции), которые управляются без помощи человека, автоматически.

Главная цель таких аппаратов — проведение научных исследований различных небесных тел и космических пространств. В СССР в 1959 г. поверхности Луны достигли три космических зонда. Они сняли поверхность спутника нашей планеты и способствовали ее изучению.

Первым, кто серьезно заинтересовался освоением космоса, был простой школьный учитель Константин Эдуардович Циолковский (приложение 9, рис. П. 4).

Он родился в 1857 г., с детства интересовался науками и восхищался красивым звездным небом. Константин Эдуардович считал, что развитие жизни на нашей планете способно преодолеть бесчисленные километры Вселенной.

Ученый обосновал с научной и технической точек зрения использование ракет и ракетных установок для совершения космических полетов. В своих сочинениях Константин Эдуардович спроектировал управляемый аэростат. Он предложил разработать управляемый дирижабль в металлической оболочке. Позднее он изобрел чертеж металлического аэроплана с толстым крылом.

Рис. 1.10. С.П. Королев [17]

В начале XX в. Циолковский написал статью, в которой описал проект ракеты дальнего действия, снабженной жидкостным реактивным двигателем. Ученый осуществил математические расчеты, благодаря которым мог рекомендовать самое удобное распределение массы ракеты и траекторию ее полета.

Константин Эдуардович исследовал возможность полета человека в условиях невесомости.

Сергей Павлович Королев (рис. 1.10) — ученик Циолковского, продолжил дело своего наставника на практике. Он был патриотом и всеми силами ратовал за создание на родине ракетно-космической промышленности.

Сергей Павлович поспособствовал (со своим единомышленником) созданию реактивно-научного исследовательского института. Ученый был одним из первых конструкторов баллистических ракет.

Инициатором великих полетов был Королев. Его союзниками стали такие российские ученые, как математик и механик Мстислав Всеволодович Келдыш и инженер-конструктор Михаил Клавдиевич Тихонра- вов. Они предложили правительству проект о выведении в открытый космос искусственного спутника Земли (ИСЗ). Власть одобрила это предложение, и научные работники приступили к работе. Четвертого октября 1957 г. на орбиту Земли был запущен первый в истории человечества ИСЗ. Его так и назвали «Спутник-1». Он представлял собой небольшой металлический шар, оснащенный четырьмя антеннами, которые передавали сигналы на Землю.

«Спутник-1» отправился в космос на ракете-носителе (рис. 1.11). Он провел там 92 дня и совершил 1440 оборотов вокруг Земли.

Это событие показало миру, что Россия — великая космическая держава. С этого времени началась эра советской космонавтики.

Рис. 1.11. «Спутник-1» [18]

Для исследования радиационных поясов нашей планеты через год Королев со своей командой выпустили на орбиту еще несколько спутников. Разрабатывались проекты по запуску на Луну автоматических станций, которые завершились невероятным успехом.

Первыми земными существами, побывавшими в космосе, были собаки. В августе 1960 г. на советском космическом корабле «Спутник-5» в полет отправились Белка и Стрелка. Собаки-космонавты провели в космосе 25 часов и удачно приземлились.

Ученые разработали лунный аппарат, который был способен мягко приземлиться на космический объект и передать фотоматериалы с Луны на Землю. С того момента появилась возможность полета людей в межгалактических пространствах.

Был создан пилотируемый космический корабль «Восток-1», который являлся первым в мире аппаратом для осуществления полетов в космос.

Цель полета в космос — выполнить одновитковый полет вокруг Земли на высоте около 200 км.

Рис. 1.12. Юрий Гагарин [17]

У Президиума ЦК КПСС насчитывалось 20 претендентов, среди которых были — Юрий Алексеевич Гагарин и Герман Степанович Титов. К полету был допущен Гагарин.

Юрию Алексеевичу было 27 лет, и он был полон сил, энергии (рис. 1.12). Обладал хорошими внешними данными. Родился Гагарин в семье обычных рабочих.

С детства мечтал о полетах. Стартовал Гагарин с космодрома Байконур.

В полете он проводил наблюдения, делал записи карандашом, принимал пишу. Свои впечатления фиксировал на магнитофон.

Гагарин пролетел один раз вокруг Земли, катапультировался из корабля и благополучно приземлился с парашютом на берегу реки Волги. Продолжительность его полета — 1 час 48 мин.

Сенсация: впервые в космосе побывал человек, и этим человеком оказался советский космонавт.

Это было величайшее событие. Россия — великая космическая держава, которая ценит и помнит колоссальные труды ученых и космонавтов.

В Советском Союзе памятный день установлен указом Президиума Верховного Совета СССР от 12 апреля 1962 г. и отмечался под названием «День космонавтики». В этот же день отмечался Всемирный день авиации и космонавтики.

В Российской Федерации День космонавтики установлен в соответствии со ст. 1.1 Федерального закона от 13.03.1995 № 32-ФЗ «О днях воинской славы и памятных датах России».

Рис. 1.13. Герман Титов [18]

На специальном пленарном заседании Генеральной Ассамблее ООН 7 апреля 2011 г. была принята резолюция, провозгласившая 12 апреля Международным днем полета человека в космос.

Каждый год в нашей стране отмечается великий праздник — День космонавтики. За ним стоит титанический труд всего российского народа. Память о событиях 1950— 1960-х гг. побуждает нас с надеждой смотреть в будущее. И в наши дни есть такие же смелые, умные и образованные люди, как Циолковский, Королев, Гагарин, Терешкова и другие, поэтому появляется уверенность в том, что наука достигнет небывалых вершин, и Россия сохранит статус великой космической державы. Спустя четыре месяца, 6—7 августа 1961 г., было совершено еще одно восхождение к звездам. Титов выполнил более продолжительный полет на корабле «Восток-2», равный 25 часам. Его аппарат совершил 17 оборотов вокруг планеты.

Герману Степановичу было почти 26 лет (рис. 1.13).

Он родился в семье школьного учителя в Алтайском крае. С самого детства стремился стать летчиком. Титов получил почетное звание Героя Советского Союза.

Россия опережала развитые страны, такие как Америка, Япония. И первая женщина в межгалактическом пространстве принадлежит тоже России. Ею оказалась Валентина Терешкова (рис. 1.14).

Королев хотел увидеть женщину в космосе. Из всех желающих отобрали пять вероятных претенденток. Победила Терешкова. Она идеально соответствовала эталону советской девушки: имела рабоче-крестьянское происхождение, ее отец погиб на фронте. Она верила в советскую власть, горячо любила родину. В июне 1963 г. Валентина Владимировна стала первой женщиной — капитаном космического корабля «Восток-6». Ей было 26 лет. Она провела в невесомости и закрытом пространстве почти трое суток, при этом управляла аппаратом и фотографировала межпланетное пространство.

Рис. 1.14. Валентина Терешкова [20]

После полета Терешкова поступила в военно-воздушную академию, где достигла звания профессора.

В октябре 1964 г. с советского космодрома Байконур в полет отправился первый в мире многоместный космический корабль. Его назвали «Восход-1». Экипаж этого корабля составили Владимир Комаров, Константин Феоктистов, Борис Егоров. «Восход-1» был на тонну тяжелее «Востока-1». Его масса составляла 5300 кг. За счет более мощной ракеты этот космический корабль легко отрывался от Земли.

Д/З – в тетради

1.Зарисовать устройство одноступенчатой космической ракеты.

2. Когда Ю. Гагарин летал в космос?

3. На какой высоте летали первые космонавты?

4. За какое время Ю. Гагарин сделал оборот вокруг Земли?

Урок 4:«Небесная сфера»

Безоблачной ночью, лучше за городом, смотрим на небо, а там – как написал Ломоносов:

Открылась бездна звезд полна;

Звездам числа нет, бездне дна.

Как в этой целой бездне звезд ориентироваться? Мы в рамках астрономии ищем закономерности движения небесных тел. Чтобы изучать их движение, нужно договориться, как задавать положение. Иначе как записать и передать другому, что вот эта светящаяся точка была вон там, а оказалась вон там?

Нужна система координат. Здесь удобнее всего будет сферическая система координат, в которой положение задается расстоянием до точки и направлением (то есть углами поворота от некого ориентира). Мы говорим: «Смотри, видишь вон ту яркую звезду? А вон там левее…» – это уже мы задали направление, пока без чисел. Можно четко определиться с ориентиром и измерить углы, то есть как работать с направлениями – понятно (см. рис. 1).

Рис. 1. Пример сферической системы координат

А вот с расстоянием проблема, измерить расстояние до звезды сложно, но как-то ориентироваться на звездном небе все равно нужно. Давайте пока не вдаваться в расстояния до звезд: представим, что они все находятся от нас примерно на одном расстоянии. А из уроков геометрии вы знаете: если множество точек находятся на одинаковом расстоянии от центра, эти точки составляют сферу.

Возьмем сферу, поместим себя в ее центр и будем проецировать небесные тела на эту сферу. Какого радиуса взять сферу? Не важно, любого большого – мы о нем не будем задумываться, мы будем измерять только углы. Такую модель назовем небесной сферой и будем работать с ней в сферической системе координат (без расстояний).

Небесный свод

Многие умеют находить на звездном небе созвездие Большая медведица. Звезды, которые его составляют, находятся на одном расстоянии от нас? Возьмем первые же две звезды (по яркости), Дубхе и Мерак. Первая находится от нас на расстоянии 124 св. лет, вторая – 79,7 св. года (см. рис. 2). Разброс, как видите, немалый. Но мы при взгляде на них этого не видим, мы считаем, что они изображают какую-то фигуру на плоскости. Поэтому естественна иллюзия, что все звезды находятся от нас на одном расстоянии.

Рис. 2. Расстояние до звезд Дубхе и Мерак. Звезды одного созвездия находятся на разных расстояниях от Земли

Эта иллюзия даже привела к понятию «небесный свод»: в древности существовали представления, что небо представляет собой купол из какого-то твердого материала, в который звезды вкраплены подобно драгоценным камням. Мы обсуждали, что трудно заметить движение далеких звезд друг относительно друга, поэтому возникала мысль о твердом своде. Сейчас мы понимаем, что небесного свода в таком понимании нет, но небесная сфера – это удобная модель для обозначения расположения звезд.

Точку небесной сферы, которая располагается прямо над нами, назвали зенит. Проведем воображаемую линию – границу видимой части небесной сферы, ниже которой ее закрывает Земля. Как назвали эту линию, вы знаете – горизонт. Конечно, граница видимой части неба зависит от рельефа, в городе – от застройки. Если утром Солнце скрыто за холмом или за деревом, это значит, что оно за горизонтом или что из-за дерева рассвет еще не наступил? Нужно договориться. Поэтому взяли модель, которая пренебрегает рельефом и считает Землю гладкой (см. рис. 3).

Рис. 3. Модель небесной сферы

Вот если мы возьмем эту небесную сферу, то теперь можно заметить, что она вращается: в течение ночи звезды понимаются от восточной части горизонта, продвигаются по своду и опускаются за западную часть горизонта. На самом деле вращается Земля, но мы находимся на ней и воспринимаем ее неподвижной, и нам кажется, что вращается все вокруг нас.

Когда катаешься на карусели, то тоже кажется, что все вокруг вращается. И друг, который стоит рядом, то появляется, то исчезает. В этом смысле Земля – это тоже большая «карусель», находясь на которой, мы наблюдаем за окружающими небесными телами. И вращающаяся небесная сфера – это хорошая модель, упрощающая описание многих небесных явлений.

Невооруженным глазом на небе можно увидеть приблизительно до 3000 звезд. Чтобы как-то разбираться в этом множестве звезд, люди пытались сгруппировать звезды так, чтобы расположение их в такой группе (созвездии) напоминало какой-нибудь знакомый предмет, животное, мифологическое существо. Его именем и называли созвездие (см. рис. 4).

Рис. 4. Примеры созвездий

На самом деле, нужно иметь богатую фантазию или быть знакомым с древними изображениями созвездий, чтобы увидеть в созвездиях тот предмет, чьим именем оно названо. К тому же смещение звезд относительно друг друга хоть и медленное, но на протяжении тысяч лет оно становится заметным, так что звездное небо в античности выглядело не так, как сейчас (см. рис. 5).

Рис. 5. Ковш Большой Медведицы с течением времени

У каждой древней цивилизации группировки звезд в созвездия (и названия созвездий) было своим. В основном в астрономии приняты древнегреческие (в переводе на латынь) или арабские названия звезд и созвездий. Возможно, вы знаете и можете находить на небе такие созвездия, как Большая и Малая медведица – о созвездиях мы подробнее поговорим чуть позже.

Выберем ориентиры, к которым привязываться при определении координат на небесной сфере. Мы обозначили одну точку – зенит, но, так как Земля вращается, это направление «вертикально вверх» указывает в направлении разных звезд. Но земная ось направлена всегда одинаково, поэтому те два направления, в которых она «указывает» двумя концами, можно взять за ориентир (см. рис. 5).

Рис. 5. Некоторые элементы небесной сферы

Мысленно продолжим ось вращения Земли до пересечения с небесной сферой. Эти точки пересечения назвали Северным и Южным мировыми полюсами. Земному экватору соответствует небесный экватор. Обратите внимание: в космосе нет понятия север или юг, и у него нет полюсов. Но мы эти направления выбрали, потому что так направлена земная ось и нам так удобнее ориентироваться, находясь на Земле.

С Земли это выглядит так: точки северного и южного полюсов на небесной сфере неподвижны, и остальная часть небесной сферы вращается вокруг этих точек (см. рис. 6).

Рис. 6. Вращение небесной сферы

Это фотография с большой экспозицией сделана в южном полушарии. Видно вращение звезд вокруг южного небесного полюса. Северный мировой полюс находится вблизи Полярной звезды, ее можно найти, взяв за ориентир две крайние звезды ковша Большой Медведицы, как показано на рис. 7.

Рис. 7. Северный полюс мира

Д/З –зарисовать в тетрадь :

1. Рис 1. Пример сферической системы координат.

2. Рис 3. Модель небесной сферы.

3. Рис 5. Некоторые элементы небесной сферы.