Расширяя границы Вселенной

Раздел 1. Зарождение астрономии

1.1. В чём причина того, что именно астрономия является древнейшей из современных наук?

1.2. Почему происходила дифференциация астрономии?

1.3. Предположим, что наш современник решил разрушить представления древних людей о хрустальных сферах, к каждой из которых якобы прикреплена планета (модель Евдокса). Существование каких космических тел могло бы послужить главным аргументом против этой модели?

1.4. Зачем и когда были введены точки и линии небесной сферы?

1.5. Почему древние греки, ориентируясь по звёздному небу, основной осью считали восток — запад, а не север — юг, как наши современники?

1.6. Почему астрономический знак точки весеннего равноденствия совпадает со знаком созвездия Овен и обозначается символом рогов?

1.7. Почему в Древнем Риме в 60–х годах до н. э. был принят закон, запрещающий высшим должностным лицам государства в определенные периоды времени наблюдать за небесными явлениями?

1.8. Во II в. до н. э. Гиппарх создал свой знаменитый каталог, содержащий положения и звёздные величины 850 звёзд. Сравнив свои данные с наблюдениями Аристилла и Тимохариса (ок. 280 г. до н. э.), он обнаружил, что эклиптические долготы всех звёзд ежегодно увеличиваются на 36˝ (по современным данным на 50,3˝). Что за явление открыл Гиппарх?

1.9. В древнем Египте первое появление Сириуса в лучах утренней зари после периода невидимости (гелиакический восход) совпадало с поднятием вод Нила. Совпадают ли эти два явления так же хорошо и в настоящее время?

1.10. Каким образом древние египтяне, наблюдая гелиакический восход Сириуса, смогли довольно точно определить продолжительность тропического года?

1.11. В Древнем Китае обнаружили, что длина тени от гномона в полдень календарного дня зимнего солнцестояния (по древнему 365-дневному календарю) не равна длине тени, измеренной годом раньше. Через какой интервал времени длины теней от гномона совпадают? Какой вывод о продолжительности года был сделан в Древнем Китае на основании этих наблюдений?

1.12. До 1492 г. календарный год в России начинался с 1 марта, с 1492 г. по 1700 г. — с 1 сентября, а с 1700 г. — с 1 января. С какими астрономическими явлениями могут быть связаны эти даты начала года?

1.13. Какова астрономическая основа шестидесятеричной системы счисления, принятой у некоторых древних цивилизаций?

1.14. Какова астрономическая основа разделения окружности на 360°?

1.15. Какую астрономическую основу имеют единицы времени неделя и месяц?

1.16. Почему десятый месяц в году — октябрь, название которого в переводе означает «восьмой», а двенадцатый — декабрь, что означает «десятый»?

1.17. Какая система счисления использовалась древними астрономами, установившими продолжительность суток в 24 часа?

1.18. Почему поясное время было предложено и стало использоваться только с конца XIX века?

1.19. В знаменитой «Одиссее» Гомера упоминается созвездие Большой Медведицы. Поэт определяет его как «созвездие, которое никогда не погружает своих звёзд в волны моря». Точность описаний Гомера известна; его поэмы служат для нас одним из основных источников знаний о древнейшей Греции. Но на родине Гомера вы увидели бы неожиданное зрелище: Большая Медведица будет на ваших глазах регулярно «окунать свои звёзды» в волны Ионического и Эгейского морей. И это не удивительно: Греция — южная страна; на её широте высота северного полюса мира мала, и Медведица является созвездием «заходящим». В чём же дело?

1.20. Каково основное достоинство системы мира Птолемея?

1.21. Каков основной недостаток системы мира Птолемея?

1.22. Какие два основных постулата были приняты в системе мира Птолемея?

1.23. Какие выводы теории Птолемея оказались правильными?

1.24. Как получилось, что геоцентрическая модель мира длительное время удовлетворяла практическим потребностям астрономии?

1.25. Какие недостатки имела гелиоцентрическая система мира Николая Коперника?

1.26. Какие два принципиальных недостатка были присущи обеим моделям мира — Птолемея и Коперника?

1.27. В кинематике земных и небесных тел важную роль играют кривые, называемые циклоидами и эпициклоидами. Что это за кривые и чем они отличаются друг от друга?

1.28. Какой смысл имело понятие эпицикл в древней науке и применяется ли оно в современной астрономии?

1.29. В основе геоцентрической модели мира лежат ложные физические принципы:

1) все небесные тела равномерно движутся по идеальным (круговым) орбитам;

2) все небесные тела движутся вокруг неподвижной Земли, являющейся центром мира.

Почему такая неверная модель могла с достаточной для своего времени точностью описывать сложное движение небесных тел?

1.30. Почему античные астрономы считали круговое движение единственной формой движения космических тел?

1.31. Почему периоды движения верхних планет по первым (главным) эпициклам и периоды движения нижних планет по деферентам равнялись одному году? Почему размеры главных эпициклов по отношению к своим деферентам уменьшались от Марса к Сатурну?

1.32. Видимое движение планеты на звёздном небе в системе Птолемея описывалось круговыми движения планеты по эпициклу и деференту. Была ли угловая скорость планеты по эпициклу и центра эпицикла по деференту постоянной?

1.33. Каким образом, исходя из существовавших тогда представлений о движении светил как равномерном и круговом, древнегреческие учёные объяснили неравномерность движения Солнца по эклиптике в течение года?

1.34. На рисунке изображён элемент модели Птолемея: эпицикл верхней планеты и дуга деферента. Показано направление движения центра О эпицикла по деференту и планеты по эпициклу в точках P и A. В каких положениях планеты на эпицикле она будет иметь самое быстрое прямое движение, попятное движение, стояния? В каком месте эпицикла планета находится в противостоянии?

1.35. Почему система мира древних египтян, предшествовавшая системе Птолемея, предусматривала обращение Меркурия и Венеры вокруг Солнца, а Солнца и верхних планет — вокруг Земли?

К задаче 1.34. Фрагмент модели мира Птолемея.

1.36. Какая модель мира получила название геогелиоцентрической, и кто является её автором?

1.37. Движение каких небесных тел и в настоящее время описывается при помощи геоцентрической модели?

1.38. По какой траектории движутся планеты в системе отсчёта, связанной с Землёй?

1.39. По какой траектории движется Луна в системе отсчёта, связанной с Солнцем?

1.40. По какой траектории движутся спутники планет — гигантов в системе отсчёта, связанной с Солнцем?

1.41. Нарушила ли гелиоцентрическая модель мира Коперника принцип геоцентризма?

1.42. Почему теория Коперника, описывающая строение и кинематику только части планетной системы, называется системой мира?

1.43. Был ли Коперник первым, кто выдвинул идею о подвижности Земли в пространстве?

1.44. Аристотель (384–322 гг. до н. э.) утверждал, что если бы Земля перемещалась в пространстве, то наблюдатель на Земле мог бы заметить вызванное этим изменение положения звёзд на небесной сфере. Верно ли это? Почему во времена Аристотеля не было обнаружено параллактическое смещение звёзд?

1.45. Почему параллактическое смещение звёзд вплоть до XIX века не использовалось в качестве доказательства обращения Земли вокруг Солнца?

1.46. Коперник сам пытался обнаружить параллактическое смещение звёзд, которое следовало из его модели мира. Почему он потерпел неудачу?

1.47. В 1725 г. английский астроном и математик Джеймс Брадлей (Брэдли) начал работу по обнаружению параллактического смещения звёзд, чтобы подтвердить теорию Коперника. После трёх лет наблюдений Брадлей обнаружил периодическое «покачивание» звёзд по эллипсам. Но, как оказалось, при этом он открыл явление аберрации света, которое, однако, также подтвердило движение Земли вокруг Солнца. Чем отличаются аберрационные эллипсы звёзд от их параллактических эллипсов?

1.48. Явление аберрации света Брадлей открыл, пользуясь данными точных астрометрических наблюдений звезды γ Дракона, проведённых при помощи направленного вертикально вверх и жёстко закреплённого телескопа. Почему учёный выбрал столь оригинальный метод наблюдения?

1.49. В каком разделе физики могла бы изучаться система Коперника, если бы не было астрономии?

1.50. Какие телескопические открытия Галилея свидетельствовали в пользу правильности системы мира Коперника?

1.51. Внимательно прочитайте шуточное стихотворение М. В. Ломоносова (1761 г.):

Кому в действительности принадлежит система мира, приписанная в этом стихотворении Птолемею?

1.52. Почему, когда Галилей обнаружил в телескоп, что фазы Венеры подобны фазам Луны, это послужило одним из доказательств того, что Венера обращается не вокруг Земли, как до тех пор думали, а вокруг Солнца?

1.53. Почему явление фаз планет было открыто Галилеем именно у Венеры, а не у других планет?

1.54. Известна поговорка:

Верна ли эта «народная астрономия»?

1.55. Космологический принцип Николая Кузанского утверждает, что наше положение во Вселенной ничем не выделено в пространстве. Подтверждается ли этот принцип экспериментально?

1.56. Какой важный вывод о структуре Вселенной следует из космологического принципа Кузанского?

1.57. Некоторые космологи пытались расширить принцип Кузанского. Справедлив ли идеальный космологический принцип, согласно которому Вселенная выглядит совершенно одинаково из любой точки пространства и в любой момент времени?

1.58. Какой космологический принцип, не отрицая космологического принципа Кузанского, утверждает, что мы наблюдаем Вселенную в «привилегированный» момент времени?

1.59. Какие наблюдательные факты, легли в основу антропоцентрического подхода в изучении Вселенной?

1.60. Какое важное астрономическое открытие XX века на первых порах, казалось, подтвердило центральное положение человека во Вселенной?

1.61. Какое открытие опровергло антропоцентрическое толкование факта, упомянутого в предыдущей задаче?

1.62. Открытие какого закона физики впервые показало единство законов природы для земных и космических тел?

1.63. Какие исследования впервые подтвердили единство вещества Земли и тел Солнечной системы?

1.64. Известно, что моряки из экспедиции Магеллана, вернувшиеся из кругосветного путешествия, потеряли в счёте дней один день. Чем это объясняется? Как избегают этой неприятности в настоящее время?

1.65. Датой открытия Америки считается 12 октября 1492 г. Какая это дата по новому стилю?

1.66. Когда разница между юлианским и григорианским календарями составит ровно две недели?

1.67. Последнее сближение знаменитой кометы Галлея с Солнцем произошло в 1986 г. Его ожидали с нетерпением, поскольку впервые предполагалось исследовать ядро кометы с помощью межпланетных зондов. Поэтому требовалось как можно раньше и точнее определить орбиту кометы. Предварительные данные о ней были получены по наблюдениям предыдущего сближения 1910 года. Теоретики с небывалой точностью вычислили дальнейшую траекторию кометы, и наблюдатели начали охоту за ней. В те годы в мире было два крупнейших телескопа: американский 5–метровый им. Хейла в калифорнийской обсерватории Маунт-Паломар и советский 6–метровый БТА (Большой телескоп альт-азимутальный) в Специальной астрофизической обсерватории АН СССР на Кавказе.

Комету обнаружили 16 октября 1982 г. в созвездии Малого Пса. Она оказалась именно там, где и должна была быть согласно рассчитанной эфемериде. Отклонение от расчётной точки составляло всего несколько угловых секунд — такая точность ранее никогда не достигалась. Обнаружили комету на Паломарской обсерватории в США Д. Джевитт и Э. Даниельсон из Калифорнийского технологического института. Хотя американский телескоп уступал в размере объектива советскому, он был оборудован более совершенной светоприемной аппаратурой и поэтому оказался более зорким. В момент первого обнаружения комета Галлея имела блеск 24^m и находилась на расстоянии 11 а. е. от Земли и от Солнца. Используя эти данные, оцените размер ядра кометы.

1.68. 12 апреля 1961 г. первый космонавт Ю. А. Гагарин стартовал с космодрома Байконур на корабле Восток. Корабль двигался по орбите ИСЗ с периодом 1,5 часа и, совершив один оборот, приземлился. В каком месте он совершил посадку по отношению к Байконуру?

Раздел 2. Развитие инструментов и методов исследований

2.1. Назовите древнейший астрономический инструмент.

2.2. Какой астрономический прибор держит в руках античный астроном (см. рис.)?

К задаче 2.2.

2.3. У древних греков это слово означало дневники событий. У современных астрономов оно означает целеуказания для наблюдений небесных тел. Назовите термин.

2.4. Солнечные часы, как правило, имеют плоский циферблат, расположенный в экваториальной, горизонтальной или вертикальной плоскостях. Однако древние астрономы широко использовали солнечные часы с циферблатами в форме чаши — скафис (см. рис.).

К задаче 2.4. Солнечные часы в г. Осло (фото П. Г. Куликовского, 1953 г.).

Какие преимущества имеют солнечные часы с такой формой циферблата?

2.5. Древнегреческие учёные Аристилл и Тимохарис (III в. до н. э.) при наблюдениях Солнца использовали прибор, называемый экваториальным кольцом. Он представлял собой полый невысокий цилиндр, верхний и нижний края которого ориентировались точно в плоскости небесного экватора. Тень от южной половины цилиндра на внутренней стороне северной половины оставляла узкую полоску света в верхней или нижней части цилиндра. Для каких целей использовался этот прибор?

2.6. Профессор С. П. Глазенап (1848–1937) изобрёл так называемое солнечное кольцо. Прибор представляет собой цилиндрическое кольцо, расположенное в вертикальной плоскости. На угловом расстоянии 45° от вершины кольца сделано небольшое отверстие, через которое проходит луч Солнца. На внутренней поверхности кольца, куда падает луч, наклеена градусная шкала. Для какой цели предназначен этот широко использовавшийся в своё время прибор?

2.7. Как древние наблюдатели могли догадаться, что за голубым маревом дневного неба находятся ночные светила?

2.8. В астрономии с древних времён используются звёздные карты и глобусы. В чём состоит принципиальное различие между изображениями звёздного неба на глобусах и картах, а также их отличие от реального неба?

2.9. Каково принципиальное отличие изображения звёздного неба в планетарии от реального звёздного неба?

2.10. Место, где регулярно проводятся наблюдения за небесными светилами, называется астрономической обсерваторией. Всегда ли астрономические обсерватории имели традиционные башни с куполами и соблюдается ли неуклонно этот «архитектурный стиль» сейчас?

2.11. Как известно, Галилей с помощью телескопа одним из первых открыл пятна на Солнце. Объясните, каким образом он мог наблюдать поверхность Солнца в свой телескоп, имевший в качестве окуляра отрицательную линзу. Существует версия, что к старости Галилей ослеп оттого, что смотрел на Солнце глазом в окуляр. Согласны ли вы, что для него это был единственный способ наблюдать солнечные пятна?

2.12. Основы теории простых оптических инструментов, применяемых в астрономии, разработал Кеплер. Однако в своих исследованиях он использовал закон преломления в приближённой форме α/β=п, где α — угол падения, β — угол преломления, n — относительный показатель преломления. Почему, несмотря на то, что Кеплер пользовался приближённым законом для диоптрических систем, он получил правильные результаты?

2.13. Какой принципиальный оптический недостаток объективов телескопов — рефракторов подтолкнул Исаака Ньютона к исследованиям, приведшим его в 1672 г. к открытию дисперсии света?

2.14. Почему телескопы- рефракторы конца XVII века имели огромную длину, достигавшую 64 метров?

К задаче 2.14. Телескоп — рефрактор Яна Гевелия (конец XVII века).

2.15. Почему «мода» на телескопы — рефракторы, продержавшаяся три столетия, сменилась в XX веке «модой» на телескопы — рефлекторы?

2.16. Борьба за размеры и качество телескопов — рефракторов и рефлекторов привела не только к победе рефлекторов, но и к специализации обоих видов телескопов для различных астрономических наблюдений.

Для каких видов наблюдений предпочтительны рефракторы, а для каких — рефлекторы?

2.17. Какое преимущество имеет труба Кеплера по сравнению с трубой Галилея при астрометрических измерениях?

2.18. Тихо Браге был основоположником точной астрометрии. Свои наблюдения он преимущественно проводил при помощи прибора, изображённого на рисунке в заголовке этого раздела. Как называется этот прибор? Как называется современный астрометрический прибор, выполняющий те же функции, что и прибор Тихо Браге?

К задаче 2.14. Телескоп — рефрактор конца XVII века.

2.19. Измерения положений небесных тел, сделанные Тихо Браге и Улугбеком, имели точность 1–2'. Примерно такую же точность дают современные компактные оптические угломерные инструменты — теодолиты. Каким образом астрономы той эпохи достигали относительно высокой точности угломерных измерений, не имея оптических приборов?

2.20. Все телескопы XVII‑XVIII вв. и многие крупные телескопы первой половины XIX в. имели альт-азимутальную монтировку, т. е. могли поворачиваться вокруг вертикальной и горизонтальной осей, причём их подвижность вокруг горизонтальной оси была весьма ограниченной: области неба вблизи горизонта и зенита были им, как правило, недоступны (вспомните, как выглядят телескопы Гевелия, Ньютона, Гершеля, Росса). Изобретение фотографии и начало её применения в астрономии потребовало длительного и точного ведения телескопа за избранным участком неба. Повсеместное распространение получила экваториальная монтировка, на которой телескоп может следить за звездой, вращаясь лишь вокруг одной, полярной оси. Различные модификации этой монтировки — немецкая, английская, вилочная, подковообразная — полностью вытеснили к концу XIX в. альт — азимутальную, которая сохранилась лишь у астрометрических пассажных инструментов. Однако в последние десятилетия XX в. альт- азимутальная монтировка неожиданно стала вновь широко использоваться. Почему?

2.21. Какое техническое приспособление, предложенное в первой половине XVII века, позволило существенно повысить точность астрометрических измерений без изменения параметров самого телескопа?

2.22. Наблюдатели, работавшие в XIX веке на крупных телескопах — рефракторах Ликской и Йеркской обсерваторий испытывали большие трудности при наблюдениях планетарных туманностей. Почему при фотографических наблюдениях нужно было заметно сдвигать пластинку для получения резкого изображения либо ядра, либо самой туманности?

2.23. Какие функции выполнял телескоп в XVII и XVIII веках и какую новую функцию он стал выполнять в XIX веке?

2.24. Почему Бернар Лио, изобретатель коронографа (инструмента, позволяющего наблюдать солнечную корону вне затмений), использовал для своего прибора в качестве объектива простую линзу, а не сложный ахроматический объектив? Как при этом была решена проблема хроматической аберрации?

2.25. Определить географическую долготу точки на Земле значительно сложнее, чем широту. Чтобы найти широту, достаточно измерить высоту полюса мира или высоту Солнца в момент его полуденной кульминации. А для определения долготы из астрономических наблюдений необходимы точные часы, хранящие время нулевого меридиана. Определив по таким часам, например, момент кульминации

Солнца в точке наблюдения, мы узнаём, на сколько часов в точке наблюдения полдень наступает раньше или позже, чем на нулевом меридиане, а значит, определим свою долготу.

Для определения долготы наземных пунктов пригодны часы не очень высокого качества, которые были созданы уже к концу XVII в. С ними можно было неоднократно путешествовать между пунктами наблюдения, определяя поправку часов и таким образом постепенно уточняя разницу долгот. Но гораздо большие трудности испытывали моряки, которым, чтобы не пройти мимо цели, например, небольшого острова или порта, требовалось определять долготу «с первого захода». Чтобы создать точные часы, выдерживающие правильный ход в течение нескольких месяцев, а то и лет, в условиях морской качки и смены температуры, потребовалось большое искусство механиков: хорошие морские хронометры были созданы лишь к концу XVIII века. Но до этого момента предлагались и другие способы определения долготы без использования часов на корабле.

Один из таких методов — «координатную службу» — предложили английские математики Уильям Уистон (1667–1752) и Хемфри Дит- тон (1675–1714). Для экономии средств предполагалось создать её не по всей акватории Мирового океана, а лишь вдоль важнейших торговых путей (Хауз, 1983, с. 61):

«В известных пунктах, расположенных на торговых путях, следовало поставить на якорь суда, оснащённые мортирами; каждую полночь по местному времени о. Тенерифе (через который, по мнению Уистона и Диттона, проходил нулевой меридиан) каждое судно должно было производить выстрел вертикально вверх трассирующим снарядом (или ракетой), видимым издалека, причём так, чтобы снаряд взрывался точно на высоте 6440 футов (около 2000 м). Чтобы установить своё местоположение, корабли должны в полночь следить за этими сигналами, а затем по компасу определять направление на сигнальное судно. Расстояние корабля от сигнального судна можно было определить, измерив время между моментом вспышки взорвавшегося снаряда и звуком орудийного выстрела или измерив высоту наивысшей точки траектории снаряда».

Заметьте, что в этом проекте есть немало общего с современной системой глобального позиционирования GPS, реализованной с помощью искусственных спутников Земли. Однако в то время такая система выглядела утопически. Убедитесь в этом сами: оцените количество заякоренных кораблей, которые могли бы обеспечить такую систему на трассе Лондон — Калькутта в обход Африки протяжённостью около 20 тыс. км.

2.26. Почему оптики в середине XIX в. (Штейгейль, 1856 г.; Фуко, 1857 г.) при изготовлении телескопов — рефлекторов перешли от металлических зеркал к стеклянным с тонким серебряным покрытием?

2.27. Для какого рода наблюдений во второй половине XIX века использовались рефлекторы с зеркалами без отражательного покрытия и рефракторы с посеребрённой (в то время ещё не применялось алюминирование) передней поверхностью объектива?

2.28. Почему в XX веке отказались от серебрения зеркал телескопов — рефлекторов в пользу алюминирования?

2.29. В конце ХХ века у некоторых солнечных телескопов из трубы стали выкачивать воздух. В чём преимущество такого вакуумного телескопа?

2.30. Помешивая ложечкой five‑o'clock‑tea, Исаак Ньютон заметил, что при равномерном вращении поверхность жидкости приобретает форму параболоида. Поскольку в это время великий физик был занят полировкой металлического зеркала для первого в мире телескопа — рефлектора, он подумал, что центробежную силу можно было бы использовать для изготовления больших параболических зеркал, например, остужая жидкую бронзу во вращающейся форме или просто заливая в такую форму ртуть, которая, оставаясь жидкой при комнатной температуре, прекрасно отражает свет.

Прошло 300 лет прежде чем в конце XIX в. учёные занялись практическим изготовлением жидких зеркал. Одним из первых, кому удалось воплотить эту идею в жизнь, был знаменитый американский оптик Роберт Вуд: в 1909 г. он построил вращающееся жидкое зеркало диаметром 51 см и с его помощью даже фотографировал звёзды. Почему же телескопы — рефлекторы с жидкими зеркалами не получили распространения?

2.31. М. В. Ломоносов в 1762 г. изобрёл телескоп — рефлектор без вторичного зеркала. Через 27 лет аналогичная оптическая схема телескопа была предложена В. Гершелем. Каковы особенности оптической схемы телескопа Ломоносова — Гершеля и качество создаваемого им изображения? Используется ли данный тип телескопа в настоящее время?

2.32. В первые десятилетия развития радиоастрономии (с середины ХХ века до 1970–х годов), до того, как были созданы системы апертурного синтеза и радиоинтерферометры, угловая разрешающая способность радиотелескопов была очень низкой. Для её увеличения астрономы иногда использовали метод покрытия источников космического радиоизлучения Луной: замечая моменты времени изменения радиопотока и зная положение края Луны, можно восстановить распределение яркости источника. Этот же метод использовался и в эпоху развития рентгеновской астрономии (1960–е и 1970–е годы). Оцените, какая часть небесной сферы доступна для наблюдений этим методом с поверхности Земли.

2.33. В 1880–х годах в Парижской обсерватории был сконструирован телескоп с ломаной трубой. В чём преимущество такой оптической схемы телескопа?

2.34. Дифракционные решётки в астрофизике прошли путь от плоских решёток из проволочек (Фраунгофер) до вогнутых стеклянных отражательных решёток (Роуланд). В чём причина такой эволюции?

2.35. Звёзды находятся так далеко, что их видимый угловой диаметр определяется только шириной интерференционного максимума нулевого порядка, одинаковым для всех звёзд, наблюдаемых на данном телескопе. Почему же, тем не менее, на фотографиях звёзды имеют вид кружков разного диаметра? Похожее явление фиксируется и при визуальных наблюдениях.

2.36. Почему на фотографиях небесных тел, полученных при помощи космических аппаратов, цвета ярче и насыщенее, чем на снимках, сделанных с поверхности Земли?

2.37. В 1842 г. австрийский физик Христиан Доплер (1803–1853) сформулировал принцип, согласно которому цвет светящегося тела изменяется при перемещении тела от наблюдателя или к наблюдателю. Прав ли был Доплер? Как дополнил его принцип Физо, чтобы это заключение можно было использовать для определения скорости движения звёзд?

2.38. Как Аристарх Аполлонович Белопольский в 1895 г. смог при помощи спектроскопа установить метеоритное строение кольца Сатурна?

2.39. По спектру некоторой звезды, находящейся вблизи точки летнего солнцестояния, в двадцатых числах марта была измерена её лучевая скорость в 70 км/с. Через полгода лучевая скорость этой же звезды оказалась 130 км/с. Каким образом на основании этого факта академик А. А. Белопольский предложил вычислить расстояние от Земли до Солнца?

2.40. Согласно теории Эйнштейна, лучи света звёзд должны отклоняться в гравитационном поле Солнца. Как удаётся обнаружить это явление?

2.41. Американская орбитальная станция Скайлэб (1973 г.) была первой внеатмосферной универсальной солнечной обсерваторией. Для поддержания своей физической формы её экипаж занимался бегом по внутренней поверхности станции, представлявшей цилиндр диаметром около 6 м. С какой скоростью нужно бежать в таких условиях, чтобы ощутить земную силу тяжести? Как при этом должна быть ориентирована станция в пространстве?

Раздел 3. Изучение звёздного мира

3.1. Почему 80 % ярких звёзд носят арабские имена?

3.2. Почему в Древнем Китае β Малой Медведицы называлась «царственной звездой»?

3.3. Какую звезду называют «соперником Марса»?

3.4. Первые подробные каталоги звёзд, видимых невооружённым глазом, начали составляться более двух тысячелетий назад (Гиппарх, Птолемей). Почему же до сих пор в учебниках астрономии не указывают точно число таких звёзд?

3.5. В августе 1596 г. немецкий астроном — любитель Давид Фабриций заметил в созвездии Кита звезду, которой раньше не было видно. Так была открыта первая физическая переменная звезда. В первом звёздном атласе «Уранометрия», вышедшем в свет в 1603 году, И. Байер обозначил её греческой буквой ο (омикрон). Позднее польский астроном Я. Гевелий назвал её Мирой (удивительной). А как называл и указывал на небе эту звезду сам Фабриций?

3.6. В созвездии Стрельца есть переменная звезда под номером V335. Существует ли в этом созвездии переменная звезда под номером V334?

3.7. Название рассеянного звёздного скопления Плеяды происходит от греческого слова «множество». Русское название этого скопления — Стожары, по одной из этимологий — Сто Звёзд. Однако невооружённым глазом в Плеядах видно всего 6–7 звёзд. Даже обладавший великолепным зрением Михаэль Мёстлин, друг и учитель Кеплера, видел только 11. Остальные же звёзды, а их заметно больше сотни, видны лишь в телескоп. Каким же образом наши предки, давая название этому скоплению, угадали многочисленность его населения?

3.8. Почему многочисленная группа физических переменных звёзд называется цефеидами?

3.9. В 1908–1912 гг. американский астроном Хенриетта Ливитт (1868–1921), изучая звёзды в Малом Магеллановом Облаке, обнаружила зависимость между светимостью переменных звёзд — цефеид и периодом изменения их блеска, давшую возможность определять расстояния до звёзд и галактик. Почему эта важнейшая закономерность была открыта по наблюдениям звёзд в Магеллановых Облаках, а не в нашей Галактике?

3.10. Эдмунд Галлей в 1718 г. сравнил координаты звёзд в современном ему каталоге с измерениями Гиппарха (II в. до н. э.), а также Аристилла и Тимохариса (III в. до н. э.), и обнаружил при этом три вида смещения звёзд:

1) смещение всех звёзд по эклиптической долготе, подтверждающее явление, обнаруженное Гиппархом;

2) незначительное смещение звёзд по эклиптической широте;

3) изменение широты Альдебарана, Сириуса и Арктура на десятки угловых минут.

Объясните произошедшие за два тысячелетия изменения координат звёзд, обнаруженные Галлеем.

3.11. Годичный параллакс — это максимальный угол, под которым со звезды виден радиус земной орбиты. Как определить эту величину, не покидая Земли?

3.12. Первые надёжные измерения звёздных параллаксов проделали В. Струве (а Лиры), Ф. В. Бессель (61 Лебедя) и Т. Гендерсон (а Кентавра). Какими критериями они пользовались при выборе для своих наблюдений именно этих звёзд?

3.13. Для определения расстояний до звёзд методом тригонометрического параллакса в качестве базиса используется диаметр земной орбиты. Возможно ли, находясь на Земле, использовать для этой цели больший базис?

3.14. В. Гершель в 1817 г. предложил метод предельных отверстий для приближённого определения расстояний до звёзд, который он считал правильным до конца жизни. Суть метода: два совершенно одинаковых телескопа наводятся на две разные звёзды; затем, закрывая постепенно объектив того телескопа, который наведён на более яркую звезду, легко «уравнять» видимый блеск обоих объектов. Гершель полагал, что квадраты расстояний до этих звёзд обратно пропорциональны площадям незакрытых частей объективов. В чём он ошибался?

3.15. Какой физический смысл имело понятие «звёздная величина» во времена Гиппарха (II в. до н. э.)?

3.16. В шкале звёздных величин, введённой древнегреческим астрономом Гиппархом (180–110 гг. до н. э.), освещённость, создаваемая на поверхности Земли звездой m-й звёздной величины примерно в 2,5 раза больше освещённости, создаваемой звездой (m+1)-й величины. Английский астроном Норман Погсон предложил в 1856 г. считать указанный коэффициент равным 2,512…, и это предложение было одобрено астрономическим сообществом. Почему было выбрано именно это число?

3.17. В. Гершель предположил, что если наблюдается тесная пара звёзд, то более яркая звезда из этой пары должна быть ближе к нам и, следовательно, иметь больший параллакс. Исходя из этого, он полагал, что угловое расстояние между компонентами такой звёздной пары будет изменяться с периодом, равным одному году. Но ожидаемый эффект не был найден. Какая неверная предпосылка лежала в основе рассуждений Гершеля?

3.18. В 1803 г. Вильям Гершель обнаружил орбитальное движение звёзд в двойных системах. Универсальность какого физического закона он доказал своим открытием?

3.19. В ночь с 20 на 21 августа 1885 г. в центре Туманности Андромеды появилась яркая оранжевая точка. Астрономы сначала приняли это за возгорание новорождённой звезды в недрах газовой туманности, каковой считалась тогда Туманность Андромеды. Известно даже, что Э. Хартвиг из обсерватории Дерптского университета (ныне г. Тарту, Эстония), первым обнаруживший эту вспышку, воскликнул: «В этой туманности уже есть центральное солнце!». У исследователей переменных звёзд объект получил обозначение S And. Значительно позже стало известно, что это была вспышка сверхновой. Учитывая, что расстояние до этой галактики 690 кпк, оцените, когда взорвалась звезда.

3.20. На спектрограммах яркого компонента звезды ζ Большой Медведицы (Мицар — А), полученных в 1887 и 1889 гг. в Гарварде, было замечено, что все спектральные линии периодически раздваиваются и вновь сливаются, возвращаясь к исходному состоянию через каждые 20,5 суток. Как было интерпретировано это явление?

3.21. В 1890 г. немецкий астроном Г. К. Фогель (1841–1907) открыл в спектре Спики (α Девы) периодическое смещение одиночных линий с периодом 4^d. В 1896 г. подобное явление было открыто русским астрономом А. А. Белопольским (1854–1934) у Кастора (α Близнецов), период составил 3^d. Чем объясняется это явление?

3.22. После открытия затменно-переменных и спектрально — двойных звёзд была высказана мысль, что могут существовать звёзды, у которых наблюдается оба признака переменности. Удалось ли обнаружить такие звёзды?

3.23. Исследуя спектр звезды δ Цефея, А. А. Белопольский обнаружил, что изменение лучевых скоростей происходит с периодом, равным периоду изменения блеска этой звезды. Прав ли был учёный, причислив на этом основании указанное светило к двойным звёздам?

3.24. В 1874 г. английский астроном Уильям Хёггинс впервые определил лучевые скорости газовых туманностей. По его измерениям, туманность Ориона удаляется от нас со скоростью 18 км/с.

Каково происхождение данной скорости в системе отсчёта, связанной с ближайшими к нам звёздами: отражение движения Солнца или движения самой туманности Ориона?

3.25. В середине XIX в. Г. Гельмгольц и У. Томсон предположили, что излучение звёзд происходит за счёт их гравитационного сжатия. Признана ли эта контракционная гипотеза в настоящее время?

3.26. Продолжительность импульса первого пульсара, открытого в Кембридже группой Э. Хьюиша, составляет всего 0,016 с, а период пульсаций, остающийся постоянным, — 1,3373011017 с. Как из этих данных был сделан вывод о том, что объект не является искусственным?

3.27. В 1796 г. французский учёный П. С. Лаплас (1749–1827), опираясь на закон всемирного тяготения Ньютона, сделал вывод, что во Вселенной могут существовать тёмные массивные объекты, которые не способны испускать свет из‑за своего очень сильного притяжения. Действительно ли возможно существование таких объектов и обнаружены ли они в настоящее время?

3.28. Как рассуждал В. Гершель, доказывая, что скопления звёзд не вызваны их случайной проекцией на определённые участки неба, а действительно являются областями повышенной плотности звёзд в пространстве?

3.29. Кто первым высказал предположение о том, что Млечный Путь представляет собой гигантское скопление звёзд, неразрешимое невооружённым глазом, и какой учёный первым доказал это путём телескопических наблюдений?

3.30. Древние китайцы называли Млечный Путь «Серебряной рекой». Почему излучение звёзд Млечного Пути сравнивалось ими с цветом серебра?

3.31. В. Гершель, используя предложенный им метод «звёздных черпков» — подсчёт звёзд в избранных площадках неба, — не только установил ограниченность Галактики в пространстве, но и сумел определить степень её сплюснутости. Какие свойства звёздного мира он постулировал, приступая к этому исследованию?

3.32. В первой половине ХХ в. наша Галактика, размеры которой были определены по расстоянию до далёких шаровых скоплений, считалась самой большой среди всех галактик. Однако в начале 1960–х она уже считалась «рядовой» по размеру галактикой. Что привело к такой переоценке взглядов астрономов?

3.33. В 1987 г. на Земле наблюдалась вспышка сверхновой звезды в галактике Большое Магелланово Облако, удалённой от нас на 55 кпк. Когда в действительности произошёл взрыв этой звезды?

3.34. Иммануил Кант выдвинул гипотезу, что Солнечная система и звёздная система Млечного Пути не только аналогичны, но и гомологичны. Что имел в виду великий философ?

3.35. В середине прошлого столетия было обнаружено, что движение вещества в Галактике не подчиняется законам динамики самогравитирующего тела, если считать, что Галактика содержит только наблюдаемые звёзды и межзвёздный газ. В чём причина столь странного движения вещества Галактики?

3.36. Что навело на подозрение о звёздной природе многочисленных внегалактических туманностей в то время, когда их ещё не удавалось разрешать на отдельные звёзды?

3.37. В. Гершель открыл, что галактики («млечные туманности») концентрируются к галактическим полюсам. Это было истолковано последователями Гершеля, в том числе и его сыном — астрономом Джоном Гершелем, как физическая связь этих туманностей с Млечным Путём. А как современная астрономия объясняет это явление?

3.38. Эдвин Хаббл обнаружил, что все галактики, кроме трёх ближайших, удаляются от нашей звёздной системы. Почему приближаются эти три галактики?

3.39. Кто и каким образом впервые установил наличие во Вселенной систем разного порядка?

3.40. Кто в античные времена высказывал идеи, созвучные гипотезе Большого взрыва?

3.41. Какое открытие полностью опровергло гипотезу о стационарности Вселенной?

3.42. Учёный И. Г. Ламберт в книге, вышедшей в 1761 г., высказал идею, что Вселенная представляет собой бесконечную «иерархическую лестницу» космических систем. Согласны ли с этой идеей современные учёные?

3.43. В 1908–1922 гг. шведский астроном К. В. Шарлье (1862–1934) развивал теорию иерархической Вселенной. Он считал, что открыл систему более высокого порядка, чем наша Галактика, и назвал её Метагалактикой. Термин сохранился до нашего времени. Является ли Метагалактика системой?

3.44. В астрономии широко известен фотометрический парадокс, сформулированный швейцарским астрономом Ж. Шезо в 1744 г. и немецким астрономом Г. В. Ольберсом в 1826 г. Этот парадокс состоит в том, что в бесконечной однородной стационарной Вселенной, заполненной звёздами, вся поверхность неба должна представляться примерно такой же яркой, как и поверхность Солнца. Попытка Оль- берса объяснить парадокс поглощением света в межзвёздной среде не дала ожидаемого результата. Неужели Вселенная конечна?

3.45. Почему для объяснения фотометрического парадокса не могла быть принята идея о наличии в межзвёздном пространстве тёмного поглощающего вещества?

3.46. Как Л. Больцман опроверг вывод Р. Клаузиуса и У. Томсона о неизбежности тепловой смерти Вселенной?

3.47. В древнем Китае (I‑II вв. н. э.) астрономы считали Землю центральным телом бесконечной Вселенной. Найдите логическое противоречие в этой идее.

3.48. Какой довод приводил Н. Кузанский (1401–1464) в пользу неограниченности Вселенной?

3.49. Как обосновывал И. Ньютон идею бесконечной Вселенной?

3.50. Как при помощи астрономических наблюдений была опровергнута теория о «космическом эфире» — вещественной среде, якобы заполняющей мировое пространство? Считалось, что свет есть колебательное движение частиц «эфира», а явление поляризации света даже свидетельствует об упругости «эфира».

3.51. Подчёркивая грандиозность Вселенной, Коперник утверждал, что отношение расстояния от Земли до Солнца к расстоянию до неподвижных звёзд меньше, чем отношение радиуса Земли к расстоянию от Земли до Солнца. По мнению Кеплера, «радиус Вселенной» во столько раз больше радиуса Солнечной системы, ограниченной по тогдашним воззрениям орбитой Сатурна, во сколько раз радиус орбиты Сатурна больше радиуса Солнца. Кто из учёных — Коперник или Кеплер — был ближе к истине?

3.52. В книге Ю. М. Чернова «Земля и звёзды. Повесть о Павле Штернберге» (М.: Политиздат, 1975) описан эпизод первого знакомства московского астронома Павла Карловича Штернберга с известной книгой Карла Маркса. Дело было осенью…

Насколько правдиво это описание с точки зрения астрономии?

3.53. В 1960–х годах в советской астрономии происходила активная борьба двух космогонических концепций:

1) образование космических тел из диффузного вещества (московская школа);

2) возникновение космических тел из сверхплотного состояния, так называемых D — тел (бюраканская школа).

В отношении формирования звёзд и планет победила первая концепция. Однако нельзя ли указать космические объекты, похожие на D — тела?

3.54. Какие астрономические явления приводил В. А. Амбарцумян в подтверждение своей космогонической гипотезы?

Раздел 4 Познание солнечной системы

4.1. Аристарх Самосский (310–230 гг. до н. э.) придумал остроумный способ определения расстояния от Земли до Солнца. Он предложил сравнить интервалы времени между новолунием и первой четвертью, а также между первой четвертью и полнолунием. Чем ближе расположено Солнце к Земле, тем больше должна быть разница между этими интервалами времени.

На рисунке показаны Солнце (S), Земля (E) и орбита Луны. Положение Луны в точках N, Q и F соответствует новолунию, первой четверти и полнолунию. Из простых геометрических соображений следует, что ∠HEQ=∠ESQ, следовательно, HQ/HE=QE/ES. Аристарх из наблюдений определил, что первая четверть синодического месяца (от новолуния до первой четверти) почти на 12 часов короче второй. Отсюда он получил, что расстояние Солнце — Земля приблизительно в 19 раз больше расстояния Земля — Луна. Это значение признавалось астрономами на протяжении более чем полутора тысяч лет.

К задаче 4.1. Метод Аристарха Самосского определения расстояния до Солнца.

Почему теоретически безупречный метод Аристарха дал такую большую погрешность при определении отношения расстояний до Луны и до Солнца?

4.2. Почему солнечный параллакс не определяют путём наблюдения самого Солнца, как это делается с планетами и звёздами? Какие наблюдения проводят для определения параллакса Солнца?

4.3. В начале XVIII в. Эдмонд Галлей предложил простой способ определения суточного параллакса Солнца: предлагалось наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца из двух точек на земной поверхности, удалённых одна от другой по широте. У каждого наблюдателя видимая траектория Венеры на фоне солнечного диска изобразится отрезком прямой, но из‑за параллактического смещения эти отрезки будут иметь разную длину. Определив интервалы времени между вступлением и сходом планеты с диска Солнца, можно легко найти длины хорд в угловом измерении и по ним вычислить расстояние между хордами, которое будет равно разности параллаксов Венеры и Солнца. Отношение параллаксов известно и равно обратному отношению расстояний Солнце — Земля и Солнце — Венера. Из этих двух соотношений простое вычисление позволяет найти истинное значение параллаксов Солнца и Венеры, первый из которых очень важен для определения всех расстояний в Солнечной системе. Почему метод Галлея, несмотря на принципиальную простоту и несложность в практическом плане, давал большую погрешность и был заменён другими, более точными методами?

4.4. Метод определения параллакса Солнца по наблюдениям Марса во время его противостояния был предложен французскими учёными Д. Кассини и Ш. Рише. Он даёт точность в 2–3 раза более высокую, чем наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца. Суть метода заключается в измерении параллактического смещения планеты при наблюдении её из различных точек Земли. Для вычисления солнечного параллакса по этим данным используется известное значение отношения больших полуосей орбит Земли и Марса. Почему и этот метод определения солнечного параллакса был отвергнут? Позиционные наблюдения каких объектов дают самую высокую точность определения солнечного параллакса?

4.5. Наблюдения какой малой планеты позволили определить параллакс Солнца с высокой точностью?

4.6. Как измерить расстояние от Земли до Солнца, производя в течение года спектральные наблюдения звёзд, расположенных близ эклиптики?

4.7. На основе жизненного опыта сделайте качественные заключения о расстоянии до Солнца, а также о форме, температуре поверхности, спектре и фазовом состоянии вещества светила.

4.8. Почему некоторое время существовала гипотеза о том, что Солнце — твёрдое, холодное тело, окружённое светящейся оболочкой?

4.9. Известны наблюдения солнечных пятен до изобретения телескопа или без его использования. Каким образом они проводились?

4.10. Какие наблюдения солнечных пятен подтвердили их принадлежность к светилу?

4.11. Каким образом было обнаружено вращение Солнца?

4.12. Почему наблюдатели XVII‑XIX веков давали весьма противоречивые данные о периоде вращения Солнца? Галилей — примерно лунный месяц, Шейнер — 27^d, Кассини — 25,58^d, Деламбр — 25^d, Ложье — 25,34^d, Бем — 25,52^d, Кизеус — 25,09^d. Данные Галилея и Шейнера относятся к синодическому периоду вращения Солнца.

4.13. В учебных изданиях часто указывается, что сидерический период вращения экваториального пояса Солнца составляет 25 суток. Так ли это?

4.14. Вращение Солнца происходит с востока на запад, т. е. восточный край приближается к нам, а западный удаляется. Земля же вращается с запада на восток. Параллельны или антипараллельны векторы угловых скоростей Солнца и Земли?

4.15. Английский астроном Р. К. Кэррингтон (1826–1875) обнаружил, что в начале июня и начале декабря каждого года движение солнечных пятен по диску светила происходит по прямым линиям; с июня по декабрь пятна движутся по кривым, выгнутым к северу, а с декабря по июнь — выгнутым к югу. С чем связаны такие вариации траекторий солнечных пятен?

4.16. Как отличить солнечное пятно от планеты, оказавшейся между наблюдателем и Солнцем?

4.17. Немецкий астроном — любитель Генрих Швабе (1789–1875) многие годы неутомимо и терпеливо пытался обнаружить гипотетическую планету внутри орбиты Меркурия во время её прохождения по диску Солнца. Для этого он систематически, начиная с 1826 года, в течение 43 лет зарисовывал расположение пятен на солнечной поверхности. Новую планету он не нашёл. Однако, потерпев в своих поисках неудачу, он всё же сделал важное открытие, касающееся самого Солнца. Что обнаружил Швабе?

4.18. Швейцарский астроном профессор Рудольф Вольф (1816–1893) интенсивно занимаясь в течение полустолетия наблюдениями и статистикой солнечных пятен, ввёл в астрономическую практику относительное число для измерения их количества на видимом диске Солнца, которое сейчас называют числом Вольфа (W). Его вычисляют по формуле W=k(10g + f), где g — количество групп пятен, включая одиночные пятна; f — общее количество пятен; k — индивидуальный коэффициент наблюдателя, в основном зависящий от его инструмента и условий наблюдения. Почему более удобной характеристикой пятнообразовательной деятельности Солнца оказалось число Вольфа, а не просто общее число пятен? Почему число Вольфа до настоящего времени широко используется в астрономии? Почему критерием активности Солнца также являются числа Вольфа? Какой физический смысл имеет это число? Как определяется коэффициент k?

4.19. Известный американский исследователь Солнца Чарльз Юнг (1834–1908) отметил, что тень солнечного пятна кажется не чёрной, а тёмно — пурпурной Возможной причиной этого явления предполагалась хроматическая аберрация объектива, но выяснилось, что это настоящий цвет тени. Почему солнечные пятна имеют тёмно — красный цвет?

4.20. Появление пар солнечных пятен, имеющих, как известно, разную магнитную полярность, объясняется выходом на поверхность Солнца магнитной силовой трубки. Какую структуру имеет локальное магнитное поле, если на данном участке солнечной поверхности существует только одиночное пятно? Кто впервые выяснил это?

4.21. Любой земной базис недостаточен для получения объёмного изображения Солнца или деталей его поверхности. Каким образом английский астроном Уоррен Де ла Рю в 1861 г. получил первый стереоскопический снимок солнечного пятна?

4.22. Можно ли использовать метод Де ла Рю для получения стереоскопического изображения всего диска Солнца?

4.23. Как Г. Р. Кирхгоф (1824–1887) опроверг бытовавшее в его время мнение, что Солнце — холодное твёрдое тело, окружённое раскалённой оболочкой?

4.24. В середине XIX в. вопрос об источнике энергии Солнца Дж. Гершель называл «великой тайной». Среди первых научных гипотез на этот счёт было предположение, что наше дневное светило является раскалённым остывающим телом или представляет собой химически горящее тело. Юлиус Роберт Майер (1814–1878) показал, что даже если Солнце состояло бы из чистого каменного угля, оно сгорело бы за исторически короткий промежуток времени. Сделайте оценку этого времени.

4.25. Ю. Р. Майер был автором метеоритной гипотезы происхождения энергии Солнца. Какие наблюдения и теоретические соображения опровергли эту гипотезу?

4.26. Известный физик Гельмгольц в 1854 г. выдвинул идею об излучении Солнца за счёт его гравитационного сжатия. Опровергнута ли в настоящее время эта гипотеза?

4.27. Для определения температуры поверхности Солнца профессор В. К. Цераский использовал вогнутое зеркало диаметром 1 м. Измерения температуры изображения диска Солнца по плавлению разных металлов, помещённых в фокусе зеркала, давали различные значения — вплоть до 3500°, что почти в два раза меньше температуры, определённой современными исследованиями. Какова причина неточности результатов, полученных В. К. Цераским — ошибка метода или ошибка измерений?

4.28. В 1870–х годах выдвигались принципиально разные предположения о температуре поверхности Солнца: Ватерстон и Секки полагали, что температура Солнца достигает нескольких миллионов градусов, а Пуйе и другие учёные считали, что она меньше 2000 градусов. В чём была причина столь резкого различия в оценке температуры Солнца?

4.29. Французский учёный Этьен Малюс (1775–1812) исследовал двойное лучепреломление, рассматривая отражённое в стекле изображение Солнца, прошедшее через кристалл исландского шпата. При некоторых положениях стекла и кристалла были видны два изображения Солнца, а при определённом положении только одно изображение. Почему в качестве источника света учёный использовал Солнце? Почему в опыте были использованы два оптических предмета: стекло (а не зеркало) и кристалл? Каков астрофизический аспект опыта?

4.30. Один из старых способов телескопического наблюдения фотосферы Солнца состоял в применении обычного окуляра, снабжённого тёмным светофильтром. Этот способ был опасен для глаз, поскольку светофильтр иногда лопался от перегрева. Для уменьшения нагрева светофильтра на объектив телескопа надевали крышку с небольшим центральным отверстием. Почему этот способ практически вышел из употребления даже у астрономов — любителей?

4.31. Фотографирование Солнца с помощью обычного телескопа вызывает большие затруднения из‑за огромной яркости объекта: требуются чрезвычайно короткие экспозиции, а при установке затвора рядом с фотопластинкой, близ фокуса телескопа, затвор сильно страдает от нагрева. Как астрономы решили эту задачу в середине XIX века?

4.32. В 1802 г. известный физик-оптик Уильям Волластон впервые со времён Ньютона заменил в спектроскопе круглое отверстие узкой щелью и тем самым увеличил разрешающую способность спектрографа. В спектре Солнца учёный обнаружил семь тёмных линий, которые он принял за естественные границы различных цветов спектра. Что за линии были обнаружены им в спектре Солнца?

4.33. Изучая абсорбционные линии в спектре Солнца, шотландский физик Дэвид Брюстер (1781–1868) обнаружил, что существуют особого сорта линии, почти незаметные, когда Солнце находится высоко над горизонтом, но становящиеся темнее и шире, когда Солнце приближается к горизонту. Как объяснить это явление?

4.34. Астроном Бауэр обнаружил, что изменение наблюдаемого глобального магнитного поля Солнца происходит с периодом в 33^d. Почему магнитное поле Солнца изменяется именно с таким периодом?

4.35. С поверхности Земли солнечные протуберанцы невидимы по той же причине, что и звёзды днём: увидеть их мешает рассеянный в земной атмосфере свет Солнца. Если бы удалось уменьшить яркость дневного неба, не ослабляя яркости протуберанцев, то протуберанцы можно было бы изучать не только в краткие моменты солнечных затмений, но и вообще в любой день. Как эта задача была решена астрономами XIX века?

4.36. Почему древние египтяне изображали Солнце в виде диска с крыльями?

4.37. До 1860–х годов происхождение солнечной короны приписывали лунной атмосфере, а после того, как было доказано её отсутствие — земной атмосфере. Как и когда доказали, что корона принадлежит Солнцу?

4.38. Внутренняя корона Солнца значительно ярче полной Луны. Почему же Луна видна днём, а солнечная корона — нет?

4.39. Солнце вращается, а вращается ли его корона?

4.40. В годы максимума активности Солнца на его диске наблюдается больше пятен. Уменьшается ли при этом светимость Солнца?

4.41. Известный французский физик, один из основоположников фотометрии, Пьер Бугер в 1725 г. сравнил потоки света от Солнца и Луны, используя для этого рассеивающую линзу и свет свечи. Он нашёл, что средняя освещённость от Солнца в 300 тыс. раз превышает освещённость от полной Луны. Согласуется ли это с современными измерениями?

4.42. Каким образом В. Гершель в 1800 г. впервые обнаружил инфракрасное излучение Солнца?

4.43. Широко известен метод определения гелиоцентрического расстояния нижней планеты по отношению к расстоянию Солнце— Земля путём измерения угла наибольшей элонгации планеты. Однако со времён Гиппарха существует также подобный способ определения относительного расстояния верхней планеты от Солнца. Какие угловые измерения и вычисления необходимо произвести, чтобы найти искомое расстояние?

4.44. В 1674 г. известный учёный сформулировал принципы движения планет:

1) все небесные тела обладают собственным центром притяжения и, вообще говоря, притягивают не только собственные части;

2) все тела, начав однажды двигаться равномерно и прямолинейно, продолжают двигаться прямолинейно, пока действие другой силы не заставит их отклониться от своего пути, и тогда они будут вынуждены описывать окружность, эллипс или какую‑либо другую кривую;

3) силы притяжения действуют тем активнее, чем ближе находится к центру притяжения тело, на которое они действуют.

Кому принадлежат эти абсолютно верные заключения?

4.45. Коперник утверждал, что характер движения всех планет, включая Землю, одинаков. А какой учёный выдвинул предположение об одинаковой природе Земли и планет?

4.46. Кто и как впервые доказал, что движение планет связано с силовым воздействием Солнца?

4.47. Какой известный физический механизм был предложен Кеплером для объяснения динамического действия Солнца на планеты? (Всеобщее действие гравитации в то время ещё не было осознано.)

4.48. В первой четверти XX века некоторое время была популярна катастрофическая гипотеза образования Солнечной системы, предложенная Дж. Джинсом. Согласно ей, планеты возникли в результате приливных явлений при близком прохождении около Солнца другой звезды. Почему эта гипотеза позже была отвергнута?

4.49. Французский астроном, математик и физик П. С. Лаплас (1749–1827) обратил внимание на поразительные совпадения в Солнечной системе: движение всех планет, вращение Солнца, Земли, Марса, обращение спутников около своих светил — всё это совершается в одном направлении; все планетные орбиты мало отличаются от окружностей. Со всеми ли выводами Лапласа можно согласиться? Каков космогонический аспект заключения учёного?

4.50. Каким образом В. Гершель в 1783 г. установил, что Солнечная система движется в направлении созвездия Геркулеса?

4.51. Известно, что максимальная высота Солнца над горизонтом меняется при перемещении наблюдателя вдоль меридиана. Какое толкование этому явлению дал древнегреческий астроном Анаксагор, исходивший из представлений о плоской Земле?

4.52. Какие убедительные свидетельства выпуклости земной поверхности и шарообразности Земли, основанные на наблюдениях, выполненных из разных точек планеты, привёл в своей книге «О вращениях небесных сфер» Николай Коперник?

4.53. Наблюдатели ещё две тысячи лет назад отмечали, что земная тень на диске Луны всегда имеет форму круга. Какой вывод о форме Земли сделали античные учёные на основании этого факта?

4.54. Путём измерений на поверхности Земли в античные времена и в средние века были достаточно точно определены размеры земного шара. Какие методы при этом использовали учёные?

4.55. Как по измерениям на поверхности Земли было доказано её сжатие у полюсов?

4.56. Какие физические эксперименты позволили установить сжатие Земли вдоль её оси вращения?

4.57. Какие физические доводы приводились в античное время и в средние века против идеи о вращении Земли?

4.58. Кто из учёных впервые показал, что вращающаяся планета не может иметь сферическую форму? Качественно поясните доказательство сплюснутости Земли у полюсов.

4.59. В сентябре 1852 г. французский физик — экспериментатор Леон Фуко изобрёл удобный и компактный прибор для доказательства вращения Земли. Прибор представлял собой массивное быстровращающееся тело, ось вращения которого имела возможность свободно поворачиваться в пространстве. Для этого система помещалась в карданов подвес. Как Фуко назвал этот прибор? Каким образом с его помощью можно было доказать вращение Земли? На каком физическом принципе основано его действие?

4.60. Известный физик Уильям Томсон в 1862 году указал, что существование морских приливов свидетельствует о наличии у Земли толстой твёрдой коры. Какие рассуждения привели учёного к этому выводу?

4.61. Современные справочники указывают, что гражданские сумерки продолжаются, пока Солнце не опустится под горизонт на 6°, навигационные — на 12°, астрономические — на 18°. Являются ли указанные значения условными или они имеют физическое обоснование?

4.62. Расчёт физика Бенедикта Прево в 1816 г. показал, что в течение столетия земная атмосфера за счёт химических и биологических процессов теряет 1/7200 часть всего кислорода, содержащегося в воздухе. Корректна ли оценка Прево, по которой через несколько миллионов лет атмосфера Земли не будет содержать этого жизненно важного газа?

4.63. Впервые цвет Земли, какой она представляется наблюдателю из космоса, астрономы определили путём наземных наблюдений другого космического тела. Как и кем это было сделано?

4.64. Известный советский учёный Отто Юльевич Шмидт (1891–1956) выдвинул в 1943 г. космогоническую гипотезу, согласно которой современный рост массы Земли является продолжением процесса аккумуляции вещества, начавшегося несколько миллиардов лет назад и приведшего к образованию планеты. Прав ли был учёный?

4.65. Какой сосуд дал имя наиболее распространённой детали рельефа на поверхности многих тел Солнечной системы?

4.66. Какое важное для человека свойство Луны отражено в её славянском названии?

4.67. Какое другое важное свойство Луны отражено в её современном общепринятом названии?

4.68. Мог ли астроном до изобретения телескопа составить карту Луны?

4.69. На чём основывалась убеждённость античных учёных, что Луна — ближайшее к Земле космическое тело, а Марс, Юпитер и Сатурн — более удалённые, причём по удалению от Земли они располагаются именно в таком порядке?

4.70. Какие данные о движении Луны помогли И. Ньютону открыть закон всемирного тяготения?

4.71. Какую работу немецкого астронома Иоганна Мюллера (1436–1476), прозванного Региомонтаном, использовал Христофор Колумб, чтобы поразить воображение туземцев Ямайки угрозой «отобрать у них Луну с неба»?

4.72. Немецкий астроном Иоганн Вернер (1468–1522) предложил в 1514 г. метод определения долготы пункта на поверхности Земли из астрометрических наблюдений Луны, так называемый метод лунных расстояний. В чём суть этого метода? Кто разработал точную теорию движения Луны, позволившую практически использовать метод лунных расстояний?

4.73. В 1693 г. Эдмонд Галлей, сравнивая обстоятельства лунных затмений, наблюдавшихся античными и современными ему астрономами, открыл, что Луна движется ускоренно, т. е. приходит в предвычисленную точку неба с некоторым опережением по времени. Какова причина этого векового ускорения Луны?

4.74. Наблюдения Авенира Александровича Яковкина (1887–1974), проведённые в 1915–1931 гг. на Энгельгардтовской обсерватории под Казанью, позволили с высокой точностью определить характер физической либрации Луны. Сущность этого явления заключается в неравномерном осевом вращении Луны, вследствие чего происходит небольшое, в несколько угловых минут, периодическое смещение видимого центра лунного диска. Периодические изменения угловой скорости вращения известны и у Земли, но их причина — сезонные перемещения воздушных и водных масс, и, как следствие, изменение момента инерции Земли. Таких процессов на Луне быть не может. Какова причина физической либрации Луны?

4.75. Луна представляется глазу плоским диском. Какой общеизвестный факт был приведён Аристотелем в пользу шарообразности Луны?

4.76. Ещё Галилей отметил, что края и середина диска Луны имеют одинаковую яркость. Какой вывод он сделал относительно свойств поверхности нашего спутника?

4.77. Астрономы В. Бер (1797–1850) и И. Г. Мёдлер (1794–1874), наблюдавшие вместе Луну, отмечали, что Море Кризисов, Море Ясности и Море Влажности имеют зелёный цвет. Некоторые наблюдатели того времени истолковывали этот факт как наличие в лунных морях растительности. Почему французский учёный Франсуа Араго (1786–1853) подверг сомнению зелёный цвет морей?

4.78. На Луне, особенно при боковом освещении, отчётливо видны неровности рельефа, однако край лунного диска почти всегда кажется ровным. Как объяснял этот факт Галилей?

4.79. С XIX века в астрономии не утихала дискуссия между сторонниками вулканической и метеоритной гипотез происхождения лунных кратеров. Одним из возражений против метеоритной гипотезы долгое время считалась круглая форма практически всех кратеров: казалось, что это невозможно при разнообразных углах падения метеоритов. Почему метеоритная гипотеза всё таки победила?

4.80. Известные исследователи планетной системы Н. П. Барабашов и А. В. Марков ещё в 1920–е годы показали, что любой объект на Луне имеет максимальную яркость не во время наибольшей высоты Солнца над горизонтом Луны, а в полнолуние (эффект Барабашова-Маркова). С чем связан этот эффект?

4.81. В научно — фантастическом произведении И. Кеплера «Сон, или Лунная астрономия» описаны астрономические явления, якобы наблюдавшиеся с поверхности Луны. В современных терминах один из отрывков звучит так:

(Кеплер, 1982).

Верны ли сведения о Луне, приведённые Кеплером?

4.82. Иоганн Кеплер в своём произведении «Сон, или Лунная астрономия» утверждал:

Верен ли расчёт Кеплера? Ведь сам он никогда в Исландии не был, да и вообще не покидал пределов Центральной Европы. К какому времени года относится замечание замечание Кеплера о невидимости полной Луны в Исландии, которая расположена на широтах от 63° до 66°?

4.83. Галилей в книге «Пробирных дел мастер» пишет:

Согласны ли вы с рассуждениями Галилея?

4.84. В 1928 г. советские учёные Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси высказали идею о возможности радиолокации Луны, которая была реализована в 1946 г. в Венгрии и США. Радиолокация выявила, что Луна отражает радиоволны как гладкий зеркальный шар. Почему в оптическом диапазоне Луна представляется шероховатой, а в радиодиапазоне — гладкой?

4.85. С давних пор названия краёв лунного диска, наблюдаемого невооружённым глазом, астрономы определяли по сторонам земного горизонта: левый (для наблюдателей Северного полушария) край, обращённый к восточной стороне горизонта, считался восточным, а правый край — западным. Почему же после начала исследования Луны космическими аппаратами учёные решили правый край лунного диска называть восточным, а левый — западным?

4.86. Кеплер был уверен, что на Земле нет кольцеобразных гор, подобных лунным кратерам. По его мнению, кольцеобразные горы на Луне созданы не природой — это работа обитателей Луны: углубления вырыты ими, чтобы укрываться в тени от палящих лучей Солнца. Найдите слабое место в предположении Кеплера.

4.87. Французский астроном Бернар Лио на основании поляризационных измерений, проведённых в 1921–1929 гг., пришёл к заключению о том, что Луна покрыта слоем пористого материала, похожего на вулканический пепел. Найден ли вулканический пепел на Луне?

4.88. Многочисленные попытки обнаружить лунную атмосферу по рефракционным эффектам во время покрытия звёзд Луной дали отрицательный результат. Однако весьма незначительная (13˝) рефракция всё же была обнаружена на длине волны 3,7 см английским астрономом Ильсмуром 24 января 1956 г. во время покрытия Луной Крабовидной туманности. Доказывает ли это наблюдение наличие у Луны атмосферы?

4.89. Некоторые наблюдатели в XIX веке отмечали, что во время полной фазы солнечного затмения Луна приобретает вид чёрного шарообразного тела. С чем может быть связано это явление?

4.90. Почему в середине полной фазы лунного затмения Луна кажется объёмной, в то время как вне земной тени она представляется плоским диском?

4.91. Почему при полной фазе солнечного затмения, как отмечают наблюдатели, человеческие лица приобретают оливковый или зеленоватый оттенок?

4.92. По свидетельству очевидца кольцеобразного затмения 1737 г. в Эдинбурге, без закопчённого стекла невозможно было различить тёмную Луну на диске Солнца. На такой же эффект обратил внимание астроном Бейли во время затмения 1836 года. По его мнению, ослабление дневного света было едва ли заметнее, чем при «набежавшем на Солнце облачке». Почему яркость Солнца во время кольцеобразного затмения остаётся очень высокой?

4.93. Во время полного солнечного затмения 8 июля 1842 г. в Липецке Отто Струве, сын В. Я. Струве, обратил внимание, что «многие образованные зрители не хотели верить, что затмение было на самом деле полным». Почему Солнце продолжало ярко светить, несмотря на то, что его диск был закрыт Луной?

4.94. Ещё древние астрономы отмечали, что во время полного лунного затмения диск Луны почти никогда не исчезает из виду совершенно. В чём причина этого явления?

4.95. По расчётам Вильяма Гершеля, для того, чтобы Луна оставалась видимой, находясь в тени Земли во время полной фазы лунного затмения 22 октября 1790 г., преломление солнечных лучей в земной атмосфере должно было превосходить 54´, что казалось Гершелю невозможным. Он предпочёл допустить, вслед за некоторыми древними учёными, что Луна имеет собственное слабое свечение. Опровергните это мнение.

4.96. В каком случае яркость Луны больше во время полной фазы теневого затмения: когда Луна в перигее или в апогее?

4.97. Астрономы XIX столетия отмечали, что во время лунных затмений размеры теневого конуса Земли оказывались больше, чем это давали вычисления. Относительное увеличение радиуса тени отмечалось Майером, Мёдлером, Бером в пределах от 1/28 до 1/60. Как могут давать тень прозрачные слои земной атмосферы?

4.98. Во время лунных затмений 16 июня 1666 г. в Тоскане и 26 мая 1668 г. в Париже было отмечено, что Луна всходила уже затмившейся, в то время как Солнце ещё находилось в западной части неба около горизонта. Подобное явление замечали и древнегреческие наблюдатели. В чём причина столь странного поведения Луны?

4.99. Почему спектр вспышки, зафиксированный бесщелевым спектрографом в момент касания диском Луны края солнечной фотосферы, имеет вид набора дуг разной длины?

К задаче 4.99. Негативное изображение спектра вспышки, полученного во время солнечного затмения при помощи призматической камеры без щели.

4.100. Участник английской экспедиции на Новую Землю Э. Г. Шеклтон (1874–1922) во время солнечного затмения 1896 г. получил снимок спектра короны при помощи призменной камеры и обнаружил, что линии водорода, гелия и кальция, хорошо заметные в изображениях протуберанцев, совершенно не наблюдаются во внутренней короне. Действительно ли данные химические элементы отсутствуют в короне Солнца?

4.101. Какую гипотетическую планету хотели назвать Вулканом?

4.102. Французский астроном Урбен Ж. Ж. Леверье (1811–1877), блестяще предсказавший существование планеты Нептун, после длительных исследований движения Меркурия обнаружил «избыточное» смещение перигелия планеты на 38˝ в столетие. Для объяснения этого явления он в 1859 г. предположил существование в Солнечной системе неизвестной планеты, находящейся вдвое ближе к Солнцу, чем Меркурий, и по массе сравнимой с ним. Обнаружена ли интрамеркуриальная планета, предсказанная Леверье?

4.103. В 1882 г. Джованни Скиапарелли предпринял систематическое исследование поверхности Меркурия. В отличие от других астрономов, свои наблюдения он проводил днём. В чём состоит преимущество дневных наблюдений Меркурия?

4.104. Каким образом в 1874 г. посредством фотометрических наблюдений было доказано, что поверхность Меркурия по рельефу и цвету очень похожа на лунную? Это открытие было подтверждено только через 100 лет при помощи изображений, переданных космическим аппаратом.

4.105. Почему у древних греков для Венеры существовало не одно, а два имени: Фосфорос и Гесперис?

4.106. С помощью каких наблюдений М. В. Ломоносов смог доказать существование у Венеры плотной атмосферы?

4.107. Свечение ночной стороны Венеры впервые было замечено в 1645 г. А в 1873 г. было высказано предположение, что происхождение «пепельного света» Венеры то же, что и пепельного света Луны — освещение тёмной стороны планеты полной Землёй. Опровергните эту гипотезу.

4.108. Астрономы XIX века настойчиво пытались исследовать поверхность Венеры. Неровности на линии терминатора, вызванные, как мы теперь понимаем, неоднородностью облачного покрова планеты, они принимали за горы. Немецкий астроном Иоганн Шрётер (1745–1816) даже предполагал существование на Венере гигантского горного массива высотой 43 км. Могут ли быть на Венере столь высокие горы?

4.109. Может ли на поверхности Венеры существовать жидкая вода?

4.110. Почему происходят и как проявляются сезонные изменения на поверхности Марса, впервые обнаруженные В. Гершелем и подтверждённые известными исследователями Марса — Фламмарионом, Скиапарелли и Ловеллом?

4.111. В 1830 г. Джон Гершель первый пришёл к правильному выводу, что цвет Марса обусловлен цветом его почвы, сходной с земными песчаниками. Однако в то время существовала и альтернативная гипотеза, объясняющая красный цвет Марса поглощением в его атмосфере голубой части спектра Солнца. Какие наблюдения позволили отвергнуть эту гипотезу?

4.112. Во второй половине XIX века предполагалось, что климат на Марсе довольно мягкий. Основывалась эта гипотеза на том, что зимой полярные шапки занимают сравнительно малую часть поверхности, тогда как, учитывая удалённость планеты от Солнца, снег должен покрывать всё зимнее полушарие Марса. Как было доказано, что климат на Марсе суровый?

4.113. «Каналы» на Марсе и спутники Марса были открыты в 1877 г. соответственно итальянским астрономом Дж. Скиапарелли и американским — А. Холлом. Случайно ли то, что оба открытия, вызвавшие широкий резонанс среди учёных и в обществе, были сделаны в одно время?

4.114. В первой половине XX столетия известный русский астроном Гавриил Адрианович Тихов (1875–1960) пытался доказать существование растительности на Марсе, сравнивая спектры марсианских морей и зелёных растений Земли. Однако в спектре марсианских морей не был обнаружен избыток инфракрасных лучей, свойственный земным растениям. Какую остроумную интерпретацию этого факта предложил Г. А. Тихов, чтобы согласовать его со своей гипотезой, которая позже всё же была отвергнута?

4.115. В книге Камиля Фламмариона (1842–1925) «Живописная астрономия» обсуждаются условия видимости Марса в эпоху великого противостояния:

Что имел в виду Фламмарион, утверждая, что через тысячи лет земным астрономам станет удобнее наблюдать северное полушарие Марса?

4.116. В 1610 г., наблюдая в телескоп одну из ярких планет, Галилей заметил, что она как бы состоит из трёх соприкасающихся «звёзд». В соответствие с традицией той эпохи, он сообщил о своём открытии в виде анаграммы — набора букв, которые после правильной перестановки давали фразу: Высочайшую планету тройною наблюдал. Через два года крайние «звёздочки» исчезли, и у планеты остался виден лишь центральный диск. Кто завершил открытие Галилея и в чём оно состояло?

4.117. Кто и когда открыл структуру колец Сатурна? Когда была впервые обнаружена их тонкая структура?

4.118. Уже античным астрономам были известны пять ближайших планет, включая Сатурн. Почему же остальные планеты Солнечной системы начали открывать только на исходе XVIII века?

4.119. Почему В. Гершель, открыв в 1781 г. планету Уран, вначале принял её за комету?

4.120. До наблюдения В. Гершелем планеты Уран в 1781 г. её положение 17 раз измеряли другие наблюдатели. Почему же честь открытия планеты принадлежит именно Гершелю?

4.121. Каким образом, несмотря на очень медленное перемещение Урана по небу, его орбита была вычислена всего через несколько месяцев после открытия Гершеля?

4.122. Какая планета и каким образом была открыта спустя более чем две сотни лет после её первого наблюдения?

4.123. Каким образом Клайд Томбо в феврале 1930 г. открыл планету Плутон, имевшую в это время пятнадцатую звёздную величину? Как была выбрана область неба, где удалось обнаружить столь неяркую планету?

4.124. Планета Плутон, удалённая от Солнца на 40 а.е., получила своё название по имени древнеримского бога подземного царства. Мотивом для такого названия послужила скудность освещения планеты Солнцем. Но так ли уж темно на Плутоне на самом деле?

4.125. В связи с катастрофой американского космического корабля «Челленджер», случившейся в начале 1986 г., намеченные на май 1986 г. запуски автоматических станций «Галилео» к Юпитеру и «Улисс» к полярным областям Солнца были отложены на 13 месяцев. Почему именно на 13?

4.126. Кто первым предсказал существование планеты между Марсом и Юпитером? На чём основывалось это предположение?

4.127. Первую малую планету — Цереру — открыл 1 января 1801 г. Джузеппе Пиацци (1746–1826) по её видимому перемещению относительно звёзд в течение шести недель января и февраля 1801 г. и по наличию у неё прямого и попятного движений. Затем, прервав из‑за болезни свои наблюдения, учёный уже не смог найти эту планету на небе. Какое расположение Цереры относительно Земли способствовало её открытию? Кто из учёных своими теоретическими трудами облегчил повторное обнаружение Цереры на звёздном небе?

4.128. Какие космические объекты Пиацци предложил называть (в переводе на русский язык) планетоподобными, а Гершель — звездоподобными? Какие термины используются для этих тел в настоящее время?

4.129. Названия спутников Марса — Фобос и Деймос — в переводе на русский язык означают, соответственно, «страх» и «ужас». Почему эти спутники получили столь мрачные названия?

4.130. Каким образом в 1877 г., проводя визуальные телескопические наблюдения, Асаф Холл открыл очень слабые спутники Марса?

4.131. Луна посредством приливов замедляет вращение Земли и увеличивает свой период обращения вокруг Земли. Оказывает ли такое же действие Фобос на Марс?

4.132. Как Галилей доказал, что четыре маленькие звёздочки, обнаруженные им вблизи Юпитера, являются спутниками этой планеты?

4.133. Датский астроном Оле Рёмер (1644–1710) обнаружил в 1675 г., что затмение спутников Юпитера наступает раньше предвычисленных моментов при меньших расстояниях между Землёй и Юпитером и позже — при больших расстояниях между ними. Какой чрезвычайно важный физический вывод сделал Рёмер из этих наблюдений, и какую фундаментальную физическую константу он при этом впервые определил?

4.134. Каким образом в XVII‑XVIII вв. моряки использовали для целей навигации наблюдения за спутниками Юпитера?

4.135. Наблюдатели XIX века обнаружили, что при прохождении спутников Юпитера по диску планеты на краю диска они выглядят светлыми точками на тёмном фоне, но чем сильнее приближаются к центру диска, тем меньшей кажется их яркость; наконец, близ середины диска они представляются тёмными точками. С чем связано это явление? Почему при прохождении Меркурия по диску Солнца он всегда выглядит чёрным кружком?

4.136. Наблюдатели отмечали, что в 1901 г. видимое движение спутников Урана вокруг планеты происходило против часовой стрелки, а в 1944 г., наоборот, по часовой стрелке. Чем объясняется это явление?

4.137. Уже через 17 суток после открытия Нептуна (1846 г.) английский астроном и оптик Уильям Ласселл при помощи изготовленного им 61–см рефлектора открыл первый спутник Нептуна — Тритон. Почему этот спутник, находящийся почти на таком же расстоянии от своей планеты, что и Луна, обращается вокруг Нептуна всего за 5^d 21^h?

4.138. Сто лет назад русский инженер Ярковский предсказал небесномеханический эффект, о котором вспомнили лишь недавно. Сущность эффекта Ярковского состоит в том, что освещённая Солнцем поверхность небесного тела нагревается, а когда вращение тела уносит её в тень, поверхность излучает накопленное ей тепло в инфракрасном диапазоне. Поток теплового излучения действует как реактивный двигатель и немного изменяет орбиту тела.

Эффект Ярковского очень слаб; он может заметно повлиять лишь на движение небольших тел, размером от долей метра до нескольких километров. Расчёты показывают, что едва заметная сила, вызванная эффектом Ярковского, может постепенно изменить орбиту небольшого астероида, в результате чего он выйдет из Главного пояса астероидов, попадёт в гравитационный резонанс с Марсом и его притяжением может быть отброшен к Земле. Таким образом, почти забытое открытие русского учёного может оказаться важным фактором в пополнении семейства малых планет, сближающихся с Землёй и, следовательно, потенциально опасных для нашей цивилизации.

Ответьте на следующие вопросы:

— как влияет направление вращения астероида вокруг собственной оси на его перемещение в Главном поясе под действием эффекта Ярковского?

— какие из астероидов приближаются в Марсу, а какие — к Юпитеру?

— что можно сказать о влиянии этого эффекта на спутники планет?

4.139. Докажите, опираясь на наблюдения метеорных потоков, что траектории метеоров в земной атмосфере представляют собой отрезки прямых линий.

4.140. Какую форму имеют орбиты метеорных тел в космическом пространстве?

4.141. Джованни Скиапарелли (1835–1910) впервые оценил среднюю скорость метеоров — по его расчётам она в 1,4 раза больше орбитальной скорости Земли. Его способ был основан на подсчёте числа встречных и догоняющих метеоров. В чём заключается сущность его метода определения скоростей метеоров? Каковы орбиты метеороидов?

4.142. Если бы метеориты всегда только догоняли Землю в её движении по орбите, то наблюдалось ли бы явление метеоров во второй половине ночи?

4.143. Каким образом было впервые доказано, что метеорные тела приходят в земную атмосферу из космоса?

4.144. В начале XIX в. годовая периодичность метеорных потоков расценивалась как наличие у метеорных роев такого же орбитального периода, как и у Земли. Какая теория, опровергающая данную гипотезу, была предложена в 1839 г.?

4.145. Метеорный поток Леонид наблюдается каждый год, а вот метеорный дождь Леонид происходит только раз в 33 года. Какой вывод о структуре метеорного роя Леонид сделал французский учёный Франсуа Араго (1786–1835)?

4.146. В первой четверти XIX в. предполагали, что метеориты — это лунные вулканические бомбы. Достаточно ли обоснована эта гипотеза?

4.147. Какие важные свидетельства космического происхождения метеоритов обнаружил Эрнст Хладни (1756–1827)?

4.148. Кеплер сравнивал метеоры с «миниатюрными кометами». Имеет ли какой‑то научный смысл это сравнение?

4.149. Ещё римский учёный Луций Анней Сенека (ок. 4 — 65 н. э.) обратил внимание, что кометы участвуют в суточном движении звёзд. Какой вывод он сделал о происхождении комет?

4.150. Первую попытку определения высоты метеоров предприняли в 1801 г. два студента гёттингенского университета, Г. В. Бранденс и И. Ф. Бенценберг; они доказали прямыми измерениями, что явление метеоров происходит на высоте от 50 до 200 км над поверхностью Земли. Как эти юные учёные определили высоту метеоров?

4.151. Каким образом Тихо Браге в 1577 г. доказал, что кометы — это космические тела, а не атмосферное явление, как считалось ранее?

4.152. Какие доводы были приведены в XIX веке для доказательства генетической связи между кометами и метеорными телами?

4.153. Как Э. Галлей открыл комету, названную впоследствии его именем?

4.154. Хвост кометы похож на конус светящегося вещества. Полый ли конус кометы или он заполнен веществом?

4.155. Через неделю после открытия большой кометы 1882 года произошло весьма редкое событие — прохождение кометы по диску Солнца. В это время комета полностью исчезла для наблюдателей. Почему она не была видна, ведь перед этим было отмечено, что голова кометы выглядит заметно более тёмной, чем поверхность Солнца?

4.156. После прохождения кометы 1882 года вблизи Солнца её яркость увеличилась настолько, что она в течение трёх дней была хорошо видна на дневном небе. Почему это произошло? Всегда ли после прохождения перигелия комета становится ярче, чем до перигелия?

4.157. В сентябре 1835 г. В. Я. Струве наблюдал очень редкое явление — покрытие центральной частью головы кометы Галлея далёкой звезды. Какие открытия были сделаны им на основе этого наблюдения?

4.158. Кто открыл комету Энке?

4.159. В 1864 г. известный исследователь Джованни Донати впервые получил спектр кометы (а именно — кометы Темпеля), в котором он обнаружил яркие полосы. Как это наблюдение повлияло на представления о физической природе комет? Какие химические элементы были выявлены в веществе кометы?

4.160. В 1854 г. ряд наблюдателей обратил внимание на явление, которое первоначально назвали «отблеском» зодиакального света. В 1862 г. Скиапарелли отмечал, что он видел зодиакальный свет в виде блестящего моста, который тянулся через всё видимое полушарие неба; наибольшим блеском этот мост отличался близ Солнца и затем в другом месте, прямо противоположном. Оно представлялось как бледное мерцание, расположенное в стороне, противоположной Солнцу. Что за явление было обнаружено?

4.161. Какие химические элементы получили свои названия в честь объектов Солнечной системы?

4.162. На каких телах Солнечной системы с помощью межпланетных зондов была обнаружена вулканическая деятельность?

4.163. В приведённой ниже таблице указаны средние плотности планет и Солнца по данным конца XIX столетия и по современным данным.

Почему в отношении некоторых планет астрономы XIX века почти не ошиблись, а в отношении других — ошиблись весьма заметно? Что позволило учёным конца XX столетия очень точно определить плотность всех указанных планет?

Раздел 5. Заблуждения и озарения учёных

5.1. Аристотель (384–322 до н. э.) утверждал: «Наиболее физические из математических наук — оптика, учение о гармонии и астрономия». А Клавдий Птолемей (ок. 87—165 н. э.) так определил небесную науку: «Астрономия — математическое изучение неба». Почему древние учёные считали астрономию математической наукой?

5.2. Древнегреческий учёный Ксенофан (VI‑V вв. до н. э.) полагал, что:

Что могло привести его к такому мнению?

5.3. Клавдий Птолемей указывал:

Где, по мнению Птолемея, находится центр Мира?

5.4. Древнегреческий философ Анаксимен (VI в. до н. э.) утверждал:

Можно ли рассматривать суждение Анаксимена как мнение учёного?

5.5. Вот что пишут о взглядах древнегреческого философа Анаксагора (ок. 500–428 до н. э.) некоторые античные авторы:

1) Диоген Лаэртий свидетельствует, что Анаксагор утверждал:

2) В древнем сборнике «Мнения философов»:

3) Платон:

4) Аристотель в «Метеорологии»:

5) Плутарх:

В чём можно согласиться с Анаксагором?

5.6. Сообщения разных старинных авторов касательно представления древнегреческого учёного Эмпедокла (ок. 490 — ок. 430 до н. э.) об устройстве мира:

Какую идею Эмпедокла может принять современный учёный?

5.7. Великий русский физик и химик Д. И. Менделеев (1834–1907) утверждал:

Как вы понимаете основную мысль этого высказывания?

5.8. Э. Ламп в книге «Законы и силы природы» (1897 г.) писал:

Можно ли согласиться с таким мнением?

5.9. Астрономический фрагмент из научно — фантастического рассказа известного учёного и писателя И. А. Ефремова «Нур-и-Дешт» (1944 г.):

Существует ли центральное «Солнце» в нашей Галактике? Каким образом учёным удалось получить изображение центральной части Галактики?

5.10. Христиан Гюйгенс в 1656 г. описал одно из своих открытий в созвездии Ориона как

Что же нашёл на небе Гюйгенс?

5.11. Французский учёный Мопертюи в своём труде «Речь о форме звёзд» (Париж, 1742 г.) писал:

О каких объектах Вселенной идёт речь?

5.12. К удивительному открытию привело в конце XVIII века строительство первых крупных телескопов, создателем которых был Вильям Гершель. Его сестра Каролина в письме к сыну великого астронома — Джону Гершелю, тоже известному астроному, — рассказывала:

В XIX веке астрономы всё чаще стали обнаруживать «тёмные пятна» на звёздном небе. По словам Германа Клейна, американский астроном Шербёрн Уэсли Бёрнхем (1838–1921) так описывал одно из таких мест в созвездии Стрельца:

К задаче 5.12. Чёрное место в созвездии Стрельца (иллюстрация из книги Г. Клейна, 1897, с. 299).

В ту эпоху существовало два мнения по поводу этих чёрных пятен, окружённых звёздными облаками. Вильям Гершель называл их «дырами в небесах» и воспринимал как признак распада Галактики на части в результате гравитационного скучивания звёзд. Вслед за ним многие астрономы придерживались этой мысли до конца XIX в. Но в те же годы некоторые известные учёные полагали, что в отдалённом космическом пространстве существует тёмная материя, которая закрывает от нас некоторые части Млечного Пути. Чей взгляд на эту проблему победил? Какова природа данных образований?

5.13. Русский учёный — энциклопедист М. В. Ломоносов своё «Вечернее размышление о Божьем Величестве при случае великого северного сияния» (1743 г.) начинает замечательными строками:

Может ли современный астроном буквально принять космологические представления Ломоносова, выраженные им в последней строке этого поэтического фрагмента?

5.14. М. В. Ломоносов писал:

13 мая 1762 года он продемонстрировал академикам телескоп — рефлектор с одним зеркалом. Как был устроен телескоп Ломоносова и применяется ли данная оптическая схема в современных телескопах?

5.15. Гераклит Эфесский (V‑IV вв. до н. э.) утверждал:

Близка ли процитированная мысль древнего учёного к современным научным представлениям?

5.16. Известно высказывание знаменитого учёного:

Кому принадлежит эта плодотворная мысль, позволившая по наблюдениям отдельных космических объектов изучать их эволюцию?

5.17. Иммануил Кант в 1755 году в предисловии к своей книге «Всеобщая естественная история и теория неба» написал, что он ставит целью «открыть устройство, которое соединяет великие элементы творения во всём своём протяжении вплоть до бесконечности, и вывести из первоначального состояния природы, с помощью механических законов, образование небесных тел и происхождение их движений». Решил ли Кант поставленные им задачи?

5.18. Иммануил Кант в книге «Всеобщая естественная история и теория неба» отметил:

Что представляется более сложным: устройство и эволюция биологических объектов или объектов мегамира?

5.19. Из стихов Джордано Бруно (1548–1600):

О каком кристалле небес упоминает Бруно? Почему за этой преградой находится бесконечность?

5.20. Известно высказывание Дж. Бруно:

С каких позиций — материалистических или идеалистических — обосновывал Бруно бесконечность Вселенной?

5.21. Джордано Бруно так излагал собственные воззрения:

Со всеми ли представлениями Дж. Бруно о строении Вселенной вы согласны?

5.22. И. Кеплер утверждал:

По мнению Кеплера, этот эксперимент подтверждает положение Солнца «в центре Мира», и тем самым — справедливость гелиоцентрической системы мира Коперника. Найдите методическую ошибку в рассуждениях Кеплера.

5.23. Галилей писал в «Звёздном вестнике»:

Объясните это явление, верно подмеченное Галилеем.

5.24. Вечером 11 ноября 1572 г., возвращаясь из своей алхимической лаборатории, где он в который уже раз безуспешно пытался получить золото, знаменитый астроном Тихо Браге по давней привычке обвёл взглядом небосвод и, поражённый, замер: знакомые очертания Кассиопеи изменились! Вместо легко узнаваемой фигуры, похожей на букву W, Тихо увидел совсем иное: левее знакомого зигзага из ярких звёзд, в это время года скорее напоминающего букву М, рядом со слабой звездой к Кассиопеи, расположенной как раз между ножек М, на небе сияло новое яркое светило! Откуда оно взялось? Тихо прекрасно знал, что Кассиопея — незодиакальное созвездие, а значит, в нём не бывает ярких планет.

Вот как сам Тихо позже вспоминал это событие:

Тихо тотчас же измерил и записал угловые расстояния новой звезды от девяти звёзд Кассиопеи и от Полярной звезды, а также своё впечатление о цвете и яркости новой звезды. Как отметил сам Тихо и другие наблюдатели, она была намного ярче Сириуса и даже ярче Венеры. В последующие дни звезду можно было наблюдать и при дневном освещении. Однако, начиная с декабря 1572 г., блеск её стал уменьшаться, и вскоре новая звезда исчезла, проблистав семнадцать месяцев и не оставив никакого следа, видимого невооружённым глазом.

Имея в виду, что в то время Тихо жил в Дании, приблизительно на широте Москвы, и используя звёздную карту или электронную программу — планетарий, ответьте на следующие вопросы. Что за удивительную звезду наблюдал Тихо Браге? Какова была высота Новой Тихо над горизонтом в тёмное и светлое время суток? Был ли в ночное время виден Сириус и была ли видна в тот период Венера?

5.25. В произведениях русских писателей нередко описываются небесные явления. Так, у И. А. Бунина есть строки:

Какую астрономическую информацию несёт этот стихотворный отрывок?

5.26. В научно — фантастической повести К. Э. Циолковского «Вне Земли» (1916 г.) описывается наблюдение звёздного неба с борта космического корабля, обращающегося на околоземной орбите:

Таким ли видят небо космонавты?

5.27. Известный французский философ Огюст Конт в 1842 г. писал:

В 1856 г. Конт снова утверждал, что химический состав звёзд навсегда останется невыясненным. Когда были проведены первые спектральные наблюдения, доказавшие, что Солнце и звёзды состоят из тех же химических элементов, которые известны на Земле?

5.28. Агнесса Кларк — английский историк астрономии (конец XIX в. — начало XX в.) писала:

Какая же?

5.29. Фридрих Вильгельм Бессель в 1844 году писал Гумбольдту:

Подтвердилось ли предположение Бесселя, основанное на его наблюдениях собственного движения звёзд? Надо ли понимать под невидимыми звёздами чёрные дыры?

5.30. В «Истории математики» Монтюкла сказано:

О каком физическом эффекте интуитивно рассуждают здесь древние учёные? На какой угол смещается изображение Солнца в результате этого эффекта для земного наблюдателя?

5.31. Уильям Томсон (лорд Кельвин) (1824–1907), английский физик, один из основоположников термодинамики, так рассуждал о природе Солнца:

На какие принципы опирается У. Томсон в данном рассуждении?

5.32. Клавдий Птолемей писал в своей книге «Альмагест»:

О каких блуждающих звёздах говорит Птолемей? О каких неравенствах в их движении идёт речь? Почему движение небесных тел, по Птолемею, может быть только круговым и равномерным? Почему построение теории наблюдаемых движений планет многие рассматривают как научный подвиг Птолемея?

Кому из выдающихся астрономов принадлежит это высказывание?

5.34. Римский политик, философ и писатель Сенека (3 до н. э. — 65 н. э.) писал:

Почему вопросы, сформулированные Сенекой, представлялись ему столь важными?

5.35. Французский астроном и физик Ф. Араго (1786–1853) описывает опыты с маятником:

Какой учёный провёл подробные наблюдения за изменением плоскости колебаний маятника и дал им качественное объяснение? В чём оно состоит? Какой учёный показал зависимость этого явления от географической широты места проведения опыта?

5.36. Древнегреческий писатель Плутарх (ок. 46 — ок. 127) утверждал:

Можно ли полностью согласиться с мнением древнего мыслителя?

5.37. В сочинении одного знаменитого учёного описана гипотеза другого известного учёного о строении Вселенной:

Кому принадлежит изложенная идея? Из какого научного труда взята эта цитата?

5.38. В XIII веке испанский король Альфонс Х, знаток и покровитель астрономии, произнёс слова, за которые он был обвинён в ереси:

Про какую модель мира так резко высказался король Альфонс?

5.39. Георг Лихтенберг (1742–1799) — немецкий физик — экспериментатор, изобретатель ксерокопирования, известный также как литератор, особенно своими афоризмами. Вот один из них:

О чём идёт речь в аллегорическом высказывании Лихтенберга?

5.40. Коперник в своём труде «Малый комментарий» (ок. 1512 г.) писал:

Вот принципы, положенные Коперником в основу своей теории:

Какие положения теории Коперника вполне справедливы, а какие являются лишь приближением к истине?

5.41. Николай Коперник писал:

Какое свойство физических систем здесь подмечено?

5.42. Н. Коперник писал:

О каких наблюдаемых явлениях идёт речь? Какие кинематические особенности в движении планет, указанные Коперником, опровергаются современной наукой?

5.43. В анонимном предисловии к книге Коперника «О вращениях небесных сфер» её редактор, протестантский богослов Андреас Осиандер (1498–1552) пишет:

Согласны ли вы с такой оценкой труда Коперника?

5.44. В 1866 г. в развалинах древнего храма в дельте Нила была найдена плита, на которой египетскими иероглифами и по — гречески написано:

С какой известной календарной системой можно отождествить этот календарь, который пытались ввести в 238 году до н. э.? Под каким именем известен этот царь в истории? Почему данная календарная система не носит имени этого царя?

5.45. Обычно учёный, приступая к исследованию нового для себя предмета, изучает труды других учёных, работавших в этом же направлении. Известны ли свидетельства, что Н. Коперник знакомился с работами своих предшественников, стоявших на позициях гелиоцентризма?

5.46. М. В. Ломоносов писал о Н. Копернике в стихотворном произведении «Письмо о пользе стекла»:

Действительно ли кинематика Солнечной системы по Копернику оказалась более простой по сравнению с системой Птолемея?

5.47. Противники Коперника и Галилея утверждали:

Что ответил на это Галилей?

5.48. В 1616 г. собрание богословов — «подготовителей судебных дел святой инквизиции» — приняло решение об осуждении учения

Н. Коперника и запрещении его труда «О вращениях небесных сфер»:

Почему церковь отрицательно отреагировала на идеи Коперника только через семь десятилетий после выхода в свет его книги?

5.49. Отречение Галилея, произнесённое им в 1633 г. под угрозой пытки перед судилищем, организованным католической церковью:

Можно ли, ознакомившись с вышеприведённым текстом «Отречения», считать, что Галилей действительно отказался от своих научных взглядов?

5.50. Иоганн Кеплер в письме своему учителю Михаэлю Мёстлину (1550–1631) от 16 февраля (по старому стилю) 1599 г. делится впечатлением о работах Тихо Браге:

Что понимал Кеплер под «архитектоникой», и кто стал тем «архитектором», который успешно использовал материалы Тихо Браге?

5.51. Иоганн Кеплер писал:

Какие другие формы орбит рассматривались Кеплером в процессе работы над теорией движения планет?

5.52. Кеплер, как известно, составлял гороскопы. Но вот как он выразил своё отношение к классической астрологии:

Можно ли считать Кеплера астрологом?

5.53. В 1766 г. в переводе на немецкий язык книги известного французского естествоиспытателя Шарля Бонне (1720–1793) «Созерцание природы» был впервые сформулирован закон планетных расстояний:

Почему закон планетных расстояний был назван не именем автора процитированной книги, а в честь двух немецких учёных — Тициуса и Боде? Орбиты каких неизвестных объектов, по мнению Тициуса и Боде, располагались между орбитами Марса и Юпитера?

5.54. За полстолетия до Ньютона был учёный, близко подошедший к пониманию роли силы тяготения во Вселенной. Он утверждал, что «два отдельных тела стремятся друг к другу, как два магнита» и что «если бы Земля и Луна не удерживались в пространстве какой‑то силой, они упали бы одна на другую», а если бы «Земля перестала притягивать воду океана, то вся вода устремилась бы к Луне». Кто этот учёный?

5.55. Свою деятельность он характеризовал весьма скромно:

Однако на его могильной плите современники написали:

… Впервые объяснил

Кто был этот учёный, и какой вклад в астрономию он внёс?

5.56. Прочитайте внимательно отрывок из произведения известного учёного:

Кому из учёных прошлого принадлежат эти догадки о гравитационном взаимодействии космических тел — Галилею, Гуку, Кеплеру, Копернику или Ньютону?

5.57. Известно высказывание французского математика, механика и астронома Жозефа Лагранжа (1736–1813) по поводу книги Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук», в которой было дано обоснование динамики:

Согласны ли Вы с мнением Лагранжа по поводу открытий Галилея?

5.58. В учебнике астрономии И. Ф. Полака так сказано о задаче трёх тел:

Имеет ли решение Лагранжа какое‑либо практическое значение?

5.59. Наилучшее время для изучения Меркурия наступает тогда, когда в астрономических альманахах указано: Меркурий невидим.

Как следует понимать это утверждение Персиваля Ловелла?

5.60. Вот наблюдение, сделанное Никола Лакайлем во время путешествия на мыс Доброй Надежды:

Пользуясь наблюдениями Лакайля оцените высоту земной атмосферы способом, впервые предложенным Кеплером. Можно считать атмосферу однородной. Насколько полученный результат соответствует современным данным?

5.61. Вильям Гершель в 1783 г. утверждал:

Придерживаются ли такого же взгляда современные астрономы?

5.62. Джованни Скиапарелли (1835–1910) писал:

Что представляют собой белые пятна на диске планеты? Почему они видны на краю диска? Из чего они состоят?

5.63. Иоганн Мёдлер (середина XIX века) заключил:

Докажите, что тёмные пятна на Марсе не могут быть водными пространствами.

5.64. Джованни Скиапарелли в конце XIX века писал:

В чём был не прав учёный?

5.65. Фред Уиппл, известный американский исследователь планет, в своей книге, изданной в 1941 году, пишет:

Изменилось ли мнение учёных относительно существования разумной жизни на Марсе за прошедшие более чем полвека?

5.66. В 1781 году В. Гершель наблюдал интересный небесный объект:

Угловой размер диска объекта в течение следующих недель возрастал, поэтому Гершель сделал вывод, что объект приближается к Земле. Какое астрономическое тело открыл Гершель? Почему он принял его за комету?

5.67. В одном из произведений Кеплера есть такие строки:

О вымышленном или реальном космическом теле идёт речь в данном отрывке?

Согласны ли вы, что научные, в том числе и астрономические, открытия делают только проницательные люди?

5.69. Леонардо да Винчи (1452–1519) утверждал в книге «Дневники и зарисовки»:

Какой модели мира придерживался Леонардо: гео- или гелиоцентрической?

5.70. Какие доводы в пользу шарообразности Луны привёл Галилей в своей книге «Диалог о двух системах мира»?

5.71. Карл В. Гаусс (1777–1855), немецкий математик и астроном, так рассуждал о жизни на Луне:

Какие научные идеи содержатся в приведённой цитате?

5.72. Джон Гершель, обсуждая отражательную способность лунной поверхности, отмечал (Гершель, 1861, с. 294):

Каково должно быть положение на небе Луны и Солнца, чтобы проведённое Гершелем сравнение давало точный результат?

5.73. Галилей писал в своём «Звёздном вестнике»:

Почему Галилей опровергает мнение именно философов, а не астрономов? В какие фазы Луны скорее всего проводил наблюдения Галилей, учитывая, что он пришёл к приведённым выше выводам относительно поверхности Луны?

5.74. Александр Гумбольдт (1769–1859), немецкий естествоиспытатель, в своей знаменитой книге «Космос» высказал такое мнение:

Действительно ли лунные кратеры есть результат вулканических извержений?

5.75. Астроном и известный популяризатор науки Камиль Фламмарион (1842–1925) в своей книге «Популярная астрономия» утверждал:

Есть ли на Луне разумные существа? Только ли большие угловые размеры Земли на небе Луны определяют её яркость? Почему Земля, там, где она видна на небе Луны, имеет приблизительно постоянные горизонтальные координаты? Почему период вращения Земли для лунного наблюдателя составляет 24^h 48^m (а точнее, 24^h 50^m)?

5.76. Галилей в книге «Диалог о двух системах мира» так писал о природе Луны:

Согласны ли вы с представлениями Галилея о природе Луны, полученными им на основании первых телескопических наблюдений?

5.77. Астронавт Нейл Армстронг, участник первой экспедиции на поверхность Луны (1969 г.), вспоминал:

Почему на Земле поднятая пыль висит в воздухе? Почему поднятая струями газа от работающего двигателя пыль на Луне разлеталась с очень большой скоростью? Почему частицы пыли летели почти параллельно поверхности Луны?

5.78. Нейл Армстронг рассказывал о передвижении американских астронавтов по поверхности Луны:

Почему передвижение по Луне посредством обычной ходьбы оказывалось столь медленным? Почему передвижение путём прыжков дало наибольшую скорость?

5.79. За 150 лет до открытия в 1877 г. Асафом Холлом спутников Марса в одной знаменитой книге было написано, что с помощью небольших, но весьма совершенных телескопов астрономы «открыли две маленькие звезды или спутника, обращающихся вокруг Марса, из которых ближайший к Марсу удалён от центра этой планеты на расстояние, равное трём её диаметрам, а более удалённый — находится на расстоянии пяти таких же диаметров. Первый совершает своё обращение в течение десяти часов, а второй — в течение двадцати одного с половиной часа…». Движение этих спутников удовлетворяет третьему закону Кеплера.

В каком произведении содержатся сведения о спутниках Марса, опубликованные задолго до их открытия, и какова точность этого прогноза?

5.80. Кеплер в письме Галилею признавался:

На чём основывались прогнозы Кеплера о существовании такого количества спутников у планет?

5.81. Известный популяризатор астрономии конца XIX века Агнесса Кларк утверждала:

Покажется ли странным современному наблюдателю на Земле видимое движение небесного объекта, имитирующее поведение Фобоса на небе Марса?

5.82. На клинописных табличках Ассирийской царской библиотеки (VII в. до н. э.) была обнаружена следующая запись астрономического характера:

Умели ли в Ассирии предсказывать лунные затмения? Зачем наблюдателю нужно было фиксировать такое количество астрономических и даже метеорологических параметров?

5.83. В китайских государственных летописях упоминается о солнечном затмении 22 октября 2137 года до нашей эры, которое не было предсказано придворными астрономами:

Эта история закончилась тем, что за халатное отношение к своим обязанностям астрономы Хи и Хо были казнены. Только ли из‑за своей нерадивости китайские астрономы в то далёкое время не смогли предсказать солнечное затмение?

5.84. Рассуждения Э. Галлея о наблюдавшемся им полном солнечном затмении 3 мая 1715 года:

Что же на самом деле обнаружил Галлей?

5.85. Для наблюдения солнечных затмений астрономы часто выезжают в экспедиции, которые не всегда бывают успешными по причине плохой погоды. Тем не менее, даже в таких условиях астрономы стараются сделать полезные для науки наблюдения. Американский астрофизик Чарлз Юнг (1834–1908) пишет в своей книге «Солнце»:

Почему освещённость на Земле даже во время полной фазы солнечного затмения оставалось достаточно высокой?

5.86. Во время полного солнечного затмения 1870 года основоположнику солнечной спектроскопии Ч. Юнгу удалось сделать замечательное наблюдение:

Объясните наблюдение Юнга.

5.87. Во время кольцеобразного затмения Солнца 15 мая 1836 года английский астроном наблюдал и впервые описал интересное явление:

Как называется описанное явление? Кто автор открытия? Какова причина этого явления?

5.88. Чарлз Юнг приводит свидетельства наблюдателей солнечных затмений:

Какое явление описывают эти наблюдатели? Почему цвет полосы красный?

5.89. В книге Ч. Юнга «Солнце» описано первое зафиксированное наблюдение «выступов» над краем солнечного диска, сделанное шведским астрономом Вассениусом:

Далее Юнг пишет:

Что в действительности видели упомянутые наблюдатели?

5.90. Популяризатор астрономии начала XX века Герман Клейн красочно описывает начало полного лунного затмения:

Поясните последнюю фразу в приведённой цитате.

Каким небесным объектам И. Ньютон предсказал такую судьбу?

5.92. Много веков большинство астрономов вслед за Аристотелем считали кометы атмосферными испарениями, воспламеняющимися в виде огненных факелов. Однако другой крупный учёный древности отстаивал представление о кометах как космических телах:

Кто был этот учёный, и в какую эпоху были сказаны его мудрые слова?

5.93. Поэт писал:

В какие исторические времена могли быть написаны эти стихи?

5.94. Исаак Ньютон, наблюдая за яркой кометой 1680 года, пришёл к следующему выводу об эволюции хвоста кометы при её приближении к Солнцу:

С какими предположениями Ньютона нельзя согласиться? Что за силы отталкивания действуют на частицы хвоста кометы?

5.95. Популяризатор астрономии Агнесса Кларк так — весьма образно — написала о предсказании Э. Галлеем очередного появления кометы, носящей теперь его имя:

Каким законам подчиняются кометы? Почему, по мнению автора цитаты, «приручены» не все кометы? Какие «вольности» наблюдаются в движении и облике комет?

5.96. Василий Яковлевич Струве в своей работе, посвящённой прохождению кометы Галлея в 1835 г., утверждал:

Почему?

5.97. Фламмарион в «Живописной астрономии» так описывает комету 1843 года:

К задаче 5.97. Прохождение кометы 1843 г. вблизи Солнца 27 февраля. Вдоль траектории указано среднее парижское время.

Наблюдались ли когда‑либо другие подобные кометы, в перигелии проходящие близ поверхности Солнца?

5.98. Флетчер Ватсон в книге «Между планетами» пишет о первых фотометрических наблюдениях астероидов:

Наблюдая Эрос в 1900 году, Оппольцер был удивлён, обнаружив, что его блеск сильно меняется. За 79 минут он ослаб на 1,5 звёздные величины. В течение следующего часа его блеск возрос до прежнего значения, но затем снова стал убывать. Полный период, охватывающий два максимума и два минимума, составил всего лишь 5 час. 16 мин. Это необычное поведение привлекло к себе особое внимание, причём удивление вскоре возросло, когда большие колебания постепенно начали замирать и через несколько месяцев вовсе исчезли.

Объясните причину изменения блеска астероида Эрос.

5.99. И. Кеплер утверждал:

Почему именно Марсу выпала такая важная роль?

5.100. Альберт Эйнштейн поставил перед наукой великую задачу:

Решена ли задача, поставленная Эйнштейном?

Примечания к разделу 5 (ссылки на источники цитат)

1. Аристотель, 1981, с. 85; Еремеева, Цицин, 1989, с. 23.

2. «Фрагменты …», 1989, с. 165, 167.

3. Херрман, 1981, с. 43.

4. Фламмарион, 1875, с. 169 (по переизданию 1994 г.).

5. «Фрагменты …», 1989, с. 505.

6. «Фрагменты …», 1989, с. 356, 358, 364.

7. Курбатов, 1950, с. 90.

12. Клейн, 1897, с. 298.

13. Куликовский, 1986, с. 52.

14. Жуков, Пронин, 1991, с. 92.

15. «Фрагменты…», 1989, с. 217.

16. Клейн, 1898, с. 91; Еремеева, 1966, с. 225–226.

17. Перель, 1958, с. 138.

19. Вильвовская, 1994, с. 75.

21. Клейн, 1898, с. 28.

24. Белый, 1982, с. 43.

26. Циолковский, 1961.

30. Араго, 1861, с. 30–31.

32. Птолемей, 1998, с. 278 и 8 (в первой цитате планеты заменены на блуждающие звёзды); Идельсон, 1947, с. 19.

33. Мороз, 1894, с. 44.

35. Араго, 1861, с. 32–33.

38. Полак, 1934, с. 123.

39. Херрман, 1981, с. 47.

40. Коперник, 1964.

43. Коперник, 1986, с. 351. (Иной перевод: «Коперник», 1947, с. 188.)

44. Климишин, 1990, с. 224.

48. Гребеников, 1982, с. 37.

49. Вильвовская, 1994, с. 83.

50. Белый, 1971, с. 54, 71.

51. Еремеева, Цицин, 1989, с. 163.

52. Клейн, 1897, с. 10.

53. Симоненко, 1985, с. 14.

54. Полак, 1934, с. 137.

56. Боголюбов, 1984.

61. Кларк, 1913, с. 402.

65. Уиппл, 1948, с. 228.

67. Белый, 1971, с. 242.

68. Вознесенский, 1976, с. 27.

71. Клейн, 1897, с. 95–96.

72. Миннарт, 1969, с. 98.

74. Араго, 1861, с. 309.

75. Фламмарион, 1897, с. 157–158. 79. Уиппл, 1948, с. 11; Полак,

1939.

81. Кларк, 1913, с. 415.

84. Араго, 1861, с.413. (Иной вариант: Кларк, 1913, с. 106–107.)

87. Кларк, 1913, с. 100.

91. Кларк, 1913, с. 155.

92. Чурюмов, 1980, с. 6.

93. Мейер, 1902, с. 199.

94. Чурюмов, 1980, с. 51.

95. Кларк, 1913, с. 142.

97. Фламмарион, 1897, с. 517.

98. Ватсон, 1947, с. 40.

99. Белый, 1971, с. 94.