*Снег, который в эту ночь явно намеревался всё же покрыть небольшим слоем ещё не достаточно холодную землю, кружился крупными хлопьями над астрономической башней Хогвартса. Благодаря специальной магии, всё что происходило над верхушкой астрономической башни отображалось на потолке кабинета астрономии.
В отблесках факелов, горящих в различных помещениях Хогвартса, снежные хлопья казались танцующими искорками волшебного огня.
Профессор сидел на краю своего стола, ожидая пока зевающие студенты зайдут в кабинет, рассядутся по креслам и приобретут выражение лица, соответствующее стремлению к знаниям. Однако, сонные и недовольные лица студентов не сильно старались приобретать данное выражение. А скорее изображали крик души - положите меня здесь умирать.*
Всем доброго времени суток, хотя такое время далеко не все назовут добрым. Но с другой стороны, раньше занятия астрономией всегда проводились ночью. Может быть стоит возобновить хорошую традицию? Шутка. =) Сегодняшнее занятие я решил провести ночью скорее для разнообразия, и чтобы напомнить о традициях Хогвартса.
Начиная проверять первые же домашние работы, пришедшие после прошлой лекции, мне вдруг пришла в голову интересная мысль -
А действительно ли все студенты понимают до конца смысл тех единиц изменения, которые звучат на лекции и которыми они (студенты) потом оперируют в домашних заданиях? Я имею ввиду действительно физический смысл.
Большинство присланных домашних заданий меня вполне устроило, но были и фразы, после которых я понял, что стоит привести сперва базовый уровень знаний студентов к определённому уровню, а потом уже продолжать скакать по созвездиям.
Быть может, для кого-то сегодняшняя лекция будет мало интересной, тем более, что картинок сегодня не будет =). Но я всё же советую хотя бы краем уха слушать, вдруг всё же найдётся кое-что полезное и для краёв ваших ушей.
В любом случае, устраивайтесь по-удобнее, кто взял с собой пледы, может спокойно ими воспользоваться, кто не взял, но не отказался бы, может воспользоваться во-он тем шкафом, там лежит достаточно тёплых пледов.
*Сказав это, профессор показывает своей волшебной палочкой на стену, в которой тот час становятся видны очертания дверей. Двери приветливо раскрываются и в потайном шкафу обнаруживается стопка аккуратно сложенных шерстяных пледов с изображением различных созвездий.
Подождав, пока все желающий возьмут себе по пледу, профессор слазит со стола и начинает лекцию, разгуливая между рядов кресел.*
Тем, кто решит закрыть глазки, всё равно рекомендую раскрыть пошире ушки и послушать вечернюю сказку.
Планируя эту незапланированную лекцию =), я хотел бы вас уберечь от некоторых ужасных ошибок, допущенных в прошлом магами, решившими на своём опыте, вблизи, изучать астрономические объекты.
Как пример могу привести одного мага, звали которого
Максимилиус Ф., обладавшего очень хорошими теоретическими знаниями астрономии, по крайней мере это показывали оценки за контрольные работы. Проблема была в том, что он, похоже, не осознавал реального смысла цифр, которые он знал на память. Почему я говорю о нём в прошедшем времени? Скоро узнаете.
Его, как и многих других заинтересовала звезда
55 созвездия Рака. Я рассказывал про эту звезду на одной из предыдущих лекций. Она примечательна тем, что содержит максимальное на сегодняшний день известное количество экзопланет.
Я не знаю, каким образом он пришёл к такой идее, возможно, его преподаватель Астрономии задавал своим ученикам такое же задание, как и я, про планетарную систему звезды 55, но он решил составить реальный рассказ на своём собственном опыте, о том как выглядит и что собой представляет
планета F этой звёздной системы.
Он очень тщательно подготовился, овладел некоторыми дополнительными заклинаниями, позволявшими ему физически находиться на планете - он мог бы там дышать и передвигаться в течение некоторого времени. Всё было готово к путешествию. Многие его друзья знали о готовящемся, но, что поразительно, никто не попытался его остановить.
В качестве способа перемещения он выбрал обычное аппарирование. И вот тут бы ему помогло глубокое знание теории магии и процесса аппарирования, но этими знаниями он, к сожалению, в достаточной глубине не обладал.
Мы все привыкли, что аппарирование - это процесс при котором маг исчезает в одном месте и тут же появляется в другом. Вот весь вопрос в том, насколько это "
тут же" действительно "
тут же". Это в общем справедливо в рамках нашей планеты. Но вот вопрос в том, насколько скорость перемещения при аппарировании действительно бесконечна?
Как выражался один талантливый маг, работы которого очень широко известны и в маггловской науке,
Существуют только две бесконечные вещи - Вселенная и человеческая глупость. Хотя по поводу Вселенной я не уверен.
Согласно расчётам этого человека, скорость перемещения при аппарировании тоже не является бесконечной, а представляет собой конечную величину, причём меньшую, чем скорость света.
Понимаете к чему я веду? Расстояние до звезды
55 созвездия Рака оценивается в 40 световых лет, что означает, что даже свету требуется 40 лет времени, чтобы достигнуть этой звезды и её планетарной системы.
Максимилиус начал своё путешествие 25 лет назад. Если ему очень крупно повезёт, и известный нам маг не ошибся в своих расчётах, Максимилиус достигнет своей цели живым ещё через приблизительно 20 лет.
Но это только в том случае, если аппарирование действительно так действует на организм человека, как мы предполагаем. Тем кто уже умеет аппарировать знакомо то не очень приятное чувство, как будто его протаскивают через резиновый шланг. Это может быть побочным эффектом при передвижении в пространстве со скоростями, сравнимыми со световыми. Наше счастье, что такое путешествие длится очень короткое время. Доли секунды. Но это уже другая история. Вернёмся к нашим гиппогрифам.
Вот почему важно реально представлять масштабы расстояний во Вселенной: чтобы не пасть жертвой вселенской же глупости.
На сегодняшний момент единственный способ попасть в отдалённые уголки Вселенной это небезызвестный артефакт, находящийся сейчас в Министерстве Магии под грифом - совершенно секретно. Мы можем управлять артефактом, но не можем до конца понять механизм его работы.
Итак, эта поучительная история возвращает нас непосредственно к теме лекции.
Единицы измерения и расстояния во Вселенной
Если бы небо над нашими головами соответствовало представлению древних людей и представляло бы собой твёрдую сферу, на которой закреплены небесные тела, дело сводилось бы к простому измерению угловых величин относительно какой-нибудь выбранной точки.
К нашему сожалению, Вселенная представляет собой нечто большее, чем твёрдую сферу, и в основной массе своей она очень даже не твёрдая. И размеры её и даже её маленьких компонентов - галактик - настолько велики, что это с трудом умещается в нашем воображении, ограниченном рамками трёхмерного пространства.
Но что же нам делать?
Ответ: использовать то, что мы имеем, а так же знания, ну и... да именно её - нашу фантазию, а иначе как придумаешь что делать с имеющимися знаниями?
Я приведу на лекции только основные величины, которые встречаются или встретятся в моих других лекциях. Как многие выполнившие домашние задания уже поняли, единиц измерения, применяемых в астрономии, великое множество.
Да и ко всему прочему, время лекции не безгранично, я думаю, многие со мной согласятся, что спать тоже надо, по-этому считаем эту лекцию крэш-курсом для новичков и повторительно-закрепительной пилюлей для старичков.
Итак...
Время во Вселенной.
Одна из самых универсальных величин это время. Какими бы системами счисления не пользовались люди разных стран, время измеряется достаточно однообразно -
секунды,
минуты,
часы,
дни,
месяцы,
годы и кратные величины - единицы, десятки, сотни, тысячи, миллионы, миллиарды этих самых секунд, минут и так далее. Для простоты, часто указывается время в секундах умноженных на десятку, возведённую в степень.
Учитывая примерный возраст Вселенной после предполагаемого
Большого Взрыва, около тринадцати с половиной миллиардов лет, система устроила всех.
Мы могли бы измерять время в "
попугаях", то есть взять за основу время существования к примеру, нашей галактики. Но такая единица измерения не очень удобна и очень неточна.
Один из таких "попугаев" -
галактический год - время, за которое
Солнечная Система делает полный оборот вокруг центра галактики
Млечный Путь. Почему это "попугаи"? Потому, что точное время оборота вокруг центра нашей галактики не известно. Его оценивают от 180 до 247 миллионов лет.
Угловые величины.
Так же несложно обстоит дело с измерением угловых величин. Меряете ли вы в
радианах или
градусах - угол всегда достаточно легко померить и оценить. На каком бы расстоянии не находился объект, угол от этого не меняется. В угловых величинах легко задавать координаты звёзд на небе, как мы их видим с Земли. Для этого Вам нужен ориентир - точка отсчёта и всего лишь два значения, грубо говоря угол по высоте и угол по ширине.
Возьмём к примеру обычную систему измерения углов в градусах. Полную окружность мы принимаем за 360 градусов. Если нужно измерить угол точнее, применяем
угловые минуты и
угловые секунды. Одна угловая минута это 1/60 градуса, а одна угловая секунда, соответственно 1/60 часть угловой минуты.
Так же с помощью угловых величин можно описать движение того или иного объекта. Например - "
Летящая Звезда" или "
Звезда Барнарда" знаменита тем, что она имеет наибольшую угловую скорость среди всех звёзд - около 10 угловых секунд в год.
Видимые размеры на небосводе.
И ещё одно применение угловым величинам - в них указываются размеры созвездий.
Применение такой величины как квадратный градус не имело бы никакого смысла, если бы мы под
созвездиями понимали
реальные объекты, находящиеся неподалёку друг от друга. Но так как под созвездиями мы понимаем картинки, проекцию звёзд, как мы их видим на небе, то есть, для нас это двумерные объекты, мы спокойно можем померить их площадь.
Как выразился один из студентов в домашней работе (и был в этом абсолютно прав), с линейкой ползать по небу неудобно, вместо линейки мы пользуемся угловыми величинами, которые не зависят от расстояния. Перемножив "высоту" созвездия на её "ширину" в градусах, мы получаем
квадратные градусы - площадь созвездия.
Эта модель слегка обобщена для того, чтобы было проще понять, как меряется размер созвездия. Так как созвездия не идеально прямоугольной формы, то для высчитывания площади требуется чуть более сложная система, но идея остаётся той же.
Видимая звёздная величина.
Субъективная величина, которая на прямую не отражает яркость звёзд, а то, насколько ярко та или иная звезда воспринимается наблюдателем. Проще говоря - это
блеск звезды - то количество света, которое доходит от звезды до нас.
Самые яркие звёзды имеют звёздные величины:
- 1,47 -
Сириус
- 0,6 -
Канопус
- 0,3 -
альфа Центавра
- 0,1 -
Арктур
+ 0,0 -
Вега
и так далее
самый тусклый объект, который удалось зафиксировать имеет звёздную величину +30.
То есть понятно, что чем больше значение, тем тусклее нам кажется звезда.
Шкала блеска звёзд не линейная, а логарифмическая. Это значит, что с увеличением блеска на единицу, светимость изменяется не на какую-то постоянную величину, а в разы.
Если измерить яркость Солнца, она составит минус 26,7, что в 400 тысяч раз ярче Луны в полнолуние (минус 12,7).
Абсолютная звёздная величина.
В принципе аналогично видимой звёздной величине, но значение не зависит от расстояния и восприятия наблюдателем.
Абсолютной звёздной величиной называют такую
видимую звёздную величину, которая была бы у звезды, если бы та находилась от нас на удалении 10 парсек.
В логическом смысле, абсолютная звёздная величина более относительна чем видимая =). Шутка.
Как и в случае с видимой звёздной величиной, значение абсолютной звёздной величины может быть отрицательным для звёзд с большой светимостью. Упс... Что такое светимость? Переходим дальше.
Светимость звёзд
В отличие от видимой звёздной величины, светимость - величина абсолютная.
Светимость означает всё то количество энергии, которое звезда излучает во всех направлениях за одну секунду. Величины получаются достаточно крупными, по-этому светимость часто выражают не абсолютной величиной, а соответствием солнечной светимости.
К примеру:
Сириус обладает светимостью 22 светимостей Солнца,
Канопус - 4 700,
Арктур - 107 и
Вега - 50.
Я намеренно не упоминаю в сегодняшней лекции понятие
спектрального класса звезды (ну вот, теперь я его упомянул), так как эта характеристика представляет собой отдельный, достаточно большой раздел астрономии.
Раз я уже упомянул его, совсем коротко: вам достаточно знать, что спектральный класс зависит напрямую от её температуры звезды и позволяет составить представление о возрасте, размере, химическом составе, эволюционном этапе и так далее.
В кратце: свет, идущий от звезды, раскладывают на составляющие его цвета, затем определяется, какое количество того или иного цвета присутствует в спектре звезды и в зависимости от преобладания тех или иных составляющих, звезде присваивается спектральный класс.
Пока не влезли в дебри, пойдём дальше. Дальше будет "тяжелее" =).
Массы объектов.
Для измерения массы объектов так же применяются повседневные привычные величины - фунты и килограммы. Чтобы не сильно утруждать себя написанием большого количества нулей, применяется обычная запись: число, умноженное на десять в какой-то степени.
Так же распространено указание массы объектов в соотношении к массе Солнца. В
массах Солнца обычно меряют объекты тяжелее нашего Солнца, или хотя бы сравнимые с ним.
Зачастую, массами Солнца оцениваются объекты, для которых мы пока не можем рассчитать массу точно. Так например масса самой массивной чёрной дыры оценивается в 18 миллиардов масс Солнца.
Массы галактик колеблются от 10 в пятой до 10 в двенадцатой степени масс Солнца.
Расстояние до объектов.
Я надеюсь, все со мной согласятся, что расстояния во Вселенной очень велики. Вполне можно применять для выражения расстояний обыкновенные метры и километры, записывая их при помощи десяти в какой-либо степени. Такие единицы измерения используются, причём вполне успешно, и являются наиболее точными.
Но наряду с привычными метрами и километрами существует ещё несколько относительных единиц. Самая маленькая из них - так называемая
астрономическая единица. В километрах она выражается как 149 597 870,610 километров. Не очень круглое число? Напротив. А всё потому, что это число - это среднее расстояние между центрами масс Земли и Солнца. Теперь верите, что число достаточно круглое? =)
В разной литературе вы можете найти несколько различающиеся коэффициенты пересчёта километров в астрономические единицы и наоборот, но отличаются они не сильно.
Дальше следует
световой год - моя любимая единица измерения. Если её выразить в километрах, то один световой год будет равен скажем 9460528177426,82 километров. Опять же достаточно круглое число. Почему? Потому, что это то расстояние, которое проходит фотон света в вакууме за один год - вполне круглая величина.
Как и в случае с астрономической единицей, встречаются разные коэффициенты перевода в километры. Это связано с различным понятием "год" в различных календарных системах.
Для измерений в масштабах
планетарных систем, где расстояния не так велики, часто применяются единицы как
световая минута - расстояние, которое преодолеет фотон света за одну минуту и соответственно
световая секунда. В этих единицах расстояние от Луны до Земли - 1 световая секунда, а от Земли до Солнца - 8 световых минут.
Следующая единица - это
парсек. Достаточно интересная единица измерения. В домашних работах я видел много достаточно сложных формулировок. Попробую сформулировать просто:
1 парсек этот такое расстояние, с которого средний радиус земной орбиты (1 астрономическая единица) виден под углом 1 угловая секунда.
В километрах это будет примерно 30856775812800 км. Тоже достаточно круглое число =).
Более крупных единиц измерения расстояния не придумывали, а ограничились применение кило-, мега- и гигапарсеков, так как горизонт той части Вселенной, от которой наши приборы способны регистрировать свет лежит на расстоянии 4 гигапарсека от нас. Дальше мы "видеть" всё равно не в состоянии.
Итак,
что нам доступно, что недоступно и почему я так люблю именно астрономический год и более мелкие астрономическую минуту и секунду - по ним достаточно просто оценить истинные расстояния, а так же время, в течении которого можно достигнуть объекта.
Практически любые объекты в пределах нашей солнечной системы более-менее доступны для самого быстрого на сегодняшний момент средства передвижения - трансгрессии, а на Луну так и вообще можно было бы летать на пикник.
Но это только с точки зрения времени, потраченном на перемещение. Аппарирование на такое расстояние не может быть произведено неподготовленным магом, как бы легко он не владел им.
В первую очередь это проблемы самого аппарирования, такие как необходимость досконального изучения места "высадки" на Луне, чтобы знать куда аппарировать. Так же необходимо учитывать, что при передвижении в гравитационном поле такого большого объекта как Земля с такими большими скоростями искажается не только время, но и пространство, и вы можете запросто "промахнуться" на пару тысяч километров.
Ну и во вторую очередь это проблемы прибывания на самой Луне - воздух, давление, гравитация и так далее.
Только после прохождения специального курса подготовки межпланетной аппарации в... не могу вам сказать точно место, но это не в нашем Министерство Магии, в общем после специальной подготовки это возможно.
Если же мы хотим покинуть пределы нашей солнечной системы, используются совершенно другие технологии и/или артефакты.
Расстояние до ближайшей к нам звезды - альфы созвездия Кентавра (более известная как альфа Центавра) - больше четырёх световых лет, это значит, что провести в состоянии аппарации предстоит около шести земных лет, что находится уже далеко за границами возможностей человеческого организма. Но это опять же, дебри, в которые влазят только во время подготовки к экзамену на аппарирование.
Краткий вывод - не делайте глупостей. =)
Применение единиц измерения.
В астрономии допускается достаточно свободное применении единиц измерения. Среди общепринятых единиц вы можете применять любые удобные для вас. Единственное что требуется помнить, что выбор единиц измерения должен быть оправданным.
К примеру, не имеет никакого смысла мерить расстояние между галактиками астрономическими единицами. Так как расстояние даже до ближайших галактик оценивается в миллионы световых лет, то и использовать следует световые годы и парсеки... ну ладно, мега-световые годы и мекгапарсеки.
Ну и разумеется, всегда приветствуется использование системных единиц, таких как метры с десяткой в такой-то степени.
Сюда же относится разумное применение тех же угловых величин. Не имеет смысла указывать например параллакс звезды в стотысячных долях градуса, когда можно использовать доли угловых секунд.
Пожалуй, на этом можно остановиться. Если вы нормально усвоите перечисленные единицы и понятия, больших проблем с астрономией у вас не будет, а так же за ваше здоровье мне, как вашему преподавателю астрономии, опасаться будет не нужно. По крайней мере, по моей вине, с вами ничего не случится. =)
Ну и завершающий аккорд вечерней сказки для студентов -
домашнее задание.
1. Для подготовительного и основных курсов – задание опять же на талант уговаривания. Представьте себя друзьями несчастного Максимилиуса Ф. и представьте, что вы узнали о его планах по полёту на дальнюю звезду. Ваша задача уговорить его не делать глупостей. Ответ должен быть в игровой форме - ваш разговор с Максимилиусом от обоих лиц. Так же разговор должен быть законченным, с достигнутым результатом. Я знаю, что кое у кого из вас прямо чешутся руки, чтобы написать сказку с плохим концом. Я не могу вам этого запретить, могу только попросить воздержаться от этого, но в любом случае, разговор должен быть логичным и закончиться он должен логично.
2. Только для основного курса – в лекции, в разделе о расстояниях, я упомянул об альфе Центавра. Вам необходимо найти ошибку, допущенною мной в том абзаце когда я говорил о ней, а так же сказать - почему это ошибка и с каких пор эта ошибка является ошибкой. =)
Срок выполнения домашнего задания - до
2.12.2008, 23:59:59.
В этот раз есть ограничение на минимальный объём по первому заданию. Для ПК это 10 информативных предложений, для ОК - 15. Под информативными предложениями понимаются предложения, относящиеся к самому заданию. Предложения типа "Привет, как дела?" на подсчёт количества не влияют.
Требования к домашним заданиям
Работа должна содержать
1. Ваше имя, указанное в рейтинге. Если Вы сменили имя, можете указать актуальное, но тогда укажите в скобках имя указанное в рейтинге.
2. Факультет и курс.
3. Номер и тему лекции.
4. В рейтинг факультета или в личный рейтинг - и не надо писать количество баллов.
5. Собственно работа по пунктам.
Работа должна быть хорошо читаемой и структурированной.
Работа может содержать рисунки или ссылки на рисунки если это касается работы и объясняет или дополняет её.
Если в работе цитаты из других источников занимают более трети объёма текста, это может негативно повлиять на оценку.
Работа не должна содержать не относящихся к теме информации, ссылок и картинок.
Не разбитый на абзацы беспорядочный текст может быть и будет использован против Вашей оценки.
О сдаче работ в кабинете отмечаются только сдающие в рейтинг факультета.
На сегодня всё, можете быть свободными. Всего хорошего и приятных сновидений. Пледы можете оставить на своих местах, о них потом позаботятся домовики. Единственное что, просьба, вставая со своего места обращать внимание на соседей. Спящих просьба здесь не оставлять.
*Проводив взглядом учеников, и понимая, что наводить порядок в кабинете сил уже нет, профессор скрывается в своих покоях. Ночные лекции это явно не наилучший способ заботы о здоровье.*
[/spoiler]
[/spoiler]
[/spoiler]
[/spoiler]
[/spoiler]
[/spoiler]
.