Ensayo de autoestudio sobre Doppler
Historia de la Astronomía
El origen de la astronomía se remonta a la era incipiente de la cultura humana. En la antigüedad, para indicar la dirección y determinar el tiempo y las estaciones, la gente observaba el sol, la luna y las estrellas, determinaba sus posiciones, descubría sus patrones cambiantes y compilaba calendarios en consecuencia. Desde esta perspectiva, la astronomía es una de las disciplinas de las ciencias naturales más antiguas.
En la antigüedad, la gente observaba el sol, la luna y las estrellas a simple vista para determinar el tiempo y la dirección, hacer calendarios y guiar la producción agrícola. Este fue el comienzo de la astrometría. El contenido de la astronomía primitiva era esencialmente la astrometría. Desde que Copérnico propuso la teoría heliocéntrica a mediados del siglo XVI, el desarrollo de la astronomía ha entrado en una nueva etapa. Anteriormente, las ciencias naturales, incluida la astronomía, estaban severamente limitadas por la teología religiosa. Las teorías de Copérnico liberaron a la astronomía de las cadenas de la religión y, durante el siguiente siglo y medio, evolucionó desde la astrometría clásica, que describía principalmente las posiciones y movimientos de los cuerpos celestes, hasta la mecánica celeste, que buscaba los mecanismos mecánicos que causaban tales movimientos.
En los siglos XVIII y XIX la mecánica celeste clásica alcanzó su apogeo. Al mismo tiempo, gracias a la amplia aplicación de la subóptica, la fotometría y la fotografía, la astronomía comenzó a desarrollarse hacia el estudio en profundidad de las estructuras y procesos físicos de los cuerpos celestes y nació la astrofísica.
La física y la tecnología modernas se desarrollaron rápidamente en el siglo XX y encontraron aplicaciones generalizadas en las observaciones e investigaciones astronómicas, lo que convirtió a la astrofísica en una disciplina principal de la astronomía y al mismo tiempo promovió la mecánica celeste y la astrometría clásicas. Con el nuevo desarrollo de la ciencia, la comprensión de la gente del universo y de diversos cuerpos celestes y fenómenos astronómicos en el universo ha alcanzado una profundidad y amplitud sin precedentes.
La astronomía es esencialmente una ciencia observacional. Todos los descubrimientos y resultados de las investigaciones en astronomía son inseparables de las herramientas de observación astronómica: los telescopios y sus equipos receptores finales. Antes del siglo XVII, la gente había construido muchos instrumentos de observación astronómica, como la esfera armilar china e instrumentos sencillos, pero el trabajo de observación sólo podía realizarse a simple vista. En 1608, el holandés Lippersay inventó el telescopio. En 1609, Galileo construyó el primer telescopio astronómico e hizo muchos descubrimientos importantes. Desde entonces, la astronomía ha entrado en la era del uso de telescopios. Desde entonces, se ha seguido mejorando el rendimiento de los telescopios para poder observar objetos más débiles y obtener resoluciones más altas. En 1932, el estadounidense Jansky utilizó su conjunto de antenas giratorias para observar ondas de radio de cuerpos celestes, siendo pionero en la radioastronomía. El primer radiotelescopio con reflector parabólico nació en 1937. Desde entonces, con la continua expansión y mejora del rendimiento de los radiotelescopios en términos de apertura, longitud de onda de recepción, sensibilidad, etc., la tecnología de observación radioastronómica ha hecho importantes contribuciones al desarrollo de la astronomía. En los últimos 50 años del siglo XX, con el desarrollo de los detectores y la tecnología espacial y el trabajo de investigación en profundidad, las observaciones astronómicas se han expandido aún más desde la luz visible y las bandas de radio hasta las bandas de ondas electromagnéticas, incluidas las infrarrojas, ultravioletas, rayos X, y los rayos gamma, que forman muchos La astronomía de banda de ondas proporciona poderosos métodos de observación para explorar la naturaleza física y los fenómenos astronómicos de varios cuerpos celestes, y la astronomía se ha desarrollado a una nueva etapa. En cuanto al equipo receptor en la parte trasera del telescopio, la fotografía, la espectroscopia y la fotometría se utilizaron ampliamente en las observaciones astronómicas a mediados del siglo XIX, lo que promovió en gran medida la exploración del movimiento, la estructura, la composición química y el estado físico de los cuerpos celestes. . Se puede decir que la astrofísica se desarrolló gradualmente hasta convertirse en la disciplina principal de la astronomía después de que se aplicaron estas tecnologías.
El ser humano lleva mucho tiempo deseando nadar en el espacio. En 1903, el hombre abrió el primer parque lunar de la Tierra. Por 50 centavos se podía subir a un automóvil con alas en forma de cigarro que se balanceaba violentamente y aterrizaba en un modelo de luna.
Ese mismo año, los hermanos Wright resonaron en el aire durante 59 segundos y un ruso autodidacta llamado Konstantin Ziolkowski publicó un artículo titulado "Exploración del espacio con instrumentos reactivos". En su artículo, calculó que el misil tendría que volar a una velocidad de 30.000 kilómetros por hora para vencer la gravedad de la Tierra. También propuso construir un cohete multietapa de propulsión líquida.
En la década de 1950, existía la opinión básica generalmente aceptada de que cualquier país que estableciera primero con éxito una estación espacial permanente, tarde o temprano controlaría toda la Tierra. Wernher von Braun describió a los estadounidenses misiles intercontinentales, misiles submarinos, espejos espaciales y un posible viaje a la luna. Una vez imaginó la construcción de una estación espacial frecuentemente tripulada capaz de lanzar misiles nucleares.
Dijo: "Si tenemos en cuenta que la estación espacial vuela sobre todas las zonas habitadas de la Tierra, entonces podemos darnos cuenta de que esta tecnología de guerra nuclear dará a los fabricantes de satélites una ventaja absoluta en la guerra.
1961, Gagarin se convirtió El primer hombre en el espacio fue utilizado por los rusos para demostrar que no eran ángeles volando en el cielo ni Dios. El lema de la campaña de John F. Kennedy en Estados Unidos fue "La Nueva Frontera", explicó: “ Una vez más vivimos en una era de descubrimientos. El espacio es nuestra nueva e inconmensurable frontera. "Para Kennedy, la primera entrada de la Unión Soviética al espacio fue "el fracaso más doloroso que Estados Unidos haya experimentado en muchos años". La única salida es la ofensiva y la defensa. En 1958, Estados Unidos creó la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio. y lanzó el primer satélite "Explorer" ese mismo año ". En 1962, John Glenn se convirtió en el primer estadounidense en entrar en la órbita terrestre.
Muchos científicos se muestran escépticos ante los peligrosos vuelos espaciales tripulados y prefieren utilizar aviones para explorar el sistema solar.
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En aquel momento, los estadounidenses lograron un gran avance: tres astronautas volaron alrededor de la luna en la nave espacial Apolo. En este contexto, estaba previsto el primer acoplamiento de dos naves espaciales tripuladas. Junio de 1969+10. Importancia especial.
En la década de 1980, la estación espacial de tercera generación de la Unión Soviética, "Mir", alcanzó la cima de sus actividades espaciales, lo que hizo que los estadounidenses sintieran envidia de "Paz", conocida como la " cielo hecho por el hombre". Lanzada el 20 de febrero de 1986, es la única estación orbital espacial tripulada que puede operar en el espacio cercano a la Tierra durante mucho tiempo. Forma una cápsula con el peso correspondiente de Quantum 1, Quantum 2, Crystal , Espectro y Naturaleza Un enorme complejo orbital espacial de 140 toneladas y un volumen de trabajo de 400 metros cúbicos. En esta "pequeña fábrica espacial" han sido inspeccionados 106 astronautas rusos y extranjeros, con hasta 22.000 proyectos de investigación científica. y 600 proyectos clave.
El experimento más fascinante realizado en Mir es extender el tiempo que los humanos permanecen en el espacio. Este es el objetivo final para que los humanos salgan volando de la cuna de la tierra y marchen hacia el cielo. Cuerpos como Marte. Un paso crítico para resolver este problema es necesario superar las barreras psicológicas causadas por la ingravidez, la radiación cósmica y los cosmonautas rusos en este sentido, entre los que se encuentra el cosmonauta Polyakov. Mir". Un récord de 438 días consecutivos de vuelo humano, lo que no puede dejar de considerarse un logro importante en la historia de los vuelos espaciales en el siglo XX. Se llevaron a cabo un gran número de experimentos de ciencias biológicas, como la cría de codornices, tritones y trigo. llevado a cabo en la estación orbital.
Si la estación espacial Mir se considera la estación espacial de tercera generación de la humanidad, la Estación Espacial Internacional pertenece a la estación espacial de cuarta generación. Más de 60 mil millones de dólares estadounidenses y es el proyecto espacial tripulado más grande de la humanidad hasta la fecha. No es solo producto de la competencia entre Estados Unidos y la Unión Soviética, sino también el resultado de la cooperación actual entre Estados Unidos y Rusia. refleja un proceso histórico desde el costado.
La implementación del programa de la Estación Espacial Internacional se ha completado en tres fases. Durante este período, Estados Unidos y Rusia llevaron a cabo principalmente una serie de actividades espaciales tripuladas conjuntas. El transbordador espacial estadounidense se acopló ocho veces a la estación orbital rusa Mir y volaron juntos, ejercitando la capacidad de los astronautas estadounidenses para vivir y trabajar en la estación espacial. La segunda fase comienza en junio de 1998+065438+octubre: Rusia utiliza el Proton-K. El cohete para poner en órbita el módulo principal de la estación espacial, el módulo de carga funcional, también lleva a cabo algunos experimentos militares, por lo que el módulo solo puede ser utilizado por astronautas estadounidenses. El lanzamiento y el acoplamiento del módulo experimental marcarán el comienzo. final de la segunda fase, cuando la estación espacial ha comenzado a tomar forma y podrá albergar a tres astronautas durante mucho tiempo; la tercera fase consistirá en combinar el módulo espacial estadounidense, el de la Agencia Espacial Europea y el módulo experimental de fabricación japonesa y canadiense; Sistema de servicio móvil enviado al espacio. Cuando estos módulos se acoplan a la estación espacial, marca la finalización final del ensamblaje de la Estación Espacial Internacional. En este momento, el número de astronautas en la estación espacial se puede aumentar a 7.
Estados Unidos, Rusia y otros 15 países han construido conjuntamente la Estación Espacial Internacional, lo que marca la llegada de una era de exploración conjunta y desarrollo pacífico del espacio por parte de todos los países. Sin embargo, los logros de las actividades espaciales tripuladas en las últimas décadas están lejos de satisfacer su deseo de espacio. "El camino es largo y largo, y buscaré hacia arriba y hacia abajo". Los seres humanos siempre han tenido el deseo de conquistar el espacio y la determinación de utilizar pacíficamente los recursos espaciales. 1998 165438 + Octubre, Glenn, de 77 años, el primer astronauta estadounidense en entrar en la órbita terrestre, se embarcó nuevamente en un viaje espacial con su inquebrantable ambición, pareciendo decirle a la humanidad que conquistar el espacio a tal velocidad no es un sueño.
[Editar este párrafo] Descripción general de la astronomía
La astronomía es diferente de la meteorología. Su objeto de investigación son las propiedades de varios cuerpos celestes fuera de la atmósfera terrestre y diversos fenómenos que ocurren en los cuerpos celestes: fenómenos celestes, mientras que el objeto de investigación de la meteorología son diversos fenómenos que ocurren dentro de la atmósfera terrestre: meteorología.
La astronomía estudia diversos cuerpos celestes en el espacio, que van desde la luna, el sol, planetas, estrellas, galaxias fuera de la Vía Láctea e incluso el universo entero, hasta pequeños asteroides y meteoroides, incluso distribuidos en el vasto espacio. . de partículas de polvo grandes y pequeñas. Los astrónomos llaman a todos estos objetos cuerpos celestes. La Tierra también es un cuerpo celeste, pero la astronomía sólo estudia las propiedades generales de la Tierra y generalmente no analiza sus detalles. Además, las propiedades de movimiento de los aviones fabricados por el hombre, como satélites, naves espaciales y estaciones espaciales, también entran dentro del ámbito de la astronomía y pueden denominarse cuerpos celestes creados por el hombre.
Los cuerpos celestes del universo se pueden dividir en varios niveles, de cercano a lejano: (1) Cuerpos celestes del sistema solar: incluido el sol, los planetas (incluida la Tierra), los satélites de los planetas (incluido el luna), asteroides, cometas, meteoroides y el medio interplanetario. (2) Varias estrellas y grupos de estrellas en la Vía Láctea: incluidas estrellas variables, estrellas binarias, estrellas múltiples, cúmulos de estrellas, nebulosas y medios interestelares. (3) Las galaxias extragalácticas, denominadas galaxias, se refieren a enormes sistemas estelares similares al nuestro ubicados fuera de nuestra Vía Láctea, así como a grupos de cuerpos celestes más grandes compuestos por galaxias, como galaxias binarias, galaxias múltiples, cúmulos de galaxias y cúmulos de súper galaxias. , etc. Además, existe el medio intergaláctico distribuido entre galaxias.
La astronomía también explora el origen, la estructura, la evolución y el resultado futuro del universo entero en su conjunto. Este es el contenido de investigación de la cosmología, una rama de la astronomía. La astronomía también se puede dividir en astrometría, mecánica celeste y astrofísica según el contenido de la investigación.
La astronomía está siempre a la vanguardia de la filosofía y siempre a la vanguardia del debate. La astronomía, como disciplina de investigación básica, está estrechamente relacionada con la sociedad humana en muchos aspectos. Las estrictas leyes del tiempo, la alternancia del día y la noche y los cambios de las estaciones deben determinarse mediante métodos astronómicos. La humanidad ha entrado en la era espacial y la astronomía juega un papel insustituible en el éxito de diversas exploraciones espaciales. La astronomía también ha hecho su propia contribución a la prevención y reducción de desastres para los seres humanos y la Tierra. Los astrónomos también prestarán mucha atención a los eventos astronómicos catastróficos, como los cometas que pueden colisionar con la Tierra, para prevenirlos a tiempo y tomar las medidas de respuesta correspondientes.
[Editar este párrafo] Sistema Solar
(Nota: En la Resolución nº 5 aprobada por la 26ª Unión Astronómica Internacional celebrada en Praga el 24 de agosto de 2006, Plutón fue clasificado como planeta enano y llamado asteroide 134340, y está eliminado de los nueve planetas del sistema solar. Por lo tanto, solo hay ocho planetas en el sistema solar. Todas las referencias a "nueve planetas" en este artículo se han cambiado a "ocho planetas". ").
El sistema solar está formado por el sol, ocho planetas, 66 satélites e innumerables asteroides, cometas y meteoritos.
El orden de los planetas alejados del sol es: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
Mercurio, Venus, la Tierra y Marte que están cerca del sol se llaman planetas terrestres. Todas las naves espaciales detectaron y aterrizaron en Marte y Venus, y lograron resultados importantes. Se caracterizan por una alta densidad (superior a 3,0 g/cm3), tamaño pequeño, rotación lenta, pocos satélites, compuestos principalmente de piedra y hierro, el interior es principalmente de silicato y la cáscara es fuerte.
Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno que están más lejos del sol se llaman planetas similares a Júpiter. Las naves espaciales también los detectaron, pero no aterrizaron. Todos ellos tienen atmósferas espesas, compuestas principalmente de hidrógeno, helio, hielo, metano, amoníaco, etc. Su masa y radio son mucho mayores que los de la Tierra, pero su densidad es baja y las características de su superficie son difíciles de entender. En términos generales, tienen núcleos sólidos similares a los de planetas similares a la Tierra.
Hay más de 100.000 asteroides (es decir, pequeñas estrellas irregulares compuestas de rocas) entre Marte y Júpiter. Se especula que pudieron haberse formado a partir de fragmentos de un planeta ubicado entre Marte y Júpiter, o de fragmentos de roca que no lograron acumularse en un planeta unificado. Los meteoritos se encuentran entre los planetas y están hechos de piedra o hierro.
Estrella, distancia (AU), radio (Tierra), masa (Tierra), inclinación orbital (grados), excentricidad orbital, inclinación y densidad (g/cm3).
Sol, 0, 109, 332, 800, -, -, -, 1.410.
Estrella de Agua, 0,39, 0,38, 0,05, 7, 0,2056, 0,1, 5,43.
Venus, 0,72, 0,95, 0,89, 3,394, 0,0068, 177,4, 5,25.
Tierra, 1,0, 1,00, 1,00, 0,000, 0,0167, 23,45, 5,52.
Marte, 1,5, 0,53, 0,11, 1,850, 0,0934, 25,19, 3,95.
Muxing, 5.2, 11.0, 318, 1.308, 0.0483, 3.12, 1.33.
Satélite terrestre, 9,5, 9,5, 95, 2,488, 0,0560, 26,73, 0,69.
Urano, 19.2, 4.0, 17, 0.774, 0.041, 97.86, 1.29
Neptuno, 30.1, 3.9, 17, 1.774, 0.0097, 29.56, 1.64
La distancia entre el planeta y el sol es regular, es decir, calculada desde el punto más cercano al sol, la distancia entre el planeta y el sol (expresada por a) es a=0,4+0,3*2n-2 (unidades astronómicas), donde n representa la distancia desde el más cercano al sol hasta el enésimo planeta lejano (consulte la tabla anterior para obtener más detalles). El período de rotación de la Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno es de aproximadamente 12 horas a un día. A excepción de Mercurio y Venus, todos los demás planetas tienen satélites que los orbitan, formando un sistema de satélites.
Se han descubierto más de 1.600 cometas en el sistema solar, aproximadamente la mitad de los cuales giran alrededor del sol en la misma dirección y la otra mitad en la dirección opuesta. Los cometas sufren extraños cambios de forma a medida que orbitan alrededor del sol. En el sistema solar también hay una gran cantidad de meteoritos grandes y pequeños, algunos de los cuales se encuentran en grupos y son producto de la desintegración de los cometas. Los grandes meteoritos se convierten en meteoritos cuando caen al suelo. El sistema solar es una parte muy pequeña de la Vía Láctea. El sol es sólo una de los cientos de miles de millones de estrellas de la Vía Láctea. Se encuentra a unos 8.500 pársecs, o menos de 30.000 años luz, del centro de la Vía Láctea. Forma. El sol transporta todo el sistema solar alrededor del centro de la Vía Láctea. Se puede observar que el sistema solar no está en el centro del universo, ni tampoco en el centro de la Vía Láctea. El sol se formó a partir del colapso de una pequeña nube después del colapso de la nube interestelar hace 5 mil millones de años, y su vida útil es de aproximadamente 65,438+0 mil millones de años.
[Editar este párrafo] Vuelo espacial
El universo es el término general para designar el vasto espacio y los diversos cuerpos celestes y materia difusa que en él existen. El universo es un mundo material que está en constante movimiento y desarrollo. Durante miles de años, los científicos han explorado cuándo y cómo se formó el universo. Hasta el día de hoy, los científicos están convencidos de que el universo se formó mediante un Big Bang hace unos 654,38+500 millones de años. Antes de la explosión, toda la materia y energía del universo se reunieron y se condensaron en un volumen muy pequeño con temperatura y densidad extremadamente altas, y luego ocurrió el big bang. El big bang provocó que la materia se dispersara, el espacio se expandiera y la temperatura descendiera en consecuencia. Todas las galaxias, estrellas, planetas e incluso la vida que apareció posteriormente en el universo se fueron formando gradualmente durante este proceso de continua expansión y enfriamiento. Sin embargo, la teoría de que el Big Bang creó el universo no explica con precisión lo que existía antes de "la acumulación de materia y energía almacenadas en un solo punto". La teoría del Big Bang fue fundada por Gamow en 1946.
La teoría del Big Bang
(cosmología del Big Bang) es la teoría más influyente de la cosmología moderna, también conocida como cosmología del Big Bang. Explica más observaciones que otros modelos del universo. Su idea principal es que nuestro universo alguna vez tuvo una historia evolutiva de caliente a frío. Durante este período, el sistema cósmico no era estático, sino que se expandía constantemente, lo que hacía que la densidad de la materia evolucionara de densa a escasa. Este proceso de calor a frío, de denso a fino, es como una gran explosión. Según la cosmología del Big Bang, todo el proceso del Big Bang ocurrió en las primeras etapas del universo, donde la temperatura era extremadamente alta, por encima de los 100 mil millones de grados. La densidad de la materia también es bastante grande y todo el sistema cósmico se encuentra en un estado de equilibrio. En el universo sólo existen algunas partículas básicas, como neutrones, protones, electrones, fotones, neutrinos, etc. Pero como todo el sistema se está expandiendo, la temperatura baja rápidamente. Cuando la temperatura desciende a unos 10 mil millones de grados, los neutrones comienzan a perder las condiciones para la existencia libre. Se desintegran o se combinan con protones para formar hidrógeno pesado, helio y otros elementos. Fue a partir de este período que comenzaron a formarse elementos químicos. Cuando la temperatura desciende aún más a 654,38+0 millones de grados, finaliza el proceso inicial de formación de elementos químicos (ver Teoría de la síntesis de elementos).
La materia del universo está formada principalmente por protones, electrones, fotones y algunos núcleos atómicos más ligeros. Cuando la temperatura desciende a unos pocos miles de grados, la radiación disminuye y el universo queda dominado por materia gaseosa. El gas se condensó gradualmente en nubes de gas, que luego formaron varios sistemas estelares y se convirtieron en el universo que vemos hoy. El modelo del Big Bang puede explicar uniformemente los siguientes hechos observacionales:
(1) La teoría del Big Bang cree que todas las estrellas nacieron después de que la temperatura bajó, por lo que la edad de cualquier cuerpo celeste debería ser mayor que la temperatura. cayó hasta hoy El período es corto, es decir, menos de 20 mil millones de años. Las mediciones de las edades de varios cuerpos celestes lo demuestran.
(2) Se ha observado un desplazamiento sistemático hacia el rojo de las líneas espectrales de objetos extragalácticos, y el desplazamiento hacia el rojo es aproximadamente proporcional a la distancia. Si se explica por el efecto Doppler, entonces el corrimiento al rojo es un reflejo de la expansión del universo.
(3) El helio es abundante en diversos cuerpos celestes, la mayoría de ellos en un 30%. El mecanismo de las reacciones nucleares estelares no es suficiente para explicar por qué hay tanto helio. Según la teoría del Big Bang, la temperatura inicial era muy alta y la eficiencia de producción de helio también era muy alta, lo que puede explicar este hecho.
(4) Basándonos en la tasa de expansión y la abundancia de helio del universo, podemos calcular la temperatura del universo en varios períodos históricos. Gamov, uno de los fundadores de la teoría del Big Bang, predijo que hoy el universo ya es muy frío, con una temperatura absoluta de sólo unos pocos grados. En 1965, se detectó radiación de fondo de microondas con un espectro de radiación térmica en la banda de microondas, con una temperatura de aproximadamente 3K.