Прохождение Венеры по диску Солнца

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №3

Центрального района  г. Волгограда

Прохождение Венеры по диску Солнца

                                        Выполнила:

Семенова Мария Алексеевна,

ученица 10 «А» класса

Учитель:

Димитренко Марина Леонидовна,

учитель физики высшей категории

Волгоград  2014

Содержание

Введение………………………………………………………………………3

Глава 1. Венера – планета Солнечной системы

1.1. Общая характеристика Венеры………..…………...…………..……………4

1.2. Физические свойства Венеры..………………………………………………7

1.3. История наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца…...……….9

Глава 2. Практическая часть……………………………................................11

Заключение………………………………………………………………...12

Библиография……………………………………………………………..13

Приложения………………………………………………………………...14

ВВЕДЕНИЕ

Венера — вторая внутренняя планета Солнечной системы. Планета получила своё название в честь Венеры, богини любви из римского пантеона.

Венера дарит нам удивительное явление природы – прохождение Венеры по диску Солнца, которое помогает ученым получать важные астрономические сведения. Благодаря исследованию этого явления была открыта атмосфера Венеры, вычислен солнечный параллакс и величина астрономической единицы [1].

Актуальность темы заключается в том, что последнее прохождение Венеры по диску Солнца наблюдалось только в 2004 году.

Объект учебно-исследовательской работы – явление прохождения Венеры по диску Солнца.

Предмет – фотографии явления прохождения Венеры по диску Солнца.

Цель работы – исследовать прохождение Венеры по диску Солнца, наблюдаемое 6 июня 2012 года в обсерватории Волгоградского планетария.

Поставленную цель можно реализовать, решив следующие задачи:

1) изучить движение Венеры;

2) определить условия прохождения Венеры по диску Солнца;

3) осуществить наблюдение и анализ изучаемого явления.

Методы исследования – теоретический анализ литературы, наблюдение.

ГЛАВА 1

Венера – планета Солнечной системы

1.1. Общая характеристика Венеры

Венера — вторая внутренняя планета Солнечной системы, третий по яркости объект на небе Земли после Солнца и Луны. Большая полуось орбиты Венеры – среднее расстояние от Солнца – составляет 0,723 а.е.

(108,2 млн. км). Орбита практически круговая, ее эксцентриситет равен 0,0068 – самый маленький в Солнечной системе. Наклонение орбиты к плоскости эклиптики 3°39´. Венера самая близкая к Земле планета – расстояние до нее меняется от 40 до 259 миллионов километров.

Средняя скорость движения по орбите – 35 км/с. Период обращения по орбите – 224,7 земных суток, а период вращения вокруг оси – 243,02 земных суток. При этом Венера вращается в сторону, противоположную своему движению по орбите (если смотреть с северного полюса Венеры, планета вращается по часовой стрелке, а не против неё, как Земля и остальные планеты, исключая Уран). Это приводит к тому, что сутки на Венере продолжаются 116,8 земных суток (половину венерианского года). Таким образом, день и ночь на Венере длятся по 58,4 земных суток. [3]

Орбита Венеры проходит между Солнцем и земной орбитой, Венера проецируется на диск Солнца очень редко из-за взаимного наклона орбит Венеры и Земли (3°). Данное явление происходит с периодичностью

121,5 лет, 8 лет, 105,5 лет и 8 лет. Такая странная периодичность объясняется тем, что Венера около узлов своей орбиты (точек пересечения с плоскостью эклиптики) в июне и в декабре. Только в эти месяцы и можно наблюдать ее прохождение по диску Солнца. Но из-за эксцентриситета земной орбиты  промежутки времени от одного благоприятного периода видимости прохождений до другого не равны друг другу и составляют, то 121 год, то 105 лет. На переход от июньских прохождений к декабрьским и наоборот уходит еще полгода. [1]

У планеты нет спутников.

Наземные методы исследования Венеры не могут дать полной информации. Методы оптической, инфракрасной и ультрафиолетовой астрономии оказались непригодными для исследования подоблачной атмосферы планеты. Запуск первых искусственных спутников Земли, а затем посылка первых АМС к Луне показали возможность изучения Венеры с близких расстояний.

Первые попытки исследования Венеры с помощью межпланетных станций были предприняты в ОКБ-1 под руководством С. П. Королева. В феврале 1966 г. к Венере подлетали АМС «Венера-2», -3. Планировалось провести детальное изучение атмосферы планеты, включая исследования с помощью аэростатных зондов. Однако из-за досадной ошибки в технологии нанесения лакокрасочного покрытия на радиаторы системы терморегулирования, температура в отсеках АМС «Венера-2», -3 на заключительном этапе полета значительно увеличилась, и связь со станциями была потеряна. Исследование планеты провести не удалось.

12 июня 1967 г. ракета «Молния» вывела станцию «Венера-4» на межпланетную траекторию, исследования тоже не удались.

В январе 1969 г. на межпланетные траектории вышли АМС «Венера-5», -6. АМС «Венера-5», -6 замерили большие скорости ветра в атмосфере Венеры. Осуществить намеченную цель – их посадку на поверхность планеты – не удалось: корпуса спускаемых аппаратов (СА), рассчитанные на внешнее давление 25 кг/см2, были раздавлены атмосферой Венеры при давлении 27 кг/см2.

15 декабря 1970 г. СА станции «Венера-7» совершил спуск в атмосфере планеты и впервые достиг ее поверхности. Оказалось, что давление здесь составляет 100 кг/см2 при температуре 475°С! Первая задача исследований Венеры была решена.

Для решения следующей – получения панорамы места посадки СА – нужны были данные по уровню освещенности, которые можно было получить только при посадке на «светлую» сторону планеты. По законам небесной механики в момент прилета АМС освещенная поверхность Венеры видна с Земли в виде узкого серпа, как в завершающей стадии старения Луны. 22 июля 1972 г. СА станции «Венера-8» впервые совершил мягкую посадку на освещенную поверхность Венеры, определил уровень освещенности, характер поверхностных пород и провел ряд других исследований. Полетом этой станции завершился этап рекогносцировочных исследований планеты. Эти работы получили высокую оценку. Газета The New York Times от 13.09.72 писала: «Успех советских ученых в использовании станций «Венера» можно смело отнести к величайшим техническим достижениям нашего века» [4].

1.2 Физические свойства Венеры

Масса Венеры составляет 0,815 массы Земли (4,87∙1024 кг). Плотность Венеры равна 5,24 г/см3. Радиус составляет  0,949 радиуса Земли (6052 км). Венера имеет практически сферическую форму. Ускорение свободного падения на поверхности составляет 8,87 м/с2.

Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа, а также небольшого количества азота и других рассеянных элементов. Количество азота по сравнению с количеством углекислого газа относительно невелико, но поскольку атмосфера Венеры значительно плотнее, чем атмосфера Земли, то общее содержание азота на Венере примерно в четыре раза больше, чем на Земле (при этом содержание азота в земной атмосфере составляет 78 %, а в венерианской — 3,5 %). Атмосфера Венеры содержит непрозрачные облака из серной кислоты, что делает невозможным проведение оптических наблюдений поверхности. Вследствие этого информация о поверхности получается благодаря радиолокационным исследованиям. Радиолокация — область науки и техники, объединяющая методы и средства обнаружения, измерения координат, а также определение свойств и характеристик различных объектов, основанных на использовании радиоволн. [3]

Поверхность Венеры покрыта сотнями тысяч вулканов. Есть несколько очень больших: высотой 3 км и шириной 500 км. Большая часть вулканов имеет 2-3 км в поперечнике и около 100 м в высоту. Излияние лавы на Венере происходит значительно дольше, чем на Земле. Венера слишком горяча для того, чтобы там были лед, дожди или бури, поэтому там не происходит существенных атмосферных воздействий (выветривания). А значит, вулканы и кратеры почти не изменились с тех пор, как они образовались миллионы лет назад. На фотографиях Венеры, сделанных c  междупланетной станции НАСА "Магеллан", мы видим такой древний ландшафт, какого не увидишь на Земле, - и все-таки он моложе, чем на многих других планетах и лунах. По-видимому, Венера покрыта твердыми породами. Под ними циркулирует раскаленная лава, вызывающая напряжение тонкого поверхностного слоя. Лава постоянно извергается из отверстий и разрывов в твердых породах. Кроме того, вулканы все время выбрасывают струи мелких капелек серной кислоты. В некоторых местах густая лава, постепенно сочась, скапливается в виде огромных луж шириной до 25 км. В других местах громадные пузыри лавы образуют на поверхности купола, которые затем опадают. [2]

1.3. История наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца

Впервые прохождение Венеры по солнечному диску предсказал на 7 декабря 1631 г. Иоганн Кеплер, австрийский астроном. Небесное явление состоялось точно в указанный им момент, равно как и следующее – 4 декабря 1639 г., предвычисленное английским астрономом Дж. Хорроксом, который и наблюдал его.

6 июня 1761 г. прохождение Венеры по диску Солнца наблюдал М. В. Ломоносов. Он решил наблюдать это явление дома, где у него был большой телескоп. Как писал впоследствии сам Ломоносов, «господин коллежский советник и профессор Ломоносов любопытствовал у себя больше для физических примечаний». Иначе, говоря, он предполагал наблюдать физические явления, сопутствующие прохождению. И он не ошибся – ему суждено было сделать замечательное открытие. При выходе Венеры с диска Солнца, когда ее передний край стал приближаться к солнечному краю, на краю Солнца появился пузырь. Ломоносов прекрасно понимал физический смысл этого явления и сделал совершенно правильный вывод:  «По сим примечаниям господин советник Ломоносов рассуждает, что планета Венера окружена знатной воздушной атмосферою, таковою (лишь бы не больше), какова обливается около нашего шара земного». Так Ломоносов открыл атмосферу Венеры.

В то время астрономы еще не знали точного значения расстояния от Земли до Солнца. Эта величина, называемая астрономической единицей, входила во все формулы молодой тогда науки – небесной механики. Ее можно определить, если измерить солнечный параллакс – угол, под которым из центра Солнца виден радиус Земли. Но этот угол очень мал, меньше 9´´, да и Солнце  на фоне звезд наблюдать было практически невозможно. Во время прохождения по солнечному диску Венера бывает почти в четыре раза ближе к Земле, чем Солнце. А если наблюдать моменты ее вступления на диск и схода с него из городов, удаленных друг от друга на тысячи километров, нетрудно определить угол, под которым радиус Земли виден с Венеры, а затем вычислить солнечный параллакс и величину астрономической единицы. Значение солнечного параллакса получил немецкий астроном Иоганн Франц Энке в 1824 г. (ρ = 8,80´´) [1]

Глава 2

 Практическая часть

Получение фотографий явления

У зеркального фотоаппарата CANON вынимался объектив, а сам фотоаппарат прикреплялся к большому телескопу, в результате чего объективом фотоаппарата стал объектив телескопа с диаметром 30 см и фокусным расстоянием 5м. Съемка была в главном фокусе, без увеличения (см. Приложение 1).

Ход прохождения

Земля, Солнце и Венера действительно выстроились 6 июня 2012 в 02:08  в ряд и представили незабываемое зрелище: Венера находилась точно между Солнцем и Землёй, закрывая собой крошечную часть солнечного диска. 4 предыдущих прохождения наблюдались в 1769, 1874, 1882, 2004 годах. Периодичность данного явления подтвердилась.

Венера при прохождении по диску Солнца совершала с ним 4 контакта (см. Приложение 2).

I и II контакты наблюдать было невозможно, так как диск Солнца находился под горизонтом. Наблюдение осуществлялось за III и IV контактами.

В западной части двора Волгоградского планетария был установлен новый телескоп (CELESTRON Advanced C 9,25 – SGT). Пока Солнце не поднялось на достаточную высоту, за движением Венеры от левого края диска к правому мы наблюдали именно там, где было хорошо видно поднимающееся на северо-востоке Солнце. III контакт, когда диск Венеры коснулся края Солнца с внутренней стороны, наблюдался в 8 ч 36 мин 45 с уже в обсерватории в большой телескоп, хоть по прогнозу он должен был наступить в 8 ч 36 мин 42 с [5]. После III контакта, при сходе Венеры с диска Солнца, можно было наблюдать сияние вокруг планеты, что доказывает наличие атмосферы Венеры. IVконтакт – касание диска Венеры с внешнего края Солнца произошло в 8 ч 54 мин 7 с, что отличается от прогноза на 3 с, по которому IV контакт должен был наступить в 8 ч 54 мин 4 с [5].

Прохождения схожи с солнечными затмениями, когда наша звезда закрывается Луной, но хотя диаметр Венеры почти в 4 раза больше, чем у Луны, во время прохождения она выглядит примерно в 30 раз меньше Солнца, так как находится значительно дальше от Земли, чем Луна.

заключение

Венера – ближайшая к Земле планета, и поэтому хорошо изучена человеком. Прохождение Венеры по диску Солнца – особенное, редкое природное явление, когда Венера проецируется на диск Солнца, благодаря которому астрономы рассчитали величину астрономической единицы.

В результате наблюдения 6 июня 2012 года подтверждена периодичность данного явления и уточнены прогнозы наступления контактов Венеры с диском Солнца. При сходе Венеры с диска Солнца, можно было наблюдать сияние вокруг планеты, что доказывает наличие атмосферы Венеры. Были сделаны фотографии явления прохождения Венеры по диску Солнца 6 июня 2012 года.

Выполненную работу можно использовать в качестве учебного пособия при изучении главы «Астрономия» на уроках физики и для популяризации астрономических знаний среди школьников.

Библиография

1. Абалакин В.К., Земля и Вселенная. М.: Наука, 2004.
2. Левитан Е.П., Астрономия, Учебник для 11кл. общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение, 2005.
3. Мур П. Астрономия с Патриком Муром. М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999.
4. Прохождение Венеры по Солнечному диску 6 июня 2012 года. URL:  http://2012god.ru/proxozhdenie-venery-po-solnechnomu-disku-6-iyunya-2012-goda/
5. Фролов В.И. Звездный дом Волгограда: Волгоградский планетарий. Волгоград: Издатель, 2004.

Приложение 1

Фотографии прохождения венеры по диску солнца

6 июня 2012 года

Приложение 2

Ход прохождения венеры по диску солнца

6 июня 2012 года