§37. Що таке системи світу
Дві речі не перестають дивувати мене – зоряне небо над головою і моральний закон усередині нас.
Іммануїл Кант, німецький мислитель
- Пригадай, яке небесне тіло є головним у Сонячній системі.
- Які небесні тіла обертаються навколо планет?
- Чи існує насправді небесна сфера?
- Чому нам здається, що протягом року Сонце робить один оберт по небесній сфері?
Як змінювалося уявлення людей про будову світу.
Ще за сивої давнини люди в різних куточках планети намагалися уявити будову світу. Оскільки знань було мало, то зважали на прямі враження від спостережень довкілля. Бачили плоску землю – вважали, що Земля плоска. Вона плаває у водах океану і її на собі тримають слони. Такі наївні уявлення мав кожен народ, що населяв колись нашу планету. Їх називають системою світу. Найвідоміші з них – геоцентрична й геліоцентрична системи світу.
Система світу – уявлення про розміщення у просторі Землі, Сонця, планет і зір, що виникли в давнину і ґрунтувалися на прямих враженнях від спостереження довкілля.
Геоцентричну систему світу (мал. 157) найкраще описав відомий давньогрецький астроном Клавдій Птолемей. Згідно з нею в центрі світу міститься нерухома Земля, навколо якої обертаються – кожна на своїй сфері – планети і сфера нерухомих зір.
Система світу, в центрі якої Земля, — хибне уявлення. Однак воно спиралося на те, що людина бачила щодня: усі небесні світила оберталися навколо Землі. Такі уявлення про будову світу панували впродовж майже півтори тисячі років.
Геліоцентричну систему світу (мал. 158) запропонував у 16 ст. польський астроном Миколай Коперник. Центральне світило в ній Сонце, навколо якого рухаються інші небесні тіла й Земля також. Така докорінна зміна в уявленнях про будову довкілля викликала суперечки серед науковців та діячів церкви. Але згодом стало зрозуміло — М. Коперник має рацію. Про цього вченого інколи говорять, що він «зупинив Сонце і зрушив Землю».
Нинішні уявлення про світобудову істотно різняться з давніми системами світу. Найбільша відмінність у тому, що Всесвіт (увесь відомий нам світ) не має центра. З будь-якого місця у Всесвіті людина на нічному небі бачитиме небесні тіла, зокрема зорі. Усі вони є джерелами світла й тепла. У вогнищі горять дрова, в електричній лампочці тонка металева дротинка хоча й не горить, але розжарена так, що яскраво світиться. Зорі також світять власним світлом.
Яка будова зорі.
Зоря – це величезна куля розжареного газу. Але він горить не так, як вогонь на газовій плиті. У центральній ділянці зорі, яку називають ядром і розміри якої, порівняно з розмірами усієї зорі, не дуже великі, частинки газу (переважно атоми Гідрогену) містяться дуже близько одна біля одної. А ще вони дуже швидко рухаються (газ має високу температуру). У таких умовах частинки газу зіштовхуються між собою й утворюють інший, новий газ. Із чотирьох атомів Гідрогену утворюється один атом Гелію. Унаслідок такого перетворення виділяється енергія. Саме завдяки цій енергії зоря і світить, часто протягом мільярдів і навіть 10 трильйонів років.
Як пояснити відмінності в яскравості зір.
Згадаймо: слабка, але розміщена близько, свічка світить яскраво. Натомість дуже яскравий електричний ліхтар з далекої відстані ми ледве бачимо. Проте свічка не може зрівнятися в яскравості з електричним ліхтарем, якщо їх поставити поряд.
Різна яскравість зір зумовлена двома причинами. Ці небесні тіла розташовані на різних відстанях від Землі й світять залежно від їхніх розмірів і температури на поверхні. Саме тому в кожної зорі є видима та абсолютна зоряні величини. Перша визначає кількість світла, яке потрапляє від зорі до ока спостерігача. Друга вказує на повну світність зорі. Отже, щоб знати справжню силу світла будь-якої зорі, потрібно знати відстань до неї.
Світність зорі – це кількість енергії, яку зоря випромінює за одиницю часу.
Як визначити відстані від Землі до зір.
Усі відомі давні системи світу містять сферу нерухомих зір. Це тому, що протягом тривалого часу не вдавалося помітити зміщення зір на небі. Хоча існували припущення, що зорі лежать на різних відстанях від Землі, виміряти їх було неможливо. Для цього треба з високою точністю визначати зміну положення зорі на небесній сфері. Досягти потрібної точності вдалося лише у 19 ст.
Метод, за допомогою якого виміряли відстані до зір, простий. Подивись на який-небудь об’єкт перед собою спершу одним оком, а потім – другим. Ти помітиш «зміщення» об’єкта. Насправді це відбулося через те, що твої очі розміщені на певній відстані одне від одного. Знаючи цю відстань і кут, на який зміщується об’єкт, можна обчислити відстань до цього об’єкта (мал. 159).
За рік Земля робить один оберт навколо Сонця. Унаслідок такого руху спостерігач на Землі може виявити зміщення деяких зір на небесній сфері. Якщо вдається визначити кут зміщення зорі при спостереженні її з двох протилежних точок орбіти Землі, то, знаючи відстань між двома положеннями планети на орбіті, легко обчислити відстань до зорі.
Відстані виявилися величезними. Їхні значення, виражені в кілометрах, – це великі числа. Тому відстані між зорями зручніше виражати, наприклад, у світлових роках.
Світловий рік – це відстань, яку світло долає за рік, поширюючись зі швидкістю 300 000 км/с. Є також інші одиниці відстаней, якими користуються в астрономії.
Від чого залежить яскравість зір.
Коли ти дивишся на нічне небо, то здається, що зорі схожі на маленькі білі вогники. Але подивись уважніше, і ти помітиш, що деякі з них блакитні, інші червонуваті, а деякі жовтуваті. Колір зорі залежить від температури на її поверхні – що вона вища, то більше блакитно-синіх тонів у світлі зорі. Тому найгарячіші зорі сині, а найхолодніші – червоні. Можливо тобі доводилося бачити, що нижня частина полум’я газової плити синього кольору, а кінчик полум’я – оранжевого або жовтого. Це тому, що нижня частина полум’я горить сильніше, ніж верхня.
Сонце найбільше випромінює жовто-зеленого світла, до того ж його синю частину розсіює атмосфера. Тому Сонце ми бачимо забарвленим у жовтуваті відтінки.
Виготовимо простий вимірювач яскравості зір (мал. 160).
Вам знадобиться: пластмасові кришечки від пляшок з-під мінеральної води, целофан.
Порядок виконання роботи:
- Візьміть п’ять пластмасових кришечок від пляшок з-під мінеральної води. Виріжте в них дно. Пронумеруйте їх.
- Наклейте на п’яту кришечку один шар целофану, на четверту – два, третю – три, другу – чотири, а на першу – п’ять.
- У будь-який вечір, коли на небі з’являться зорі, подивіться на одну з них крізь кришечку № 5. Якщо ви не побачите зорю, то це означає, що її відносна величина дорівнює 5 чи більше. Якщо ви бачите цю зорю крізь кришечку № 1, то її відносна величина лежить у межах від 0 до 1.
Щоб мати тепло і світло, люди досі спалюють вугілля і газ чи перекривають річки греблями електростанцій. Це завдає шкоди довкіллю. В атмосферу потрапляють речовини, що її забруднюють. А великі штучні моря вкривають родючі землі. Є інший спосіб виробляти електрику та отримувати тепло – використання сонячного світла. Так звані сонячні панелі чи батареї перетворюють світло Сонця, що падає на них, на електричний струм. Невеликі розміром (площею) панелі використовують для вуличного освітлення чи забезпечення електрикою приватних будинків. Зібрані на великій площі в місці, де багато сонячного світла, такі батареї утворюють сонячні електростанції.
Коротко про головне
- Давні уявлення про розміщення у просторі Землі, Сонця, планет і зір, що ґрунтувалися на прямих враженнях від спостереження довкілля, називають «системою світу».
- Зоря – це величезна куля розжареного газу, що світить власним світлом.
- Різна яскравість зір зумовлена тим, що вони розташовані на різних відстанях від Землі й світять залежно від їхніх розмірів і температури на поверхні.
- Колір зорі залежить від температури на її поверхні.
Перевіряємо себе
- Геоцентрична і геліоцентрична системи світу різняться істотно. Але вони мають один схожий елемент. З’ясуй, що це за елемент. Вислови свої міркування (свою гіпотезу), чому М. Коперник не змінив його у запропонованій ним системі світу.
- Поясни, як вдалося виміряти відстані до зір.
- За допомогою додаткових джерел інформації з’ясуй кольори трьох найяскравіших зір на небі Землі. На яку важливу характеристику зорі вони вказують? Зроби презентацію на цю тему.
- Окремі люди досі вважають Землю плоскою. Вислови міркування, що суперечать такому уявленню.
- Продовж речення: Мені було цікаво…; У мене вийшло…; Сьогодні я дізнався/-лася … .