Сучасні наземні та орбітальні телескопи

Опис документу:
Конспект уроку з астрономії на тему: "Сучасні наземні та орбітальні телескопи". Може бути використаний при вивчені даної теми учнями 10 або 11 класу. До конспекту додається презентація, яка розміщена на даному сайті, як окрема публікація.

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу. Щоб завантажити документ, прогорніть сторінку до кінця

Перегляд
матеріалу
Отримати код Поділитися

Тема: Сучасні наземні та орбітальні телескопи.

Мета: Продовжувати ознайомлювати учнів з сучасними методами пізнання Всесвіту. Ознайомити учнів з головним приладом для астрономічних досліджень – телескопом; його будовою, призначенням та видами. Навчити учнів використовувати новітні інформаційно-комунікаційні технології для пошуку інформації та її практичного використання.

Тип: Урок засвоєння нових знань.

Обладнання: мультимедійне обладнання кабінету фізики або інформатики, смартфони, презентація «Сучасні наземні та орбітальні телескопи», посилання на Інтернет - ресурси, телескоп типу «Надир».

Хід уроку:

  1. Організаційний момент (до 3-х хв.).

    1. Привітання вчителя.

    2. Контроль присутності.

    3. Повідомлення плану уроку:

      1. вивчення нового навчального матеріалу;

      2. запис опорного конспекту ;

      3. перегляд презентації;

      4. робота в мережі Інтернет;

      5. ознайомлення з будовою телескопа типу «РТ»;

      6. перевірка засвоєння нових знань (усне опитування).

  2. Актуалізація опорних знань.

Проводиться у вигляді короткотривалого опитування учнів.

  1. Перелічіть основні видимі об’єкти Всесвіту.

  2. Як називають наукові установи з яких проводять астрономічні спостереження?

  3. Назвіть кілька вчених – астрономів.

  4. Які фактори заважають астрономічним спостереженням?

  5. Що таке зоряна величина?

  6. Що таке небесна сфера?

  1. Формування нових знань, умінь та навичок.

Викладання нового матеріалу проводиться у формі лекції, по ходу якої диктується опорний конспект, учні знайомляться з будовою телескопа, переглядають презентацію та використовують Інтернет, для перегляду зображень, які дають веб - камери установлені у обсерваторіях.

  1. Телескопи. Їх види та призначення.

Телескоп — прилад для спостереження віддалених об'єктів. Термін "телескоп" також вживається для позначення астрономічних приладів для спостережень електромагнітних хвиль невидимих для людського ока (інфрачервоні, ультрафіолетові, рентгенівські, гамма- і радіотелескопи), а також для реєстрації відмінного від електромагнітного випромінювання (нейтринні телескопи).

Телескоп має три основні призначення:

    1. Збирати випромінювання від небесних світил на приймальний пристрій (око, фотографічну пластинку, спектрограф і ін.);

    2. Будувати у своїй фокальній площині зображення об'єкту або певної ділянки неба;

    3. Допомогти розрізняти об'єкти, розташовані на близькій кутовій відстані один від одного, що непомітно неозброєним оком.

Існує три типи телескопів:

2 1

На схемі:

1 – об’єктив;

2 – окуляр.

На схемі :

  1. дзеркало (найчастіше параболічне);

  2. поворотне дзеркало (або призма);

  3. окуляр;

2 3 4

1

На схемі:

1 – меніск;

2 – дзеркало;

3 – поворотне дзеркало або призма;

4 – окуляр.

  1. Сучасні наземні оптичні телескопи.

Більшість сучасних наземних телескопів сконцентровані у кількох місцях земної кулі. Це міжнародні обсерваторії: Мауна-Кеа знаходиться на вершині вулкана Мауна Кеа 4 145 м над рівнем морем в США, на Острові Гаваї.

Обсерваторія дель Рок де лос Мучачос - Обсерваторія на острові Ла-Пальма в Канарському архіпелазі.

Місце розташування обсерваторії вважається одним з кращих в світі і використовується Канарським астрофізичним інститутом. Цей інститут надає можливість вести дослідження кільком організаціям, що мають там свої телескопи, серед яких і Королівська Гринвічська обсерваторія (RGO).

Міжамериканська обсерваторія Сьерро-Тололо в Чилі, та деякі інші.

Найбільшими та найпотужнішими телескопами в наш час є:

  • «Великий телескоп Канарських островів»- Найбільший телескоп у світі, що входить до складу обсерваторії "Дель Рок де лос Мучачос" на Канарських островах (о.Пальма, м. Лас Пальмас) у Іспанії. Телескоп-рефлектор має дзеркало діаметром в 10,4 м., котре складається з 36 шестикутних сегментів, і найпередовішу технологію спостереження за космічними тілами. Відкрито 24 липня 2009 р.

  • Субару — телескоп, що знаходиться на вершині вулкану Мауна-Кеа, 4200 м над рівнем моря, в США, на острові Гаваї в складі обсерваторії на Мауна-Кеа. Цей 8,2-метровий оптичний телескоп належить до Національної Астрономічої Обсерваторії Японії. По-японськи «Субару» називається на честь скупчення Плеяди в сузір'ї Тільця. Будівництво телескопа розпочалося у квітні 1991 р., перші наукові зображення були отримані в січні 1999.

  • Англо-австралійський телескоп (ААТ)- 3,9-метровий телескоп-рефлектор, що знаходиться у власності і фінансований спільно урядами Австралії та Великобританії. Розташований в Обсерваторії Сайдинг-Спрінг (штат Новий Південний Уельс, Австралія). Телескоп, збудований на початку 1970-х рр., має екваторіальної установку. Планові спостереження почалися в 1975 р. Управляє телескопом Дирекція Англо-австралійського телескопу (ДААТ). Це перший у світі телескоп з комп'ютерним управлінням. Разом з цим універсальним телескопом використовується безліч різних приладів, що призвело до важливих наукових відкриттів і дозволило отримати ефектні фотографії південного зоряного неба.

  • У 1991 році була завершена перша з двох обсерваторій Кека (10-метровий телескоп Кек-1, будівництво розпочато 12 вересня 1985 р. імені спонсора У. М. Кека), а у 2001 р. - друга. Другий 10-м телескоп розташований на відстані 85 метрів від першого. Гексагональне 10-м дзеркало складається з 36 шестикутних 1,8-м сегментів з автономним керуванням кожним сегментом. Два телескопи можуть спільно працювати у режимі інтерферометра.

  • "БТА" - Великий Телескоп Азимутальний. Діаметр дзеркала 6 метрів. Споруджений у 1976 р. в СРСР, встановлений на висоті 2070 м (гора Пастухова) на Північному Кавказі, станиця Зеленчукська.

  • Телескоп Хоббі – Еберлі. Великий телескоп в штаті Техас (США), призначений спеціально для спектроскопії. Має 11 метрове сегментоване дзеркало, постійно нахилене під кутом 35 град. до зеніту.

  • Обсерваторія Дже́міні (англ. Gemini Observatory) — астрономічна обсерваторія, що має два восьмиметрові телескопи у різних місцях, на Гаваях та у Чилі. Телескопи Джеміні були побудовані та обслуговуються консорціумом, який складається з США, Великої Британії , Канади, Чилі, Бразилії, Аргентини, та Австралії. Це партнерство керується Асоціацією університетів для досліджень у астрономії (AURA) (англ. Association of Universities for Research in Astronomy). Північний центр знаходиться у Хіло, Гаваї, Південний центр - у Ла Серені (англ. La Serena ), Чилі.

Перший телескоп-Джеміні північ, також відомий як Телескоп ім. Фредерика Ч. Ґіллета,- заснований у 2000р., розміщається на Мауна Кеа, 4200 м над рівнем морем в США, на острові Гаваї. Другий телескоп- Джеміні південь - заснований у 2000 р., знаходиться на горі Серо Пачина (англ. Cerro Pachyn), 2 700 м над рівнем морем в Чилійських Андах. Міжнародний штаб Обсерваторії Джеміні розташований у Хіло, на острові Гаваї. Разом телескопи Дже́міні забезпечують повноцінне безперешкодне покриття обох північних та південних куль. Вони одні з найбільших та найбільш довершених у наш час оптичних інфрачервоних телескопів, що є в наявності у астрономів. Обидва телескопи роблять найчіткіші зображення Всесвіту.

UH88 (англ. University of Hawai'i 88-inch (2.2-meter) telescope) — телескоп Університету Гаваї діаметром 2,2 м (88 дюймів) (88-дюймовий телескоп університету Гаваї), засновано у 1970, розташований на вершині вулкана Мауна-Кеа (4200 м над рівнем моря) в США, на острові Гаваї.

Найперший об'єкт поясу Койпера знайдено у 1990 р. з допомогою цього телескопу

У наступному десятилітті на Гавайських островах може з'явитися ще більший телескоп. Діаметр дзеркала складатиме 30 метрів. Будівництво нового об'єкту планується розпочати в 2011 році.

У Китаї офіційно почалося спорудження гігантського 500-метрового телескопа FAST. П'ятсотметровий апертурний сферичний телескоп є найбільшим не тільки в Євразії, але й у всьому світі серед об'єктів такого класу. Будівництво "космічного ока" відбувається у віддаленому районі країни в провінції Гуйчжоу на південному заході КНР.

  1. Сучасні оптичні орбітальні телескопи.

Оскільки спостереженням із поверхні Землі заважає атмосфера (поглинає хвилі певних діапазонів, спотворює зображення внаслідок рефракції та неоднорідності, тощо), то з початком космічної ери з'явилась ідея винести ці прилади за межі атмосфери, тобто створити орбітальні телескопи. Перші телескопи – штучні супутники Землі з’явились в космосі наприкінці 70-х, на початку 80-х років минулого століття. Вони були призначені для спостереження небесних об’єктів у діапазонах частот, які повністю поглинаються земною атмосферою (гамма промені, рентгенівські та інфрачервоні промені, деякі діапазони ультрафіолету), переважно таке призначення космічних телескопів і в наш час.

На початку 90-х в космосі з’явились і телескопи, що працюють в оптичному діапазоні. Їх перевага полягає в тому, що позбавлені перешкод з боку атмосфери вони при менших розмірах дають значно кращі зображення (їх роздільна здатність в 7 – 10 разів більша). Найбільш відомим з космічних телескопів сучасності є Телескоп Хаббл (англ. Hubble Space Telescope, HST) - американський оптичний телескоп, розміщений на навколоземній орбіті (1990); за допомогою телескопу Хаббл проведено багато важливих спостережень. Розміщення телескопа в космосі дає можливість реєструвати електромагнітне випромінювання в діапазонах, в яких земна атмосфера непрозора; в першу чергу — в інфрачервоному діапазоні. Через відсутність впливу атмосфери роздільна здатність телескопа в 7—10 разів більше аналогічного телескопа, розташованого на Землі.

Телескоп названий на честь Едвіна Хаббла. Телескоп «Хаббл» — спільний проект NASA і Європейського космічного агентства (ЄКА).

    1. Ширококутна і планетарна камера (англ. Wide Field and Planetary Camera, WFPC). Камера була сконструйована в Лабораторії реактивного руху NASA. Вона була оснащена набором з 48 світлофільтрів для виділення ділянок спектру що представляють особливий інтерес для астрофізичних спостережень. Прилад мав 8 ПЗЗ-матриць, розділених між двома камерами, кожна з яких використовувала по 4 матриці. Ширококутна камера володіла великим кутом огляду, тоді як Планетарна камера мала більшу фокусну відстань, і отже давала більше збільшення.

    2. Спектрограф високої роздільчої здатності Годдарда (англ. Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS)). Спектрограф призначався для роботи в ультрафіолетовому діапазоні. Прилад був створений в центрі космічних польотів Годдарда, його спектральний дозвіл досягав 9000 [6].

    3. Камера зйомки тьмяних об'єктів (англ. Faint Object Camera (FOC)). Прилад розроблений ЄКА. Камера призначалася для зйомки об'єктів в ультрафіолетовому діапазоні з високим дозволом до 0.05 сек.

    4. Спектрограф тьмяних об'єктів (англ. Faint Object Spectrograph (FOS)). Призначався для дослідження особливо тьмяних об'єктів в ультрафіолетовому діапазоні.

    5. Високошвидкісний фотометр (англ. High Speed Photometer (HSP)). Розроблений в Університеті Вісконсіна, призначався для спостережень за змінними зірками і іншими об'єктами з яскравістю, що змінювалася. Міг робити до 10000 вимірів за секунду з точністю близько 2%.

    6. Датчики точного наведення (англ. Fine Guidance Sensors), так само можуть використовуватися в наукових цілях, забезпечуючи астрометрію з точністю мілісекунди. Це дозволяє знаходити паралакс і власний рух об'єктів з точністю до 0,2 кутової мілісекунди і спостерігати орбіти подвійних зірок з кутовим діаметром до 12 мілісекунд.

Крім телескопа Хаббл зараз в космосі працюють:

      1. WMAP (англ. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) -космічний апарат для вимірювання різниці температури реліктового випромінювання Великого Вибуху. Спільний проект NASA і Прінстонського університету. Запуск відбувся о 19:46:46 за Грінвічем 30 Червня з мису Канаверал. В 2003 апарат було названо в пам'ять Давида Тодда Вілкінсона, члена команди вчених місії. Апарат обертається на орбіті навколо точки Лагранжа L-2.

      2. Космічний телескоп «Гершель» (англ. Herschel Space Observatory) — астрономічний супутник, створений ЄКА, спочатку запропонований консорціумом європейських вчених у 1982 році. Запуск відбувся 14 травня 2009 року, в 13:12 за універсальним часом (UT) з космодрому Куру за допомогою ракети-носія «Аріан-5». Місія названа на честь сера Вільяма Гершеля, першого дослідника інфрачервоного спектру. Супутник розміщений на геліоцентричній орбіті поблизу другої точки Лагранжа (L2) системи Земля — Сонце, тобто постійно закритий від Сонця Землею. Разом з телескопом «Гершель» цієї ж ракетою-носієм був виведений на орбіту астрономічний супутник «Планк». "Гершель" є найбільшим телескопом, запущений за межі Землі. Діаметр його головного дзеркала — однієї з найважливіших компонентів оптичної системи — складає 3,5 метра. Для порівняння, головне дзеркало "Хаббл" приблизно на метр менше — його діаметр становить 2,4 метра. За площею дзеркало «Гершеля» перевищує дзеркало «Хаббла» більш ніж удвічі (9,6 м² проти 4,5 м²). Від площі головного дзеркала прямо залежить «гострота зору» телескопа — що воно більше, то більше випромінювання зможе зібрати. Діаметр дзеркала — не єдине, що відрізняє "Гершель" від "Хаббла". Величезний телескоп бачить Всесвіт не в оптичному, а в інфрачервоному і субміліметровому діапазонах. Всі створені досі космічні інфрачервоні телескопи за своїми розмірами навіть не наближаються до "Гершеля". Їх дзеркала збирали приблизно у 20 разів менше випромінювання, ніж дзеркало нового телескопа.

      3. Космічний телескоп «Планк» (Planck Microwave Observatory) — космічний апарат і обсерваторія Європейського космічного агентства з вивчення мікрохвильового фонового випромінювання Всесвіту. Орбітальна обсерваторія "Планк" разом з найбільшим існуючих інфрачервоним телескопом "Гершель" була запущена в космос 14 травня 2009 року з космодрому Куру ракетою-носієм «Аріан-5». У липні "Планк" досяг розрахункової орбіти навколо лагранжевої точки L2, сховавшись від Сонця за Землю, і включив охолоджуючу систему. Робоча температура орбітальної обсерваторії складає мінус 273,05 градуса за Цельсієм, що робить її найхолоднішим об'єктом у Всесвіті. Телескоп діаметром півтора метри здійснює спостереження за допомогою двох комплектів детекторів, призначених для вимірювання температури космічного мікрохвильового фону — реліктового випромінювання Великого Вибуху. Для цього детектори повинні охолоджуватися рідким гелієм до температури, що трохи перевищує мінус 273,15 градуса Цельсія (абсолютний нуль), щоб залишкове тепло не завдало шкоди небесної обсерваторії.

      4. Космічний телескоп «Спітцер» (перша назва Space Infrared Telescope Facility, SIRTF), (англ. Spitzer; код обсерваторії «245») — космічний апарат наукового призначення, запущений НАСА 25 серпня 2003 року (за допомогою ракети «Дельта») і призначений для спостереження космосу в інфрачервоному діапазоні. Космічний телескоп «Спітцер» вперше зафіксував достатньо світла від планет поза нашою сонячною системою, відомих як екзопланети, аби ідентифікувати молекули в їхніх атмосферах. «Спітцер» зміг виділити спектри із слабкого світіння двох планет за допомогою прийому, відомого під назвою "вторинне затемнення".

      5. Орбітальний телескоп «Кеплер» (англ. Kepler) — космічний телескоп НАСА, призначений для пошуків екзопланет. Названий на честь Йоганна Кеплера (1571-1630), німецького філософа, математика, астронома, астролога і оптика. Місія «Кеплер» продовжиться три з половиною роки. Весь цей час він спостерігатиме близько 100 тисяч схожих на Сонце зірок, навколо яких можуть обертатися екзопланети. Апарат шукатиме планети, що знаходяться поза Сонячною системою, за допомогою транзитного методу. Коли планета проходить по диску своєї зірки, вона закриває від спостерігача частину її випромінювання. Аналізуючи коливання яскравості світил, астрономи можуть не тільки знаходити планети, але також приблизно оцінювати їхній розмір. На момент запуску астрономи виявили близько 350 екзопланет. Більшість з них є газовими гігантами на зразок Юпітера. На таких планетах не можуть розвиватися організми земного типу, а саме населеність екзопланет найбільше цікавить учених. «Кеплер» зможе знаходити планети меншого розміру, придатніші для життя.

      6. GLAST (англ. Gamma-ray Large Area Space Telescope) — орбітальна гамма-обсерваторія Американського космічного агенства NASA. Телескоп, що носить ім'я «Гласт» покликаний стати гідною заміною попередньої гамма-обсерваторії «Комптон», яка, виробивши свій ресурс, була затоплена в Тихому океані в червні 2000 року. Апаратура «Гласта» в 50 разів чутливіша за прилади попередника. Телескоп масою майже п'ять тонн, знаходячись на орбіті заввишки 552 кілометри, здатний за три години (два звернення навколо Землі) «охопити» все небо, в той час, як у 17-тонного «Комптона» на рішення аналогічної задачі йшло 15 місяців.

      7. Космічний телескоп ім. Джеймса Вебба (англ. James Webb Space Telescope, JWST) — американська орбітальна інфрачервона обсерваторія, побудована на зміну космічному телескопу Хаббла. Запуск обсерваторії червень 2013 року.

У JWST величезне зеркало 6,5 метрів в діаметрі та сонячний щит розміром з тенісний корт. JWST розташований на орбіті в 1,5 мільйони кілометрів від Землі в точці Лагранжа L2.

  1. Сучасні радіотелескопи.

Радіовипромінювання космічного походження на хвилі 14,6 м вперше було зареєстровано К. Янським (США) у 1931 році за допомогою антени, призначеної для дослідження радіоперешкод від блискавок. Після того, для його приймання створили обладнання різних систем. Перший радіотелескоп збудував Грот Ребер (англ. Grote Reber), радіоаматор з Уіттона (Іллінойс, США) у 1937 році на задньому подвірї своїх батьків. Його апарат мав параболічну форму антени діаметром 9 м. За його допомогою Грот накреслив зоряну мапу в радіодіапазоні на якій виділялись центральні області Чумацького шляху та «яскраві» об'єкти Лебідь A (Cyg A) и Кассіопея A (Cas A)[1]. Швидкий розвиток радіотелескопії почався в 40-х роках. У Австралії в 1948 був споруджений перший радіоінтерферометр, а в 1953 — перший хрестоподібний радіотелескоп. Великий повноповоротний параболоїд діаметром 76 м вперше був споруджений у Великобританії в 1957. Принцип отримання зображення з високою роздільною здатністю методом послідовного синтезу апертури розвивається з 1956 року в Кембриджі. У 1967 в США і Канаді проведені перші спостереження на інтерферометрах з незалежним записом сигналів і надвеликими базами. До 1975 кращі за точностю повноповоротні параболоїди встановлено на радіоастрономічних обсерваторіях в Еффельсберзі, Пущині і Симїзі, Кітт-Піку.

Радіотелескоп з нерухомою сферичною чашею споруджений в кратері вулкана в Аресібо, Пуерто-Ріко (діаметр 300 м, мінімальна довжина хвилі 10 см). Має дуже велику збираючу поверхню і використовується як локатор для картографування планет.

Хрестоподібні та кільцеві радіотелескопи функціонують в Молонгло, Австралія(хрест з 2 сітчастих параболічних циліндрів), Харкові (Т-подібна антена 1 800 x 900 м, складається з 2 040 вібраторів, λ = 10—30 м), Пущині (хрест з 2 циліндрів 1 000 x 1 000 м, λ = 2-10 м), Калгурре, Австралія (96 параболоїдів діаметром 13 м, розташованих по кільцю діаметром 3 км). Найбільші радіотелескопи апертурного синтезу — в Кембриджі, Великобританія (λ = 5 см) та Вестерборці, Нідерланди (λ = 6 см).

Уявлення про небесні тіла та їхні системи надзвичайно збагатилися після того, як почали вивчати їхнє радіовипромінювання.

  1. Перевірка засвоєння нових знань.

Дайте відповіді на питання:

    1. Що таке телескоп?

    2. Для чого призначені телескопи?

    3. Які типи телескопів Ви знаєте?

    4. Які найбільші наземні оптичні телескопи?

    5. Які найвідоміші орбітальні телескопи?

    6. Які найбільші радіотелескопи?

  1. Домашнє завдання:_____________________________.

Зверніть увагу, свідоцтва знаходяться в Вашому особистому кабінеті в розділі «Досягнення»

Всеосвіта є суб’єктом підвищення кваліфікації.

Всі сертифікати за наші курси та вебінари можуть бути зараховані у підвищення кваліфікації.

Співпраця із закладами освіти.

Дізнатись більше про сертифікати.

Приклад завдання з олімпіади Українська мова. Спробуйте!
До ЗНО з ХІМІЇ залишилося:
0
2
міс.
1
1
дн.
0
3
год.
Готуйся до ЗНО разом із «Всеосвітою»!