Астрономия. Популярные лекции

Различают летнее и зимнее солнцестояния. В эти моменты высота Солнца над горизонтом в полдень соответственно максимальна или минимальна. В эти даты на Земле наблюдается самый длинный или самый короткий световой день (разумеется, в течение суток; многосуточные полярные дни не в счет). В Северном полушарии летнее солнцестояние приходится на 20, 21 или 22 июня, а зимнее — на 21 или 22 декабря (в Южном полушарии — наоборот). Даты солнцестояния в разные годы могут различаться на 1–2 дня вследствие високосного сдвига. По традиции терминология ориентируется на Северное полушарие: июньское событие по всей Земле называют летним солнцестоянием, соответствующую точку эклиптики — точкой летнего солнцестояния, а декабрьское событие — зимним солнцестоянием и точку эклиптики — точкой зимнего солнцестояния.

В астрономии момент летнего солнцестояния принимается за начало лета, а момент зимнего солнцестояния — за начало зимы (в Северном полушарии). Эклиптическая долгота Солнца в эти моменты — соответственно 90° и 270°. В средних широтах в течение астрономической зимы и весны Солнце каждый день кульминирует в полдень все выше и выше над горизонтом, а в день летнего солнцестояния «останавливается» и изменяет свое движение на обратное. Летом и осенью (с 21 июня по 21 декабря) оно каждый день кульминирует все ниже и ниже. В конце концов в момент зимнего солнцестояния Солнце вновь «останавливается», изменяет свое движение на обратное и начинает подниматься. В течение нескольких дней до и после моментов солнцестояния высота Солнца в полдень почти не меняется, т. е. светило почти не меняет своего склонения. Отсюда и происходит название явлений — солнцестояния. Из наблюдений высоты Солнца в периоды солнцестояний можно определить наклон плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора: он равен половине углового расстояния между точками летнего и зимнего солнцестояний.

ТЕОРЕМА ВИРИАЛА — теорема механики о связи между средним значением суммарной кинетической энергии системы частиц, движущихся в ограниченной области пространства, и действующими в этой системе силами. Установлена нем. физиком Р. Клаузиусом (1870). В астрономии существен случай гравитационных сил, при этом теорема вириала формулируется так: для всякого гравитационно связанного тела (системы) его средняя по времени потенциальная гравитационная энергия составляет

(1)

где E_кин — средняя по времени кинетическая энергия движения частиц тела (системы). Часто теорему вириала формулируют так: у стабильной гравитационно связанной системы частиц полная кинетическая энергия составляет (по модулю) половину потенциальной энергии.

Следует подчеркнуть, что в выражение (1) не входит внутренняя энергия частиц (например, энергия их вращения или внутренняя энергия атомов или молекул, если рассматривается газ).

Применение этой теоремы в астрономии обусловлено тем, что она позволяет через величину гравитационной энергии связать массу системы с кинетической энергией частей этой системы (в системе отсчета, относительно которой система как целое неподвижна). Поскольку гравитационная энергия системы U_G по порядку величины составляет — GM²/R, где M — масса системы, R — ее размер (радиус), G — гравитационная постоянная, а средняя кинетическая энергия системы

где v — среднеквадратичная скорость членов системы, то из формулы (1) следует:

(2)

Если из наблюдений известны v²_ср и R, то выражение (2) позволяет оценить массу системы. Этот метод применим, например, для оценки масс звездных скоплений, галактик и компактных скоплений галактик. При рассмотрении строения звезд теорема вириала позволяет оценить среднюю температуру звезды. Для этого в формулу (2) подставляют значение среднеквадратичной скорости, выраженное через температуру:

где m — масса частицы газа. Тогда из (2) следует:

(3)

Полная энергия звезды, как следует из (1),

(4)

Из (4) видно, что ∆E = —∆E_кин

, т. е. сообщение звезде энергии уменьшает кинетическую энергию ее частиц и, наоборот, излучение энергии приводит к росту E_кин и температуры звезды. Если источником энергии звезды служит ее постепенное сжатие под действием сил гравитации (это соответствует определенным этапам эволюции звезд), то выделяющаяся гравитационная энергия распределяется следующим образом. Половина ее, согласно (1), идет на увеличение E_кин и температуры звезды:

Вторая половина ∆UG идет на излучение:

ТЕРМИНАТОР — граница между дневным и ночным полушариями Луны, планеты или естественного спутника планеты. У идеального шара в проекции на видимый диск планеты терминатор имеет форму половины эллипса, соединяющего концы его большой оси; в предельных случаях это полукруг или прямая линия. У реальных планет из-за неровности их поверхности терминатор при его наблюдении в телескоп демонстрирует сложную форму, особенно в областях с пересеченным рельефом (горы, каньоны). В области терминатора солнечные лучи падают под малым углом к поверхности планеты, образуя длинные тени. Это облегчает астроному изучение рельефа поверхности.