Презентация на тему "Изучение динамики солнечной системы на основе наблюдений"

Ваша оценка презентации
Оцените презентацию по шкале от 1 до 5 баллов
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Рецензии

Добавить свою рецензию

Аннотация к презентации

Презентация на тему "Изучение динамики солнечной системы на основе наблюдений" представляет собой исследование, в ходе которого наблюдатель сумеет вывести закономерность в динамике изменения Солнечной системы. Материал поможет узнать, как меняется Солнечная система.

Краткое содержание

  1. Состав и размеры Солнечной системы
  2. Силы взаимодействия в Солнечной системе
  3. Основные задачи динамики Солнечной системы
  4. Методы наблюдений тел Солнечной системы
  5. Методы построения модели Солнечной системы
  6. Особенности задач динамики Солнечной системы
  7. Специальные задачи динамики Солнечной системы
  8. Источники данных о движении тел Солнечной системы

Содержание

  • Слайд 1

    ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ НАБЛЮДЕНИЙ

    Н. В. Емельянов

    pptcloud.ru

  • Слайд 2

     


  • Слайд 3

    План доклада

    1. Состав и размеры Солнечной системы
    2. Силы взаимодействия в Солнечной системе
    3. Основные задачи динамики Солнечной системы
    4. Методы наблюдений тел Солнечной системы
    5. Методы построения модели Солнечной системы
    6. Особенности задач динамики Солнечной системы
    7. Специальные задачи динамики Солнечной системы
    8. Источники данных о движении тел Солнечной системы

  • Слайд 4

    Состав и размеры Солнечной системы

    Состав Солнечной системы:

    • Солнце
    • планеты (8)
    • спутники планет (167), Луна
    • малые планеты (астероиды) (более 380 000)
    • кометы (более 1000)

    Искусственные спутники Земли:

    • метеорологические (h=600-1000 км)
    • геодинамические (h=6000 км)
    • навигационные (h=20 000 км)
    • геостационары (h=36 000 км)

  • Слайд 5

     

    • Размеры Солнца, планет и их орбит:
    • Солнце (R= 700 000 км)
    • Меркурий (R= 2 400 км) a = 0.4 а.е.
    • Венера (R= 6 000 км ) a = 0.7 а.е.
    • Земля (R= 6 400 км ) a = 1.0 а.е.
    • Марс (R= 3 400 км ) a = 1.5 а.е.
    • Юпитер (R= 70 000 км )a = 5.2 а.е.
    • Сатурн (R= 60 000 км )a =9.5 а.е.
    • Уран (R= 25 000 км )a = 20 а.е.
    • Нептун (R= 25 000 км ) a = 30 а.е.

    Самый далекий объект обнаружен на расстоянии 97 а.е. от Солнца карликовая планета Эрида диаметром 2400 км имеет спутник Дисномию диаметром 300 км.

  • Слайд 6

     

    Астероиды и кометы: Нумерованных малых планет 164612 (на 26 сент. 2007 г.)

  • Слайд 7

     

    Спутники планет:

    • Луна (R=1700 км) , a = 380 000 км
    • Радиусы (max) 2631 км (Ганимед)

  • Слайд 8

    План доклада

    1. Состав и размеры Солнечной системы
    2. Силы взаимодействия в Солнечной системе
    3. Основные задачи динамики Солнечной системы
    4. Методы наблюдений тел Солнечной системы
    5. Методы построения модели Солнечной системы
    6. Особенности задач динамики Солнечной системы
    7. Специальные задачи динамики Солнечной системы
    8. Источники данных о движении тел Солнечной системы

  • Слайд 9

    Силы взаимодействия тел Солнечной системы

    Доминируют силы гравитационной природы

    Другие силы :

    • световое давление
    • сопротивление среды

    Трудности учета : вхождение в тень

    Трудности учета : непредсказуемость плотности , вязко-упругое сопротивление тел деформациям

    Трудности учета : почти ничего не знаем о внутренностях небесных тел

  • Слайд 10

     

    Силы гравитационной природы :

    На практике чаще вместо решения уравнений поля ОТО используют постньютоновское приближение …

    Закон притяжения Ньютона + релятивистские эффекты (например, в рамках задачи Шварцшильда)

    Методические проблемы решения уравнений:

    • Аналитические методы : чрезвычайно громоздкие ряды по степеням малых параметров
    • Методы численного интегрирования : загружают непомерной задачей даже современные суперкомпьютеры
    • В большинстве задач пока вполне достаточно закона притяжения Ньютона

  • Слайд 11

    План доклада

    1. Состав и размеры Солнечной системы
    2. Силы взаимодействия в Солнечной системе
    3. Основные задачи динамики тел Солнечной системы
    4. Методы наблюдений тел Солнечной системы
    5. Методы построения модели Солнечной системы
    6. Особенности задач динамики Солнечной системы
    7. Специальные задачи динамики Солнечной системы
    8. Источники данных о движении тел Солнечной системы

  • Слайд 12

    Основные задачи динамики Солнечной системы

    Во все времена Основными задачами небесной механики

    были :

    ГЕОДЕЗИЯ И НАВИГАЦИЯ

    Главный в мире институт небесной механики в Париже

    в течение 200 лет (до 1998 года) назывался Бюро долгот.

    Лагранж, Лаплас, Пуанкаре, Тиссеран, Леверье, Бретаньон

  • Слайд 13

     

    Главный в мире институт небесной механики в Париже в течение 200 лет (до 1998 года) назывался Бюро долгот.

    Лагранж, Лаплас, Пуанкаре, Тиссеран, Леверье, Бретаньон

  • Слайд 14

    Классики небесной механики на Эйфелевой башне

  • Слайд 15

    Основные задачи динамики Солнечной системы

    ГЕОДИНАМИКА И НАВИГАЦИЯ

    От секстанта и окулярного микрометра до GPS и ГЛОНАСС

  • Слайд 16

     

    Устойчивость Солнечной системы

    Триста лет упорной работы так и не увенчались желанным результатом.

    Солнечная система может быть устойчива, а может быть и нет. Но если она и неустойчива, то распадается чрезвычайно медленно (Лагранж, Пуассон, Меффруа).

    Взаимные наклоны орбит больших планет и их эксцентриситеты изменяются мало и медленно, если мало изменяются большие полуоси орбит (Лаплас).

    В резонанс небесные тела могут попасть только в итоге долгой эволюции планетных систем. По близости орбиты к резонансной можно оценить возраст небесного тела.

  • Слайд 17

     

    Новая задача небесной механики, возникшая во второй половине 20-го века, -- межпланетная навигация.

    Основная проблема - в достаточно хорошем знании движения планет, спутников и астероидов и других малых тел Солнечной системы.

    Задача совпала с вечной проблемой человечества -- изучение среды обитания. Изучение строения и динамики тел Солнечной системы является важной частью астрономии.

    Решается эта задача методами небесной механики на основе астрометрических наблюдений.

  • Слайд 18

    План доклада


  • Слайд 19

    Методы наблюдений тел Солнечной системы

    Во что глядят астрономы ?

    • В 19-м веке астрономы глядели в телескопы
    • В 20-м веке астрономы глядели в микроскопы
    • В 21-м веке астрономы глядят … в компьютеры

    Мы говорим «наблюдения», подразумеваем «измерения»

  • Слайд 20

    Это не наблюдения, а подготовка к наблюдениям

  • Слайд 21

    Методы наблюдений тел Солнечной системы


  • Слайд 22

     


  • Слайд 23

     

    Лазерные и радиотехнические дальномерные измерения.

  • Слайд 24

     

    Радиотехнические допплеровские наблюдения.

     = f(сдвиг частоты принимаемого сигнала)

  • Слайд 25

     

    Радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой.

     =  (сдвиг сигнала по времени)

  • Слайд 26

     

    Косвенные наблюдения положений небесных тел.

     =  m (спад звездной величины)

    Взаимные покрытия и затмения спутников планет

  • Слайд 27

    План доклада


  • Слайд 28

    Методы построения модели Солнечной системы

    Модель движения небесного тела -- это процедура, позволяющая на любой заданный момент времени определить координаты небесного тела или получить значение какой-либо величины, измеряемой в процессе наблюдений.

    Именно модель движения концентрирует все наши знания о динамике небесного тела, включая все имеющиеся наблюдения, и именно модель нужна в практических приложениях.

  • Слайд 29

     

  • Слайд 30

    План доклада


  • Слайд 31

    Связь интервала наблюдений и ошибки эфемериды

    Особенности задач динамики Солнечной системы

  • Слайд 32

     

    Особенности задач динамики Солнечной системы

    Связь интервала наблюдений и ошибки эфемериды

  • Слайд 33

    Особенности задач динамики Солнечной системы

    Для построения модели движения любого небесного тела всегда стараются использовать набор всех существующих в мире наблюдений, начиная с момента открытия этого небесного тела.

    Продолжение наблюдений небесных тел (в том числе наземных) даже прежней точностью оказывается полезным.

    Преимущества одних наблюдений по сравнению с другими определяются не только их точностью, но также длиной интервала времени, на котором они выполнены.

    Любые новые наблюдения, даже более точные, почти всегда используются только как дополнение к уже существующей базе данных.

    Свойства наблюдений небесных тел для задач небесной механики.

  • Слайд 34

    План доклада


  • Слайд 35

     

    • Модели движения Луны и планет, модель вращения Земли служат основой для координатно-временного обеспечения навигационных служб и некоторых производственных процессов.
    • Координатно-временное обеспечение наземных и космических навигационных служб.
    • Специальные задачи динамики Солнечной системы
    • До изобретения атомных часов небесная механика обеспечивала единственный надежный способ отсчета времени.
    • Связь шкал времени зависит от расположения тел в Солнечной системе, свойств их движения.
    • Координатно-временное обеспечение навигационных служб напрямую зависит от модели движения тел Солнечной системы.

  • Слайд 36

    Специальные задачи динамики Солнечной системы

    Использование искусственных спутников Земли

    • ИСЗ – носители приборов для наблюдений земной поверхности, а также носители устройств, обеспечивающих глобальную радиосвязь.
    • На основе теории движения ИСЗ работают спутниковые навигационные системы GPS, и ГЛОНАСС.

  • Слайд 37

     

    Использование искусственных спутников Земли

    Модель движения ИСЗ - проблемы :

    Торможение в верхних слоях атмосферы.

    Проблема в том, что плотность атмосферы зависит от координат и от времени совершенно непредсказуемым образом.

    Давление света от Солнца. Нужно знать ориентацию спутника.

    Проблема возникает в моменты, когда спутник выходит из тени. Система ориентации начинает "судорожно" искать Солнце. В эти моменты ориентация спутника, освещенного Солнцем, непредсказуема.

  • Слайд 38

     

    Поведение Солнечной системы на десятках миллионов лет.

    Лаплас, Лагранж : эксцентриситеты и наклоны орбит испытывают лишь небольшие колебания с периодами от десятков тысяч до 2 млн лет.

    Жак Ласкар (Париж) : Решение (методами численного интегрирования) совместной системы уравнений орбитального и вращательного движения планет с учетом их формы и вязко-упругих свойств на интервале времени до 100 млн лет в прошлое.

    Результаты: Эксцентриситеты орбит испытывают небольшие колебания относительно их нынешних значений.

    Для Земли получается удивительная стабильность угла наклона оси вращения к плоскости орбиты вблизи значения 23 град.

  • Слайд 39

     

    Поведение Солнечной системы на десятках миллионов лет.

    Для Марса изменения угла наклона оси вращения к плоскости орбиты имеют почти хаотический характер в больших пределах. Совершенно случайно в настоящее время он имеет значение 25 град.

    Жак Ляскар построил модель вращения Земли для случая, если бы у нее не было спутника, Луны.

    Результат - угол наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты на интервале 30 млн лет изменялся также хаотично и в больших пределах, как и у Марса.

    Существование жизни на Земле обязано присутствию Луны !

  • Слайд 40

    Pause

  • Слайд 41

     

  • Слайд 42

    Специальные задачи динамики Солнечной системы


  • Слайд 43

     


  • Слайд 44

     


  • Слайд 45

     


  • Слайд 46

     

    Поиск двойных астероидов

    Предложен новый способ детектирования спутника у астероида (Thuillot W. 2003)

    Предложение – применить спектральный анализ зависимости координат от времени, чтобы детектировать этот сигнал.

    Метод основан на эффекте колебаний изображения большего тела из-за орбитального движения спутника

    Спутник невидим (слишком мал) Главное тело колеблется (дрожит)

  • Слайд 47

     

    Поиск двойных астероидов

    Для этого нужно:

    n хорошее отношение сигнал / шум

    n хорошее качество астрометрических наблюдений

    n хорошее покрытие явления наблюдениями по времени

    Как это делать:

    Искать периодический сигнал в величинах “O-C" Фурье анализом.

    Необходимо вовлечение большего числа обсерваторий для обеспечения более продолжительных и более плотных по времени наблюдений.

    Нужна работа по международной программе !

  • Слайд 48

     


  • Слайд 49

     


  • Слайд 50

     

    Опоздание Прометея

    Прометей был открыт в 1980 г. (Вояджер-1) и был виден с Земли.

    Прометей движется вокруг Сатурна по краю его кольца,

    Виден он с Земли только в короткие периоды (две-три недели), когда кольцо Сатурна ориентируется к нам ребром. В 1990 г. была определена орбита.

    Когда спустя годы во время видимого исчезновения кольца в 1995 году Прометей увидели с Земли, его планетоцентрическая долгота оказалась на 19 градусов меньше предвычисленной. Однако среднее движение осталось прежним. Прометей «опоздал».

  • Слайд 51

     

    Взаимные покрытия и затмения спутников планет

  • Слайд 52

    Специальные задачи динамики тел Солнечной системы

  • Слайд 53

     

  • Слайд 54

     

  • Слайд 55

     

  • Слайд 56

     

  • Слайд 57

     

  • Слайд 58

    Специальные задачи динамики Солнечной системы

    Взаимное покрытие спутников планет

    Видимое прохождение диска одного спутника по диску другого

    Спад суммарного светового потока зависит от координат спутников

  • Слайд 59

     

    Взаимные покрытия и затмения спутников планет

    Точность астрометрических наблюдений 60 – 120 mas

    Точность по фотометрии взаимных явлений 10 – 40mas

  • Слайд 60

     

    Взаимные покрытия и затмения спутников планет

    Периоды явлений длительностью в 6 – 9 месяцев повторяются через пол-оборота планеты вокруг Солнца.

    Спутники Юпитера : 1997, 2003, 2009, …

    Спутники Сатурна: 1995, 2009, …

    Спутники Урана : 1965, 2007, …

    Длительность каждого явления 5 – 20 минут.

    Происходят от 1 до 10 явлений в неделю.

    Каждое явление наблюдаемо только на 30% обсерваторий.

    Регулярно проводятся международные кампании фотометрических наблюдений взаимных явлений.

    Обработка результатов (получение астрометрических данных) выполнялись :

    • 1995 г. – Акснес (Норвегия), Нуаэль (Франция), Емельянов,
    • 1997 г. – Вазундхара (Индия), Емельянов
    • 2003 г. – Емельянов

  • Слайд 61

    План доклада


  • Слайд 62

    Источники данных о движении тел Солнечной системы


  • Слайд 63

     

    Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга МГУ

    Отдел небесной механики

    Построены оригинальные модели движения всех (107) далеких спутников планет (Емельянов, 2004)

    – численное интегрирование уравнений движения

    – уточнение параметров движения на основе всех опубликованных в мире наблюдений

    – эфемериды, предоставляемые на web-страницах через интернет.

    – регулярное обновление по мере появления новых наблюдений и открытия новых спутников

  • Слайд 64

     

  • Слайд 65

     

  • Слайд 66

     

  • Слайд 67

     

    Конец доклада

    Спасибо за внимание

Посмотреть все слайды
Презентация будет доступна через 45 секунд