Дәріс № 9. Күн. Күн жүйесі

1. 
   Күн туралы негізгі деректер
   
2. 
   Күннің химиялық құрамы мен спектрі
   
3. 
   Күннің жалпы құрылысы және атмосферасы
   

Күн Жерден қыры жақсы білінетін дөңгелек ретінде көрінеді. Жыл барысында Жердің Күнге дейінгі қашықтығы өзгеріп тұрғандықтан, Күннің бақыланатын радиусы аздап өзгеріп тұрады.

Күннің көлемі

V_к 1,41 · 10²⁷ м³
Ал оның массасы m_к 1,99 · 10³⁰ кг 2 · 10³⁰ кг

Бұл оның затының мынандай орташа тығыздығын береді:

Күн заты Күннің айналу осі деген бір диаметрі қасында қозғалады, бірақ Күннің әртүрлі ауылақтары әртүрлі периодтармен айналады. Экватор нүктелер үшін сидерикалық период 25 тәулікке, ал полюске жақын нүктелер үшін период 30 тәулікке тең болады.

Күннің химиялық құрамы мен спектрі

Көрінетін облыста Күн сәулеленуінің спектірі үздіксіз болады, оның үстінде жұтылудын бірнеше он мың қаранғы сызықтары бақыланады. Үздіксіз спектрдің максимал қарқындылығы спектірдің көк-жасыл бөлігінде, ұзындылығы 430-500 нм толқындарда болады. Максимумның екі жағына Күн нұрының қарқындылығы кемиді.

Күн спектірі көрінбейтін қысқатолқынды және ұзынтолқынды облыстарына алысқа таралады. Зымырандар мен серіктерден жасалған Күн спектірінің бақылаулары 200 нм толқын ұзындықтарына дейін Күн спектірі көрінетін облыста сияқты екендігін көрсетеді. Бірақ одан қысқатолқынды облысында спектірдің беталысы шұғыл өзгереді: үздіксіз спектірдің қарқындылығы тез азаяды, ал қараңғы фраугофер сызықтарының орнына жарық эмиссияның пайда болады.

Күн спектірінің 15 мкм дейінгі инфрақызыл облысы Жер атмосферасынан өткенде бөліктеніп жұтылады. Мұнда негізінде өттегіне, көмір қышқыл газына және су буларына жататын молекулалық жұтылуыдың жолақтары орналасады.

Күн спектірінің инфрақызыл диапазонға дейін ерекшелігі – бұл жұтылудың қараңғы сызықтарының болуы.Олар сирек қыздырылған газдың шығару сызықтарына сәйкес болады.Сондықтан фраунгофер сызықтарының орналасуы және қарқындылығы бойынша Күн атмосферасында химиялық элементтердің болуы туралы және олардың проценттік құрамы туралы қорытынды жасауға болады.

Күн спектірін зерттеу арқылы Күнде сутегі гелий, көміртек, азот, өттегі, магний, натрий, кальций, темір және көп басқа элементтер бар екендігі ашылған. Ең көп элемент – ол сутегі, ол Күн массасының 70 % алады. Екінші орында – гелий, Күн массасының 29 % алады. Басқа барлық қалған элементтерге 1 % -қана.

Астрофизикада және геофизикада мағыналы рөл атқаратын келесі күн сипаттамасына күн нұрының қуаты жатады. Күн нұрының қуатын, күн тұрақтысымен сипаттайды.

Күн тұрақтысы деп Жер атмосферасынан тыс жердегі Күн сәулелеріне перпендикуляр орналасқан ауданы 1 см² жазық беттен 1 минутта өтетін Күн энергиясының толық мөлшері аталады.

Күннің жалпы құрылысы және атмосферасы

Күннің ортасында температура 1,5 · 10⁷ К және қысым Р = 2,2 · 10¹⁴ Па, тығыздық = 1,5 · 10⁵ кг/м³. Күн ортасынан R = 0,3 R_к қашықтыққа дейінгі Күн бөлігін ядролық реакциялар ауымағы деп атауға болады, себебі мұнда Күнді энергиямен қамтамасыз ететін екі термоядролық реакциялар өтеді. Біріншінің нәтижесінде сутегінің 4 атомдарынан гелийдің бір атомы пайда болады. Реакцияның аралық кезендерінде дейтерий ядролары және Не³ изотоптың ядролары пайда болады. Бұл реакцияны протон – протондық деп атайды.

Екінші реакцияны көміртек циклы деп атайды. Мұндада протонның 4 ядросынан гелийдің бір ядросы пайда болады. Бірақ процесс күрделі және қатализатор рөлін атқаратын көміртек болғанда ғана өту мүмкін.

Гелий ядросының массасы 4 протондар массасының қосындысынан 1% аз. Бұл массаның айырымын масса ақау деп атайды. Масса ақаунның болуы энергияның өте көп мөлшерінің болінуіне әкеледі, себебі Эйнштейн формуласы бойынша

Е = мс²

Масса ақауына жарық жылдамдығының квадратына көбейтілген байланыс энергия сәйкес болады.

Ядролық реакциялар ауымақтың шегінде температура 5 миллион градустан, ал қысым 10 миллиард атмосферадан төмен болады. Бұл жағдайда ядролық реакциялар өту мүмкін емес. Бірінші ауымақтан жуық шамамен 0,7 R_к қашықтыққа дейінгі Күн облысында сәулелік тепе-теңдік бақыланады. Сондықтан бұл облысты сәулелік тепе-теңдік ауымағы немесе энергияны нұрмен тасымалдау ауымағы деп атайды.

Екінші ауымақтың үстінде теріндігі жуық шамамен 0,3 R_к тең конвективті ауымақ орналасады. Бұл ауымақта энергия төмен қабаттардан жоғарғы қабаттарға заттың конвекциясы арқылы тасымалданады.

Нұрын бақылауға болатын Күннің сыртқы қабатын Күн атмосферасы деп атайды. Ол өзі фотосфера, хромосфера және корона деп аталатын үш қабаттан тұрады.

Фотосфера – бұл терендігі 300 км ғана болатын Күн атмосферасының негізгі бөлігі. Мұнда үздіксіз спектірі болатын бақыланатын нұр пайда болады. Фотосфераның температурасы жуық шамамен 5-6 мың градус, қысым 0,1 атмосфера, ал концентрация 10¹⁶ - 10¹⁷ бөлшек 1 см³.

Хромосфераның терендігі 12-15 мың км. Оның жарықтылығы фотосфераның жарықтылығынан жүздеген есе, кіші болады.Ол Күн тұтылыста Ай фотосфераны жапқанда айқын көрінеді. Хромосфераның спектірі өте жарық эмиссиялық сызықтардан тұрады.

Күн коронасының жарықтылығы фотосферанан, жарықтылығынан миллион есе кіші болады. Сондықтан оны толық Күн тұтылысында ғана бақылауға болады. Күн коронасының терендігі (0,5-1) R_к болатын ең жарық бөлігін ішкі корона, ал қалған, өте ұзын бөлігін – сыртқы корона деп атайды.

Күн коронасының құрылымы доғалар, шлемдар, жеке бұлттар, сәулелер тәрізді фигуралардан тұрады.

Игеру деңгейін бақылау сұрақтары:

1. 
   Күннің негізгі сипаттамаларының мәндерін атандар.
   
2. 
   Күн спектірінің қандай ерекшеліктері бар?
   
3. 
   Күннің химиялық құрамы қандай?
   
4. 
   Күн құрылысының негізгі ауымақтарын атап шығындар.
   
5. 
   Ядролық реакциялар ауымағы дегеніміз не?
   
6. 
   Басқа ауымақтарының ерекшеліктерін түсіндіріндер.
   

Қолданылатын әдебиет:

1. 
   Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии. - М.: УРСС,2001.-544с.
   
2. 
   Бакулин П. И., Кононович Э. В., Мороз В. И. Курс общей астрономии.- М.: Наука,1974.-512 с.
   
3. 
   Дагаев М.М., Демин В.Г., Климишин И.А., Чаругин В.А. Астрономия. (уч. пос.)- М.: Просвещение, 1983.
   
4. 
   Әбишев Х. Аспан сыры. – Алматы, 2009
   
5. 
   Жаров В.Е. Сферическая астрономия. - М.: Наука.2002.-256с.
   
6. 
   Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. – М.: Наука, 1980
   

Дәрістің мазмұны.

1. 
   Күн белсенділігі.
   
2. 
   Күн жүйесінің құрамы мен масштабтары.
   
3. 
   Жер тобының планеталары. Алпауыт планеталар.Астероидтар, кометалар, метеориттер.
   

Күн радионұрының айымалылығы өте үлкен болады. Қуаттың ең кішкентай мәнің тіркеп, бақыланатын нұрды екіге бөлуге болады: тұрақты бөлікке және айнымалы бөлікке.Біріншісің тыныш Күннің радионұры, ал екіншісін – тыныш емес күйдегі Күннің радионұры деп атайды.

Көрінетін нұрды толығымен өткізетін Күн Коронасы радионұрды толығымен өткізбейді. Радиотолқындар онда сынады және жұтылады. Сондықтан Күн Коронасының шығаратын радиотолқындары температурасы миллион градусқа жақын абсолютті қара дененің шығаратын радиотолқындарына сәйкес болуы керек. Бұны ескере отырып, Коронаның температурасын оның радионұрың өлшеу арқылы анықтайды.

Кейбір кездерде Күн атмосферасында белсенді өзгерістер бақыланады. Олар әртүрлі болсада, себебі бір күннің магнит өрісі. Бұларға факелдер, дақтар, флоккулдар, хромосфералық вспышкалар, протуберанецтер жатады.

Фотосфераның тыныш облыстарында кернеулігі 1 эретедқа жақын жалпы магнит өрісі болады. Магнит өрістің ондағап және жүздеген эретедқа дейін үлкен емес күшейюі фотосферада факел, деп аталатын жарық облысының пайда болуына әкеледі. Факелдер ерекше өзгеріссіз бірнеше ай аралығында сақталу мүмкін.

Магнит өрістің максималды күшейу бақыланатын факел облыстарында Күн дақтары пайда болуы мүмкін. Алдымен кішкентай нүкте пайда болады. Бір күннен кейін шекарасы айқын көрінетін доңгелек қара дақ пайда болады. Бұл дақтың диаметрі өсе беріп, бірнеше оң мың километрге жету мүмкін. Дақтың диаметрі өсуі мен бірге оның ішіндегі магнит өрісінің кернеулігі де өсе береді. Үлкен дақтардың ортасындағы кернеулік бірнеше мың эретедқа жету мүмкін.

Флоккулар дегеніміз – бұл факелдар мен дақтар үстіндегі хромосфераның жарығының өсуі.

Хромосфераның кейбір облыстарында магнит өрістің орнықсыз конфигурациясы пайда болуы нәтижесінде заттың тығыздығы мың есе өсуі мүмкін. Бұған сәйкес бұл облыстың жарық шығару қабілетінің қуаты да бірнеше минутта шұғыл өседі. Бұл процесс жарылыс сияқты өтеді, сондықтан оны хромосфералық вспышка деп атайды.

Хромосфера мен Корона арасындағы зат алмасуы протуберанецтер арқылы өтеді. Протуберанец – бұл хромосфераға қарағанда тығыздығы жоғары және температурасы төмен бұлт. Көбінесе протуберанецтердің пішініқисық түйіршіктер тәрізді болады. Олардың ені 6000-10000 км аспайды, ал ұзындығы жүздеген мың километрге жетуге мүмкін.

Күн жүйесінің құрамы мен масштабтары.

Күн және оның қасында айналып жүретін ғарыштық денелердің жиынтығы. Күн жүйесің түзеді.

Күн жүйесіне кіреді: барлық жүйесің динамикалық ортасы болатын Күн, 9 үлкен планеталар, планеталардың 32 серігі, 1800 астам кіші планеталар немесе астероидтар 500 астам кометалар және метеорлық денелердің жиынтылығы.

Барлық үлкен планеталар Күннің қасында бір жаққа айналады. Планеталардың көпшілігінің (Уран мен Шолпанның есептелегенде) және Күн мен Айдын өздерінің өске қатысты айналуыда сол жаққа болады. Күннен қашықтық өсе бергенде орбиталар арасындағы аралықта өсе береді. Ең алыс Плутон планетасынан Күнге дейін орташа қашықтық 39,75 а.б. Егер бұл қашықты Күн жүйесің радиусы деп есептесек, ол ең жақын Центаврдың Проксимасы жұлдызына дейін қашықтықтан жұық шамамен 700 есе кіші болады.

Астероидтар Күннің қасында планеталар сияқты, түзу бағытта айналады. Олардың көпшілігінің орбитасы Марс және Юпитер орбиталар арасында орналасады.

Кометалардың қозғалысында айырмашылық көп. Көпшілігінің орбитасы – өте ұзартылған эллипстер. Кейбір кометалардың афелийдегі қашықтығы 50 000 – 100 000 а.б. жетеді, ал айналу периоды – бірнеше миллион жыл. Көп емес қысқа периодты кометалардың орбитасы шенбер тәрізді болады.

Жер тобының планеталары. Алпауыт планеталар.

Жер тобының планеталарына Меркурий, Венера және Марс жатады. Меркурий Айдан аздап қана үлкен, оның радиусы 2437 км. Бірақ орташа тығыздығы Айға қарағанда үлкен (5500 кг/м³), Жердікі сияқты. Ауырлық күш үдеуі 3,72 м/с². Күн қасындағы айналу периоды Т 88 жер тәулігіне тең.

Меркурийдің радиолокациясы планетаның айналу бағыты мен периодың анықтауға мүмкіндік берді. Меркурийдің өз айналу периоды t = Т болып шықты, яғни Меркурийдегі күн тәулігі (Күннің екі шығыуының арасындағы уақыт) Меркурий жылынан екі есе ұзақ. Меркурий атмосферасы туралы ешқандай мәлімет жоқ, оның серіктері де жоқ.

Венераның массасы және радиусы Жерге жақын (R= 0,95 R_ж, М = 0,82 М_ж.) Оның Жерде сияқты тығыз атмосферасы бар, бірақ бұлттар бетін көруге мүмкіндік бермейді: Бұлттар да, Жерде сияқты, судан және мұздан тұрады деп есептеледі. Венераның атмосферасы негізінде көмірқышқыл газдан (СО₂) тұрады. Өте кішкентай мөлшермен СО, НF және HCl кездеседі. Атмосфераның 2 % азот алады. Венераның бетінде қысым 100 атм, ал температура 500⁰ жақын.

Венераның өз айналу периоды (243 тәулік) және Күн қасындағы айналу период (225 тәулік) шамасы жағынан жақын болғандықтан, ал бағыты қара-қарсы болғандықтан, Күн қасында бір рет айналғанда Венерада Күннің екі шығуы және екі отыруы бақыланады, яғни Венерадағы күн тәуліктің ұзақтылығы 117 жер тәулігіне тең, ал Күнге дейінгі орташа қашықтық 0,72 а.б.

Венераның серіктері жоқ. Марс, Жер тобының төртінші планетасы, өлшем бойынша Жерден екі есе кіші (экваториал радиусы 3394 км) және масса бойынша тоғыз есе кіші.

Марсиандық жыл 687 жер тәулікке тең.

Марста атмосфера бар, ол негізінде көмір қышқыл газдан тұрады. Атмосферада бұлттар пайда болуы мүмкін, олар екі түрге бөлінеді: сары бұлттар Марстың бетінен көтерілген тозан, ал ақ бұлттар мұз кристаллдарынан тұрады деп есептеледі. Бірақ Марс атмосферасының тығыздығы Жермен салыстырғанда кіші.

Марс бетінің кейбір облыстарының түсі жыл барысы бойынша өзгеріп тұрады, бірақ бұл құбылысты ешкім әлі түсіндірген жоқ.

Марстың екі кішкентай серіктері бар, Фобос және Деймос.

Марс пен Күн арасындағы орташа қашықтық 1,52 а.б.

Алпауыт планеталарға Юпитер, Сатурн, Уран және Нептун жатады.

Юпитер – Күн жүйесінің ең үлкен планетасы. Оның массасы Жер массасынан 318 есе үлкен Юпитердің экваториал радиусы 71400 км. Гравитациялық үдеу 25 м/с² жақын, Орташа тығыздық 1300 кг/м³.

Юпитер дискінде көп детальдар көрінеді, бірақ оның ішінде біреуі де тұрақты емес. Бұл бізге Юпитердің үстіндегі бұлттар ғана көрінетіндігін дәлелдейді. Сондықтан Юпитерде қатты бет болатындығы туралы ешқандай қорытынды жасауға болмайды. Ең көрінетін – экваторға параллель орналасқан қараңғы қызыл жолақтар. Олардың арасындағы ақшулан жорақтарды ауымақтар деп атайды. 1878 ж Юпитер бетінде Қызыл дақ ашылған, ол қазірде көрінеді. Юпитер Күн сияқты айналады, әр түрлі облыстарының айналу жылдамдағы әр түрлі болады. Юпитерден радиотолқындар шығатындығы ашылған.

Юпитердің 12 серігі бар. Ең жақын серік – Амальтея. Одан кейін Галилей ашқан серіктер – Ио, Европа, Ганимед және Каллисто. Төрт серік кері айналады, басқалары Юпитер айналатын бағыт бойынша айналады.

Юпитер атмосферасында ең көбі – ол молекулалық сутегі Н₂ және гелий Не. Онымен бірге метан СН₄ және аммиак NH₃ ашылған.

Юпитермен салыстырғанда Сатурн Күннен екі есе алыста орналасқан, яғни Сатурн мен Күн арасындағы қашықтық 10 а.б. Айналу периоды – 29,5 жыл. Сатурн радиусы 60400 км, массасы Жер массасынан 95 есе үлкен. Экватордағы ауырлық күштің үдеуі 11 м/с². Айналу периоды экватордан полюстерге ауысқанда өсе береді.

Спектроскопиялық зерттеулер Сатурн атмосферасында Н₂ және СН₄ бар екендігін ашты.

Сатурн сақиналары – телескопта бақылауға болатын өте жемді нысандардың бірі. Оларды алдымен 1610 ж. Галилей көрген. Қазіргі заманда сақина үш сақиналардан тұратындағы ашылды. Сақинаналардың, қалындығы 20 км аспайды.

Сатурнның 10 серігінің 6 серігі – Титан, белгілі серіктердің ішіндегі ең үлкені (диаметрі 4850 км) және онда ғана СН₄ тұратын атмосферасы бар.

Бұрын қарастырған барлық планеталар аспандағы ең жарық нысандарға жатады және көзбен көрінеді. Ал Уран телескоппен ғана кішкентай жасыл диск түрінде көрінеді. Планета орбитасының үлкен жартылай өсі 19,2 а.б. жақын, ал Күннің қасында айналу периоды 84 жыл Уран массасы Жер массасынан 14,6 есе үлкен, радиусы 24800 км. Өз осіне қатысты айналу периоды жуық шамамен 11 сағат, айналу бағыты керісінше. Уранның 5 серігі бар.

Нептуннің радиусы 25050 км, массасы Жер массасынан 17,2 есе үлкен. Планета орбитасының үлкен жартылай осі 30,1 а.б., ал Күн қасындағы айналу периоды 165 жыл. Өз осіне қатысты айналу периоды 16 сағат, айналу бағыты түзу. Спектроскопиялық бақылаулар нәтижесінде Уран мен Нептуннің атмосферасында Н₂ және СН₄ табылған.

Плутон, Күн жүйесіндегі белгілі планеталардың ең алыстағысы, 1930 ж. ашылған. Оның диаметрі – 2900 км, ал Күнге дейінгі орташа қашықтығы – 39,5 а.б. Өз осіне қатысты айналу периоды 6,4 тәулік. Плутон массасы туралы сенімді мәліметтер жоқ.

Кіші планеталардың немесе астероидтардың біріншісі 1801 ж. ашылған. Оны Церера деп атаған. Одан кейін тағы үш астероидтар ашылған – Паллада, Веста және Юнона. Қазіргі заманда 1800 астероидтардың орбиталары белгілі. Белгілі астероидтардың ішіндегі ең үлкені – Церера, оның диаметрі 780 км. Астероидтардың көпшілігі Марс және Юпитер арасында эллипс орбиталары бойынша қозғалады.

Кометалар – бұл өте созылған, параболаға жақын эллипс орбиталары бойынша қозғалатын аспан денелері. Олардың ішінде кішкентай бөлігі ғана периодтық санына жатады, яғни бірнеше рет бақыланғандарға. Көпшілігінің айналу периоды өте үлкен, бірнеше миллион жылға жетеді. Әрбір кометаның басы мен құйрығы болады. Бастың ортасында өлшемі 30 км аспайтың ядросы болады. Ядро қатып қалған СН₄ , NH₃, Н₂О, СО₂ тұрады. Комета басының өлшемі бірнеше жұз мың км жетуге мүмкін. Күннен алыста болғанда, кометаның құйрығы кішкентай болады. Комета Күнге жақындай бергенде, оның жарық қысымы нәтижесінде Күннен бағытталған құйрығы өсе береді де үлкен кометаларда 10⁸ км ұзындыққа жету мүмкін.

Бұлтсыз түнде аспанда метеорлар бақыланады. Метеорлар деп жер атмосферасына бірнеше оң км/сжылдамдықпен ұшып келген ғарыш денелер. Олар 80 км биіктікте жанып кетеді. Бір тәулікте 10⁸ метеорлар бақыланады. Олардың ағындары кометалар бұзылғанда пайда болу мүмкін. Ең жарық метеорлар – болидтер – күндізде бақылану мүмкін. Олардың түтіннен тұратын құйрығы болады. Кейбір болидтердің қалдығы Жерге метеориттер түрінде түседі.

Метеориттер, «аспан тастары» адамзатқа бұрыннан белгілі. Олар химиялық құрамы мен құрылысы үш үлкен топқа бөлінеді: тас (аэролиттер), темір-тас (сидеролиттер) және темір (сидериттер). Кейбір метеориттер Жерге бұзылмай түседі (Гоба, массасы 60 т). Үлкен метеориттерінің біреуі 1947 ж. Сихотэ-Алинде түскен темір метеорит бұзылып, көп қалдықтар түрінде табылған. Егер Жерге массасы 10⁵ – 10⁸m жақын метеорит түссе, ол жарылып, құлаған Жерде кратер пайда болу мүмкін. Мысалы, АКШ-та Аризонада диаметрі 1200 км, ал терендігі 200м тең кратер белгілі.

Игеру деңгейін бақылау сұрақтары:

1. 
   Күн белсенділігінің себебі не?
   
2. 
   Күн белсенділігін айқындайтың атмосферадағы өзгерістерді атандар.
   
3. 
   Күн жүйесінің құрамы мен масштабтары қандай?
   
4. 
   Жер тобының планеталарының ерекшелінтерін атап шығындар.
   
5. 
   Алпауыт планеталарының ерекшеліктері қандай?
   
6. 
   Астероидтар деп қандай аспан денелерді айтады?
   
7. 
   Кометалар дегеніміз не?
   
8. 
   Метеорлар мен метеориттер дегеніміз не?
   

1. 
   Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии. - М.: УРСС,2001.-544с.
   
2. 
   Бакулин П. И., Кононович Э. В., Мороз В. И. Курс общей астрономии.- М.: Наука,1974.-512 с.
   
3. 
   Дагаев М.М., Демин В.Г., Климишин И.А., Чаругин В.А. Астрономия. (уч. пос.)- М.: Просвещение, 1983.
   
4. 
   Әбишев Х. Аспан сыры. – Алматы, 2009
   
5. 
   Жаров В.Е. Сферическая астрономия. - М.: Наука.2002.-256с.
   
6. 
   Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. – М.: Наука, 1980