Drukāt visu grāmatuDrukāt visu grāmatu

1. ZEME UN DEBESIS. Elektroniskā grāmata

Debess spīdekļu redzamā kustība, Visuma izpēte no Zemes un kosmosa.

Vietne: Profesionālajā izglītībā iesaistīto vispārizglītojošo mācību priekšmetu pedagogu kompetences paaugstināšana
Kurss: FiziT009 : Vispārizglītojošā fizika profesionālajā izglītībā
Grāmata: 1. ZEME UN DEBESIS. Elektroniskā grāmata
Drukājis: Vieslietotājs
Datums: otrdiena, 2019. gada 23. aprīlis, 00:03

Satura rādītājs

Titullapa

logo 


Ilgonis Vilks

 

Elektroniskā grāmata "Zeme un debesis"

 

Materiāls izstrādāts ESF Darbības programmas 2007. - 2013. gadam „Cilvēkresursi un nodarbinātība” prioritātes 1.2. „Izglītība un prasmes” pasākuma 1.2.1. „Profesionālās izglītības un vispārējo prasmju attīstība” aktivitātes 1.2.1.2. „Vispārējo zināšanu un prasmju uzlabošana” apakšaktivitātes 1.2.1.1.2. „Profesionālajā izglītībā iesaistīto pedagogu kompetences paaugstināšana” Latvijas Universitātes realizētā projekta „Profesionālajā izglītībā iesaistīto vispārizglītojošo mācību priekšmetu pedagogu kompetences paaugstināšana” (Vienošanās Nr. 2009/0274/1DP/1.2.1.1.2/09/IPIA/VIAA/003, LU reģistrācijas Nr. ESS2009/88) īstenošanai.

Rīga, 2011

1.1. Zemes kustība ap Sauli

Saules un zvaigžņu redzamā kustība pie debesīm un reālā Zemes kustība ap asi un ap Sauli. Zvaigznāji, zvaigžņu spožums, zvaigžņu kartes. Zodiaks.

Apskati zvaigžņu kustību nakts gaitā
mūzikas pavadījumā:

Zvaigznāji

Tumšā bezmēness naktī pie debess ar neapbruņotu aci vienlaikus var redzēt aptuveni 2400 zvaigznes. Spožākās zvaigznes veido noteiktas figūras, kuras sauc par zvaigznājiem. Zvaigznājus cilvēki sāka atšķirt jau senos laikos un deva tiem dažādu dzīvnieku nosaukumus vai mītisku varoņu vārdus. Viens no senākajiem zvaigznājiem ir Lielais Lācis (Lielie Greizie Rati). Pavisam pie debess ir 88 zvaigznāji, Latvijā var redzēt nedaudz vairāk par pusi no tiem. Taču zvaigznājā ietilpst ne tikai spožākās zvaigznes. Zvaigznājs ir debess sfēras apgabals ar noteiktām robežām, kurā ietilpst visas tajā esošās zvaigznes un citi objekti. Debess sfēra ir ap novērotāju apvilkta iedomāta sfēra, uz kuras virsmas „izvietoti” debess spīdekļi (patiesībā spīdekļu attālums no Zemes var būt ļoti atšķirīgs). Debess sfēru divās daļās dala debess ekvators.

Par zvaigznājiem lasi vēl: Vikipēdijā, projektā "Astronomija tīklā"

Andromedas zvaigznājs

Andromedas zvaigznāja mitoloģiskais veidols. Vikipēdijas attēls

Lielā Lāča zvaigznāju (angliski - Big Dipper) var izmantot kā savdabīgu astronomisko pulksteni. Zvaigznāja novietojums attiecībā pret horizontu mainās dažādos diennakts laikos un dažādos gadalaikos. Izpēti animācijā Lielā Lāča kustību. Datumu izvēlas ierakstot lodziņā vai pārvietojot bultiņu ar trijstūri. Laiku izvēlas, ierakstot lodziņā vai pārvietojot pulksteņa rādītājus.

Zvaigžņu spožums

Spožākās zvaigznes apzīmē ar grieķu alfabēta burtiem. Spožākā zvaigznāja zvaigzne parasti ir alfa, nākamā beta, utt. Vairāk nekā diviem simtiem spožāko zvaigžņu ir savi nosaukumi, piemēram, Mazā Lāča (Mazo Greizo Ratu) alfu sauc par Polārzvaigzni. Zvaigznes atšķiras pēc spožuma. Tās iedala spožuma klasēs, kuras sauc par zvaigžņlielumiem.Visspožākās ir -1., 0. un 1. zvaigžņlieluma zvaigznes. Visvājāk spīdošajām zvaigznēm, kas tikko saskatāmas ar neapbruņotu aci, ir 6. zvaigžņlielums. Vēl mazāka spožuma zvaigznēm, kas redzamas tikai teleskopā, zvaigžņlielums ir lielāks par 6. Piemēram, ar Latvijas lielāko teleskopu - Baldones Šmita teleskopu var saskatīt zvaigznes līdz 20. zvaigžņlielumam.

Par zvaigžņu spožumu lasi vēl: Vikipēdijā, projektā "Astronomija tīklā"

Debess sfēra

Zvaigznes pie debess sfēras. Gaiši zilā līnija –debess ekvators. Sarkanā līnija – ekliptika. Vikipēdijas attēls

Apskati videomateriālā dažāda spožuma zvaigznes Vērša, Oriona un Lielā Suņa zvaigznājos (no labās uz kreiso).

Zvaigžņu kartes

Pie debess sfēras izvietoto objektu attēlošanai astronomijā izmanto gan drukātas, gan uz datora ekrāna parādāmas zvaigžņu kartes. Dažāda spožuma zvaigznes kartēs apzīmē ar dažāda lieluma aplīšiem. Zvaigžņu kartēs attēlo arī citus nekustīgus debess objektus, piemēram, miglājus un zvaigžņu kopas, bet neattēlo Sauli, Mēnesi un planētas, jo tie pārvietojas.

Lai attēlotu zvaigžņu redzamo stāvokli jebkurā laika momentā, izmanto grozāmo zvaigžņu karti. Tā ir ļoti ērta, taču tajā parādītas tikai noteiktā vietā virs horizonta redzamās zvaigznes. Cita tipa zvaigžņu kartēs nav attēlots horizonts, un tās var izmantot jebkurā zemeslodes vietā. Tās var aptvert visu debess sfēru (debess globuss), vai tikai atsevišķu debess daļu.

Par zvaigžņu kartēm lasi vēl: projektā "Astronomija tīklā"

Andromedas zvaigznāja karte

Andromedas zvaigznājs zvaigžņu kartē. Vikipēdijas attēls

Apskati grozāmo zvaigžņu karti Latvijas Astronomijas biedrības vietnē. Melnajā laukumā parādītas tās zvaigznes, kas attiecīgajā laikā un datumā redzamas virs horizonta. Lai redzētu raksturīgās zvaigznāju kontūras, ieliec ķeksīti lodziņā "Zvaigznāji". Kartē izmantots vietējais laiks. Lai pārietu uz vietējo laiku, no novembra līdz martam no pulksteņa rādījuma jāatņem 30 minūtes, bet no aprīļa līdz oktobrim jāatņem 1 stunda un 30 minūtes.

Zvaigžņu kustība

Zvaigžņotā debess atrodas rotācijas kustībā. Griešanās notiek ap centru, ko sauc par debess ziemeļpolu. Debess ziemeļpols atrodas netālu no Polārzvaigznes, Mazā Lāča zvaigznājā. Debess rotācija ir šķietama. Patiesībā tā ir Zeme, kas griežas ap asi. Tā kā novērotājs ir saistīts ar Zemi, viņš šo kustību nejūt, un viņam liekas, ka griežas debess, virzienā no austrumiem uz rietumiem.

Visi spīdekļi dalās trīs grupās: uzlecošie-norietošie, nenorietošie un neuzlecošie. Nenorietošie spīdekļi riņķo ap debess ziemeļpolu un to leņķiskais augstums periodiski pieaug un samazinās. Uzlecošie-norietošie spīdekļi uzlec austrumu pusē, dienvidos sasniedz vislielāko leņķisko augstumu un rietumu pusē noriet. Vairāku stundu laikā zvaigžņotās debess izskats būtiski izmainās. Rīta pusē jau ir redzami pavisam citi zvaigznāji, nekā vakarā. Neuzlecošie spīdekļi ir tie, kas, dotajā novērojumu vietā virs horizonta neparādās.

Par zvaigžņu kustību lasi vēl: projektā "Astronomija tīklā"

Zvaigžņu rotācija ap debess ziemeļpolu

Zvaigžņotās debess rotācija ap debess ziemeļpolu. Centrā – Polārzvaigzne. Vikipēdijas attēls

Apskati videomateriālā
zvaigžņotās debess rotāciju ap debess ziemeļpolu.

Saules kustība

Saule Latvijā ir uzlecošs-norietošs spīdeklis. No rīta tā uzlec austrumu pusē, dienas vidū dienvidos sasniedz vislielāko leņķisko augstumu un vakarā rietumu pusē noriet. Saules diennakts kustība dažādos gadalaikos ir atšķirīga. Ziemā Saules ceļš virs horizonta ir viszemākais un visīsākais, pavasarī un rudenī Saule pārvietojas pie debess vidējā leņķiskā augstumā, bet vasarā Saules ceļš iet visaugstāk un tas ir visgarākais.

Šo izmaiņu cēlonis ir tas, ka Saule lēni pārvietojas starp zvaigznēm, gada laikā veicot pie debess pilnu apli, ko sauc par ekliptiku. Pie debess Saules ceļu iezīmē zodiaka zvaigznāju josla. Gada laikā Saule iziet caur 12 zodiaka zvaigznājiem: Aunu, Vērsi, Dvīņiem, vēzi, Lauvu, Jaunavu, Svariem, Skorpionu, Strēniku, Mežāzi, ūdensvīru un Zivīm. Tā kā ekliptika ir novietota slīpi attiecībā pret debess ekvatoru, tad vasarā Saule atrodas pie debess sfēras “augstāk”, bet ziemā “zemāk”. Pavasarī un rudenī tā atrodas “vidējā augstumā”.

Par Saules kustību lasi vēl: Vikipēdijā, projektā "Astronomija tīklā"

Saules kustība pie debess

Saules diennakts kustība Latvijā ap Jāņiem (augšējā pozīciju rinda) un ap Ziemassvētkiem (apakšējā pozīciju rinda). Vikipēdijas attēls

Izpēti animācijā Saules diennakts kustību dažādos gadalaikos. Pārbīdot bultiņu vai pulksteņa rādītājus, var izvēlēties noteiktu vietējo laiku, datumu un novērotāja atrašanās vietas geogrāfisko platumu (Rīgas ģeogrāfiskais platums ir 57º N). Šos lielumus var ierakstīt arī atbilstošajos lodziņos. Pie debess ar peli var pārvietot arī Saules ripu.

Zvaigznāju redzamība

Saules kustība pa ekliptiku ir šķietama. Patiesībā Zeme kustas pa orbītu apkārt Saulei, bet novērotājam, kas saistīts ar Zemi, šķiet, ka kustas Saule. Saules pārvietošanās dēļ dažādos gada mēnešos redzami atšķirīgi zvaigznāji. Izšķir nenorietošos zvaigznājus, kas redzami visu gadu, pavasara zvaigznājus (piemērs – Vēršu Dzinējs), vasaras zvaigznājus (piemērs – Gulbis), rudens zvaigznājus (piemērs – Pegazs) un ziemas zvaigznājus (piemērs – Orions). Tie zvaigznāji, kas dotajā brīdī atrodas Saules tuvumā, nav saskatāmi, bet tie zvaigznāji, kas atrodas debess sfēras pretējā pusē, redzami vislabāk.

Par zvaigznāju redzamību lasi vēl: projektā "Astronomija tīklā"

Zemes kustība ap Sauli

Zemes kustība ap Sauli gada laikā. Vikipēdijas attēls

Izpēti animācijā Saules kustību zodiaka zvaigznājos. Datumu maina, pārvietojot sarkano bultiņu.

1.2. Kosmiskie lidojumi

Kosmiskās raķetes. Kosmiskie ātrumi, bezsvara stāvoklis. Kosmiskie aparāti – pavadoņi un kosmosa kuģi, to izmantošana. Pilotējamie lidojumi kosmosā.

Apskati raķetes startu lidojumam uz Mēnesi (ieslēdz skaņu!)

Kosmiskie ātrumi

20. gadsimta zinātnes un tehnikas sasniegumi deva iespēju realizēt lidojumus kosmosā. Kosmiskais lidojums balstās uz reaktīvās kustības principu. Gāze vai cita darbviela tiek izsviesta no dzinēja vienā virzienā, bet pati raķete saskaņā ar impulsa nezūdamības likumu kustas pretējā virzienā. Lai raķete nokļūtu kosmosā, tai jāsasniedz pirmais kosmiskais ātrums. Tad tā kustēsies pa riņķveida orbītu apkārt zemeslodei. Uz Zemes pirmā kosmiskā ātruma vērtība ir 7,91 km/s.

Aprēķini rāda, ka sasniegt vajadzīgo ātrumu ar vienpakāpes raķeti ir ļoti sarežģīti. Liela ātruma iegūšanai vajadzīgs liels degvielas daudzums, savukārt šīs degvielas pacelšanai vajadzīga papildu degviela, utt. Tāpēc kosmiskajiem lidojumiem izmanto daudzpakāpju raķetes. Raķete startē no Zemes, ar pirmās pakāpes dzinēja un degvielas krājumu palīdzību sasniedz noteiktu ātrumu, tad pirmā pakāpe tiek nomesta. Tālāk tiek iedarbināts otrās pakāpes dzinējs un tērēti otrās pakāpes degvielas krājumi, utt., līdz raķete nonāk kosmosā. Atkarībā no veicamā uzdevuma, raķetei var būt divas, trīs, vai četras pakāpes. Arī daudzpakāpju raķetē lielāko daļu vietas aizņem degviela. Derīgā krava sastāda tikai dažus procentus no raķetes starta masas.

Kosmiskās raķetes lidojums

Tipiska kosmiskās raķetes lidojuma shēma. Eiropas Kosmiskās aģentūras (ESA) attēls.

Kad kosmiskais aparāts ir nonācis orbītā, tas kustas pēc inerces ar izslēgtiem dzinējiem. Šī kustība var turpināties praktiski mūžīgi, ja neņemam vērā bremzēšanos Zemes atmosfēras augšējos slāņos un citus nebūtiskus efektus. Dzinēji vajadzīgi vienīgi tad, ja kosmiskais aparāts jāpārvieto uz citu orbītu.
Ja kosmiskā aparāta ātrums sasniedz vai pārsniedz otro kosmisko ātrumu, tad tas aizlido projām no attiecīgā debess ķermeņa un vairs pie tā neatgriežas. Otrais kosmiskais ātrums uz Zemes ir 11,19 km/s. Otro kosmisko ātrumu sasniegušais aparāts neriņķo vairs ap Zemi, bet gan ap Sauli, un var veikt lidojumu no vienas planētas uz otru.

Trajektorijas ap Zemi
Dažādi kustības trajektoriju veidi. C - kustība ar pirmo kosmisko ātrumu; D - ātrums lielāks par pirmo kosmisko ātrumu, bet mazāks par otro kosmisko ātrumu. E - kustība ar otro kosmisko ātrumu.

Aplūko animācijā Zemes mākslīgā pavadoņa kustību ap Zemi. Kustības trajektorija atkarīga no sākuma ātruma. Pavadoņa palaišanas ātrumu animācijā var mainīt nospiežot "+" un "-" taustiņus. Pie cik liela minimālā ātruma pavadonis pārvietosies ap Zemi pa riņkveida orbītu? Salīdzini to ar pirmā kosmiskā ātruma vērtību!

Par kosmiskajiem ātrumiem lasi vēl: projektā "Astronomija tīklā"

Nesējraķetes

Kosmiskā lidaparāta nogādāšanai orbītā izmanto nesējraķeti. Nesējraķetei parasti ir vairākas pakāpes, katrai no tām ir savi dzinēji un bākas, kurās iepildīta degviela un oksidētājs. Lidojuma laikā pēc degvielas izlietošanas pakāpes tiek atdalītas un nokrīt atpakaļ uz Zemes. Vairākumā gadījumu otrreizējai izmantošanai tās vairs nav derīgas. Nesējraķetēs lieto gan šķidrās, gan cietās degvielas raķešdzinējus. Par cieto raķešu degvielu izmanto dažādu vielu maisījumu, kas spēj sadegt bez gaisa skābekļa klātbūtnes, piemēram, pulverveida alumīniju un amonija perhlorātu. Cietās degvielas dzinējiem ir vienkārša konstrukcija un liela jauda, taču to darbība ir grūti kontrolējama. Tos biežāk lieto nesējraķešu pirmajās pakāpēs kā starta paātrinātājus.

Šķidrās degvielas raķešdzinējus izmanto dažādās raķešu pakāpēs. To darbības princips ir šāds. Dzinēja kamerā padod degvielas un oksidētāja (vielas, kas uztur degšanu) maisījumu. Sadegot rodas gāzes, kas ar lielu ātrumu izlido pa dzinēja sprauslu. Tās grūž raķeti pretējā virzienā. Par šķidro raķešu degvielu izmanto petroleju, šķidru ūdeņradi u.c., bet par oksidētāju - šķidru skābekli u.c. Šķidrās degvielas raķešdzinēju var iedarbināt vairākas reizes. Kosmiskajos raķešdzinējos cenšas izmantot tādu degvielu, kas rada vislielāko gāzu izplūdes ātrumu. No šī viedokļa vispiemērotākais ir ūdeņradis, kas rada gāzu izplūdes ātrumu vakuumā 4380 m/s.

Ariane 5
shēma

Eiropas kosmiskās aģentūras nesējraķete Ariane 5 un tās uzbūves shēma. Vikipēdijas attēli

2010. gada nogalē nesējraķetes, kas spēj nogādāt orbītā kosmisko aparātu, bija 9 valstīm vai starptautiskām organizācijām - ASV (daļu startu veic komerciālās kompānijas Lockheed Martin un Boeing), Eiropas kosmiskajai aģentūrai, kas pārstāv Eiropas valstu intereses, Indijai, Irānai, Izraēlai, Japānai, Krievijai, Ķīnai un Ukrainai. Nesējraķetes palaišanai izmanto speciālu ēku un iekārtu kompleksu - kosmodromu. To visizdevīgāk iekārtot ekvatora tuvumā, kur vispilnīgāk var izmantot Zemes rotācijas ātrumu, jo kosmiskos lidaparātus parasti palaiž Zemes griešanās virzienā. Taču raķetei nav obligāti jāstartē no sauszemes. Dažos gadījumos nesējraķeti palaiž no jūrā novietotas platformas, zemūdenes, lielā augstumā lidojošas speciālas lidmašīnas, u.tml.

Par nesējraķetēm lasi vēl: Vikipēdijā, projektā "Astronomija tīklā"

Apskati videoanimācijā Krievijas nesējraķeti Sojuz, kas nogādā orbītā automātisko kravas kuģi Progres.



Kosmosa kuģi

Par kosmosa kuģi sauc pilotējamu kosmisko lidaparātu. Tas var kalpot kosmonautu un kravas nogādāšanai uz kosmisko staciju, vai arī veikt patstāvīgu lidojuma programmu. Tradicionāli kosmosa kuģis sastāv no vairākiem nodalījumiem – orbitālā bloka, kurā kosmonauti uzturas lidojuma laikā, iekārtu un dzinēju nodalījuma, nolaižamā aparāta un sakabināšanās mezgla. Šādi iekārtots, piemēram, Krievijas kosmosa kuģis Sojuz, taču citu kosmosa kuģu konstrukcija var būt atšķirīga. Ar saviem kosmiskajiem kuģiem cilvēkus kosmosā ir sūtījusi PSRS (tagad Krievija), ASV un Ķīna. Eiropas kosmiskās aģentūras astronauti dodas lidojumā ar Krievijas vai ASV kosmosa kuģiem. 2011. gadā ASV pārtrauca izmantot kosmoplānu Space Shuttle, kas startēja vertikāli, piestiprināts pie nesējraķetes, bet nolaidās planējot kā lidmašīna.

Par kosmisko lidojumu vēsturi un lidojumiem uz Mēnesi lasi projektā "Astronomija tīklā".

Kosmosa kuģis Sojuz
Kosmosa kuģis Sojuz. Redzams lodveidīgs orbitālais nodalījums, konusveidīgs nolaižamais aparāts, un dzinēju nodalījums ar saules baterijām. NASA attēls

Kosmosa kuģa lidojumam piemīt visas raksturīgās kosmiskā lidojuma fāzes. Pacelšanās (aktīvajā) posmā tas kustas ar lielu paātrinājumu, tāpēc kosmonauti izjūt spēcīgu pārslodzi - viņu svars pieaug vairākas reizes. Pēc nonākšanas orbītā dzinējus izslēdz un sākas lidojuma pasīvais posms. Iestājas bezsvara stāvoklis, kas līdzinās brīvajai krišanai. Šajā lidojuma posmā dzinēji vajadzīgi tikai kosmiskā kuģa orientācijai vai orbītas korekcijai. Pilotējamo kuģu tipisks lidojuma augstums ir 300 - 500 km. Pēc lidojuma programmas izpildes kosmiskais kuģis ar dzinēja palīdzību tiek bremzēts, noiet no orbītas un uzsāk nolaišanos. Atmosfēras blīvajos slāņos tas strauji bremzējas, līdz ar to rodas liela pārslodze. Berzes dēļ kosmiskā kuģa virsma spēcīgi sakarst, tāpēc to noklāj ar speciālu siltumizolācijas slāni. Nolaišanās pēdējā fāze (piezemēšanās) parasti notiek ar izpletņa palīdzību. Uz Zemes atgriežas tikai kosmiskā kuģa nolaižamais aparāts.

Par pilotējamiem kosmosa kuģiem lasi vēl: Vikipēdijā, projektā "Astronomija tīklā".

Apskati videoanimācijā Krievijas kosmosa kuģa Sojuz nolaišanos.
.

Kosmiskā stacija

Kosmiskā stacija paredzēta ilgstošam lidojumam kosmosā. Tā aprīkota ar dzīvības nodrošināšanas sistēmu, kas uztur piemērotu gaisa sastāvu un temperatūru, veic ūdens attīrīšanu. Kosmiskā stacija parasti sastāv no vairākiem moduļiem: dzīvojamā, pētījumu, u.c. Tai var vienlaikus piekabināties vairāki kosmosa kuģi. Stacija parasti pārvietojas pa salīdzinoši zemu riņķveida orbītu. Lielāko daļu lidojuma laika stacijā atrodas apkalpe. Stacijas apgādei ar iekārtām, degvielu, skābekli, pārtiku, ūdeni izmanto kosmiskos kravas kuģus.

Kosmisko staciju izmanto ļoti dažādiem mērķiem: Zemes pētīšanai no kosmosa, debess objektu novērojumiem, medicīniskiem un bioloģiskiem eksperimentiem. Liela uzmanība tiek veltīta tehnoloģiskiem eksperimentiem, jo bezsvara apstākļos iespējams iegūt materiālus ar izcilām īpašībām, piemēram, regulāras formas kristālus bez piemaisījumiem, jaunus farmaceitiskos preparātus, utml. Kosmisko staciju var izmantot arī kosmisko lidaparātu montāžai orbītā.

Līdz šim kosmosā lidojušas ASV orbitālā stacija Skylab, septiņas PSRS orbitālās stacijas Saļut, Krievijas orbitālā stacija Mir, kā arī Starptautiskā kosmiskā stacija SKS, kuras montāžu orbītā sāka 1998. gadā, bet plānots pabeigt 2012. gadā. Staciju būvēja un izmanto ASV, Krievija, Japāna, Kanāda un Eiropas kosmiskā aģentūra. Ar saviem izmēriem (garums 73 m, platums 109 m, augstums 20 m) un 440 tonnu masu SKS ir lielākais cilvēka roku radītais objekts kosmosā. Staciju izmantos orientējoši līdz 2020. gadam.

SKS

Starptautiskā kosmiskā stacija 2010. gada maijā. NASA attēls

Par Starptautisko kosmisko staciju lasi vēl: Vikipēdijā

Dodies virtuālā ceļojumā uz Starptautisko kosmisko staciju un aplūko to no iekšpuses un ārpuses. Uzzini, kā apkalpe strādā un atpūšas. Komentāri angļu valodā.

Kosmiskais skafandrs

Kosmiskā lidojuma laikā rodas nepieciešamība iziet atklātā kosmosā, lai nomainītu vai remontētu aparatūru un veiktu citus darbus, kā arī, lai izkāptu uz cita debess ķermeņa, piemēram, Mēness virsmas. Šim nolūkam izmanto speciālu kosmisko skafandru, ar kuru iespējams uzturēties vietā, kur ir cilvēkam nepiemērots atmosfēras sastāvs, vai atmosfēras nav nemaz, pastāv lielas temperatūras svārstības, bīstams starojums un lido mikrometeorīti. Skafandrs satāv no vairākiem slāņiem, kas nodrošina hermētiskumu, izturību un siltumizolāciju. Locītavu vietās tam ir šarnīri. Skafandrs apgādāts ar dzīvības nodrošināšanas sistēmu, kas pievada elpošanai nepieciešamo skābekli un absorbē izelpoto ogļskābo gāzi. No cilvēka ķermeņa izdalīto siltumu aizvada speciāls kostīms, kurā cirkulē ūdens. Skafandrā iemontēta arī sakaru sistēma. Skafandram ir arī saite, ar kuru astronauts piekabinās pie kosmosa kuģa, lai neaizlidotu prom.
Vienkāršāku skafandru, kas var būt autonoms vai pieslēgts kosmosa kuģa sistēmām, astronauti valkā svarīgos lidojuma posmos, piemēram, starta un nolaišanās laikā, kad palielinās avārijas iespēja.

Skafandrs
Skafandrā tērpts astronauts atklātā kosmosā. NASA attēls

Par skafandriem lasi vēl: Vikipēdijā


Aplūko videomateriālā (ar skaņu) astronautu darbu atklātā kosmosā montējot Starptautisko kosmisko staciju.

Mākslīgie pavadoņi

Zemes mākslīgais pavadonis (satelīts) ir kosmiskais aparāts, kas atrodas orbītā ap Zemi. Pirmais pavadonis tika palaists kosmosā 1957. gada 4. oktobrī. Kopš tā laika no Zemes startējuši vairāki tūkstoši pavadoņu. Daļa no tiem pēc lidojuma uzdevuma izpildes palikuši orbītā, citi ir iegājuši Zemes atmosfērā un sadeguši. Pašlaik ap Zemi riņķo vairāki simti funkcionējošu pavadoņu. Civiliem lietojumiem domāto pavadoņu galvenās grupas ir šādas:

  • Meteoroloģiskais pavadonis. Zemes mākslīgais pavadonis, kas paredzēts Zemes mākoņu segas un Zemes infrasarkanā starojuma novērojumiem ar nolūku iegūt meteoroloģiskos datus laikapstākļu prognožu veidošanai.
  • Navigācijas pavadonis. Zemes mākslīgais pavadonis, kas nodrošina cilvēku, automašīnu, kuģu, lidmašīnu u.c. objektu atrašanās vietas (ģeogrāfisko koordinātu) precīzu noteikšanu. Visbiežāk navigācijas pavadonis ir kādas pavadoņu navigācijas sistēmas elements.
  • Pētniecības pavadonis. Šajā grupā ietilpst orbitālās observatorijas, kas veic astronomiskos pētījumus galvenokārt tajos spektra diapazonos, kas nav pieejami novērojumiem no Zemes, un ģeofizikālie pavadoņi, kas pēta atmosfēras augšējos slāņus, Zemes magnētisko lauku un kosmisko starojumu. Iespējami arī citi pētniecības pavadoņu tipi.
  • Sakaru pavadonis. Zemes mākslīgais pavadonis, kas retranslē uztvertos radiosignālus un tādējādi nodrošina televīzijas, telefona, telefaksa, datoru u.c. sakarus starp objektiem uz Zemes virsmas, atmosfērā un tuvējā kosmiskajā telpā.
  • Zemes izpētes pavadonis. Zemes mākslīgais pavadonis, kuru izmanto Zemes virsmas novērojumiem dažādos spektra diapazonos, lai iegūtu informāciju par veģetācijas stāvokli, ūdenstilpnēm, derīgajiem izrakteņiem, ledājiem, ugunsgrēkiem, Zemes virsas un atmosfēras piesārņojumu, tehnogēnajām avārijām, u.c. Šo pavadoņu iegūtos uzņēmumus izmanto arī karšu sastādīšanai.

Envisat pavadonis

Envisat ir viens no lielākajiem Zemes izpētes pavadoņiem. Tas ir tik liels kā autobuss un sver 8,5 tonnas. Eiropas kosmiskās aģentūras (ESA) attēls

Par pavadoņiem lasi vēl: projektā "Astronomija tīklā"

Apskati videoanimācijā Zemes mākslīgā pavadoņa palaišanu un atbildi uz jautājumiem.

  • Cik nesējraķetei pakāpju?
  • Cik pavadoņi tika palaisti orbītā?
Aplūko animācijā Habla kosmiskā teleskopa patreizējo atrašanās vietu. Pēc tam sarakstā augšā pa kreisi izvēlies Starptautisko kosmisko staciju (ISS) un nospied pogu Track it now!
  • Virs kura zemeslodes apgabala pašlaik lido Habla kosmiskais teleskops?
  • Kā tu domā, vai pašlaik no Latvijas iespējams redzēt Starptautisko kosmisko staciju?


Pavadoņu orbītas

Sakaru pavadoņus parasti palaiž ģeostacionārajā orbītā, kuras augstums virs Zemes ir 35800 km. Šādā orbītā esošs pavadonis veic vienu apriņķojumu tieši vienā diennaktī, līdz ar to pavadoņa stāvoklis attiecībā pret Zemi nemainās. Tas ir ļoti izdevīgi, jo, raugoties no Zemes, pavadoņa stāvoklis nemainās. Tas it kā "karājas" debesīs vienā punktā un var ērti pārraidīt sakaru signālus uz Zemi. Šajā orbītā atrodas, piemēram, satelīttelevīzijas pavadoņi.

Tos pavadoņus, kuru uzdevums ir vākt informāciju par Zemi (meteoroloģiskos, Zemes izpētes, utml.), parasti palaiž riņķveida polārajā orbītā, kas šķērso Zemes polu apvidus. Šāds pavadonis, Zemei griežoties, var secīgi pārlūkot visus zemeslodes virsmas apgabalus. Šo pavadoņu orbītas augstums ir daži simti kilometru.

Aptuveni 20 000 km augstumā virs Zemes riņķo Globālās pozicionēšanas sistēmas (GPS) pavadoņi. Šo pavadoņu raidītos signālus uz Zemes uztver speciāla iekārta, kas ar dažu metru precizitāti nosaka savu atrašanās vietu. Šo informāciju attēlo koordinātu veidā vai parāda kartē. Vēl iespējams uzzināt savu kustības ātrumu, veikto maršrutu un citas noderīgas ziņas. GPS uztvērējs ir atsevišķa ierīce vai tas ir iebūvēts, piemēram, mobilajā telefonā. Pašlaik izmanto GPS pavadoņus, kas pieder ASV, bet jau 2014. gadā sāks darboties Eiropas navigācijas pavadoņu sistēma Galileo.

GPS pavadoņu orbītas

Animētajā attēlā parādītas GPS pavadoņu orbītas un uztvērējs uz rotējošās Zemes. GPS uztvērējs normāli funkcionē, ja tā atrašanās vietā redzami vismaz 4 pavadoņi (visible sat). Vikipēdijas attēls

Par pavadoņu orbītām lasi vēl: projektā "Astronomija tīklā"

Par GPS pavadoņiem lasi vēl: Vikipēdijā

Apskati animācijās pavadoņa kustību ģeostacionārajā orbītā un polārajā orbītā. Ritini lapu uz leju un uzklikšķini uz atbilstošās animācijas.

1.3. Astronomiskie pētījumi

Astronomiskie teleskopi un observatorijas. Optiskie teleskopi, radioteleskopi un citi. Astronomiskie pētījumi Latvijā.

Apskati Eiropas Dienvidu observatorijas VLT teleskopu kompleksu Čīlē un tā pētījumu objektus

Teleskopi un observatorijas

Astronomisko pētījumu mērķis ir iegūt vispusīgu informāciju par Visumu, lai noskaidrotu tā uzbūvi un attīstību, apjaustu cilvēka vietu tajā. Paralēli pasaules izzināšanas mērķiem, astronomiskajiem pētījumiem ir arī tīri praktiski nolūki, piemēram, prognozēt parādības uz Saules un procesus Zemes tuvākajā apkārtnē. Astronomijas īpatnība ir tā, ka lielākā daļa debess ķermeņu atrodas tik tālu, ka to tieša izpēte nav iespējama. Tāpēc galvenais astronomisko pētījumu paņēmiens ir novērojumi un galvenais pētījumu instruments ir teleskops. Teleskops ir instruments debess objektu attēlu, spektru iegūšanai vai starojuma intensitātes mērīšanai, izmantojot objektu elektromagnētisko starojumu. Mūsdienu teleskopi pēta dažādu elektromagnētisko starojumu, kas nāk no kosmosa: gaismu, siltumu (infrasarkano starojumu), radioviļņus, ultravioleto starojumu, rentgenstarojumu un gamma starojumu. Atbilstoši pastāv arī dažāda veida teleskopi: optiskie teleskopi, radioteleskopi, utt. Teleskopus cenšas būvēt pēc iespējas lielākus (ar lielāku objektīva diametru), jo lielāks objektīvs savāc vairāk gaismas un ļauj saskatīt vājāk spīdošus Visuma objektus. Astronomiskos novērojumus koncentrē vienuviet - astronomiskajās observatorijās, kurās parasti cits citam līdzās atrodas optiskie instrumenti, radioteleskopi un citas ierīces. Astronomiskā observatorija ir plašs zinātnisks komplekss, kurā bez teleskopiem ietilpst arī zinātniskās laboratorijas novērojumu apstrādei, darbnīcas aparatūras konstruēšanai un remontam. Mūsdienu lielākās observatorijas ir izvietotas kalnu virsotnēs, kur ir dzidrs un mierīgs gaiss un maz mākoņu. Tās ir Eiropas Dienvidu observatorija, kas izvietota vairākās kalnu virsotnēs Atakamas tuksnesī Čīlē; Maunakea observatorija Havaju salās; Roke de los Mučačos observatorija Kanāriju salās.

Elektromagnētisko viļņu skala
Roke de los Mučačos observatorija
Elektromagnētisko viļņu skala. Astronomiskie novērojumi notiek visos diapazonos. I. Vilka zīmējums
Roke de los Mučačos observatorijas teleskopi Kanāriju salās. I. Vilka foto.

Par teleskopiem un observatorijām lasi vēl: projektā Astronomija tīklā
Virtuālā vizītē apskati Pērtas observatoriju Austrālijā. Sākumā iepazīsties ar teleskopu izvietojumu, tad, klikšķinot kartē uz konkrētu teleskopu, ieskaties kupolos.


Optiskie teleskopi

Optiskā teleskopa galvenā sastāvdaļa ir objektīvs. Objektīvs ir lēca vai spogulis, kas sakopo (fokusē) starojumu, veidojot debess ķermeņu attēlus. Atbilstoši objektīva tipam izšķir refraktorus jeb lēcu teleskopus, reflektorus, jeb spoguļu teleskopus un katadioptriskos teleskopus, kuros ir gan lēcas, gan spoguļi. Astronomiskajos pētījumos lieto galvenokārt spoguļteleskopus. Tajā vietā, kur veidojas attēls, novieto starojuma uztvērēju - lādiņsaites matricu, vai citu uztvērēju. Dažos gadījumos ar teleskopu iegūst nevis attēlu, bet mēra debess ķermeņa starojuma intensitāti, vai, novietojot staru ceļā prizmu jeb difrakcijas režģi, iegūst spīdekļa spektru. Lai veiktu novērojumus, teleskops jāpagriež pret izvēlēto debess objektu. Tam jāspēj arī sekot debess spīdekļu kustībai, tāpēc lielos teleskopus aprīko ar datorvadību. Lielāko optisko teleskopu objektīva diametrs ir aptuveni 10 m, bet top arī lielāki teleskopi. Piemēram, Eiropas Dienvidu observatorijā šobrīd izmanto četrus VLT teleskopus ar 8,4 m diametru, bet mērķis ir uzbūvēt teleskopu ar 42 metru diametru. Tā spogulis būs nevis vienlaidus, bet salikts no daudziem sešstūra elementiem.

Lielākie optiskie teleskopi 21. gadsimta pirmajā dekādē

Teleskops Spoguļa diametrs Gatavs
Lielais binokulārais teleskops 2 × 8,4 m 2007
Lielais Kanāriju teleskops 10,4 m 2006
Keka teleskops 1 10 m 1993
Keka teleskops 2 10 m 1996
Dienvidāfrikas lielais teleskops 9,2 m 2005
Hobija – Eberlija teleskops 9,2 m 1997

VLT teleskops 42 m teleskops

8,4 metru teleskops VLT. Vikipēdijas attēls

Plānotais 42 metru teleskops salīdzinājumā ar VLT. Vikipēdijas attēls

Par optiskajiem teleskopiem lasi vēl projektā Astronomija tīklā

Izpēti animācijā lēcu teleskopa darbību. Izvēlies dažādus objektus (Mēnesi, Saturnu, zvaigžņu kopu) un "apskati" tos ar dažāda diametra teleskopu (4 collas - 10 cm, 6 collas - 15 cm, 8 collas - 20 cm). Salīdzini, kā izskatās objekti, aplūkojot tos caur dažādiem okulāriem. Ja attēls ir neass, regulē fokusa iestādījumu.

Radioteleskopi

Radioteleskops konstruktīvi atšķiras no optiskā teleskopa. Tam ir paraboliskas formas metāla reflektors, kas izskatās pēc milzīga šķīvja. Tas atstaro radioviļņus un savāc tos vienā punktā. Šajā punktā atrodas neliels uztvērējs – radiometrs, kas noskaņots noteikta garuma radioviļņa uztveršanai. Tālāk radiosignāls tiek aizvadīts uz reģistrējošo aparatūru, kur uztverto signālu daudzkārt pastiprina, atdala trokšņus un izmēra signāla intensitāti. Iegūto informāciju saglabā datorā. Ar radioteleskopu iegūtie attēli ievērojami atķiras no astronomisko objektu attēliem optiskajā diapazonā, jo tajos ir fiksēta radioviļņu intensitāte nevis redzamā gaisma. Jebkura teleskopa izšķirtspēja - spēja atsevišķi saskatīt leņķiski tuvus objektus ir atkarīga no tā diametra un izmantotā viļņa garuma. Jo lielāks diametrs, jo mazāka izšķirtspēja. Un, jo lielāks viļņa garums, jo mazāka izšķirtspēja. Radioteleskopi darbojas daudz garākos viļņos nekā optiskie teleskopi, tādēļ radioteleskopiem ir maza izšķirtspēja. Šī iemesla dēļ radioteleskopu reflektorus būvē daudz lielākus nekā optisko teleskopu objektīvus. Otrs paņēmiens ir vienlaikus izmantot divus vai vairāk radioteleskopus. Šādas teleskopu sistēmas izšķirtspēju nosaka nevis teleskopa diametrs, bet gan attālums starp radioteleskopiem. Pasaules lielākajam grozāmajam radioteleskopam Grīnbenkā, ASV reflektora diametrs ir 110 metri, bet lielākajam nekustīgajam radioteleskopam Aresibo, Puertoriko - 305 metri. Čīlē izveidots radioteleskopu komplekss ALMA, kas sastāv no 66 teleskopiem ar diametru 12 un 7 metri.

 70 m radioteleskops ALMA komplekss
Radioteleskops ar reflektora diametru 70 metri. Vikipēdijas attēls Radioteleskopu komplekss ALMA. Eiropas Dienvidu observatorijas zīmējums

Par radioteleskopiem lasi vēl projektā Astronomija tīklā

Apskati video ASV nacionālās radioastronomijas observatorijas radioteleskopus un to novērotos objektus

Kosmiskie teleskopi

Novērojumus gamma, rentgena un daļēji arī ultravioletajā starojuma diapazonā iespējams veikt tikai no kosmosa, jo starojums šajos diapazonos nemaz nenonāk līdz Zemes virsmai - to aiztur atmosfēra. Tāpēc arvien biežāk teleskopus palaiž orbītā ap Zemi. Šādus teleskopus sauc par orbitālajām observatorijām jeb kosmiskajiem teleskopiem. Taču orbitālajās observatorijās izvieto ne tikai gamma teleskopus, rentgenteleskopus un ultravioletos teleskopus, bet arī optiskos un infrasarakanos teleskopus, jo šeit tiem netraucē Zemes atmosfēras viļņošanās. Piemēram, vairāk nekā 20 gadus kosmosā sekmīgi darbojās Habla kosmiskais teleskops (Hubble Space Telescope, HST), kas pētīja zvaigžņu un galaktiku izstaroto gaismu, infrasarkano un ultravioleto starojumu. Šī teleskopa devumu papildināja vēl 3 NASA lielās orbitālās observatorijas. CGRO novēroja debesis gamma starojuma diapazonā, Čandras (Chandra) orbitālā observatorija reģistrē debess ķermeņu rentgenstarojumu, bet Spicera kosmiskais teleskops (SIRTF) veic novērojumus spektra infrasarkanajā daļā. Novecojušos teleskopus arvien aizstāj ar jauniem. Tā 2008. gadā tika palaists Fermī gamma starojuma kosmiskais teleskops, bet planētas pie citām zvaigznēm kopš 2009. gada meklē Keplera kosmiskais teleskops. Vēl 2009. gadā palaida Heršela orbitālo observatoriju, kas novēro debesis infrasarkanajā diapazonā, un Planka telekopu, kas pēta starojumu no Visuma sākotnes - relikto starojumu. Habla kosmisko teleskopu aizstās Džeimsa Veba kosmiskais teleskops ar spoguļa diametru 6,5 metri.

Orbitālās observatorijas Dž. Veba kosmiskais teleskops
Četras NASA lielās kosmiskās observatorijas. NASA attēls Džeimsa Veba kosmiskais teleskops. NASA attēls

Par Habla kosmisko teleskopu lasi vēl Vikipēdijā

Apskati videoanimācijā Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa sagatavošanu pirmajiem novērojumiem pēc nogādes orbītā.

Pētījumi Latvijā

Latvijas Universitātes (LU) Astronomijas institūta Astrofizikas observatorijā Baldones Riekstukalnā ar Latvijas lielāko optisko teleskopu notiek vēlo evolūcijas stadiju zvaigžņu pētījumi un asteroīdu meklējumi. LU Astronomijas institūta Pavadoņu novērošanas stacijā Rīgā notiek Zemes mākslīgo pavadoņu lāzerlokācija un citi pētījumi ģeodinamikā. LU Fizikas un matemātikas fakultātes Lāzercentra Astrospektroskopijas laboratorijā tiek veikti dažādu evolūcijas stadiju zvaigžņu pētījumi. Venstspils Augstskolas Ventspils Starptautiskajā radioastronomijas centrā Irbenē ar Latvijas lielāko radioteleskopu RT-32 notiek tālo kosmisko objektu, Saules un ap Zemi riņķojošo kosmisko atkritumu radionovērojumi.

Šmita teleskops
Radioteleksops RT-32
1,2 m Šmita teleskops Baldones Riekstukalnā ir Latvijas lielākais optiskais teleskops. LU Fotoarhīvs
32 m radioteleskops RT-32 Irbenē ir Latvijas lielākais radioteleskops. I. Vilka foto

Apskati video Ventspils Jaunrades nama observatoriju