Курсовая работа по астрономии на тему Изучение истории открытия Плутона

ВВЕДЕНИЕ

Тема моей курсовой работы «Изучение истории открытия Плутона». Чем же интересна эта тематика?
Как любой горожанин мечтает изучить историю своего населённого пункта, так же и человечество в целом всегда стремилось к изучению космического пространства в границах Солнечной Системы. Наша планета – это всего лишь одна «квартира» в громадном доме, а ведь в нем находится еще столько «соседей»: Солнце – главное действующее лицо, 8 уже открытых планет, множество спутников, астероиды, кометы, карликовые планеты…
Астрономическая картина мира на протяжении тысячелетий была и есть неотъемлемая составная часть научной картины мира в целом; та ее часть, которая дает человеку представление о пространственно-временной структуре мира, в котором он живет и действует. Поэтому очень важно исследовать каждый уголок нашего удивительного «дома», и, естественно, Плутон – не исключение. В этом и заключается актуальность выбранной мной темы. Тем более что Плутон - один из самых загадочных и мало изученных объектов Солнечной системы.

1 ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ ПЛАНЕТ

1.1 Законы Кеплера

Прежде, чем говорить об истории открытия Плутона, необходимо поговорить о таких важнейших в астрономии законах, как законы Кеплера и закон всемирного тяготения. Ведь именно эти законы помогли открыть Плутон
Итак, длительное время люди считали, что небесные тела передвигаются по круговым орбитам. Но в 17 веке учёные выяснили, что в реальности орбиты небесных тел не совсем похожи на окружности. Это открытие сделал немецкий математик, астроном, механик Иоганн Кеплер.
Иоганн Кеплер (1571–1630) родился в городе Вюртембург. Начал своё обучение он с того, что изучал богословие в Тюбингенской академии (позднее стал университетом), но затем увлекся математикой и астрономией. В 1600 году Кеплер по приглашению датского астронома, астролога и алхимика Тихо Браге переехал в Прагу. Работы Кеплера основывались на тех наблюдениях, которые проводил Тихо Браге.
Тихо Браге практически всю свою жизнь собирал большое количество данных проведённых им астрономических наблюдений и поэтому накопил громадные объемы важнейших сведений о движении планет и других тел Солнечной системы. После его смерти весь массив данных перешел в распоряжение Кеплера. Иоганн знал о том, что существуют достаточно серьёзные расхождения между предварительно вычисленными и практически наблюдаемыми положениями планет. Кеплер использовал полученные от Тихо Браге данные и, рассчитав траектории движения небесных тел, он сформулировал три важнейших закона движения планет Солнечной системы.
В большей степени нас интересует первый закон Кеплера, который описывает траектории планет.
Первый закон Кеплера звучит так: планеты двигаются по эллиптической траектории, в одном из фокусов которого находится Солнце. (В соответствии с рисунком 1 эллипс – это вытянутая окружность, которая обладает следующим свойством: существуют две точки - фокусы (F1 и F2), для которых сумма расстояний до любой точки эллипса является постоянной величиной).

2 ОТКРЫТИЕ ПЛУТОНА

2.1 Открытие планеты Нептун

И вновь приходится констатировать факт, что прежде чем говорить об открытии Плутона, необходимо выяснить как же всё-таки была открыта восьмая планета Солнечной системы – Нептун. Дело в том, что Плутон и Нептун – два тела, которые очень сильно удалены от Солнца. Поэтому и то, как были обнаружены эти объекты, в этом тоже есть некоторое сходство.
Итак, при помощи закона всемирного тяготения и законов Кеплера и законов Ньютона были рассчитаны траектории движения всех планет Солнечной системы. Кроме этого были вычислены координаты тел в любой момент времени на много лет вперёд. Для этого в первую очередь по закону всемирного тяготения рассчитывалась сила гравитационного взаимодействия между Солнцем и нужной планетой. После этого при помощи второго закона Ньютона вычислялось ускорение, с которым планета движется вокруг Солнца. А уже по ускорению определялись и другие важнейшие величины, которые характеризуют движение, в частности и координаты тела.
В тоже время нужно было учитывать также степень воздействия и других планет Солнечной системы на движение данного тела.
То, что правильно были рассчитаны таким образом орбиты планет и их положения в любой момент времени, подтвердилась результатами многократных астрономических наблюдений.
В 1781 г. английский астроном Уильям Гершель при помощи наблюдений за звёздным небом смог открыть седьмую от Солнца планету Солнечной системы, которую затем назвали Уран (рисунок 3).
2.2 Урбен Жан Жозеф Леверье и новая планета за орбитой Нептуна

А причём здесь Плутон?
Дело в том, что после открытия Нептуна в конце XIX — начале XX веков возник вопрос о том, существует ли еще одна планета (как думали в то время) в Солнечной системе. Почему же возник такой вопрос? Всё произошло из-за того, что астроном Урбен Жан Жосеф Леверье после того, как открыл Нептун, решил уточнить траекторию движения Урана с учетом того, что рядом находится Нептун, Кроме этого Леверье решил рассчитать траекторию движения Нептуна. В 1874 году он закончил свои исследования Урана, а 1875 году Нептуна, Леверье смог рассчитать всё с большой точностью. Но, не смотря на это, не было все же полного схождения теоретических расчётов и практических наблюдений как для Урана, так и для Нептуна.
Конечно, расхождения между вычисленными и наблюдаемыми координатами планет оказались очень даже маленькими, практически не превышающими обычные погрешности точности наблюдений, но всё же эти расхождения носили систематический характер. Данный факт заставлял думать о том, что расхождение происходит не из-за каких-либо ошибок в теории движения или случайных ошибок наблюдений, а реально не соответствует теория и фактическое движения Урана и Нептуна.

2.4 Клайд Томбо – человек, который нашел Плутон

В 1916 году Персиваль Лоувелл умер и на некоторое время поиски неизвестного объекта за орбитой Нептуна остановились. Кроме этого остался нерешённым вопрос, насколько верными и точными были расчеты Лоувелла, а также его предположения относительно того, где находится “планета Икс”. Позднее выяснили, что результаты Ловелла были достаточно точными. В соответствии с таблицей 1 сравним, для примера, ошибки в элементах орбиты, полученные в свое время Леверье для Нептуна и Ловеллом для Плутона с реальными элементами.
Если внимательно посмотреть, то оказывается, что решение Ловелла было в целом на много лучше, чем решение Леверье. Можно отметить, что точность решения была очень даже высокая.
Поиски Плутона (точнее “планеты Икс”) вновь начались только лишь в декабре 1919 года по предложению известного американского математика и астронома Вильяма Пикеринга (1858-1938), который тоже занимался проблемой поиска новой неизвестной планеты. Своё первое решение он получил еще в 1909 году, воспользовавшись новым графическим методом анализа задачи. В 1919 году, усовершенствовав данный метод, Пикеринг получил еще два решения, которые, как он считал, были более точными.
Впоследствии оказалось, что первое решение Пикеринга можно было использовать для поисков Плутона, однако, к величайшему сожалению, установили это несколько позже. Второе решение оказалось несколько хуже, но… Пикерииг ведь не знал, какому решению следует отдать предпочтение.
По просьбе Пикеринга в обсерватории Маунт Вилсон в США было сфотографировано несколько участков звёздного неба, соответствующих рассчитанным элементам орбиты. Однако, к сожалению, планету на данных фотографиях не нашли и вследствие этого поиски Плутона опять приостановились. Позже выяснилось, что фактические изображение планеты на фотографиях были, но из-за ошибок в расчетах астрономы просматривали только лишь узкую полосу. Плутон же оказался несколько дальше.

2.5 Почему Плутон называется именно так?

Итак, 13 марта 1930 года астрономы американской обсерватории Лоуэлла сообщили всему миру о том, что была открыта новая планета Солнечной системы. Чаще всего право дать название небесному телу предоставляется первооткрывателю, но это правило далеко не всегда соблюдалось и раньше, а в начале ХХ века астрономы решили сделать по-современному: они объявили конкурс.
Астроном, который заметил планету на снимках - Клайд Томбо - посоветовал директору обсерватории не тянуть время с выбором, тем более вариантов предлагалось сразу несколько: Крон, Один, Персефона, Эреб, Атлант, Прометей. Одна супружеская чета даже просила назвать планету в честь их новорожденного ребенка.
И вот в одно прекрасное мартовское утро 11-летняя девочка Венеция Берни завтракала со своим любимым дедушкой. Дедушка был библиотекарем в Оксфорде. Он прочитал девочке заметку в газете об открытии планеты и о том, что был объявлен конкурс, в котором предлагалось дать название объекту. Дедушка спросил, а что бы Венеция предложила астрономам.
Девочка интересовалась мифологией. Поэтому, подумав, она сказала, что такой далекой от нашего Солнца и очень холодной планете скорее соответствует имя Плутона - римского бога подземного царства. Кроме того у Плутона, согласно легендам, была шапка-невидимка. Так ведь и отыскать маленькую и далёкую планету на небе было и тоже очень сложно.

3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛУТОНЕ

3.1 Общая характеристика Плутона

Современные исследования Плутона, несмотря на развитие техники, происходят не очень эффективно. Плутон расположен слишком далеко и имеет весьма скромные размеры. Яркость Плутона очень мала. Поэтому, для того, чтобы обнаружить объект, нужно использовать довольно таки серьезный телескоп.
Наблюдения и исследования Плутона с Земли в телескоп практически бесполезны. Даже космический телескоп «Хаббл», расположенный на орбите Земли, различает на Плутоне только лишь самые крупные пятна разного цвета.
В мае 1930 года Международный астрономический союз присвоил Плутону статус планеты. В то время предполагали, что по размеру Плутон сопоставим с Землёй). Со временем размеры «планеты ИКС» уточнялись. На данный момент известно, что Плутон в 6 раз меньше размера Земли.
Итак с мая 1930 года считалось, что Плутон – планета. Начиная с 1992 года, когда было открыто первое тело в поясе Койпера, данный статус начал подвергался сомнениям. Открытия других объектов в поясе Койпера только лишь усилили дебаты.
В 2006 году Плутон в конечном итоге лишился статуса «планета». Решение было принято Международным астрономическим союзом после обнаружения нескольких небесных тел, сравнимых с Плутоном по размерам — Цереры и Эриды. Так как Церера и Эрида не обладали всеми признаками настоящих планет, например, не могли очистить свою орбиту от других небесных тел, то было решено их отнести к разряду карликовых планет. На данный момент Плутон – это крупнейшая известная карликовая планета Солнечной системы (Рисунок 8).

3.3 Спутники Плутона

Карликовая планета Солнечной системы Плутон является обладательницей 5 собственных спутников. Первым был Харон, обнаруженный в 1978 году астрономом Джеймсом Кристи. Спустя десятилетия, в 2005 при непосредственном участии орбитального телескопа «Хаббл», были открыты Гидра и Никта. 2011 – год открытия Кербера, 2012 – Стикса (рисунок 10).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, проведя исследование истории открытия Плутона, можно сделать однозначный вывод: это открытие не было случайным, так как поиск данного небесного тела велся на протяжении более чем 15 лет. Однако, хочется отметить, в его открытии всё-таки присутствует и элемент случайности, ведь, как показали дальнейшие расчеты, небольшая масса Плутона не могла вызвать даже легкого возмущения движения Урана и Нептуна – отправной точки поиска Плутона.