Как измерить массу Земли и массу Солнца?
Простая и надежная методика измерения массы космических тел — как узнать сколько весит Солнце, зная лишь силу притяжения между космическими телами
Как можно измерить вес (точнее, массу) Солнца, если даже реальный размер нашей “домашней звезды” настолько велик, что просто не укладывается в голове? Наверняка тут должен быть какой-то секрет… И подумав так, вы будете правы и не правы одновременно.
На первый взгляд, идея измерить массу Солнца, кажется фантастикой. На самом деле для этого не понадобится ничего, кроме простейших вычислений
С одной стороны, никакого секрета в деле измерения массы любого небесного тела сколько угодно большого размера, конечно же нет. С другой стороны, без определенных хитростей тут, конечно, не обойтись.
Давайте сразу условимся – говоря, что “нам нужно определить массу Солнца”, мы имеем ввиду “определить количество вещества входящего в состав Солнца”.
Для начала измерим массу Земли
Переформулировав задачу таким образом, мы сразу же получим зацепки ведущие к решению. Первым делом нам нужно определить величину силы притяжения возникающей между любыми двумя массами.
Принцип этого определения следующий:
Представьте себе очень при очень чувствительные равноплечие весы с двумя чашками. В каждой чашке (А и Б) пускай лежит некий груз имеющий совершенно одинаковую массу. Весы в таком случае, будут прибывать в полном равновесии.
Теперь мы берем третье тело (В) масса которого нам также известна, и помещаем его под тело А. Взаимное притяжение между А и В, ожидаемо заставляет чашку весов А опуститься вниз. Для сохранения равновесия нам срочно необходимо добавить к массе Б очень небольшую, но опять же вполне измеримую массу Г.
Как вычислить массу планеты Земля, не выходя из дома?
Вас может заинтересовать
А вот теперь самое интересное: поскольку сила, с которой вся Земля притягивает тело Г, равна взаимному притяжению между А и В, можно без труда определить массу Земли, которая оказывается равной 6,59 х 10 21 тонн.
А теперь измерим массу Солнца!
Земля по своей орбите движется примерно так, как если бы невидимая нить соединяла ее с Солнцем. Действительно, гравитационное притяжение подобно натяжению нити, так что Земля все время движется к Солнцу, вместо того чтобы «улететь» по прямой линии, что будет, если эта “нить” вдруг оборвется. Можно сказать, что, двигаясь вокруг Солнца, Земля все время «падает» на него.
Этому “падению” соответствует отклонение ее орбиты от прямой линии, составляющее около 3 мм в секунду. Еще со времен Галилея известно, что на поверхности Земли в первую секунду своего падения всякое тело проходит 4,9 м. Расстояния 3 мм и 4,9 м прямо пропорциональны соответствующим гравитационным ускорениям, т. е. силам, действующим на единичную
массу со стороны Солнца на расстоянии Земли и Земли на ее поверхности.
Отсюда, зная, что гравитационное ускорение прямо пропорционально массе и обратно пропорционально квадрату расстояния от центра тела, можно легко вычислить, что масса Солнца в 329 390 раз больше массы Земли.
Воспользовавшись значением массы Земли, полученным выше, находим, что масса Солнца составляет 2.24 х 10 27 тонн. Полностью это немыслимое число можно записать, как 2 240 000 000 000 000 000 000 000 000 тонн.
Влияние силы тяготения на движение Земли. Путь А-С представляет собой путь пройденный Землей по орбите за 1 секунду (30 км), при этом отклонение от прямой линии B-C составит всего 3 миллиметра
Теперь уже можно вычислить и среднюю плотность Солнца, т. е. его массу, поделенную на массу воды, занимающей тот же объем.
Поскольку один кубический сантиметр воды весит один грамм, мы просто должны разделить массу Солнца (в граммах) на его объем (в кубических сантиметрах). Получим в результате число 1,42.
Иными словами, в среднем некоторый объем солнечного вещества должен весить приблизительно столько же, сколько ком битумного угля, занимающего такой же объем.
Естественно, “среднее значение” на то и среднее, чтоб представлять некую золотую середину между солнечным ядром (где плотность вещества в 10 раз превышает плотность стали) и веществом солнечной короны (где плотность падает почти до величины космического вакуума). Тем не менее, в общем и целом данная методика расчетов абсолютно верна и может с успехом применяться при расчете массы любого небесного тела – хоть астероида, хоть звезды.
Источник
Масса Солнца и его значение для жизни
Сегодня любому известно, что на Солнце опасно смотреть невооруженным глазом. Тем более нельзя смотреть на светило в телескоп, который не оснащен защитными фильтрами. Нарушители этого запрета могут поплатиться сильным ожогом глаза. Но что же можно разглядеть, если заняться изучением ближайшей к нам звезды?
Структура
Солнце — это, как всем уже давно известно, звезда. Все звезды состоят из газа. Вся огромная масса Солнца состоит из гелия и водорода с незначительной примесью других легких элементов. Поверхность нашего светила нагревается до 5900 градусов по Цельсию, а ядро имеет температуру около 15 миллионов градусов.
Внешний слой Солнца, видимый нами, называяется фотосферой. Структура этого слоя — гранулированная, или зернистая. При этом «зерном» является целый поток раскаленной субстанции, поднимающейся на поверхность. Солнечные зерна только называются так, на самом же деле их размер можно сравнить с площадью Германии. Фотосфера регулярно покрывается пятнами, которые на фотографиях выделяются темным, часто черным, цветом. Эти пятна на полторы тысячи градусов «холоднее», чем окружающее их вещество.
Выше фотосферы располагается хромосфера. Это намного более разреженный слой красного цвета.
Над хромосферой на миллионы километров вокруг распространяется солнечная корона. Это самый разреженный слой, видимый с Земли только во время солнечного затмения.
В самом центре звезды расположено ядро. Вещество в нем сильно сжато, причем чем ближе к центру ядра, тем выше плотность, давление и температура. Основная масса Солнца приходится на ядро. Именно там берет начало энергия Солнца. Выделяется она благодаря слиянию атомов водорода в более тяжелые образования. Недра Солнца способны сплотить четыре водородных атома в гелий. Аналогичный процесс происходит, когда взрывается водородная бомба. Сейчас процесс термоядерного синтеза используется в военных целях, но есть надежда, что в будущем эта энергия будет использоваться и в мирных целях.
Ядро занимает всего 25% радиуса, но относительно малые его размеры вовсе не означают, что и весит оно меньше — на самом деле масса ядра составляет половину от всего веса светила. Масса и диаметр Солнца долгое время были предметом исследований астрономов и астрофизиков. Путем сложных расчетов, учитывающих движение планет, наблюдений за солнечными и лунными затмениями эти величины были найдены «на кончике пера», о них — немного дальше.
Вокруг ядра расположена зона лучистой передачи энергии. Тут перемещение вещества происходит путем излучения. Плотность, давление и температура этого слоя уменьшаются при удалении от ядра. Процесс перемещения энергии очень медленный. В среднем от центра ядра до поверхности Солнца фотон движется один миллион лет. За это время кванты энергии несколько раз переизлучаются, придавая фотону совершенно новые характеристики.
Следом за зоной передачи идет конвективная зона. Это так называемая зона перемешивания — кипящие потоки плазмы поднимаются к поверхности, теряют тепло и опускаются вниз. Это сродни кипению воды, только все происходит с газом и в гораздо более экстремальных условиях.
Размеры
Сложно точно ответить, во сколько масса Солнца больше массы Земли. Точнее, это сложно представить. В цифрах это выглядит так: диаметр Солнца составляет около 1 392 000 км, что «всего» в 109 раз больше земного диаметра. Масса Солнца — примерно 2х10 30 кг, и оно тяжелее Земли в 333 раза. Чтобы представить себе сравнительные размеры нашей планеты и светила, достаточно представить довольно крупный апельсин и маковое зернышко. Причем зернышко находится в 10 метрах от апельсина.
Значение для Земли
Вообразить существование Земли без нашего светила — сложно. Точнее, это в принципе невозможно. Жизнь на планете зародилась именно потому, что она вращается вокруг Солнца. И удалены мы на идеальное расстояние друг от друга. Если бы Земля была чуть ближе к Солнцу, температура на планете была бы такой, что вода бы испарялась, а вулканы находились в постоянной активности. Чуть дальше — и вся планета покрылась бы вечными льдами, и даже заподозрить тут появление жизни стало бы невозможным. Даже орбита, по которой мы движемся вокруг Солнца, идеальна. Если бы она была эллипсоидной, зима и лето стали бы слишком долгими, жизнь стала бы невозможной или, во всяком случае, очень непростой.
Будущее
Масса Солнца формировалась миллиарды лет. За это время были преобразованы миллиарды тонн водорода, имеющегося в составе нашей родной звезды. С течением времени выгорание водорода приведет к тому, что атмосфера Солнца будет расти. Вместе с тем произойдет уменьшение массы Солнца и увеличение его размеров. Атмосфера достигнет пределов орбиты Земли. Но звезда эта будет холодной и постепенно превратится в так называемый белый карлик. К счастью, произойдет это никак не раньше, чем через 5 миллиардов лет, так что вряд ли мы будем сильно страдать от происходящего.
Источник
Масса Солнца
Ввиду значительной удалённости от планеты Земля Солнце воспринимается человеком как тело, имеющее небольшой размер. По земным оценкам и меркам кажется, что видимый поперечник составляет 50-70 см. Если бы человек имел возможность «приземления» на Плутон, размеры светила показались бы ему другими. Итак, какова масса Солнца на самом деле – ответ на этот вопрос будет рассмотрен в статье.
О действительных размерах
Солнце – значительный по размерным показателям космический объект, который однозначно превосходит Землю в 1,3 млн раз! Значение поперечника светила нашей системы в 109 раз выше, нежели идентичный параметр у Земли, и составляет оно 1,4 млн км.
Чтобы масса Солнца была представлена более наглядно, стоит рассмотреть её в сравнительной картине. В 1 ведро можно вместить 130 тыс. пшеничных зёрен. Если в кучу будет высыпано 10 вёдер, а в сторону – положено одно маленькое зёрнышко, соотношение между этими частями будет иметь соответствие пропорциям, наблюдаемым между нашей звездой и Землёй.
Но масса Солнца с весом Земли имеет несколько другое соотношение: среднее значение плотности небесного светила вчетверо меньше, чем нашей планеты, этот показатель равняется 1,4 величины плотности воды. В свою очередь, масса Солнца превышает идентичный параметр Земли в 300 000 раз. В отношении всех планет Солнечной системы и их спутников это значение больше в 750 раз.
Весовой параметр Земли составляет, если представить точные данные, 5 958 000 000 000 000 000 000 тонн. Если выразить подобным образом вес Солнца, будет получено число, в составе которого – одна двойка и 27 нулей.
Земля и Солнце (фотомонтаж с сохранением соотношения размеров)
Известные научные сведения
Солнечная масса, или, говоря другими словами, масса Солнца, представляет собой единицу измерения массы, имеющую внесистемный тип. Она используется в астрономической науке в целях выражения звёздных весов, а также определения значений в отношении прочих астрономических объектов, к примеру, галактик, солнечных систем. Обозначение, используемое в обиходе учёных и рядовых обывателей – M. В астрономической науке его принято записывать следующим образом: M = 1,98847 * 10^30 кг.
Первый множитель не имеет максимально точного определения, поэтому может обозначаться как «плюс» или «минус» 0,00007 единиц. Массовое значение нашего естественного небесного светила, как известно, выше идентичного показателя Земли в 332 946 раз. А по точным подсчетам учёных 99,86% всей массы, относящейся к Солнечной системе, содержится именно в нашей звезде. Суммарная доля всех остальных планет имеет значение 0,0013M, причём максимальная часть приходится на Юпитер, который Солнце превышает по весу лишь в 1047,56 раз.
Физические характеристики Солнца
Формула определения
Львиная доля отдельных звёзд, присутствующих во Вселенной, имеют массовое значение от 0,08 до 50 единиц, а весовой показатель чёрных дыр и целых галактических пространств может достигать миллионов и миллиардов масс нашего главного яркого объекта. Масса Солнца, согласно формулам, разработанным в астрономической науке, может быть определена на основании формулы, которая следует из третьего закона Кеплера.
Формула расчёты солнечной массы
M = (4 * ПИ^2 * a^3) / (G * T^2),
где a – длина, которой обладает большая полуось орбитальной части планеты;
G есть величина гравитации Ньютона, которая является постоянной;
Значение T представляет собой сидерический период, в течение которого планета делает оборот вокруг нашей звезды, для Земли это значение равняется году.
Таким образом, рассматриваемый показатель играет в астрономической науке важную роль и продолжает исследоваться и изучаться.
Источник
Ввалилась солнца масса значение
1.1.2. Как в приведённом фрагменте передано состояние Савельича?
1.2.2. Какие художественные средства помогают В.В.Маяковскому рассказать о необычайной встрече поэта и солнца?
Прочитайте приведённый ниже фрагмент произведения и выполните задания 1.1.1.—1.1.2.
В это время мальчик вошёл и подал мне записку от И. И. Зурина. Я развернул её и прочел следующие строки:
«Любезный Пётр Андреевич, пожалуйста, пришли мне с моим мальчиком сто рублей, которые ты мне вчера проиграл. Мне крайняя
нужда в деньгах.
Делать было нечего. Я взял на себя вид равнодушный и, обратясь к Савельичу, который был и денег, белья, и дел моих рачитель, приказал отдать мальчику сто рублей. «Как! зачем?» — спросил изумленный Савельич. «Я их ему должен», — отвечал я со всевозможной холодностию. «Должен! — возразил Савельич, час от часу приведённый в большее изумление, — да когда же, сударь, успел ты ему задолжать? Дело что-то не ладно. Воля твоя, сударь, а денег я не выдам».
Я подумал, что если в сию решительную минуту не переспорю упрямого старика, то уж в последствии времени трудно мне будет
освободиться от его опеки, и, взглянув на него гордо, сказал: «Я твой господин, а ты мой слуга. Деньги мои. Я их проиграл, потому что так мне вздумалось. А тебе советую не умничать и делать то, что тебе приказывают».
Савельич так был поражён моими словами, что сплеснул руками и остолбенел. «Что же ты стоишь!» — закричал я сердито. Савельич заплакал. «Батюшка Пётр Андреич, — произнёс он дрожащим голосом, — не умори меня с печали. Свет ты мой! послушай меня, старика: напиши этому разбойнику, что ты пошутил, что у нас и денег-то таких не водится. Сто рублей! Боже ты милостивый! Скажи, что тебе родители крепко-накрепко заказали не играть, окроме как в орехи. » — «Полно врать, — прервал я строго, — подавай сюда деньги или я тебя взашей прогоню».
Савельич поглядел на меня с глубокой горестью и пошёл за моим долгом. Мне было жаль бедного старика; но я хотел вырваться на волю и доказать, что уж я не ребёнок. Деньги были доставлены Зурину. Савельич поспешил вывезти меня из проклятого трактира. Он явился с известием, что лошади готовы. С неспокойной совестию и с безмолвным раскаянием выехал я из Симбирска, не простясь с моим учителем и не думая с ним уже когда-нибудь увидеться.
Прочитайте приведённое ниже произведение и выполните задание 1.2.1.—1.2.2.
НЕОБЫЧАЙНОЕ ПРИКЛЮЧЕНИЕ, БЫВШЕЕ С ВЛАДИМИРОМ МАЯКОВСКИМ ЛЕТОМ НА ДАЧЕ
В сто сорок солнц закат пылал,
в июль катилось лето,
на даче было это.
Пригорок Пушкино горбил
кривился крыш корою.
и в ту дыру, наверно,
спускалось солнце каждый раз,
медленно и верно.
вставало солнце ало.
И так однажды разозлясь,
что в страхе всё поблекло,
в упор я крикнул солнцу:
довольно шляться в пекло!»
Я крикнул солнцу:
занежен в облака ты,
а тут — не знай ни зим, ни лет,
сиди, рисуй плакаты!»
Я крикнул солнцу:
без дела заходить,
на чай зашло бы!»
Я погиб! Ко мне, по доброй воле,
шагает солнце в поле.
Хочу испуг не показать —
и ретируюсь задом.
Уже в саду его глаза.
Уже проходит садом.
валилась солнца масса,
«Гоню обратно я огни
впервые с сотворенья.
гони, поэт, варенье!»
Слеза из глаз у самого —
жара с ума сводила,
Чёрт дернул дерзости мои
я сел на уголок скамьи,
боюсь — не вышло б хуже!
Но странная из солнца ясь
с светилом постепенно.
что-де заела Роста,
смотри на вещи просто!
А мне, ты думаешь,
идёшь — и светишь в оба!»
Болтали так до темноты —
до бывшей ночи то есть.
Какая тьма уж тут?
мы с ним, совсем освоясь.
бью по плечу его я.
нас, товарищ, двое!
у мира в сером хламе.
Я буду солнце лить своё,
под солнц двустволкой пала.
Стихов и света кутерьма —
сияй во что попало!
во всю светаю мочь —
и снова день трезвонится.
до дней последних донца,
и никаких гвоздей!
1.1.1. Какие черты характера Гринёва проявились в приведённой сцене?
1.2.1. В чём оказываются близки поэт и солнце в стихотворении В.В. Маяковского?
1.1.1. Петр Гринёв, вырвавшись из родительского гнезда, направлялся к месту службы. Для него начинается другая, полная новых впечатлений и поступков жизнь. Для того чтобы показать, что он уже не ребёнок, он старается говорить с Савельичем твёрдо, решительно, не оставляя себе, прежде всего, шансов на отступление. Гринёву приходится прибегнуть даже к некоторому высокомерию и жестокости по отношению к Савельичу, хотя сам он мучительно это переживает. Приведённая сцена характеризует Петра как человека, способного на самые решительные поступки, человека твёрдой воли и слова.
1.2.1. В стихотворении «Необычайные приключения…» лирический герой сравнивает себя с солнцем. Подобно солнцу, поэт призван служить людям, освещать мир, не думая об усталости и собственной выгоде. Неслучайно в стихотворении образ поэтического творчества приобретает метафоричное значение: лить солнце стихами — проливать свет на что-то.
1.1.2. Состояние Савельича в начале сцены и в конце отрывка разное. Если сначала он по привычке пытается понукать барином, давая ему дельные, но не оставляющие выбора советы, то в конце сцены от решительности Саве-льича не остаётся и следа: голос его дрожит, он плачет, пытается уже действовать уговорами, интонации его голоса меняются.
1.2.2. Очень многие стихи Владимира Маяковского славятся удивительной метафоричностью. Именно благодаря этому нехитрому приему автору удалось создавать очень образные произведения, которые можно сравнить с русскими народными сказками. Например, у народного эпоса с произведением Маяковского очень много общего. Главным героем этого произведения является солнце, которое поэт сделал одушевленным существом. Именно так в сказках и преданиях изображается небесное светило, которое дарит жизнь и тепло обитателям земли. В стихотворении много восклицаний, что придаёт ему эмоциональный характер, употреблены метафоры: катилось лето, жара плыла, корою крыш, лучи-шаги, двустволка солнц; эпитет: ало; гипербола: в сто сорок солнц закат пылал; олицетворение: солнце в образе человека; образные выражения: никаких гвоздей, переведя дух, дней донце; слова, созданные поэтом: взорим, вспоём, солница.
Источник