Bạn có quá quen thuộc với vật lý của các hành tinh?

… có vật chất trên bầu trời cùng loại với các vật thể dưới mặt trăng, vì không bao giờ nên giả định tính đa bội trừ khi cần thiết… William xứ Ockham Ánh sáng mờ đặc biệt quan sát được trên Mặt trăng, đặc biệt là khi nó có hình lưỡi liềm, là do sự phản chiếu ánh sáng của Mặt trời từ bề mặt trái đất và biển… Galileo Galilei

Sự giống nhau giữa Sao Hỏa và Trái Đất có lẽ là lớn nhất so với tất cả các thành viên khác trong hệ mặt trời. William Herschel

Nếu không khí ở phía tối của Mặt trăng đông đặc lại thì gần như toàn bộ không khí sẽ di chuyển từ phía sáng sang phía tối và đóng băng ở đó. Orest Khvolson

Các định luật giống nhau áp dụng cả trong các thiên thể lớn và trong các hệ hành tinh, cũng như trong các phân tử nhỏ nhất… Vladimir Vernadsky

Nó có quen thuộc với bạn không?

?

vật lý hành tinh

Đầu tiên, con người học cách phân biệt các hành tinh với các ngôi sao, sau đó khám phá ra quy luật chuyển động của chúng, nhưng cho đến thế kỷ 20, con người chỉ có thể suy đoán xem chúng là gì, chúng giống hay khác Trái đất như thế nào. Tất cả các loại giả định táo bạo và những tưởng tượng hoang đường đã xuất hiện cho đến khi cuối cùng, tài năng của các nhà khoa học và kỹ sư đã tạo ra được các phương tiện vận chuyển và thiết bị cực kỳ phức tạp, có khả năng truyền thông tin đáng tin cậy đến chúng ta từ vùng lân cận của các hành tinh, hoặc thậm chí trực tiếp từ bề mặt của chúng. Vật lý hành tinh - một phần của toàn bộ tổ hợp khoa học gọi là hành tinh học - đã có bước nhảy vọt khổng lồ trong những thập kỷ gần đây, làm phong phú thêm kiến ​​thức của chúng ta về Hệ Mặt trời. Được trang bị kiến ​​thức này, con người đã có thể đến thăm Mặt trăng, đang chuẩn bị cho chuyến bay có người lái tới Sao Hỏa và đang đánh giá khả năng phát triển các vệ tinh hành tinh và tiểu hành tinh. Nhưng trên hết họ hy vọng khám phá ra sự hiện diện của bất kỳ dạng sống nào trên các hành tinh gần chúng ta nhất. Và, có lẽ, trên các ngoại hành tinh quay quanh các ngôi sao khác ngoài Mặt trời… Bây giờ, chúng ta hãy thực hiện một chuyến tham quan nhỏ đến các hành tinh, hy vọng rằng nó sẽ là một phần giới thiệu khác về khóa học thiên văn học đang chờ bạn trong năm học mới.

Câu hỏi và bài toán

1. Nguyên nhân gây ra sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ bề mặt mặt trăng giữa ngày và đêm? 2. Có thể quan sát nhật thực, sao băng, sao chổi, cực quang, cầu vồng, mây dạ quang, vệ tinh nhân tạo trên Mặt trăng? 3. Do sự hiện diện của các phân tử chuyển động với tốc độ lớn hơn vận tốc thoát ra, tất cả các hành tinh đều mất bầu khí quyển. Tại sao khí quyển vẫn tồn tại? Có phải tất cả các hành tinh đều có chúng? 4. Có những khu vực trên Sao Thủy thường xuyên có băng. Làm thế nào điều này phù hợp với nhiệt độ cao của hành tinh này? 5. Hiện tượng nào chứng tỏ sao Kim, sao Thủy và các hành tinh khác, giống như Mặt trăng, chỉ phản chiếu ánh sáng mặt trời và bản thân chúng là những vật thể tương đối lạnh? 6. Làm thế nào bạn có thể chứng minh rằng những hành tinh này có bầu khí quyển bằng cách quan sát sự che khuất của các ngôi sao bởi Sao Kim và Sao Hỏa? 7. Nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt sao Kim? 8. Điều gì sẽ xảy ra với nước được đặt trong một thùng chứa mở trên bề mặt Sao Hỏa? 9. Sao Kim có đám mây che phủ dày đặc đến mức các ngôi sao và Mặt trời không bao giờ có thể nhìn thấy được từ bề mặt của nó. Làm sao bạn có thể phân biệt được ngày và đêm?

10. Trên hành tinh nào và tại sao Mặt trời lại mọc ở hướng Tây và lặn ở hướng Đông? Hướng của các cạnh của đường chân trời được coi là giống như trên Trái đất. 11. Các mùa trên sao Hỏa có thay đổi không? 12. Trên những hành tinh nào và tại sao không có mùa? 13. Tại sao Sao Thổ, với tốc độ quay quanh trục của nó thấp hơn, lại bị nén ở hai cực nhiều hơn Sao Mộc? 14. Người ta biết rằng mật độ trung bình của các hành tinh khổng lồ Sao Thổ và Sao Mộc thấp - từ 687 đến 1326 kg $м^{3}$. Có thể nói gì về thành phần hóa học của những hành tinh này? 15. Bằng cách quan sát sự che khuất của sao Thiên Vương, các nhà thiên văn học phát hiện ra rằng nó “biến mất” nhiều lần trước và sau sự kiện này. Làm thế nào để giải thích điều này? 16. Nguyên nhân khiến sao Hải Vương có màu xanh là gì?

Kinh nghiệm vi mô

Gần tháng trẻ (hoặc rất già), bạn có thể thấy phần đĩa mặt trăng không được Mặt trời chiếu sáng - cái gọi là ánh sáng tro của Mặt trăng. Làm thế nào bạn có thể chứng minh rằng nó được gây ra bởi bức xạ mặt trời phản chiếu từ Trái đất? Khi nào đèn này đặc biệt sáng?

Thật thú vị rằng…

…nhà khoa học Hy Lạp cổ đại Anaxagoras, người sáng lập trường phái khoa học tự nhiên đầu tiên vào khoảng năm 460 trước Công nguyên, đã đoán chính xác bản chất của các thiên thể lớn nhất: Mặt trời là một quả cầu nóng và Mặt trăng là một quả bóng lạnh được Mặt trời chiếu sáng. …bảy hành tinh, và vào thời cổ đại, chúng bao gồm Mặt trăng và Mặt trời, được coi là các vị thần, và ý tưởng này chạy như một sợi chỉ đỏ xuyên suốt chiêm tinh học thời trung cổ. Nhờ họ, số bảy đã nhận được một nhân vật thiêng liêng trong Kinh thánh, trong thuật giả kim có bảy kim loại cơ bản, trong quãng tám có bảy nốt, trong quang phổ có bảy màu. …người Hy Lạp cổ đại không chỉ có một mà là hai tên cho sao Kim; với một hành tinh, họ liên kết một hành tinh thể hiện khả năng hiển thị vào buổi sáng, với hành tinh kia - khả năng hiển thị vào buổi tối. …chúng ta có thể coi rằng Leonardo da Vinci là người tiền nhiệm của những người phát minh ra kính viễn vọng, vì ông ấy quan tâm đến cách sử dụng kính để “nhìn thấy”

Mặt trăng rất lớn." Nhưng ngay cả khi không có dụng cụ quang học, ông vẫn là người đầu tiên đoán rằng ánh sáng xám xịt của Mặt trăng là ánh sáng phản chiếu đến từ Trái đất. …câu chuyện khoa học viễn tưởng đầu tiên mô tả bề mặt của Mặt trăng được viết bởi Johannes Kepler. Và nhà văn khoa học viễn tưởng nổi tiếng Herbert Wells, trong cuốn tiểu thuyết “Những người đầu tiên trên Mặt trăng”, cho rằng có sự hiện diện của một bầu khí quyển trên đó đóng băng vào ban đêm, tan chảy và bốc hơi vào ban ngày. …những đặc điểm đầu tiên trên bề mặt Sao Hỏa đã được Christiaan Huygens nhận ra vào những năm 1660. Bản đồ hoàn chỉnh đầu tiên về các vùng sáng (“sa mạc”) và vùng tối (“biển”) được biên soạn vào những năm 1830, và vào những năm 1870, nhà thiên văn học người Ý Giovanni Schiaparelli đã thêm các “kênh” vào đó, mà sau này hóa ra là một ảo ảnh quang học …ngày nay, người ta đã biết thành phần không chỉ của bầu khí quyển hành tinh, chẳng hạn như Sao Hỏa và Sao Kim, bao gồm gần như carbon dioxide tinh khiết, mà còn cả các vệ tinh hành tinh - ví dụ, Sao Thổ. vệ tinh Titan, được bao quanh bởi bầu khí quyển dày đặc chứa nitơ và dấu vết của khí metan và hydro…. Sao Mộc là hành tinh duy nhất trong Hệ Mặt trời có từ trường được phát hiện trước các chuyến bay của tàu vũ trụ. Nó bị “cho đi” bởi bức xạ của các electron chuyển động theo quỹ đạo xoắn ốc dọc theo đường từ trường của hành tinh…. tính toán của các nhà khoa học hành tinh cho thấy nếu Trái đất ở gần Mặt trời hơn 5%, sự bốc hơi của các đại dương sẽ gây ra hiệu ứng nhà kính mạnh, có thể dẫn đến sự biến mất hoàn toàn của toàn bộ nước trên hành tinh này. Sao Kim.

Những gì cần đọc trong «Kvant» về vật lý của các hành tinh

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Bí mật lòng đất mặt trăng” - 2014, số 1, tr. 39; 2. “Thiên văn học đã trở lại trường học” – 2017, số 12, tr.2; 2018, số 1, tr. 2; 3. “Vật lý thiên văn trong kỳ thi Vật lý thống nhất cấp Nhà nước” – 2018, số 1, tr.42; 4. Kính vạn hoa «Kvant» – 2018, số 2, tr. 32; 5. “Liệu cây táo có nở hoa trên sao Hỏa” – 2018, số 4, tr. 27; 6. “Qua gai tới các vì sao” – 2018, số 6, tr. 34. Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị

35

TOÁN HỌC

Hình 5

Bổ đề 2. Nếu mỗi bit của ký hiệu nhị phân $чисел^{a,} b$ và c chứa tổng số số chẵn thì $соотношение^{c} F a, b$ giữ nguyên. Ví dụ: trong ký hiệu nhị phân của bộ ba số 3, 9, 10, tổng số đơn vị trong mỗi chữ số riêng lẻ là 0 hoặc 2, tức là số chẵn (Hình 6). Khi đó, theo Bổ đề 2, hệ thức 10 F 3, 9 đúng.

Hình 6

Trước khi chứng minh Bổ đề 2, hãy nhớ lại rằng nếu ba $числа^{a,} b$ và c liên hệ với nhau bởi quan hệ $^{c}$ F a, b thì trạng thái a, b, c trong trò chơi Nim với 3 cọc được gán dấu “–”. Như vậy, bổ đề này sẽ đưa ra chìa khóa để tìm các trạng thái “trừ”, tức là chiến lược thắng trong trò chơi Nim. Trạng thái 0, 0, 0 được gán dấu “-” và mỗi chữ số nhị phân bằng 0 chứa số 0 (chẵn) số đơn vị. Đặt $числа^{a,} b$ và c sao cho với mỗi chữ số trong bản ghi nhị phân của chúng thì tổng số bản ghi đơn vị là số chẵn. Sau đó, nếu bạn di chuyển từ trạng thái $a, b,^{c}$ trong trò chơi Nim, thì chính xác một trong ba số sẽ giảm. Không ảnh hưởng đến tính tổng quát, chúng tôi tin rằng việc giảm

KR U ZHOK

nai sừng tấm $число^{a.}$ Sau đó, ít nhất một trong các bit của ký hiệu nhị phân của nó, đơn vị sẽ được thay thế bằng số 0. Trong danh mục này $чисел^{a,} b$ và c là số đơn vị và sẽ trở thành số lẻ. Vẫn còn phải chứng minh rằng nếu trong ít nhất một trong các bit của bản ghi nhị phân $чисел^{a,} b$ và c tổng số số đơn vị là số lẻ thì bằng cách giảm một trong ba số này có thể bảo đảm rằng trong mỗi chữ số nhị phân tổng số số đơn vị của ba số đó là số chẵn. Hãy xem xét chữ số nhị phân có ý nghĩa nhất, trong đó tổng số đơn vị $чисел^{a,} b$ và c lẻ. Ít nhất một trong ba số trong bit này của ký hiệu nhị phân có chữ số 1. Để xác định, bit được đề cập có số k và ký hiệu nhị phân $числа^{a}$ ở chữ số thứ k chứa 1. Giảm $число^{a.}$ Các chữ số nhị phân cao hơn thứ k trong bản ghi $числа^{a}$ giữ nguyên, ở bit thứ k chúng ta thay 1 bằng 0. Ở bit thứ k thấp hơn, chữ số ở dạng ký hiệu nhị phân $числа^{a}$ chọn theo cách sao cho cùng với các chữ số tương ứng trong hệ nhị phân $записи^{b}$ và c hóa ra là số chẵn đơn vị. Chứng minh bổ đề 2 đã hoàn tất. Bổ đề 2 cho phép chúng ta tìm $число^{c} F a, b$ theo hai tùy ý $числам^{a} и^{b.}$ Để tìm biểu diễn nhị phân của số c, hãy cộng các mục nhị phân theo từng bit $чисел^{a} и^{b.}$ Nếu đơn vị ở dạng chữ số $у^{a} и^{b}$ cùng nhau sẽ có 0 hoặc 2, khi đó trong chữ số tương ứng của số c ta đặt số 0, nếu chỉ có một đơn vị thì đặt số 1. Ví dụ, cộng các mục nhị phân của các số 11 và 23 (trong hệ nhị phân 1101 và 10111) theo cách đã chỉ ra, ta được đầu vào nhị phân của số 26 (trong hệ nhị phân 11010), như Hình 7.

Hình 7

Bổ đề 1 và Bổ đề 2 cung cấp một thuật toán thuận tiện cho việc xác định trạng thái trừ trong trò chơi Nim với 3 đống đá. Thao tác lấy số c F a, b từ $числам^{a} и^{b}$ sẽ gọi là phép tính tổng và ký hiệu Nim