Номер 5, страница 116 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

5. Как вы думаете, если на Земле наблюдается полное лунное затмение, то что будут наблюдать космонавты, находящиеся в это время на Луне? Ответ обоснуйте.

4. Каким образом Ремер определил скорость света?

Решение

Датский астроном Оле Ремер в 1676 году впервые в истории смог измерить скорость света, основываясь на астрономических наблюдениях. Он изучал движение спутника Юпитера по имени Ио.

Суть его метода заключалась в следующем:

1. Наблюдение за затмениями Ио. Ремер с высокой точностью регистрировал моменты, когда Ио входил в тень Юпитера и выходил из нее. Зная период обращения спутника, можно было предсказать время следующего затмения.

2. Обнаружение расхождений. Ремер заметил, что наблюдаемое время наступления затмений не всегда совпадало с расчетным. Когда Земля в своем движении по орбите вокруг Солнца удалялась от Юпитера, каждое следующее затмение Ио наступало немного позже, чем ожидалось. И наоборот, когда Земля приближалась к Юпитеру, затмения происходили с опережением графика.

3. Гениальная догадка. Ремер предположил, что это расхождение связано с тем, что свет имеет конечную скорость. Когда расстояние между Землей и Юпитером увеличивается, свету от Ио требуется больше времени, чтобы достичь земного наблюдателя. Когда расстояние сокращается, время в пути для света уменьшается.

4. Расчет. Ремер подсчитал, что за полгода, пока Земля перемещается из точки своей орбиты, ближайшей к Юпитеру, в самую дальнюю точку, общая задержка в наступлении затмений составляет примерно 22 минуты (по современным, более точным данным, около 16,7 минут). Он правильно заключил, что это и есть время, которое требуется свету, чтобы преодолеть дополнительное расстояние, равное диаметру земной орбиты.

Зная это время задержки ($\Delta t$) и диаметр орбиты Земли ($\text{D}$), который был известен в то время, пусть и не с высокой точностью, Ремер смог вычислить скорость света ($\text{c}$) по простой формуле: $c = D / \Delta t$.

Полученное им значение, около 220 000 км/с, было меньше современного значения (примерно 299 792 км/с), в основном из-за неточности в определении диаметра земной орбиты. Однако это было первое в истории научное доказательство того, что скорость света конечна, и первая ее количественная оценка.

Ответ: Оле Ремер определил скорость света, анализируя наблюдаемые задержки затмений спутника Юпитера Ио. Он понял, что изменение времени наступления затмений связано с изменением расстояния между Землей и Юпитером. Задержка, накопленная за полгода, соответствовала времени, за которое свет проходит диаметр земной орбиты. Разделив известный на тот момент диаметр орбиты на измеренное время задержки, он получил первую в истории оценку скорости света.

5. Как вы думаете, если на Земле наблюдается полное лунное затмение, то что будут наблюдать космонавты, находящиеся в это время на Луне? Ответ обоснуйте.

Решение

Полное лунное затмение происходит, когда Луна попадает в тень, отбрасываемую Землей. Это означает, что Солнце, Земля и Луна выстраиваются в одну линию именно в такой последовательности. Для космонавтов, находящихся на поверхности Луны, эта же конфигурация планет будет представлять собой совершенно иное явление — полное солнечное затмение, в котором роль заслоняющего тела играет Земля.

Вот как это будет выглядеть для наблюдателя на Луне:

1. Полное затмение Солнца Землей. Угловой размер Земли в небе Луны примерно в четыре раза больше углового размера Солнца. Поэтому, когда Земля окажется между Луной и Солнцем, она полностью закроет собой солнечный диск с большим запасом. На лунной поверхности наступит глубокая тень, сравнимая с ночью.
2. Огненное кольцо вокруг Земли. В отличие от Луны, у Земли есть плотная атмосфера. В момент затмения, когда диск Земли закроет Солнце, ее атмосфера будет подсвечиваться солнечными лучами сзади. Это создаст вокруг темного силуэта Земли яркое кольцо света красно-оранжевого цвета. По сути, космонавты на Луне увидят одновременно все рассветы и закаты, происходящие на Земле в этот момент.
3. Красное освещение Луны. Свет, проходящий сквозь земную атмосферу, преломляется и рассеивается, при этом лучи синей части спектра рассеиваются сильнее, а красной — слабее. Именно этот красноватый свет от "огненного кольца" Земли и будет освещать лунную поверхность. Это явление объясняет, почему для земных наблюдателей во время полного затмения Луна приобретает характерный багровый, "кровавый" оттенок.
4. Звездное небо днем. Поскольку прямой солнечный свет будет полностью заблокирован, лунное небо потемнеет, что позволит увидеть звезды и Млечный Путь даже на той стороне Луны, где должен был быть день.

Ответ: Космонавты на Луне будут наблюдать полное солнечное затмение: огромный черный диск Земли полностью закроет Солнце. Вокруг Земли будет видно яркое красно-оранжевое кольцо — это земная атмосфера, подсвеченная Солнцем. Лунный пейзаж будет погружен в сумрак и освещен тусклым красным светом, а на потемневшем небе станут видны звезды.