Посмотрите на чистую ночную звезду, и вы можете увидеть несколько тысяч звезд. Но это почти ничего. Наше Солнце — всего лишь одна звезда среди сотен миллиардов в нашей галактике…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
6.1
The Earth, the Sun and the Moon · Земля, Солнце и Луна
Syllabus · Программа
English
6.1.1 The Earth
Core
Supplement
1 Know that the Earth is a planet that rotates on its axis, which is tilted, once in approximately 24 hours, and use this to explain observations of the apparent daily motion of the Sun and the periodic cycle of day and night
2 Know that the Earth orbits the Sun once in approximately 365 days and use this to explain the periodic nature of the seasons
4 Define average orbital speed from the equation $v = \frac{2\pi r}{T}$ where $r$ is the average radius of the orbit and $T$ is the orbital period; recall and use this equation
3 Know that it takes approximately one month for the Moon to orbit the Earth and use this to explain the periodic nature of the Moon’s cycle of phases
6.1.2 The Solar System
Core
Supplement
1 Describe the Solar System as containing: (a) one star, the Sun (b) the eight named planets and know their order from the Sun (c) minor planets that orbit the Sun, including dwarf planets such as Pluto and asteroids in the asteroid belt (d) moons, that orbit the planets (e) smaller Solar System bodies, including comets and natural satellites
7 Know that planets, minor planets and comets have elliptical orbits, and recall that the Sun is not at the centre of the elliptical orbit, except when the orbit is approximately circular
8 Analyse and interpret planetary data about orbital distance, orbital duration, density, surface temperature and uniform gravitational field strength at the planet’s surface
2 Know that, in comparison to each other, the four planets nearest the Sun are rocky and small and the four planets furthest from the Sun are gaseous and large, and explain this difference by referring to an accretion model for Solar System formation, to include: (a) the model’s dependence on gravity (b) the presence of many elements in interstellar clouds of gas and dust (c) the rotation of material in the cloud and the formation of an accretion disc
3 Know that the strength of the gravitational field (a) at the surface of a planet depends on the mass of the planet (b) around a planet decreases as the distance from the planet increases
4 Calculate the time it takes light to travel a significant distance such as between objects in the Solar System
5 Know that the Sun contains most of the mass of the Solar System and this explains why the planets orbit the Sun
6 Know that the force that keeps an object in orbit around the Sun is the gravitational attraction of the Sun
9 Know that the strength of the Sun’s gravitational field decreases and that the orbital speeds of the planets decrease as the distance from the Sun increases
10 Know that an object in an elliptical orbit travels faster when closer to the Sun and explain this using the conservation of energy
Русский
6.1.1 Земля
Базовый
Дополнительно
1 Знать, что Земля — это планета, вращающаяся вокруг своей оси, которая наклонена, один раз примерно за 24 часа, и использовать это для объяснения наблюдений за кажущимся суточным движением Солнца и периодическим циклом дня и ночи
2 Знать, что Земля обращается вокруг Солнца один раз примерно за 365 дней, и использовать это для объяснения периодического характера времен года
4 Определить среднюю орбитальную скорость из уравнения $v = \frac{2\pi r}{T}$, где $r$ — средний радиус орбиты, а $T$ — орбитальный период; вспомнить и использовать это уравнение
3 Знать, что Луне требуется примерно один месяц для обращения вокруг Земли, и использовать это для объяснения периодического характера лунного цикла фаз
6.1.2 Солнечная система
Базовый
Дополнительно
1 Описывать Солнечную систему как содержащую: (a) одну звезду — Солнце (b) восемь названных планет и знать их порядок от Солнца (c) малые планеты, обращающиеся вокруг Солнца, включая карликовые планеты, такие как Плутон, и астероиды в поясе астероидов (d) спутники, обращающиеся вокруг планет (e) малые тела Солнечной системы, включая кометы и естественные спутники
7 Знать, что планеты, малые планеты и кометы имеют эллиптические орбиты, и помнить, что Солнце не находится в центре эллиптической орбиты, если только орбита не является приблизительно круговой
8 Анализировать и интерпретировать данные о планетах относительно орбитального расстояния, продолжительности обращения, плотности, температуры поверхности и однородной силы гравитационного поля на поверхности планеты
2 Знать, что по сравнению друг с другом четыре планеты, ближайшие к Солнцу, являются скалистыми и маленькими, а четыре планеты, наиболее удаленные от Солнца, являются газовыми и большими, и объяснять эту разницу, ссылаясь на модель аккреции при формировании Солнечной системы, включая: (a) зависимость модели от гравитации (b) наличие множества элементов в межзвездных облаках газа и пыли (c) вращение вещества в облаке и образование аккреционного диска
3 Знать, что сила гравитационного поля (a) на поверхности планеты зависит от массы планеты (b) вокруг планеты уменьшается по мере увеличения расстояния от планеты
4 Рассчитывать время, необходимое свету для прохождения значительного расстояния, например, между объектами в Солнечной системе
5 Знать, что Солнце содержит большую часть массы Солнечной системы, и это объясняет, почему планеты обращаются вокруг Солнца
6 Знать, что сила, удерживающая объект на орбите вокруг Солнца, — это гравитационное притяжение Солнца
9 Знать, что сила гравитационного поля Солнца уменьшается, а орбитальные скорости планет снижаются по мере удаления от Солнца
10 Знать, что объект на эллиптической орбите движется быстрее, когда он ближе к Солнцу, и объяснять это с помощью закона сохранения энергии
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
The Earth spins (rotates 自转) on its axis 轴 once in about $24$ hours. The axis is tilted 倾斜 (not straight up). This spin gives us day and night, and makes the Sun 太阳 appear to move across the sky each day.
The Earth also moves around the Sun in an orbit 轨道, once in about $365$ days (one year). Because the axis is tilted, different parts of the Earth lean towards the Sun at different times of the year. This gives the seasons 季节: it is summer in the half of the Earth that leans towards the Sun.
The Moon 月球 orbits the Earth once in about one month. As it goes round, we see different amounts of its lit side, which gives the phases 月相 of the Moon (new moon, half moon, full moon).
So, from shortest to longest: one day (Earth's spin) < one month (Moon's orbit) < one year (Earth's orbit).
Русский
Земля вращается (ротация) вокруг своей оси один оборот примерно за $24$ часов. Ось наклонена (не направлена строго вертикально). Это вращение дает нам день и ночь, а также заставляет Солнце казаться движущимся по небу каждый день.
Земля также движется вокруг Солнца по орбите, один оборот совершая примерно за $365$ дней (год). Поскольку ось наклонена, разные части Земли под разными углами к Солнцу в разные времена года. Это создает времена года: лето наступает на той половине Земли, которая наклонена к Солнцу.
Ось сохраняет одинаковый наклон весь год, поэтому каждое полушарие наклоняется к Солнцу в течение половины орбиты и от него — в другую половину
Луна обращается вокруг Земли один раз примерно за месяц. Двигаясь по орбите, мы видим различную освещенную часть ее поверхности, что создает фазы Луны (новая луна, четверть, полная луна).
Освещенная половина Луны всегда обращена к Солнцу, поэтому при движении по орбите мы видим различные её части: новую луну находится между нами и Солнцем, полная луна расположена напротив Солнца, а четверти — посередине
Таким образом, от самого короткого к самому длинному: одни сутки (вращение Земли) < один месяц (орбита Луны) < один год (орбита Земли).
Полная Луна, естественный спутник Земли
Explore · Исследовать
Why the Moon changes shape · Почему меняется форма Луны
The Sun always lights half the Moon; the phase is simply how much of that lit half faces us as the Moon orbits — it is not Earth's shadow. · Солнце всегда освещает половину Луны; фаза — это лишь то, какая часть этой освещённой половины обращена к нам по мере обращения Луны вокруг Земли — это не тень Земли.
For an object going round a circle, the distance for one full orbit is the circumference 周长$2\pi r$, where $r$ is the radius of the orbit. The orbital speed 轨道速率 is this distance divided by the period 周期$T$ (the time for one orbit):
$$v = \frac{2\pi r}{T}$$
The same equation works for planets, moons and satellites.
Worked example. A space station orbits the Earth at a radius of $r = 7000\ \text{km}$ and takes $T = 5800\ \text{s}$ for one orbit. Find its orbital speed.
First convert the radius to metres: $7000\ \text{km} = 7.0 \times 10^6\ \text{m}$. Then
Для объекта, движущегося по окружности, расстояние одного полного оборота составляет длину окружности$2\pi r$, где $r$ — радиус орбиты. Орбитальная скорость равна этому расстоянию, деленному на период$T$ (время одного оборота):
$$v = \frac{2\pi r}{T}$$
Та же формула применима для планет, спутников и искусственных спутников.
Разобранный пример. Космическая станция вращается вокруг Земли на расстоянии $r = 7000\ \text{km}$ и совершает один оборот за $T = 5800\ \text{s}$. Найдите её орбитальную скорость.
Сначала переведите радиус в метры: $7000\ \text{km} = 7.0 \times 10^6\ \text{m}$. Затем
The Solar System 太阳系 has one star, the Sun, at its centre. Around it move the eight planets 行星. In order from the Sun they are: Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune.
The four planets nearest the Sun are small and rocky 岩石.
The four planets furthest from the Sun are large and gaseous 气态 — they are made mostly of gas 气体, with no solid surface to stand on.
The two nearer giants, Jupiter and Saturn, are gas giants 气态巨行星. The two outer giants, Uranus and Neptune, are ice giants 冰巨行星: they hold much more ice, so they are not true gas giants.
The Solar System also contains:
minor planets, such as dwarf planets 矮行星 like Pluto, and asteroids 小行星 (most lie in the asteroid belt between Mars and Jupiter);
moons (natural satellites 卫星) that orbit the planets;
comets 彗星 and other small bodies.
Orbits and gravity
The Sun holds most of the mass of the Solar System. Its gravity 引力 (gravitational pull) reaches out and keeps the planets in their orbits. This force is the gravitational attraction of the Sun.
The gravitational field strength 重力场强度 tells you how strong gravity is:
at the surface of a planet it is bigger for a planet with more mass;
around a planet it gets weaker as you move further away.
In the same way, the Sun's gravity gets weaker further out, so the outer planets move more slowly (smaller orbital speed) than the inner ones.
Planetary data
Exam questions often give a table like this one and ask you to read a pattern from it.
Planet
Distance from Sun / million km
Orbital period
Density / g/cm³
Surface temperature / °C
Surface $g$ / N/kg
Mercury
58
88 days
5.4
170
3.7
Venus
108
225 days
5.2
460
8.9
Earth
150
365 days
5.5
15
9.8
Mars
228
687 days
3.9
−60
3.7
Jupiter
779
11.9 years
1.3
−110
23
Saturn
1430
29.5 years
0.7
−140
9.0
Uranus
2870
84 years
1.3
−195
8.7
Neptune
4500
165 years
1.6
−200
11
Patterns to notice: the further a planet is from the Sun, the longer its orbital period and the lower its surface temperature. The four inner planets are dense (rock and metal), while the four outer planets have low densities (gas and ice). The gravitational field strength at the surface depends on the planet's mass and size, not on its distance from the Sun.
Elliptical orbits
Most orbits are not perfect circles but ellipses 椭圆 (a stretched circle), and the Sun is not at the centre of the ellipse. A comet has a very stretched orbit. An object in an elliptical orbit moves faster when it is closer to the Sun. We explain this with the conservation of energy 能量守恒 — the total energy 能量 stays the same, so as the object's gravitational potential energy 重力势能 falls (coming closer), its kinetic energy 动能 rises (it speeds up).
Light travel time
Distances in space are huge, so we often work out how long light takes to cross them. Light travels at $3.0 \times 10^8\ \text{m/s}$. Using $\text{time} = \dfrac{\text{distance}}{\text{speed}}$, light from the Sun (about $1.5 \times 10^{11}\ \text{m}$ away) takes about $500\ \text{s}$, which is roughly $8$ minutes, to reach the Earth.
Русский
Солнечная система имеет одну звезду — Солнце — в центре. Вокруг него вращаются восемь планет. В порядке удаления от Солнца это: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Четыре планеты, ближайшие к Солнцу, небольшие и каменистые.
Четыре планеты, самые удаленные от Солнца, крупные и газовые — они состоят преимущественно из газа, без твердой поверхности, на которой можно стоять.
Две ближние гиганты, Юпитер и Сатурн, являются газовыми гигантами. Две внешние гиганты, Уран и Нептун, называются ледяными гигантами: они содержат гораздо больше льда, поэтому не являются истинными газовыми гигантами.
Солнце и его восемь планет в порядке: четыре маленьких каменистых планеты, затем пояс астероидов, затем четыре большие газовые планеты — газовые гиганты Юпитер и Сатурн и ледяные гиганты Уран и Нептун (не в масштабе)Марс, красная планета, одна из скалистых внутренних планетЮпитер, самая большая планета, с вихревыми полосами газаСатурн и его кольца, сфотографированные космическим аппаратом «Кассини»
Солнечная система также содержит:
малые планеты, такие как карликовые планеты (например, Плутон), и астероиды (большинство из которых находятся в поясе астероидов между Марсом и Юпитером);
луны (естественные спутники), обращающиеся вокруг планет;
кометы и другие малые тела.
Орбиты и гравитация
Солнце содержит большую часть массы Солнечной системы. Его гравитация (гравитационное притяжение) охватывает пространство и удерживает планеты на своих орбитах. Эта сила называется гравитационным притяжением Солнца.
Гравитационная напряженность поля показывает силу гравитации:
на поверхности планеты она больше для планеты с большей массой;
вокруг планеты она ослабевает по мере удаления.
Так же, как и гравитация Солнца ослабевает по мере удаления от него, так и внешние планеты движутся медленнее (имеют меньшую орбитальную скорость), чем внутренние.
Планетарные данные
В экзаменационных вопросах часто дается таблица, подобная этой, и требуется найти в ней закономерность.
Планета
Расстояние от Солнца / млн км
Орбитальный период
Плотность / г/см³
Температура поверхности / °C
Сила тяжести на поверхности $g$ / Н/кг
Меркурий
58
88 дней
5.4
170
3.7
Венера
108
225 дней
5.2
460
8.9
Земля
150
365 дней
5.5
15
9.8
Марс
228
687 дней
3.9
−60
3.7
Юпитер
779
11.9 лет
1.3
−110
23
Сатурн
1430
29.5 лет
0.7
−140
9.0
Уран
2870
84 года
1.3
−195
8.7
Нептун
4500
165 лет
1.6
−200
11
Заметим закономерности: чем дальше планета от Солнца, тем дольше ее орбитальный период и ниже температура поверхности. Четыре внутренние планеты плотные (состоят из горных пород и металлов), тогда как четыре внешние планеты имеют малую плотность (газ и лед). Гравитационное поле на поверхности зависит от массы и размера планеты, а не от расстояния до Солнца.
Эллиптические орбиты
Большинство орбит не являются идеальными окружностями, а представляют собой эллипсы (растянутые окружности), при этом Солнце находится не в центре эллипса. Комета имеет очень вытянутую орбиту. Тело на эллиптической орбите движется быстрее, когда оно ближе к Солнцу. Мы объясняем это законом сохранения энергии: общая энергия остается неизменной, поэтому, когда гравитационный потенциал тела падает (при приближении), его кинетическая энергия возрастает (оно ускоряется).
Солнце находится в одном из фокусов эллипса; планета ускоряется при приближении и замедляется при удалении
Время распространения света
Расстояния в космосе огромны, поэтому мы часто вычисляем, сколько времени свету требуется для их преодоления. Свет распространяется со скоростью $3.0 \times 10^8\ \text{m/s}$. Используя формулу $\text{time} = \dfrac{\text{distance}}{\text{speed}}$, свет от Солнца (находящегося примерно на расстоянии $1.5 \times 10^{11}\ \text{m}$) достигает Земли за время около $500\ \text{s}$, что составляет примерно $8$ минут.
Explore · Исследовать
Watch the planets race · Посмотрите гонку планет
The closer a planet is to the Sun, the faster it orbits — Mercury in 88 days, Jupiter in 12 years — because the Sun's gravity is stronger close in. · Чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она обращается — Меркурий за 88 дней, Юпитер за 12 лет — потому что гравитация Солнца сильнее вблизи.
How the Solar System formed · Формирование Солнечной системы
English
The planets formed from a giant cloud of gas and dust 尘埃 in space, which contained many chemical elements 元素. This is the accretion 吸积 model:
gravity pulled the cloud together;
the cloud was spinning, so it flattened into a spinning accretion disc 吸积盘;
most of the matter fell to the centre and became the Sun, while the planets grew from the leftover material in the disc.
Near the hot young Sun, only rock and metal could stay solid, so the inner planets are rocky. Far out, where it was cold, gases could also collect, so the outer planets grew large and gaseous.
Русский
Планеты образовались из гигантского облака газа и пыли в космосе, содержащего множество химических элементов. Это модель аккреции:
гравитация стянула облако вместе;
облако вращалось, поэтому сплющилось в вращающийся аккреционный диск;
большая часть материи упала в центр, став Солнцем, в то время как планеты выросли из остатков материала в диске.
Рядом с горячим молодым Солнцем могли оставаться твердыми только камень и металл, поэтому внутренние планеты скалистые. На больших расстояниях, где было холодно, могли также собираться газы, поэтому внешние планеты выросли большими и газовыми.
Настоящий аккреционный диск вокруг молодой звезды HL Tauri: темные провалы — это места, где новые планеты собирают пыль; наша Солнечная система началась таким же образом
1 Know that the Sun is a star of medium size, consisting mostly of hydrogen and helium, and that it radiates most of its energy in the infrared, visible light and ultraviolet regions of the electromagnetic spectrum
2 Know that stars are powered by nuclear reactions that release energy and that in stable stars the nuclear reactions involve the fusion of hydrogen into helium
6.2.2 Stars
Core
Supplement
1 State that: (a) galaxies are each made up of many billions of stars (b) the Sun is a star in the galaxy known as the Milky Way (c) other stars that make up the Milky Way are much further away from the Earth than the Sun is from the Earth (d) astronomical distances can be measured in light-years, where one light-year is the distance travelled in (the vacuum of) space by light in one year
2 Know that one light-year is equal to $9.5 \times 10^{15}$ m
3 Describe the life cycle of a star: (a) a star is formed from interstellar clouds of gas and dust that contain hydrogen (b) a protostar is an interstellar cloud collapsing and increasing in temperature as a result of its internal gravitational attraction (c) a protostar becomes a stable star when the inward force of gravitational attraction is balanced by an outward force due to the high temperature in the centre of the star (d) all stars eventually run out of hydrogen as fuel for the nuclear reaction (e) most stars expand to form red giants and more massive stars expand to form red supergiants when most of the hydrogen in the centre of the star has been converted to helium (f) a red giant from a less massive star forms a planetary nebula with a white dwarf star at its centre (g) a red supergiant explodes as a supernova, forming a nebula containing hydrogen and new heavier elements, leaving behind a neutron star or a black hole at its centre (h) the nebula from a supernova may form new stars with orbiting planets
6.2.3 The Universe
Core
Supplement
1 Know that the Milky Way is one of many billions of galaxies making up the Universe and that the diameter of the Milky Way is approximately 100 000 light-years
2 Describe redshift as an increase in the observed wavelength of electromagnetic radiation emitted from receding stars and galaxies
3 Know that the light emitted from distant galaxies appears redshifted in comparison with light emitted on the Earth
4 Know that redshift in the light from distant galaxies is evidence that the Universe is expanding and supports the Big Bang Theory
5 Know that microwave radiation of a specific frequency is observed at all points in space around us and is known as cosmic microwave background radiation (CMBR)
6 Explain that the CMBR was produced shortly after the Universe was formed and that this radiation has been expanded into the microwave region of the electromagnetic spectrum as the Universe expanded
7 Know that the speed $v$ at which a galaxy is moving away from the Earth can be found from the change in wavelength of the galaxy’s starlight due to redshift
8 Know that the distance $d$ of a far galaxy can be determined using the brightness of a supernova in that galaxy
9 Define the Hubble constant$H_0$ as the ratio of the speed at which the galaxy is moving away from the Earth to its distance from the Earth; recall and use the equation
$$H_0 = \frac{v}{d}$$
10 Know that the current estimate for $H_0$ is $2.2 \times 10^{-18}$ per second
11 Know that the equation
$$\frac{d}{v} = \frac{1}{H_0}$$
represents an estimate for the age of the Universe and that this is evidence for the idea that all the matter in the Universe was present at a single point
Русский
6.2.1 Солнце как звезда
Базовый
Дополнительно
1 Знать, что Солнце — звезда среднего размера, состоящая преимущественно из водорода и гелия, и что она излучает большую часть своей энергии в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах электромагнитного спектра
2 Знать, что звезды питаются ядерными реакциями, выделяющими энергию, и что в стабильных звездах ядерные реакции включают синтез (слияние) водорода в гелий
6.2.2 Звезды
Базовый
Дополнительно
1 Утверждать, что: (a) галактики состоят каждая из многих миллиардов звезд (b) Солнце — это звезда в галактике, известной как Млечный Путь (c) другие звезды, составляющие Млечный Путь, находятся значительно дальше от Земли, чем Солнце (d) астрономические расстояния могут измеряться в световых годах, где один световой год — это расстояние, пройденное светом в (вакууме) космоса за один год
2 Знать, что один световой год равен $9.5 \times 10^{15}$ м
3 Описывать жизненный цикл звезды: (a) звезда формируется из межзвездных облаков газа и пыли, содержащих водород (b) протозвезда — это межзвездное облако, которое коллапсирует и повышает температуру в результате внутреннего гравитационного притяжения (c) протозвезда становится стабильной звездой, когда inward-сила гравитационного притяжения уравновешивается outward-силой, вызванной высокой температурой в центре звезды (d) все звезды в конечном итоге исчерпывают водород как топливо для ядерной реакции (e) большинство звезд расширяются, образуя красных гигантов, а более массивные звезды расширяются, образуя красных супергигантов, когда большая часть водорода в центре звезды превращается в гелий (f) красный гигант от менее массивной звезды образует планетарную туманность с белой карликовой звездой в ее центре (g) красный супергигант взрывается как сверхновая, образуя туманность, содержащую водород и новые тяжелые элементы, оставляя после себя нейтронную звезду или черную дыру в своем центре (h) туманность от сверхновой может образовывать новые звезды с орбитирующими планетами
6.2.3 Вселенная
Базовый
Дополнительно
1 Знать, что Млечный Путь — одна из многих миллиардов галактик, составляющих Вселенную, и что диаметр Млечного Пути составляет примерно 100 000 световых лет
2 Описывать красное смещение как увеличение наблюдаемой длины волны электромагнитного излучения, испускаемого удаляющимися звездами и галактиками
3 Знать, что свет, исходящий от далеких галактик, выглядит красносмещенным по сравнению со светом, испускаемым на Земле
4 Знать, что красное смещение света от далеких галактик является доказательством того, что Вселенная расширяется, и поддерживает Теорию Большого Взрыва
5 Знать, что во всех точках пространства вокруг нас наблюдается микроволновое излучение определенной частоты, известное как космическое микроволновое фоновое излучение (КМФИ)
6 Объяснить, что МВФР возникло shortly после формирования Вселенной и что это излучение было растянуто в микроволновый диапазон электромагнитного спектра по мере расширения Вселенной
7 Знать, что скорость $v$, с которой галактика удаляется от Земли, можно определить по изменению длины волны звездного света этой галактики вследствие красного смещения
8 Знать, что расстояние $d$ до дальней галактики можно определить по яркости сверхновой в этой галактике
9 Определить постоянную Хаббла$H_0$ как отношение скорости удаления галактики от Земли к её расстоянию от Земли; вспомнить и использовать уравнение
$$H_0 = \frac{v}{d}$$
10 Знать, что текущая оценка для $H_0$ составляет $2.2 \times 10^{-18}$ в секунду
11 Знать, что уравнение
$$\frac{d}{v} = \frac{1}{H_0}$$
представляет собой оценку возраста Вселенной и является доказательством идеи о том, что всё вещество во Вселенной находилось в одной точке
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
The Sun is a star 恒星 of medium size, made mostly of hydrogen 氢 and helium 氦. It radiates most of its energy in the infrared, visible light and ultraviolet 紫外线 parts of the electromagnetic spectrum 电磁波谱.
A star is powered by nuclear reactions 核反应 in its core. In a stable star, the reaction is nuclear fusion 核聚变: hydrogen nuclei join to make helium, releasing huge amounts of energy.
Русский
Солнце — это звезда среднего размера, состоящая преимущественно из водорода и гелия. Оно излучает большую часть своей энергии в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом участках электромагнитного спектра.
Звезда питается благодаря ядерным реакциям в своем ядре. В стабильной звезде эта реакция представляет собой ядерный синтез: ядра водорода сливаются, образуя гелий, выделяя огромное количество энергии.
Солнце, наша ближайшая звезда, видимое в ультрафиолетовом свете
Stars, galaxies and the Universe · Звезды, галактики и Вселенная
English
A galaxy 星系 is a group of many billions of stars held together by gravity. Our Sun is one star in the galaxy called the Milky Way 银河系. All the other stars in the Milky Way are very much further from the Earth than the Sun is.
Distances between stars are so big that we measure them in light-years 光年. One light-year is the distance light travels in one year (in the vacuum of space), which is about $9.5 \times 10^{15}\ \text{m}$.
The Milky Way is about $100\,000$ light-years across (its diameter 直径). It is just one of many billions of galaxies. All of these galaxies together make up the Universe 宇宙.
Русский
Галактика — это скопление многих миллиардов звезд, удерживаемых вместе гравитацией. Наше Солнце — одна из звезд в галактике под названием Млечный Путь. Все остальные звезды Млечного Пути находятся гораздо дальше от Земли, чем Солнце.
Расстояния между звездами настолько велики, что мы измеряем их в световых годах. Один световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год (в вакууме космоса), что составляет примерно $9.5 \times 10^{15}\ \text{m}$.
Диаметр Млечного Пути составляет около $100\,000$ световых лет (диаметр). Это лишь одна из многих миллиардов галактик. Все эти галактики вместе составляют Вселенную.
Гигантский телескоп изучает ночное небо; лазер помогает ему делать четкие изображения далеких звезд
The life cycle of a star · Жизненный цикл звезды
English
A star is born, lives and dies over a very long time:
A star forms from an interstellar cloud 星际云 of gas and dust that contains hydrogen.
Gravity pulls the cloud inwards, and it heats up. This collapsing, heating cloud is a protostar 原恒星.
The protostar becomes a stable 稳定 star when the inward pull of gravity is balanced by an outward push caused by the very high temperature in its centre.
In time, every star runs out of hydrogen fuel 燃料 for fusion.
What happens next depends on the mass of the star:
A medium star (like the Sun) swells into a red giant 红巨星. It then throws off its outer layers as a glowing cloud called a planetary nebula 星云, leaving a small, hot white dwarf 白矮星 at the centre.
A much heavier star swells into a red supergiant 红超巨星 and then explodes as a supernova 超新星. This blast spreads out a nebula containing hydrogen and new, heavier elements, and leaves behind a neutron star 中子星 or a black hole 黑洞.
The nebula from a supernova can later form new stars, with planets orbiting them — so our own Solar System came from earlier stars.
Русский
Звезда рождается, живет и умирает в течение очень долгого времени:
Звезда образуется из межзвездного облака газа и пыли, содержащего водород.
Гравитация стягивает облако внутрь, и оно нагревается. Это сжимающееся, нагревающееся облако называется протозвездой.
Протозвезда становится стабильной звездой, когда inward тяга гравитации уравновешивается outward давлением, вызванным очень высокой температурой в ее центре.
Со временем каждая звезда исчерпывает запасы топлива для синтеза.
Что произойдет дальше, зависит от массы звезды:
Средняя звезда (как Солнце) раздувается до состояния красного гиганта. Затем она сбрасывает свои внешние слои в виде светящегося облака, называемого планетарной туманностью, оставляя маленький, горячий белый карлик в центре.
Гораздо более массивная звезда раздувается до состояния красного сверхгиганта, а затем взрывается как сверхновая. Этот взрыв рассеивает туманность, содержащую водород и новые, более тяжелые элементы, и оставляет после себя нейтронную звезду или черную дыру.
Каждая звезда рождается в туманности; то, чем она закончит жизнь, зависит от её массы
Туманность после сверхновой может позже образовать новые звезды с орбитирующими вокруг них планетами — так наш Солнечная система появилась из более ранних звезд.
Explore · Исследовать
The life cycle of a star · Жизненный цикл звезды
Gravity pulls a gas cloud together; fusion lights the star; when its fuel runs low it swells and finally fades. · Гравитация собирает газовое облако; термоядерный синтез зажигает звезду; когда топливо заканчивается, она раздувается и в конце концов угасает.
Explore · Исследовать
The life cycle of a Sun-like star · Жизненный цикл звезды солнечного типа
Step through how a star like our Sun is born, lives and dies. · Пройдите этапы рождения, жизни и смерти звезды, подобной нашему Солнцу.
The expanding Universe · Расширяющаяся Вселенная
English
When a star or galaxy moves away from us (it is receding 退行), the light we receive from it has a longer wavelength 波长 than normal — it is shifted towards the red end of the spectrum. This is redshift 红移.
The light from distant galaxies is redshifted, and the further away a galaxy is, the bigger its redshift. This tells us that the galaxies are moving apart: the Universe is expanding 膨胀. Running this backwards, everything was once together at a single point — this is the evidence for the Big Bang 大爆炸 theory.
More evidence and the age of the Universe
Faint microwave 微波radiation 辐射 is found coming from every direction in space. This is the cosmic microwave background radiation 宇宙微波背景辐射 (CMBR). It was made as high-energy radiation soon after the Big Bang, and has been stretched out into the microwave part of the spectrum as the Universe expanded.
For a distant galaxy:
its speed $v$ of moving away can be found from the redshift of its starlight;
its distance $d$ can be found from the brightness of a supernova seen in it.
The Hubble constant 哈勃常数$H_0$ links these two:
$$H_0 = \frac{v}{d}$$
Its value today is about $2.2 \times 10^{-18}$ per second. Turning this around gives an estimate for the age of the Universe:
$$\frac{d}{v} = \frac{1}{H_0}$$
Worked example. The Hubble constant is about $H_0 = 2.2 \times 10^{-18}$ per second. Estimate the age of the Universe.
This works because every galaxy seems to have started from the same single point at the same time — more support for the Big Bang.
Русский
Когда звезда или галактика удаляется от нас (она удалена), свет, который мы получаем от неё, имеет более длинную длину волны, чем обычно — он смещён к красному концу спектра. Это красное смещение.
Темные линии в спектре далекой галактики смещены к красному концу — это красное смещение
Свет от далеких галактик имеет красное смещение, и чем дальше галактика, тем больше её красное смещение. Это говорит нам о том, что галактики расходятся: Вселенная расширяется. Если мысленно прокрутить время вспять, все когда-то были вместе в одной точке — это доказательство теории Большого взрыва.
Каждая галактика удаляется от нас, а более удаленные удаляются быстрее — Вселенная расширяется
Дополнительные доказательства и возраст Вселенной
Слабое микроволновоеизлучение приходит из каждого направления в космосе. Это космическое микроволновое фоновое излучение (КМФИ). Оно возникло как высокоэнергетическое излучение вскоре после Большого взрыва и было растянуто в микроволновую часть спектра по мере расширения Вселенной.
Все небо, mapped in microwaves: это слабое свечение достигает нас со всех сторон как остаточное тепло молодой Вселенной — сильное доказательство Большого взрыва
Для далекой галактики:
её скорость $v$ удаления можно найти по красному смещению её звездного света;
её расстояние $d$ можно найти по яркости сверхновой, наблюдаемой в ней.
Постоянная Хаббла$H_0$ связывает эти две величины:
$$H_0 = \frac{v}{d}$$
Её значение сегодня составляет около $2.2 \times 10^{-18}$ в секунду. Обратная величина дает оценку возраста Вселенной:
$$\frac{d}{v} = \frac{1}{H_0}$$
Разобранный пример. Постоянная Хаббла составляет около $H_0 = 2.2 \times 10^{-18}$ в секунду. Оцените возраст Вселенной.
Это работает потому, что каждая галактика, похоже, начала свое существование из одной и той же точки в одно и то же время — дополнительная поддержка теории Большого взрыва.
Explore · Исследовать
The expanding Universe · Расширяющаяся Вселенная
v = H₀·d
Galaxies recede faster the farther they are — speed is proportional to distance. · Галактики удаляются быстрее, чем дальше они находятся — скорость пропорциональна расстоянию.
In $v = \dfrac{2\pi r}{T}$, $r$ is the orbit radius and $T$ is the time for one full orbit in seconds — convert km to m and hours to seconds first.
Planets closer to the Sun feel stronger gravity, so they orbit faster and take less time. In an elliptical orbit a body speeds up as it nears the Sun (gravitational potential energy turns into kinetic energy).
A light-year is a distance, not a time — how far light travels in one year.
A star is stable when the inward pull of gravity is balanced by the outward push from the energy released by fusion in its core. What it becomes when its fuel runs out depends on its mass.
Redshift — light from distant galaxies shifted to longer (redder) wavelengths, with a bigger shift the further away — is the evidence that the Universe is expanding, which supports the Big Bang.
Русский
В $v = \dfrac{2\pi r}{T}$, $r$ — это радиус орбиты, а $T$ — время одного полного оборота в секундах — сначала переведите км в метры, а часы в секунды.
Планеты, расположенные ближе к Солнцу, испытывают более сильное гравитационное притяжение, поэтому они вращаются быстрее и требуют меньше времени. На эллиптической орбите тело ускоряется при приближении к Солнцу (гравитационный потенциальный энергия превращается в кинетическую энергию).
Световой год — это расстояние, а не время — сколько проходит свет за один год.
Звезда является стабильной, когда inward pull of gravity is balanced by the outward push from the energy released by fusion in its core. What it becomes when its fuel runs out depends on its mass.
Красное смещение — свет от далеких галактик, смещенный к более длинным (более красным) длинам волн, причем большее смещение наблюдается у более удаленных объектов — является доказательством того, что Вселенная расширяется, что поддерживает теорию Большого взрыва.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
