Всероссийский форум научной молодежи «ШАГ В БУДУЩЕЕ»

Всероссийская научная конференция молодых исследователей

«ШАГ В БУДУЩЕЕ»

СИМПОЗИУМ 2. Естественные науки и современный мир

2 А Физика и познание мира

Увеличение чёткости изображения на снимках небесных тел при недостаточной освещенности

Автор:

11 класс

МБУ «Школа № 47» г. о. Тольятти

445040 г. Тольятти, б-р Туполева, 12

Домашний адрес: 445040 Россия, Самарская область,

,  кв. 178

Научный руководитель:

учитель физики

МБУ «Школа № 47» г. о. Тольятти

Тольятти – Москва

2017

Содержание


Введение  3 Основное содержание  4 Теоретическая часть  4 Практическая часть  8 Заключение  10 Список использованного материала  10

Введение

Тайны космоса влекут человечество через время и пространство. Яркость звезд, холодный свет луны, любвеобильная Венера, мистические Уран и Сатурн. Космос является самой обсуждаемой и популярной темой в современном мире. С одной стороны, казалось, человечество достаточно изучило космос, что бы заявлять о нём, как об изученном объекте, а с другой, мы знаем лишь самый малый процент от того, что действительно происходит в нашей необъятной Вселенной. На сегодняшний день по нашей Солнечной системе движется несколько аппаратов, целью которых является передача информации о встречающихся объектах на Землю.  Например, «Кассини», автоматическая межпланетная станция NASA, которая продолжает исправно функционировать и посылать фотографии. Ресурс у этого космического аппарата, довольно огромен,  ему предстоит лететь  около 200 лет!!! Следовательно, даже через 200 лет этот аппарат будет так далеко, что сможет вылететь за пределы Солнечной системы, продолжая присылать научную информацию до нас. К сожалению, не все данные, присылаемые с аппарата, подходят для изучения и обоснования научных фактов. Большинство снимков оказываются нечёткими, темными, размытыми, что не позволяет ученым изучить рельеф небесного тела. Чем дальше «Кассини» отлетает от Солнца, тем меньше освещенность, тем хуже фотографии.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рис. 1. Фотография астероида.

Рис. 2. Фотография Солнца с орбиты Марса.

Цель работы: предложить способ освещения поверхности небесных тел, далёких от Солнца, путем орошения фотографируемой поверхности флуоресцентной жидкостью.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

Изучить этапы освоения космического пространства. Изучить свойства всех светящихся веществ. Провести эксперимент: получить фотографии объектов в ультрафиолетовом  свете, поверхность которых обработана светящейся жидкостью, приготовленной в домашних условиях. Сделать вывод о необходимости и возможности применения флуоресцентной жидкости при изучении небесных тел Солнечной системы.

Основное содержание

Теоретическая часть

Космонавтика

Эра реактивной авиации была предсказана Циолковским за много лет до появления первого реактивного самолета. В одной из своих работ в 1911 году  Циолковский высказал глубокую мысль о простейших применениях ракет, которые были известны людям очень давно. "Такие жалкие реактивные явления мы обыкновенно и наблюдаем на земле. Вот почему они никого не могли поощрить к мечтам и исследованиям. Только разум и наука могли указать на преобразование этих явлений в грандиозные, почти непостижимые чувству".  Важным этапом освоения космоса стал 4 октября 1957 года запуск первого искусственного спутника Земли в Советском Союзе.

Рис. 3. Фотография космической станции на орбите Земли.

Началом пилотируемой космонавтики стал полёт советского космонавта Юрия Гагарина 12 апреля 1961 года. В 1966 году у Луны появился первый искусственный спутник.  Выдающееся свершение в области космонавтики — высадка человека на Луну 21 июля 1969 года. Американский астронавт Нил Армстронг шагнул по поверхности естественного спутника Земли. 

Рис. 3. Фотография астронавта на Луне.

В 1975 году у Венеры появился искусственный спутник и аппарат, совершивший на ней посадку. В 1997 году 15 октября  состоялся запуск «Кассини» и прикрепленного к нему «Гюйгенса». Зимой 2000 года «Кассини» наконец-то прошел мимо Сатурна.

Рис. 4. Фотография Сатурна, полученная аппаратом «Кассини»

На поверхность Титана, спутника Сатурна, был спущен зонд, аппарат «Гюйгенс», который передал на Землю видеосъёмку поверхности этого небесного тела. Экспедиция «Кассини» продолжается. В 2017 году он должен долететь до Плутона и передать на Землю его фотографии. Но ресурс аппарата рассчитан на гораздо большее время. Вылетев за пределы орбиты Плутона, он сможет ещё 200 лет выполнять свою функцию.  Миссия Кассини-Гюйгенс обошлась для Америки в три миллиарда долларов. Сегодня пилотируемая космонавтика вновь собирается вернуться на Луну и обратила свой взор к далёкому Марсу. Важно, чтобы качество информации, на добычу которой затрачены такие средства, соответствовало этим затратам.

Светящиеся вещества

В физике свечение люминесценции определяется как излуче­ние, избыточное над тепловым излучением тела. Длительность лю­минесцентного свечения значительно превышает период колебаний световой электромагнитной волны. Вещества, способные генерировать свечение люминесценции («холодный свет»), называют люминофорами. Свечение люминофоров возникает без наг­рева, длительность отличает люминесценцию от других видов хо­лодного излучения. Люминесцентное свечение тел принято делить на следующие виды:

    Фотолюминесценция — свечение под действием света (видимого и ультрафиолетового диапазона). Она, в свою очередь, делится три разновидности: флуоресценцию (время жизни 10−9−10−6 с); фосфоресценцию (10−3−10 с); Хемилюминесценция — свечение, использующее энергию химических реакций; Катодолюминесценция — вызвана облучением быстрыми электронами (катодными лучами); Сонолюминесценция — люминесценция, вызванная звуком высокой частоты; Радиолюминесценция — при возбуждении вещества ионизирующим излучением; Триболюминесценция — люминесценция, возникающая при растирании, раздавливании или раскалывании люминофоров. Триболюминесценция вызывается электрическими разрядами, происходящими между образовавшимися наэлектризованными частями — свет разряда вызывает фотолюминесценцию люминофора. Биолюминесценция — способность живых организмов светиться, достигаемая самостоятельно или с помощью симбионтов. Электролюминесценция- возникает при пропускании электрического тока через определённые типы люминофоров. Кандолюминесценция — калильное свечение. Термолюминесценция — люминесцентное свечение, возникающее в процессе нагревания вещества. В научной литературе часто используется термин Термостимулированная люминесценция, сокращенно ТСЛ, что одно и то же.


Флуоресценция

Некоторые вещества обладают свойством делаться особенным образом самосветящимися в течение того времени, пока они подвергаются освещению посторонним источником света. Так, например, слабый раствор сернокислого хинина, подкисленный несколькими каплями серной кислоты, на дневном свете сияет с поверхности слабым голубоватым светом; свечение тотчас исчезает, как будет прекращен доступ света к жидкости. Так как раствор хинина вполне бесцветен, то голубоватое сияние поверхности его нужно приписать самосвечению жидкости под влиянием освещения дневного света. Это явление самосвечения называется флюоресценцией, а тела, обладающие означенным свойством, - флуоресцирующими. Явление флуоресценции было впервые исследовано Гершелем в 1845 г. на растворе сернокислого хинина и названо им "эпиполической дисперсией" (поверхностным светорассеянием) по причине того, что свойством самосвечения обладала, как казалось Гершелю, лишь самая поверхность жидкости. Главнейшие из результатов, найденных Стоксом и подтвержденных позднейшими исследователями флуоресценции, следующие:

1) явление флуоресценции возникает в способных к флуоресценции телах почти исключительно под влиянием света, содержащего лучи короткой длины волны - фиолетовые и ультрафиолетовые.

2) Лучи, вызывающие флуоресценцию тела, всегда поглощаются этим телом. Этот закон не может иметь исключений, так как он является необходимым следствием закона сохранения энергии: когда тело флюоресцирует, оно излучает энергию, запас которой может при данных условиях поддерживаться постоянным исключительно путем поглощения падающей на тело световой энергии

3) Лучи, усылаемые флюоресцирующим веществом, обладают всегда меньшей преломляемостью (большей длиной волны, меньшим числом колебаний), чем поглощенные этим веществом и вызвавшие флуоресцентные лучи.

Рис. 5. Фотогрфия светящихся веществ.

Рис. 6. Фотография объектов, обработанных светящейся жидкостью.

Практическая часть

Эксперимент

Суть моего эксперимента заключается в изготовлении светящейся жидкости, обработке различных поверхностей и получения их изображений при простом освещении и в ультрафиолете. В интернете есть множество описанных способов получения светящихся жидкостей, которые можно получить в домашних условиях. Я получила её с помощью цветного маркера. Стержень маркера, помещенный в воду, окрашивает её в свой цвет. Когда я поместила банку с полученной жидкостью в тёмное помещение, оказалась, что она светится в темноте. Особенно ярким получилось свечение в ультрафиолетовых лучах.


Этапы

Содержание

Фото

1

Изготовление жидкости

2

Камень в дневном свете

3

Камень под УФ светом без обработки жидкостью

4

Камень под УФ светом, обработанный жидкостью



Заключение

Получение флуоресцирующей жидкости – процесс простой и дешёвый. На необитаемых небесных телах применение такого состава абсолютно безопасно. Ультрафиолетовое излучение также не представляет опасности для поверхностей тел Солнечной системы, если это происходит за короткий промежуток времени, времени съёмки фотографии. Оснастить летательный аппарат дополнительным устройством, способным разбрызгивать светящуюся жидкость на поверхность тела, и ультрафиолетовой лампой – не самое затратное мероприятие. А качество изображения тела на снимке намного лучше.

Результаты: фотографии доказывают, что, действительно, предмет, обработанный флуоресцентной жидкостью под УФ светом видно лучше. Четче определяется рельеф, ярко очерчены контуры.

Выводы: Следовательно, если оснастить космические летательные аппараты флуоресцентной жидкостью, распылителем и ультрафиолетом, то это позволит даже далеко от солнца, от любого другого источника света, получать качественные и четкие фотографии. Эта информация позволит сделать множество новых открытий и приоткрыть границы неизведанного.

Список литературы


изит к властелину колец // Вокруг света. –  2005. – №2. – С. 114 - 123. Большой энциклопедический словарь. Физика / Гл. ред. . – 4-е изд. М.: Ф50 Большая Российская энциклопедия, 1998. – 994 с. Мякишев . Оптика. Квантовая физика. 11 класс. Профильный уровень: учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2011. – 462 с. Иллюстрации и статьи // интернет-источники. – [Электронный ресурс] ‑ Режимы доступа: --http://vselennayatrue. /%D0%BE%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%B0/;

http://dic. academic. ru/dic. nsf/dic_fwords/12397/%D0%A4%D0%9B%D0%A3%D0%9E%D0%A0%D0%95%D0%A1%D0%A6%D0%95%D0%9D%D0%A6%D0%98%D0%AF; https://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%9B%D1%8E%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%81%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F; https://yandex. ru/images/search? text=%D1%87%D1%82%D0%BE%20%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B5%20%D1%84%D0%BB%D1%8E%D0%BE%D1%80%D0%B5%D1%81%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F&img_url=https%3A%2F%2Fwww. chemie. uni-hamburg. de%2Fpc%2Fweller%2Fbilder%2Flogogross. jpg&pos=3&rpt=simage

https://www. /watch? v=kzjuVitYOFg