Современные методы исследования вселенной

Что изучает астрономия?

Предмет астрономии. Её развитие и значение в жизни общества

Две вещи никогда не перестанут волновать мои ум и душу – нравственный закон внутри нас и звездное небо у нас над головою.

И. Кант

Что изучает астрономия

  • Астрономия («астрон» — звезда, «номос» — закон) – наука о небесных светилах, законах их движения, строения и развития, а так же строении и развитии Вселенной в целом.

  • В частности, АСТРОНОМИЯ изучает Солнце, планеты Солнечной системы и их спутники, астероиды, кометы, метеориты, межпланетное вещество, звёзды и внесолнечные планеты (экзопланеты), туманности, межзвёздное вещество, галактики и их скопления, пульсары, квазары, чёрные дыры и многое другое.

Основные задачи астрономии

  • Изучение и объяснение видимых движений небесных тел, нахождение закономерностей и причин этих движений.
  • Изучение строения небесных тел, их физических и химических свойств, построение моделей их внутреннего строения.
  • Решение проблем происхождения и развития небесных тел и их систем.
  • Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной — Метагалактики.

Ещё в глубокой древности люди интересовались движением светил по небосводу, хотя астрономия тогда была основательно перемешана с астрологией.

Окончательное выделение научной астрономии произошло в эпоху Возрождения и заняло долгое время.

Выдающиеся астрономы и астрофизики

БРАГЕ Тихо (1546 — 1601) — датский астроном, реформатор практической астрономии. Свыше 20 лет вел определения положений светил с наивысшей для того времени точностью. Открыл 2 неравенства в движении Луны; доказал, что кометы — небесные тела, более далекие, чем Луна; составил каталог звезд, таблицы рефракции и др. На основе его наблюдений Марса Кеплер вывел законы движения планет. ГАЛИЛЕЙ Галилео (1564 — 1642) — итальянский ученый, один из основателей точного естествознания. Построил телескоп с 32-кратным увеличением и открыл горы на Луне, 4 спутника Юпитера, фазы у Венеры, пятна на Солнце. Активно защищал гелиоцентрическую систему мира, за что был подвергнут суду инквизиции. ГИППАРХ (ок. 180 или 190 — 125 до н. э.) — древнегреческий астроном, один из основоположников астрономии. Улучшил методику расчета видимого движения Солнца и Луны, определил расстояние до Луны, продолжительность года, составил каталог положений 850 звезд, в котором разделил их по блеску на 6 классов, открыл прецессию. Ввел географические координаты.

ДОПЛЕР Кристиан (1803 — 1853) — австрийский физик и астроном. Открыл эффект, названный позже его именем, и предложил использовать его для измерения скоростей двойных звезд.

КЕПЛЕР Иоганн (1571 — 1630) — немецкий астроном, один из творцов астрономии нового времени. Открыл законы движения планет, на основе которых составил планетарные таблицы. Заложил основы теории затмений. Изобрел телескоп, в котором объектив и окуляр — двояковыпуклые линзы.

КОПЕРНИК Николай (1473 — 1543) — польский астроном, создатель гелиоцентрической системы мира. Совершил переворот в естествознании, отказавшись от принятого в течение многих веков учения о центральном положении Земли. Объяснил видимые движении небесных светил вращением Земли вокруг оси и обращением планет (в том числе Земли) вокруг Солнца.

НЬЮТОН Исаак (1643 — 1727) — английский математик, механик, астроном и физик. Открыл закон всемирного тяготения, дал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики. Построил зеркальный телескоп.

ПТОЛЕМЕЙ Клавдий (ок. 90 — ок. 160) — древнегреческий ученый. Разработал математическую теорию движения планет вокруг неподвижной Земли, позволявшую предвычислять их положение на небе. Совместно с теорией движения Солнца и Луны он cocтaвил так называемую птолемееву систему мира .

СТРУВЕ Василий Яковлевич (1793 — 1864) — астроном и геодезист, основатель и первый директор Пулковской обсерватории. Произвел первое определение звездного параллакса, установил наличие поглощения света в межзвездном пространстве.

ФРАУНГОФЕР Йозеф (1787 — 1826) — немецкий физик. Подробно описал линии поглощения в спектре Солнца, названные его именем.

ХАББЛ Эдвин Пауэлл (1889 — 1953) — американский астроном. Доказал звездную природу внегалактических туманностей (галактик); оценил расстояние до некоторых из них, разработал основы их структурной классификации, установил закономерность разлета галактик.

ХОКИНГ Стивен (р. 1942) — американский астрофизик. Доказал возможность нестабильности вакуума в гравитационном поле черной дыры.

ХЬЮИШ Энтони (р. 1924) — английский радиоастроном. Методом мерцаний исследовал солнечную корону, межпланетное пространство, межзвездную среду. Под руководством Хьюиша открыты пульсары .

ЭЙНШТЕЙН Альберт (1879 — 1955) — физик-теоретик, создатель частной и общей теорий относительности, давших более точное по сравнению с классической механикой, отображение процессов реальной действительности.

Небесная сфера

воображаемая сфера произвольного радиуса, на которую проецируются небесные тела: служит для решения различных астрометрических задач. За центр небесной сферы принимают глаз наблюдателя; при этом наблюдатель может находиться как на поверхности Земли, так и в других точках пространства (например, он может быть отнесён к центру Земли). Для наземного наблюдателя вращение небесной сферы воспроизводит суточное движение светил на небе.

Созвездие

Определённый участок звёздного неба с чётко очерчёнными границами, который охватывает все входящие в него светила и имеет собственное название (Большая медведица, Центавр, Кассиопея, Андромеда, Крест, Геркулес… )

ОТКУДА НА НЕБЕ ВОЛОСЫ ВЕРОНИКИ?

У древнего созвездия Льва на небе была довольно большая «территория», а сам Лев был обладателем великолепной «кисточки» на хвосте. Но в 243 году до н.э. он ее лишился. Произошла забавная история, о которой гласит легенда. У египетского царя Птолемея Эвергета была красавица супруга, царица Вероника Особенно великолепны были ее роскошные длинные волосы. Когда Птолемей отправился на войну, его опечаленная супруга дала клятву богам: если они сохранят ее любимого мужа целым и невредимым, принести в жертву свои волосы Вскоре Птолемей благополучно вернулся домой, но, увидев остриженную супругу, был расстроен. Царственную чету несколько успокоил астроном Конон, заявив , что боги вознесли волосы Вероники на небо, где им предназначено украшать весенние ночи.

СОЗВЕЗДИЕ ТЕЛЬЦА

У древних народов самым главным было созвездие Тельца, так как новый год начинался весной. В зодиаке Телец самое древнее созвездие, поскольку в жизни древних народов скотоводство играло огромную роль, и с быком (тельцом) связывали то созвездие, где Солнце как бы побеждало зиму и возвещало приход весны и лета. Вообще многие древние народы почитали это животное, считали его священным. В Древнем Египте был священный бык Апис, которому поклонялись при его жизни и мумию которого торжественно погребали в великолепной гробнице. Каждые 25 лет Аписа заменяли новым. В Греции бык тоже пользовался большим почетом. На Крите быка звали Минотавр. Герои Эллады Геракл, Тесей, Ясон усмиряли быков. Созвездие Овна также было весьма почитаемо в древности. Верховный бог Египта Амон-Ра изображался с бараньей головой, а дорога к его храму представляла собой аллею из сфинксов с бараньими головами Считалось, что созвездие Овна названо в честь Овна с золотым руном, за которым и плыли аргонавты. На небе, кстати, существует ряд созвездий, отражающих Корабль Арго. Звезда альфа (самая яркая) этого созвездия называется Гамаль (по-арабски «взрослый баран»). Самая яркая звезда в созвездии Тельца носит название Альдебаран.

Измерение астрономических расстояний

  • Астрономическая единица (а.е.) – среднее расстояние от Земли до Солнца

1 а.е =149600000 км. ≈ 150000000 км.

  • Парсек (пк, паралакс+секунда) — расстояние, с которого средний радиус земной орбиты виден под углом 1 ’’ (секунда)
  • Световой год – расстояние, которое свет проходит за 1 год (с=300000000 м/с)

1 пк =3,26св.г.=206265а.е.= =30000000000000000 (Е16) ) м 1 св.г.=0,3066 пк.=63240а.е.= =9500000000000000 (Е14) м

Солнечные и звёздные сутки

Выберем любую звезду и зафиксируем ее положение на небе. На том же самом месте звезда появится через сутки, точнее через 23 часа 56 минут.

Сутки, измеренные относительно далеких звезд, называются звездными (если быть совсем точными, ЗВЕЗДНЫЕ СУТКИ – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия).

Куда же деваются еще 4 минуты? Дело в том, что вследствие движения Земли вокруг Солнца оно смещается для земного наблюдателя на фоне звезд на 1° за сутки. Чтобы «догнать» его, Земле и нужны эти 4 минуты.

Сутки, связанные с видимым движением Солнца вокруг Земли, называются солнечными. Они начинаются в момент нижней кульминации Солнца на данном меридиане (т.е. в полночь). Солнечные сутки не одинаковы – из-за эксцентриситета земной орбиты зимой в северном полушарии сутки длятся немного больше, чем летом, а в южном – наоборот. Кроме того, плоскость эклиптики наклонена к плоскости земного экватора. Поэтому были введены средние солнечные сутки, равные 24 часам.

Абсолютная звёздная величина

Звёздная величина, которую имела бы звезда, находясь от нас на расстоянии 10 пк.

Всего выделяют 6 ЗВ (по Гиппарху):

От самых ярких (1 величины) до еле заметных (6 величины)

Тропический и звёздный годы

Звёздный г – промежуток времени, за который диск Солнца осуществляет полный оборот по эклиптике относительно звёзд. Т ≈365 сут 6 ч 9 мин 10 с

Тропический г – промежуток временимежду двумя последовательными прохождениями диска Солнца через точку весеннего равноденствия Т ≈365 сут 5 ч 48 мин 46 с.

(тропический короче звёздного на 20 мин 24 с. Причина – прецессия.)

Современные методы изучения вселенной

Важнейшими из современных методов изучения Вселенной являются:

  • 1. Изучение метеоритов. Как указывалось выше, метеориты представляют собой осколки разрушившихся планет. Поэтому по составу метеоритов можно судить о веществе космических тел. В метеоритах химических элементов, которые отсутствуют на Земле, не обнаружено. Изучая метеориты, можно сделать некоторые выводы о составе и строении внутренних частей Земли, так как по происхождению Земля и планеты солнечной системы едины.
  • 2. Изучение космического пространства при помощи телескопов.

Современные телескопы позволяют изучать пространство, удаленное от Земли на расстояние до полутора миллиардов световых лет.

С помощью телескопов можно фотографировать космические тела и определенные участки неба. В комбинации с различными специальными приборами телескопами определяют яркость блеска, температуру, рельеф поверхности и другие особенности космических тел.

При помощи телескопов можно изучать спектры светил, а по характеру спектра делать выводы о химическом составе вещества небесных тел и типах реакций, протекающих на них.

3. Изучение космического пространства при помощи ракет, искусственных спутников и космических кораблей. Начало этому методу изучения космического пространства было положено в нашей стране 4 октября 1957 г. в связи с запуском первого в мире искусственного спутника Земли. Последние достижения нашей науки и техники позволили снаряжать пилотируемые космические корабли, рассчитанные на несколько космонавтов. Искусственные спутники и космические ракеты оборудуются специальными приборами, фиксирующими и передающими научную информацию на Землю. Пилотируемые космические корабли, на борту которых находятся ученые различных специальностей, позволяют значительно расширить программу изучения космического пространства.

Астрономия 10-11 классы Чаругин

В настоящее время развитие цивилизации определяется астрономическими исследованиями, так как они позволяют нам прикоснуться к тайнам Вселенной. А «ощущение тайны :– самое прекрасное из доступных нам переживаний. Именно это чувство стоит у колыбели истинного искусства и настоящей науки … » (А. Эйнштейн).
В предлагаемом учебнике астрономии вы познакомитесь с описанием вида звёздного неба, с природой планет и звёзд, строением Солнечной системы, Млечного Пути, галактик, их распределением в пространстве и строением Вселенной в целом. Изучите, как астрономы определяют расстояние до звёзд и галактик, их размеры, массу, температуру, химический состав. Познаете, как небесные тела возникают, живут и умирают, как эволюционирует Вселенная во времени. Вы познакомитесь с новейшими достижениями астрономии, современными крупными наземными и космическими телескопами, которые используют для наблюдений самых далёких и необычных небесных тел: квазаров, пульсаров, нейтронных звёзд и чёрных дыр. Узнаете о возникновении и развитии совершенно новых методов астрономических наблюдений – нейтринной и грави­тационно-волновой астрономии. Увидите, как астрономы на основе законов небесной механики рассчитывают орбиты космических аппаратов, искусственных спутников Земли и планет.
Вы сможете почувствовать, как современная астрономия делает фундаментальные открытия, которые существенно меняют наши представления об окружающем мире. К таким открытиям, несомненно, относится открытие ускоренного расширения Вселенной, наличия тёмной материи, тёмной энергии и всемирной силы отталкивания, природа которых пока не понятна.
В материале учебника рассматриваются наблюдения и эксперименты, связанные с одной из важнейших мировоззренческих проблем существования жизни во Вселенной и связи с внеземными цивилизациями.
Основной метод исследования в астрономии – наблюдение. Если в вашем распоряжении окажется бинокль или телескоп, проводите самостоятельные наблюдения. Это поможет вам заглянуть в космические дали и увидеть недоступные небесные тела.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

На смену классического пришел «неклассический» способ астрономического познания. Свидетельством этого является радикальная смена методологических установок астрономического познания.

Основа астрономического познания — признание объективного существования предмета астрономической науки (космических тел, их систем и Вселенной в целом) и их принципиальной познаваемости научно-рациональными средствами (причем не только структурного, но и исторического аспекта Вселенной). Следовательно, можно говорить о полной победе материалистического принципа познаваемости природы, истории Вселенной в системе методологии астрономии XX в.

Эмпирическая основа современной астрономии — наблюдение во всеволновом диапазоне. Теоретические исследования и экспериментальные попытки регистрации гравитационных волн открывают перспективы развития гравитационной астрономии. Сведения о космосе несут космические лучи и нейтрино. Важная особенность наблюдений во внеоптических диапазонах состоит в том, что они дают информацию, как правило, о нестационарных процессах во Вселенной.

Теоретическая основа современной астрономии — не только классическая механика, но и релятивистская и квантовая механика, квантовая теория поля. Все расчеты движений тел планетной системы и искусственных спутников Земли, Луны и планет, космических аппаратов, созданных человеком, осуществляются на базе ньютоновской механики.

Физическая реальность состоит из трех качественно несводимых друг к другу уровней: микро-, макро- и мегамиров.

В системе астрономического познания большую роль играет исследование закономерностей микромира, связанных с процессами излучения звезд, ранних этапов эволюции Вселенной и т.п., поэтому современная астрономия пользуется и аппаратом микрофизики (квантовая механика, квантовая электродинамика, теория электрослабого взаимодействия, квантовая хромодинамика и др.). Вопрос о глубинных внутренних связях между микро-, макро- и мегамирами, о том, что на определенном уровне они представляют, собой некое (диалектическое) единство, также входит в поле зрения современной астрономии.

Одним из вариантов изучения принятого от звезды света является спектральный анализ. В основе спектрального анализа лежит закон Кирхгофа. Он формулируется так: при термодинамическом равновесии отношение коэффициента излучения к коэффициенту поглощения равно интенсивности излучения, являющейся универсальной функцией частоты и температуры. Он выражается формулой: I = k/a, где I — интенсивность излучения, k — излучательная способность в данной длине волны, а — поглощательная способность в той же длине волны. Эта формула показывает, что у излучающего тела с температурой Т, отношение излучательной способности k к поглощательной способности a для любой длины волны не зависит ни от характера вещества излучающего тела, ни от вида его поверхности, а зависит только от длины волны и температуры.

Интенсивность излучения называют излучательной способностью абсолютно черного тела. Абсолютно черное тело — это тело, которое поглощает полностью излучение любых длин волн при любой температуре. Для него поглощательная способность а = 1, а k=I.

Три закона Кирхгофа.

1. Накаленное твердое тело или сильно нагретая жидкость излучают непрерывный спектр.

2. Нагретый газ при низком давлении излучает спектр, состоящий из отдельных ярких линий испусканий.

3. Газ, помещенный перед более горячим источником непрерывного излучения, создает в спектре источника темные линии (линии поглощения), которые приходятся на те же длины волн, что и линии излучения этого газа.

Современная астрономия теоретически и эмпирически обосновывает идею нестационарности Вселенной: мир астрономических объектов находится в состоянии постоянного качественного изменения, развития. Идея развития пронизывает всю современную астрономию. Эта идея носит не умозрительный характер, а воплощается в конкретных астрофизических и космологических моделях.

Общая идея о нестационарности Вселенной (пространственной и структурной) конкретизируется в следующих методологических установках:

во-первых, развитие космических тел рассматривается диалектически со взрывами, скачками, перерывами постепенности; при этом учитывается многообразие путей развития, включая моменты нисходящего, регрессивного движения;

во-вторых, в качестве факторов, определяющих процесс развития космических тел, рассматриваются все четыре известных сейчас фундаментальных взаимодействия; прибегать ко всем четырем приходится в моделировании начальных стадий эволюции Вселенной, вблизи сингулярности; в масштабах Метагалактики решающая роль принадлежит силе тяготения;

в-третьих, признается необходимость доведения теоретического описания астрономического объекта и его эволюции до выделения его индивидуальных черт, поскольку астрономические объекты даже одного типа (например, звезды или даже звезды определенного класса) имеют заметные индивидуальные различия (масса, светимость, химический состав, температура и др.).

Современная астрономия исходит из установки о космогоническом смысле (прямом или опосредованном) любой астрономической проблемы. Именно космогонический аспект исследования Вселенной начинает все больше выступать в виде того организующего центра, который объединяет различные разделы дифференцировавшейся астрономической науки.

В современной неклассической астрономии нет свободы выбора условий наблюдения. Современная астрономия осознает зависимость результата наблюдения от условий, в которых находится наблюдатель. Но в отличие от классической современная астрономия не во всех случаях допускает возможность пренебречь этой зависимостью или внести в нее поправку. В современной астрономии на эмпирическом уровне познания возрастает роль субъекта.

Изменяемость структуры познавательной деятельности в астрономии одна из новых методологических установок.

Принципы и способы познавательной деятельности в развитии астрономии периодически изменяются. Эпохи, когда происходят такие изменения, — это эпохи научных революций в астрономии.

Итак, методологические установки современной астрономии существенно отличаются от методологических установок классической астрономии.

Такая смена методологических установок позволяет сделать вывод о том, что в XX в. в астрономии произошла научная революция, которая привела к изменению способов астрономического познания и астрономической картины мира.

Методы и приборы для изучения вселенной

gn=»justify»>В настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: Общей теорией относительности и Стандартной Моделью элементарных частиц. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания квантовой теории гравитации.

В научном мире, среди учёных существует точка зрения, что Вселенная никогда не возникала, а существовала вечно и будет существовать вечно, изменяясь лишь в своих формах и проявлениях.

Многие полагают, что уже на самых ранних стадиях эволюции Вселенной существовали незначительные отклонения от однородности и изотропии, которые привели в конце концов к образованию наблюдаемой сейчас пространственной структуры в виде галактик и их скоплений:

со второй половины 20 столетия начинается эра космических исследований .Подтвердились теории о распределении вещества во Вселенной (в Метагалактике), 95 % которого приходится на «таинственные» темные энергию и темную материю. Создаются новые теории(струнная, петлевая и М-теория) и основанные на них модели Вселенной – бесконечной в пространстве и времени.

Построена Стандартная Модель элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабые и сильное взаимодействия.

Эти и ряд других открытий создали базу для новых ,в том числе интуитивных, идей о строении и свойствах Вселенной – такой какая она есть, была и будет вечно,основе всего сущего, в том числе звездно- планетарных миров, эволюционирующих и преходящих.

  1. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ

Наука, изучающая мегамир, называется астрономией. Астрономия – составная часть естествознания. Она является самой древней из естественных наук. Из потребностей астрономии возникла математика. Астрономия стимулировала появление физики. Так, астроном Г.Галилей является основоположником механики. С другой стороны в XIX веке физические методы исследования проникли в астрономию, и возникла симбиотическая наука – астрофизика, которая изучает физические свойства космических тел. В настоящее время Вселенную изучают представители разных наук.

Самым общим понятием, охватывающим весь материальный мир, является понятие «Вселенная». Наблюдаемая область Вселенной называется Метагалактикой

В настоящее время радиус Метагалактики равен 10 миллиардов световых лет, то есть расстоянию, которое электромагнитные волны проходят за 10 миллиардов лет (скорость света 300000 км/с).

Основные сведения о мегамире могут быть получены двумя путями: экспериментальным и теоретическим.

Последний подход не является полностью независимым, так как любая теоретическая модель опирается на экспериментальные факты, а вот для ее исследования используют более подробный математический аппарат. Экспериментальное изучение космических объектов и всего мирового пространства базируется также на двух основах: непосредственное исследование свойств объектов при помощи лабораторного оборудования и наблюдение объекта, то есть исследование его электромагнитного излучения. Контактное (лабораторное) исследование вещества космических тел не является чем-то исключительным. В лабораториях Земли исследовались горные породы с Луны, доставленные пилотируемыми аппаратами «Аполлон» и автоматическими станциями «Луна-16» и «Луна-20», многочисленные метеориты, по современным воззрениям являющиеся обломками астероидов. Контактное изучение при помощи соответствующей аппаратуры проводились на поверхностях Луны, Венеры, Марса. Многочисленные искусственные научные спутники и автоматические межпланетные станции непосредственно изучали при помощи приборов физические свойства околоземного и межпланетного пространства. Этот метод исследования будет расширяться, ему будут доступны для изучения другие планеты Солнечной системы и многочисленные спутники этих планет.

основной метод исследования объектов мегамира – изучение их электромагнитного излучения. Это обусловлено тем, что контактное исследование неприменимо для раскаленных объектов (звезд). К тому же объекты, более удаленные от Земли, чем тела Солнечной системы, очевидно, останутся и в настоящем и в будущем недоступными для контактного исследования.

Изучение Вселенной началось и продолжается в течение нескольких тысячелетий; вплоть до середины XX века, это происходило почти исключительно оптическими методами.

Первые астрономические научные наблюдения являлись астрометрическими; изучалось только расположение светил и их видимое движение на небесной сфере.

Такие наблюдения с использованием угломерных инструментов позволили сформулировать первые научные модели мира – Птолемея и Коперника. Сейчас астрономы научились определять расстояния, как до тел Солнечной системы, так и более удаленных объектов: звезд и галактик. Тем самым удалось представить геометрическую структуру мира.

Оптические наблюдения и в настоящее время не потеряли своего значения.

Так, радиоволны принесли информацию об активных галактиках, о строении ядер галактик, в том числе и нашей Галактики, тогда как оптическое излучение от центра Галактики полностью задерживается космической пылью.

Наблюдения в других спектральных диапазонах позволили сделать важные открытия. Наблюдения в рентгеновском и g-диапазонах позволяли исследовать космические объекты на поздних стадиях их жизни (пульсары, черные дыры и т.д.).

Приборы для собирания и исследования космического электромагнитного излучения называются телескопами. Главной частью телескопа является объектив, который воспринимает поток излучения. Данная физическая величина прямо пропорциональна квадрату диаметра объектива телескопа и, следовательно, во много раз больше потока регистрируемого человеческим глазом. В зависимости от диапазона регистрируемого космического излучения телескопы могут быть оптическими, радиотелескопами, рентгеновскими, g-телескопами и т.д.

  1. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

§1. Наземные

Первым астрономическим инструментом можно считать вертикальный шест, закрепленный на горизонтальной площадке, – гномон, позволявший определять высоту Солнца, многих столетий. Зная длину гномона и тени, можно определить не только высоту Солнца над горизонтом, но и направление меридиана, устанавливать дни наступления весеннего и осеннего равноденствий и зимнего и летнего солнцестояний.

К старинным угломерным инструментам принадлежат и квадранты. В простейшем варианте квадрант – плоская доска в форме четверти круга, разделенного на градусы. Около центра этого круга вращается подвижная линейка с двумя диоптрами.

Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы – модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами: полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. В конце XVI в. лучшие по точности и изяществу астрономические инструменты изготовлял датский астроном Т.

Браге. Его армиллярные сферы были приспособлены для измерения как горизонтальных, так и экваториальных координат светил.

Коренной переворот в методах астрономических наблюдений произошел в 1609 г., когда итальянский ученый Г. Галилей применил для обозрения неба зрительную трубу и сделал первые телескопические наблюдения

Первые телескопы были еще крайне несовершенны, давали нечеткое изображение, окрашенное радужным ореолом. Избавиться от недостатков пытались, увеличивая длину телескопов. Так появились огромные инструменты, вроде того, который в 1664 г. был построен во Франции А. Озу. Этот телескоп имел длину 98 м и в этом отношении остался чемпионом и доныне. Однако наиболее эффективными и удобными оказались ахроматические телескопы-рефракторы, которые начали изготовляться в середине 18 века Д. Доллондом в Англии. В 1668 г.И. Ньютон построил телескоп-рефлектор, который был свободен от многих оптических недостатков, свойственных рефракторам.

Позже совершенствованием этой системы телескопов занимались М.В. Ломоносов и В. Гершель.

В XX в. получили распространение зеркально-линзовые телескопы, конструкции которых были разработаны немецким оптиком Б. Шмидтом (1931) и советским оптиком Д.Д. Максутовым (1941).

В 1974 г. закончилось строительство самого большого в мире советского зеркального телескопа с диаметром зеркала 6 м.

Этот телескоп установлен на Кавказе в Специальной астрофизической обсерватории. Возможности этого инструмента огромны. Уже опыт первых наблюдений показал, что этому телескопу доступны объекты 25-й звездной величины, т.е. в миллионы раз более слабые, чем те, которые наблюдал Галилей в свой телескоп.

К числу астрономических инструментов относятся универсальный инструмент – теодолит; меридианный круг, используемый для составления точных каталогов положений звезд;

Созданы инструменты, позволяющие вести наблюдения небесных тел в различных диапазонах электромагнитного излучения, в том числе и в невидимом диапазоне. Это радиотелескопы и Вингерферометры, а также инструменты, применяемые в рентгеновской астрономии, гаммастрономии, инфракрасной астрономии.

Для наблюдений некоторых астрономических объектов разработаны специальные конструкции инструментов. Таковы солнечный телескоп, коронограф (для наблюдений солнечной короны), кометоискатель, метеорный патруль, спутниковая фотографическая камера (для фотографических наблюдений спутников) и многие другие.

Для фотографических наблюдений используются астрографы. Для астрофизических исследований нужны телескопы со специальными приспособлениями, предназначенными для спектральных (объективная призма, астроспектрограф), фотометрических (астрофотометр), поляриметрических и других наблюдений.

Повысить проницающую силу телескопа удается путем применения в наблюдениях телевизионной техники – телевизионного телескопа, а также фотоэлектронных умножителей.

Важный прибор, необходимый для наблюдений – астрономические часы.

В настоящее время применяются три основных типа оптических телескопов: линзовые телескопы, или рефракторы, зеркальные телескопы, или рефлекторы, и смешанные, зеркально-линзовые системы. Мощность телескопа непосредственно зависит от геометрических размеров его объектива или зеркала, собирающего свет. Поэтому в последнее время все большее применение получают телескопы-рефлекторы, так как по техническим условиям возможно изготовление зеркал значительно больших диаметров, чем оптических линз.

Современная техника позволила создать целый ряд приспособлений и устройств, намного расширивших возможности астрономических наблюдений: телевизионные телескопы дают возможность получать на экране четкие изображения планет, электронно-оптические преобразователи позволяют вести наблюдения в невидимых инфракрасных лучах, в телескопах с автоматической корректировкой компенсируется влияние атмосферных помех. В последние годы все более широкое распространение получают новые приемники космического излучения – радиотелескопы, позволяющие заглянуть в недра Вселенной намного дальше, чем самые мощные оптические системы.

Существенно обогатила наши представления о Вселенной радиоастрономия, зародившаяся в начале 30-х гг. нашего столетия.

Существует также целый ряд астрономических инструментов, имеющих специфическое назначение и применяемых для определенных исследований. К числу подобных инструментов относится, например, солнечный башенный телескоп, построенный советскими учеными и установленный в Крымской астрофизической обсерватории.

Астрономические инструменты для наблюдений устанавливают на астрономических обсерваториях. Для строительства обсерваторий выбирают места с хорошим астрономическим климатом, где достаточно велико количество ночей с ясным небом, где атмосферные условия благоприятствуют получению хороших изображений небесных светил в телескопах. Как правило, такие места находят в горах. Атмосфера Земли создает существенные помехи при астрономических наблюдениях. Постоянное движение воздушных масс размывает, портит изображение небесных тел, поэтому в наземных условиях приходится применять телескопы с ограниченным увеличением (не более чем в несколько сотен раз). Из-за поглощения земной атмосферой ультрафиолетовых и большей части длинных волн инфракрасного излучения теряется огромное количество информации об объектах, являющихся источниками этих излучений. На вершинах гор воздух чище, спокойнее, и поэтому условия для изучения Вселенной там более благоприятные.

Исследование Вселенной

РАЗДЕЛ II

КОСМОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ (МЕГАМИР)

Глава 1

ВСЕЛЕННАЯ

Вселенная – это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве, бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Космология – наука о Вселенной в целом, ее строении, происхождении и эволюции. Вселенная – это непростая совокупность небесных тел, в ней постоянно происходят сложные физические процессы. Этим изучение Вселенной представляет большой интерес для современного естествознания. В космосе можно изучать такие состояния и изменения материи, которые недостижимы на Земле. Космология основывается на физике, математике и философии. Часть Вселенной, охваченной астрономическими наблюдениями, называется Метагалактикой. Радиус космического горизонта составляет 15 – 20 млрд. световых лет.

Материя во Вселенной представлена сконденсировавшимися космическими телами (звезды) и диффузной материей. Диффузная материя существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также более плотных образований – гигантских облаков пыли и газа (газо – пылевых туманностей).

Все пространство Вселенной представляет собой физический вакуум, вмещающий весь материальный мир и определяющий его существование на основе взаимодействия полей: слабого, сильного, гравитационного и электромагнитного. Именно они управляют движением и эволюцией материального мира, являются источниками энергии, движения, рождения и смерти объектов материального мира.

Пространство пронизано движением и существованием различных физических полей, которые определяют сущность существования материи. Во Вселенной не ничего, кроме пространства и времени, восклицали наши предки. Во Вселенной нет ничего, кроме физического вакуума, полей и материи, объединенных движением, говорит современная физика.

Исследование Вселенной

Звезды изучает астрономия (от греч. «astron» — звезда и «nomos» — закон) – наука о строении и развитии космических тел и их систем. Основным методом астрономических исследований являются наблюдения. В результате наблюдений ученые получают свыше 90 % информации о космических процессах, явлениях и объектах. Огромные расстояния обусловливают единственно возможный способ изучения Вселенной, состоящий в регистрации излучений. При этом следует учитывать, что регистрируемый в данный момент времени на Земле сигнал является характеристикой процесса, который шел в источнике излучений несколько лет или десятков и даже сотен лет назад.

В настоящее время ученые научились фиксировать следующие типы излучений:

— свет – излучение в оптическом диапазоне, воспринимаемые глазом человека, длина волны около 10-7м;

— инфракрасное излучение с длиной волны от 10-6м до 1 см;

— микроволновое излучение (от 1 см до 1 м);

— радиоволны (от 1 м и более);

— ультрафиолетовое излучение;

— рентгеновское излучение;

— гамма – излучение;

— космические лучи.

В зависимости от характера исследуемого излучения астрономию стали подразделять на оптическую и радиоастрономию, инфракрасную, ультрафиолетовую, рентгеновскую и гамма – астрономию. Астрономия делится на небесную механику, радиоастрономию, астрофизику и другие дисциплины.

Первая особенность астрономических наблюдений состоит в том, что наблюдения пассивны и иногда требуют очень длительных сроков. Мы не можем активно влиять на небесные тела и проводить эксперименты с ними. Лишь космонавтика дала в этом отношении некоторые возможности. Вторая особенность астрономических исследований состоит в том, что мы наблюдаем положение небесных тел и их движения с Земли, которая сама находится в сложном движении. Вид неба для земного наблюдателя зависит и от того, в каком месте Земли он находится, и в какое время он наблюдает. Например, когда у нас зимний день, в южной Америке летняя ночь, и наоборот.

Третья особенность астрономических наблюдений состоит в том, что при наблюдениях во многих случаях мы производим угловые измерения и ниже из них делаем выводы о линейных расстояниях и размерах тел, Все светила так далеки от нас, что ни на глаз, ни в телескоп нельзя решить, какое из них ближе, какое дальше. Все они кажутся одинаково далекими. Мы говорим, что на небе две звезды близки друг к другу, если близки друг к другу направления, по которым мы их видим.

Единицы измерений в астрономии

Поскольку в природе ничто не может двигаться быстрее скорости света, мы можем утверждать, что размеры Вселенной не превосходят 2 С∙Т, где С – скорость света, а Т – возраст Вселенной. Следовательно, верхнюю границу размеров Вселенной мы можем оценить, как 2∙ 3∙ 108∙15 ∙109∙365 ∙24 ∙60 ∙60 = 5,2 ∙1026м. Эта цифра настолько большая, что ее трудно осознать. Для астрономических измерений метр не очень подходящая мера длины.

В астрономии удобнее расстояния измерять в световых годах. Световой год – это расстояние, которое свет проходит за астрономический год, мы можем рассчитать это расстояние в метрах: 1 световой год = 3·108 ∙ 365 ∙24 ∙60 ∙60 = 9,46 ∙1015м.

Еще одной удобной для астрономии единицей является величина, называемая парсек. За счет движения Земли вокруг Солнца звезда, наблюдаемая с Земли, в разные времена видна под различными углами. Видимое изменение положения небесного светила вследствие перемещения наблюдателя называется параллаксом. Различают параллакс, обусловленный вращением Земли (суточный параллакс), обращением Земли вокруг Солнца (годичный параллакс) и движением Солнечной системы в Галактике (вековой параллакс). Парсек – (сокр. от параллакс и секунда) – астрономическая единица измерения звездных расстояний, равная 3,26 световых лет. Самым дальним объектом, открытым на сегодняшний день, является квазар на расстоянии 8 млрд. световых лет от нас. Если учесть, что радиус Вселенной не более чем 15 млрд. световых лет, то не так уж много осталось, чтобы увидеть саму границу.

В Солнечной системе основной единицей измерения служит астрономическая единица. Это среднее расстояние от Земли до Солнца, принятое за 150 млн. км.

Методы изучения Вселенной

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный экономический университет»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Концепции современного естествознания»

тема: «Методы изучения Вселенной»

Исполнитель: студент

Коробицына С.В.

Направление Бакалавр

Профиль

Группа УП – 13 КФ

Ф.И.О. Упоров С.А.

г. Красноуфимск

2014 г.

Введение

3

Наблюдения

5

Метод тригонометрических параллаксов

7

Метод определения расстояния по сверхновым типа Ia

Кривые блеска различных сверхновых

11

Метод определения расстояния по гравитационным линзам

12

Метод определения расстояния по гравитационным линзам

13

Проблемы и современные дискуссии

15

Изучение истории развития Вселенной и её крупномасштабной структуры

15

Общие особенности и приемы

18

Модель расширяющейся Вселенной

34

Теоретическая судьба Вселенной

55

Введение

Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир. Когда в культуре господствовали мифологические представления, происхождение мира объяснялось, как, скажем, в «Ведах» распадом первочеловека Пуруши. То, что это была общая мифологическая схема, подтверждается и русскими апокрифами, например, «Голубиной книгой». Победа христианства утвердила представления о сотворении Богом мира из ничего.

С появлением науки в ее современном понимании на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении Вселенной. Следует разделять три близких термина: бытие, универсум и Вселенная. Первый является философским и обозначает все существующее, бытующее. Второй употребляется и в философии, и в науке, не имея специфической философской нагрузки (в плане противопоставления бытия и сознания), и обозначает все как таковое.

Значение термина Вселенная более узкое и приобрело специфически научное звучание. Вселенная — место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению. Постепенное сужение научного значения термина Вселенная вполне понятно, так как естествознание, в отличие от философии, имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами.

Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, т. е. наукой о космосе. Слово это тоже не случайно. Хотя сейчас космосом называют все находящееся за пределами атмосферы Земли, не так было в Древней Греции. Космос тогда принимался как «порядок», «гармония», в противоположность «хаосу» — «беспорядку». Таким образом, космология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

Это изучение зиждется на нескольких предпосылках. Во-первых, формулируемые физикой универсальные законы функционирования мира считаются действующими во всей Вселенной. Во-вторых, производимые астрономами наблюдения тоже признаются распространяемыми на всю Вселенную. И, в-третьих, истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, т. е. человека (так называемый антропный принцип).

Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Почему моделями? Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является представление о возможности проведения в любое время управляемого и воспроизводимого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно провести бесконечное, в принципе, количество экспериментов и все они приводят к одному результату, на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается вполне достоверным с научной точки зрения.

К Вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законами, а лишь моделями, т. е. возможными вариантами объяснения. Строго говоря, все законы и научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими концепциями, но модели Вселенной как бы в большей степени модели, чем многие иные научные утверждения.

Наблюдения

Конечно, любое наблюдение, будь то наблюдение ребёнка за кошкой, физика — за тем, как раскалывается ядро атома, или астронома, ведущего наблюдения за далёкой-далёкой галактикой — всё это наблюдение за Вселенной, а если быть точным — за отдельными её частями. Эти части служат предметом изучения отдельных естественных наук, а Вселенной в максимально больших масштабах, и даже Вселенной как единым целым занимаются астрономия и космология. Именно эти аспекты знаний о Вселенной составляют предмет данной статьи.

На данный момент основные усилия астрономов, работающих в этом направлении, устремлены, в основном, в две области:

  • историю развития Вселенной: от ранних этапов и до наших дней;
  • космологическую шкалу расстояний и связанное с ней явление расширения Вселенной.

Надо признать, что почти вся информация о Вселенной, известная на данный момент — косвенна. Как правило, сначала делаются некие предположения, а потом они проверяются.

Шкала расстояний и космологическое красное смещение

Основная статья: Шкала расстояний в астрономии

Масштаб окружающего нас мира стал пристальным объектом изучения астрономов, начиная с Галилея. До начала двадцатого века размеры нашего мира считались достаточно небольшими (галактическими). Только подтверждение внегалактического характера спиральных туманностей — открытие в них цефеид Эдвином Хабблом — со всей очевидностью доказало поистине гигантские размеры Вселенной. Одновременно с этим было установлено, что:

  • все далёкие галактики от нас удаляются;
  • с увеличением расстояния это происходит всё быстрее.

Закон разбегания — это закон Хаббла V=H0r, где H0 — постоянная, ныне называемая «постоянной Хаббла». Правда для z > 0,01 вернее говорить, что выполняется закон cz=H0r.

Общепринятая трактовка этого явления: мы наблюдаем расширение Вселенной. Это утверждение оспаривается теорией старения фотонов и так называемой БТР-теорией. Однако сторонников обоих подходов исчезающее малое количество, не в последнюю очередь из-за отсутствия весомых наблюдательных подтверждений.

Открытие Хаббла было бы невозможным, если бы не были созданы первые ступени лестницы расстояний. В основе этой лестницы лежит метод тригонометрических парралаксов — единственный прямой метод определения расстояния, доступный астрономам. Все остальные методы — либо косвенны, либо моделезависимы.

Метод тригонометрических параллаксов

ПАРАЛЛА́КС в астрономии (параллактическое смещение) — видимое изменение положения небесного светила вследствие перемещения наблюдателя; различают параллакс, обусловленный вращением Земли (суточный параллакс), обращением Земли вокруг Солнца (годичный параллакс), движением Солнечной системы в Галактике (вековой параллакс). По параллаксу небесных светил методами тригонометрии определяют расстояния до этих светил.

Суточный параллакс определяют как угол с вершиной в центре небесного светила и со сторонами, направленными к центру Земли и к точке наблюдения на земной поверхности. Величина суточного параллакса зависит от зенитного расстояния светила и меняется с суточным периодом. Параллакс светила, находящегося на горизонте места наблюдения, называется горизонтальным параллаксом, а если при этом место наблюдения лежит на экваторе,— горизонтальным экваториальным параллаксом, постоянным для светил, находящихся на неизменном расстоянии от Земли. В значениях горизонтального экваториального параллакса выражают расстояния до небесных тел в пределах Солнечной системы (Солнца, Луны). Для среднего расстояния Солнца принята величина 8,79″, для среднего расстояния Луны 57’2,6″. На положение звезд вследствие их большой удаленности суточный параллакс практически не влияет.

Годичный параллакс— малый угол (при светиле) в прямоугольном треугольнике, в котором гипотенуза есть расстояние от Солнца до звезды, а малый катет — большая полуось земной орбиты. Годичные параллаксы служат для определения расстояний до звезд; эти параллаксы вследствие их малости могут считаться обратно пропорциональными расстояниям до звезд (параллаксу 1″ соответствует расстояние в 1 парсек). Параллакс ближайшей звезды — Проксимы Центавра составляет 0,76″. Параллаксы, определенные путем непосредственных измерений видимых смещений звезд на фоне значительно более удаленных звезд, называются тригонометрическими. Тригонометрические параллаксы вследствие их малости возможно измерить лишь для ближайших звезд. Сопоставление параллаксов с абсолютными звездными величинами и особенностями спектров этих звезд позволило выявить зависимости, используемые для оценки расстояний до других, более удаленных звезд, для которых определить тригонометрический параллакс невозможно. Параллакс выявленный таким путем, называется спектральным параллаксом.

Вековой параллакс — угловое смещение звезды за год, обусловленное движением Солнечной системы и отнесенное к направлению, перпендикулярному этому движению. В отличие от суточного и годичного параллаксов, связанных с периодическими смещениями звезд на небесной сфере, вековой параллакс определяется по параллактическому смещению, непрерывно возрастающему с течением времени. Вследствие собственных движений звезд вековые параллаксы определяются только статистически по отношению к достаточно большой группе звезд. При этом предполагается, что пекулярные движения звезд в этой группе в среднем равны нулю. Вековые параллаксы используются в звездной астрономии, так как с их помощью можно оценивать расстояния, значительно большие, чем те, которые получают при измерениях годичных параллаксов. Соответствующие им расстояния верны лишь в среднем для всей охваченной измерениями группы звезд, для индивидуальных звезд они могут значительно отличаться от действительных.

Получаемое таким методом расстояние является геометрическим (угловым), а большинство остальных методов измеряет фотометрические расстояния, так как размеры более удалённых объектов либо слишком малы, либо неизвестны с достаточной точностью.

Метод определения расстояния по цефеидам и звёздам типа RR Лиры

На цефеидах и звёздах типа RR Лиры единая шкала расстояний расходится на две ветви — шкалу расстояний для молодых объектов и для старых. Цефеиды расположены, в основном, в областях недавнего звёздообразования, и поэтому являются молодыми объектами. Переменные типа RR Лиры тяготеют к старым системам, например, особенно их много в шаровых звёздных скоплениях в гало нашей Галактики.

Метод относится к классу фотометрических: если есть источник, светимость которого известна (так называемая стандартная свеча), то искомое расстояние вычисляется по формуле

где M — абсолютная звёздная величина, m — наблюдаемая звёздная величина, а d0 = 10 пк.

Оба типа звёзд являются переменными, но если цефеиды — недавно образовавшиеся объекты, то звёзды типа RR Лиры сошли с главной последовательности — гиганты спектральных классов A—F, расположенные, в основном, на горизонтальной ветви диаграммы «цвет-величина» для шаровых скоплений. Однако, способы их использования как стандартных свеч различны:

  • Для цефеид существует хорошая зависимость «Период пульсации — Абсолютная звёздная величина». Скорее всего, это связано с тем, что массы цефеид различны.
  • Для звёзд RR Лиры средняя абсолютная звёздная величина примерно одинакова и составляет .

Определение данным методом расстояний сопряжено с рядом трудностей:

  1. Необходимо выделить отдельные звёзды. В пределах Млечного Пути это не составляет особого труда, но чем больше расстояние, тем меньше угол, разделяющий звёзды.
  2. Необходимо учитывать поглощение света пылью и её неоднородность распределения в пространстве.

Кроме того, для цефеид остаётся серьёзной проблемой точное определение нуль пункта зависимости «Период пульсации — Светимость». На протяжении XX века его значение постоянно менялось, а значит и менялось расстояние, измеряемое подобным способом. Светимость звезд типа RR Лиры, хотя и почти постоянна, но все же зависит от концентрации тяжелых элементов.

Методы исследования в астрономии

Методы астрономических исследований

Компоненты мегамира

Космос (мегамир) – весь мир, окружающий планету Земля.

Весь космос мы наблюдать не можем по ряду причин (техническим: разбегание галактик → свет не успевает долететь).

Вселенная – часть космоса, доступная наблюдению.

Космология – изучает строение, происхождение, эволюцию и будущую судьбу Вселенной в целом.

Основу этой дисциплины составляют астрономия, физика и математика.

Астрономия (буквально – наука о поведении звезд) – более узкая отрасль космологии (наиболее важная!) – наука о строении и развитии всех космических тел.

Методы исследования в астрономии

В астрономии непосредственно можно наблюдать только объекты, испускающие электромагнитное излучение, в том числе свет.

Основную информацию получают при использовании оптических приборов.

1. Оптическая астрономия – изучает видимые (т.е. светящиеся) объекты.

Наблюдаемая, или светящаяся, материя либо сама испускает видимый свет в результате идущих внутри нее процессов (звезды), либо отражает падающие лучи (планеты Солнечной системы, туманности).

В 1608 г. Г. Галилей направил на небо свою простую подзорную трубу, совершив тем самым революцию в области астрономических наблюдений. Сейчас астрономические наблюдения проводят с помощью телескопов.

Оптические телескопы бывают 2-х типов: рефракторные (свет собирает линза → необходимы большие линзы, которые могут гнуться под собственным весом → искажение изображения) и рефлекторные (свет собирает зеркало, таких проблем нет → большинство профессиональных телескопов — рефлекторы).

В современных телескопах человеческий глаз заменен фотопластинками или цифровыми камерами, которые в состоянии аккумулировать световой поток на протяжении больших временных промежутков, что позволяет обнаруживать еще более мелкие объекты.

Телескопы устанавливаются на высоких горных вершинах, где в наименьшей степени сказывается влияние атмосферы и света больших городов на изображение. Поэтому сегодня большая часть профессиональных телескопов сконцентрирована в обсерваториях, которых не так много: в Андах, на Канарских о-вах, на гавайских вулканах (4205 м над ур. моря, на потухшем вулкане – самая высокая обсерватория в мире) и в некоторых особо изолированных местах Соединенных Штатов и Австралии.

Благодаря международным соглашениям, стрáны, в которых нет подходящих для установки телескопов мест, могут установить свою аппаратуру в местах с такими условиями.

Самый крупный телескоп – строится в Чили Южно-Европейской обсерваторией (включает систему из 4 телескопов диаметром 8,2 м каждый).

В 1990 г. на орбиту выведен оптический телескоп «Хаббл» (США) (h = 560 км).

Его длина – 13,3 м, ширина – 12 м, зеркало диаметром 2,4 м, общая масса – 11 т,

стоимость ~ 250 млн. $

Благодаря ему получено глубокое, никогда ранее недостижимое изображение звездного неба, наблюдались планетарные системы в стадии формирования, получены данные о существовании огромных черных дыр в центрах разных галактик. Телескоп должен закончить работу к 2005 г; сейчас запущен другой более современный.

2. Неоптическая астрономия – изучает объекты, испускающие ЭМ-излучение за рамками видимого света.

Электромагнитное излучение – форма электрической и магнитной энергии, которая распространяется в космосе со скоростью света. Единица измерения – длина волны (м).

ЭМ-спектр условно разделен на полосы, характеризующиеся определенным интервалом длин волн. Четкие границы между диапазонами определить нельзя, т.к. они часто перекрывают друг друга.

Аппаратура для неоптической астрономии сильно отличается от традиционных телескопов (больше напоминает счетчики частиц, чем телескопы) и в большинстве случаев находится на борту спутников на орбите Земли, т.к. земная атмосфера поглощает почти всё электромагнитное излучение, идущее из космоса, кроме видимого. → на Земле объекты, испускающие это ЭМ-излучение нельзя зафиксировать.

Такая аппаратура используется с 1930-х гг. Первый искусственный спутник Земли с астрономической аппаратурой был запущен в 1957 г. СССР. Помимо астрономических, спутники выполняют военные, экологические, телекоммуникационные и др. задачи.

В соответствии с участками ЭМ-спектра выделились разные разделы неоптической астрономии:

Ø Радиоастрономия фиксирует радиоизлучение (ДВ).

Радиотелескоп состоит из трех частей: параболической антенны, усилителя сигналов и системы анализа и регистрации данных. Диаметр антенны обычно составляет десятки метров (до 300 м), ее можно перенаправлять в желаемом направлении неба.

Радиотелескопы чувствительнее самых мощных оптических телескопов ~ в 2 раза → возможность изучения очень удаленных объектов (2-3 млрд. световых лет.).

Ø Инфракрасная астрономия.Телескопы для наблюдения в ИК-диапазоне устанавливают на большой высоте: на воздушных шарах, самолетах или чаще всего на спутниках. При помощи таких телескопов наблюдают относительно холодные объекты (планеты, пылевые облака).

Ø Ультрафиолетовая астрономия. Наблюдения почти полностью ведутся в космосе. Благодаря УФ-астрономии открыта потеря материи звездами в виде звездного ветра, подтверждены выбросы водяного пара кометами и мн. др.

Ø Рентгеновская астрономия.Наблюдения также ведутся в космосе. Благодаря такой аппаратуре было открыто рентгеновское излучение Солнца и зарегистрировано ~ 350 космических источников рентгеновских лучей во Вселенной (пульсары и т.п.).

Ø Гамма-астрономия. В 1991 г. на орбиту запущен спутник, предназначенный для различных экспериментов в гамма-астрономии. Благодаря такой аппаратуре установлено диффузное излучение нашей Галактики и выявлены ядра галактик с особо интенсивным излучением.

3. Нейтринная астрономия – изучение процессов, происходящих в звездах, с помощью фиксации элементарных частиц нейтрино.

Нейтрино излучаются всеми звездами в результате ядерных реакций → это источник информации о процессах в космических телах.

Нейтрино– элементарные частицы, не имеющие электрического заряда. Пока не ясен вопрос, имеют ли эти частицы массу (если да, то она очень маленькая, меньше 1/25000 массы электрона). Рождающиеся в Солнце нейтрино попадают на Землю в заметном количестве. Через 1 см2 земной поверхности постоянно проходят миллиарды нейтрино. Образовавшиеся в центре Солнца нейтрино не поглощаются окружающей материей, поэтому они способны очень быстро достичь Земли. С Земли можно обнаружить только «солнечные» нейтрино.

Для обнаружения нейтрино используют огромные баки с тетрахлорэтиленом. Атомы Cl, взаимодействуя с нейтрино, могут превращаться в Ar, тем самым обнаруживая попадание нейтрино. Чтобы избежать неожиданного проникновения посторонних сигналов в результате прохода частиц других типов, ловушки для нейтрино устанавливают высоко в горах (на высоте 1,5 км – Баксанское ущелье на Кавказе) или на морском дне. Однако и в этих огромных аппаратах выявляется всего несколько частиц в сутки.

4. Изучение объектов Солнечной системы. Осуществляется с помощью дистанционных лабораторий на борту автоматических межпланетных станций (с 1960-х гг.) – сейчас исследованы все планеты, кроме Плутона.

При запуске таких лабораторий стараются рассчитать моменты, когда хотя бы 2 планеты должны выстроиться на своих орбитах в линию («парад планет»), чтобы сэкономить и отправить зонд сразу на несколько планет.

Для исследования Плутона готовится зонд; но чтобы долететь до пункта назначения, ему потребуется почти 12 лет при скорости 18 км/с.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *