Современная астрономія

Современная астрономия.

Введение

Данный реферат присвячений сучасним питанням астрономії - тій галузі знань, які з останні роки дали найбільше науково-технічних открытий.

Вся історія вивчення Всесвіту є, по суті, пошук коштів, що поліпшують людське зір. На початок XVII століття неозброєний очей був єдиним оптичним інструментом астрономів. Уся астрономічна техніка древніх полягала в створенню різних угломерных інструментів, максимально точних і міцних. Вже перші телескопи відразу різко підвищили розрізнювальну і проницающую здатність ока. Всесвіт виявилася зовсім інший, що вона здавалася до тих пір. Поступово було створено приймачі невидимих випромінюванні й у час Всесвіт ми сприймаємо переважають у всіх діапазонах електромагнітного спектра — від гама-променів до сверхдлинных радиоволн.

Более того, створено приймачі корпускулярних випромінювань, вловлюють частинки — корпускули (переважно ядра атомів і електрони), які надходять до нас від небесних тіл. Не боятися алегорій, можна сказати, що земля стала зорче, її «очі», тобто сукупність всіх приймачів космічних випромінювань, здатні фіксувати об'єкти, яких до нас промені світла доходять за багато мільярдів лет.

Благодаря телескопам та інших інструментам астрономічної техніки людина виборює з половиною століття проникнув у такі космічні дали, куди світло — найшвидше, що є у цьому світі - може добратися лише над мільярди! Це означає, що радіус досліджуваної людством Всесвіту росте з швидкістю, на величезне число раз яка перевершує швидкість света!

1. Спектральний аналіз небесних тел

Могучим зброєю про дослідженні Всесвіту став для астрономів спектральний аналіз — вивчення інтенсивності випромінювання окремими спектральних лініях, окремими ділянках спектра. Спектральний аналіз є найважливішим засобом дослідження всесвіту. Спектральний аналіз є методом, з допомогою якого визначається хімічний склад небесних тіл, їх температура, розміри, будова, відстань перед тим і їхнє руху. Спектральний аналіз здійснюється з використанням приладів спектрографа і спектроскопа. З допомогою спектрального аналізу визначили хімічний склад зірок, комет, галактик і тіл сонячної системи, т.к. в спектрі кожна лінія чи його сукупність й у якогось елемента. За інтенсивністю спектра можна визначити температуру зірок та інших тел.

По спектру зірки належать до тому чи іншому спектральному класу. По спектральною діаграмі можна визначити видиму звёздную величину зірки, а далі користуючись формулами знайти абсолютну звёздную величину, світність, отже, і розмір звезды.

Но у своїй прагненні пояснити природу небесних тіл астрономи не зрушили б із місця на крок, коли вони було невідомо як творяться у світових просторах електромагнітні хвилі тому чи тому частоти. Сьогодні вже відомо кілька зовсім різних механізмів генерування електромагнітного випромінювання. Одне з них пов’язані з рухом електронів на полі атомних ядер — це теплової механізм Тут інтенсивність випромінювання визначається температурою частини й їх концентрацією в одиниці обсягу. Cинхротронное випромінювання виникає при гальмуванні у магнітному полі релятивістських електронів, тобто. електронів, швидкість руху яких близькі до швидкості світла. Електромагнітні хвилі з’являються і при загасанні механічних коливань неоднорідною плазми (ионизованного газу), і за переході швидких частинок з-за кордону двох сред.

Из сказаного слід, що не досить зареєструвати випромінювання якогось об'єкта в визначеної довжини хвилі. Необхідні дослідження, у широкому діапазоні довжин хвиль і всі сторонній аналіз отриманих результатів. Сьогодні астрономи, збройні сучасної ракетної технікою, потужними оптичними і радіотелескопами, складної теорією механізмів випромінювання, ведуть широке вивчення Всесвіту загалом і його окремих частин. Астрономи переконані у цьому, що вони правильно розуміють природи процесів, що відбуваються далеко поза наших земних лабораторий…

2. Небо в рентгенівських лучах

До недавнього часу (становище початок істотно змінюватися лише як понад тридцять років тому) поняття «астрономічні спостереження» було тотожне поняттю «оптичні спостереження неба».

Между то в останньому року XVIII в. У. Гершель відкрив випромінювання Сонця, лежаче за межами видимого спектра. Це було інфрачервоне випромінювання, та його электромагнитная природа прояснилася ви багато років спустя.

В 1801 р. И. Риттер вивчав вплив фіолетового випромінювання Сонця на хлористе срібло і несподівано виявив, що відновлення окису срібла триває навіть, коли платівка лежить у «темній» області, далі за фіолетовою. І так було відкрито ультрафіолетове випромінювання Сонця, природа котрого також залишалася неясной.

Лишь в шістдесяті роки ХІХ ст. Д. Максвелл дійшов висновку, що, крім видимого електромагнітного випромінювання (звичайного видимого світла) можуть існувати й інші його види, не видимі оці й відмінні лише довжиною волны.

Условно електромагнітне випромінювання поділяють сталася на кілька діапазонів. Найбільшою довжиною (більш 10−3 м) мають радіохвилі. Діапазон від 0,65 мкм до 1 мм — область інфрачервоних променів. «Оптичне вікно» — від 0,39 до 0,65 мкм. Ще коротше довжини хвиль ультрафіолетового проміння, вони простираються приблизно до 0,05 мкм. У сфері ще більше коротких довжин хвиль прилади здатні реєструвати буквально кожен фотон, і тому вважають у рентгенівському й жорсткіших діапазонах (т. е. у сфері вищих енергій фотонів) використовувати не довжини хвиль, а відповідні їм енергії фотонів. Так, фотон із довжиною сповнені 0,05 мкм має енергією 4· 10−17 джоулів (Дж) чи 0,025 килоэлектронвольт (кэВ). Область енергій фотонів від 0,025 до 1 кэВ — це область м’якого рентгенівського випромінювання, 1−20 кэВ — «класичний» рентгенівський діапазон; саме тут діапазоні було проведено найбільш ефективні дослідження неба.

Какое це були б прекрасне видовище, якщо б ми могли побачити на власні очі небо в рентгенівських променях! Хай навіть ми могли побачити лише зірки яскравіше 6-ї зоряної величини, як й у оптичному діапазоні. На рентгенівському небі, в на відміну від оптичного, таких зірок менше — близько 700 проти 6000. Найбільш яскрава рентгенівська зірка світить подібно Венері. Але, на відміну Венери, яка блищить спокійно, ми бачили б, як найяскравіша зірка на рентгенівському небі за лічені хвилини стає яскравіше чи зменшує свій блиск. Ми бачили б гру яскравості в багатьох рентгенівських зірок. Ми бачили б, як у небі спалахують і гаснуть зірки — одні за секунду, інші за хвилини, треті за годинник. Інші зірки видно завжди, інші - лише кілька тижнів чи місяців. Ми бачили б зірку, яка спалахує і гасне тисячі разів на добу. Ми бачили б яскраві туманності і величезні дуги випромінювання — нічого такого немає на оптичному небокраї. Щоправда, на рентгенівському небі немає яскравою туманною смуги Чумацького Шляхинебо майже рівномірно світиться в всіх своїх частинах. Ми бачили б безліч слабких зірок, розкиданих небом, і знали б, що це надзвичайно далекі об'єкти — на оптичному небі неозброєний погляд неспроможний їх увидеть.

Рентгеновские зірки збираються в сузір'я, яким назву і, певне, не дасть на звань — поетичні часі астрономії давно пройшли. Астрономи — люди тверезі, котрі воліють обізнаність поетичним обобщениям.

Исследование рентгенівського неба принесло до нашого точного знання Всесвіт величезний матеріал. Особливо про те небесних тілах, що значно (або навіть принципово!) від звичайних зірок, сяючих на оптичному нічному небі, Мабуть, зрештою і рентгенівських спостережень астрономи звернули б увагу до дивні зірки Н2 Геркулеса, чи НDЕ 226 808, чи Х Персея. Але знання наші залишилася у своїй надзвичайно неповними. Ми б підозрювати, що у цих системах є щось — наприклад, аномально велика невидима маса. Але що відбувається на околиці цієї маси? Можливо, це звичайна зірка, просто її випромінювання слабка й втрачається і натомість першої компоненти? Навряд ми змогли б упізнати це. І вже зовсім ми міг би нічого сказати у тому, що відбувається у центрі нашої Галактики — області, не видимої в оптичних лучах.

Впрочем, радіоастрономи може сказати те про радионебе. І на гамма-области небо теж своєрідно і додає до наших знань про Вселенном свою страницу.

Вселенная єдина — це розділили випромінювання небесних тіл штучні діапазони, тому неспроможні сприймати світ одразу в усьому багатстві фарб, від м’якої «акварелі» радионебом до жгучих квітів гама-променів. Ми складаємо картину Всесвіту подібно мозаїці, і такі рентгенівських спостережень — лише з елементів. Вивчення небесних тіл і явищ тепер дає найбільші плоди, коли всі діапазони електромагнітного спектра виявляються використаними. Всехвильова астрономія стала вкрай необхідна, і її появилась.

Открытие, яке одному діапазоні, відразу призводить до активізації досліджень за іншими діапазонах. Кульові зоряні скупчення вивчалися який чимало років, і несподіванок не передбачалося. І ось відкрили них рентгенівські джерела, і кульові скупчення відразу залучили загальну увагу. Різкий стрибок досліджень, різкий стрибок у нашій розумінні природи цих утворень. Багато років досліджувалися подвійні системи — криві блиску, перетікання речовини, властивості зірок. Та ось подвійних системах було відкрито рентгенівські джерела, і астрофізики зрозуміли, знання, здавалися такими значним, насправді малі. Від різке зростання числа досліджень подвійних систем — у рентгенівському, але у оптичному, інфрачервоному, радиодиапазонах. Фронт науки витратило не терпить відставання — тоді як області відбувається прорив уперед, налаштувалася на нові рубежі, всі інші мають не повільно підтягнутися, інакше картина світу виявиться клоччастої чи навіть суперечливою. Останніми роками саме рентгенівські дослідження часто були кидками в невідоме, і вони «тягли» у себе фронт астрофізичної науки.

Первое ознайомлення з рентгенівським небом за скінчилося — так Галілей, огледівши небо в перший телескоп, зрозумів, і ним у новий світ, і, вилікувавшись від потрясінь, розпочав його систематичного вивченню. Вивченню, що призвело до сучасної оптичної астрономії. І це перед стоїть тепер і було в астрономії рентгеновской.

И недалеко час, коли астрономи перестануть ділити випромінювання на діапазони, коли небо відкриється відразу усіма кольорами. Небо в рентгенівських променях чудово — однак коли ми побачимо Небо і вразимося, і застигнемо на кілька днів, всотуючи побачене. До того ж — за работу.

3. Радиоастрономия

Зарождение радиоастрономии

Декабрь 1931 року… У одній з американського лабораторій її співробітник Карл Янський вивчає атмосферні перешкоди радиоприему. Нормальний хід радіопередачі хвилі 14,7 м порушений шумами, інтенсивність яких немає залишається постоянной.

Постепенно з’ясовується загадкова періодичність — кожні 23 години 56 хвилин перешкоди стають особливо сильними. І день у день місяці на месяц.

Впрочем, загадка швидко віднаходить своє рішення. Дивний період точності дорівнює тривалості зоряних діб в одиницях сонячного часу. Ясніше кажучи, через кожні 23 години 56 хвилин зі звичайних годинах, отсчитывающим сонячне час, земну кулю робить повний оборот навколо осі, і всі зірки знову повертаються у початковий положення щодо горизонту будь-якого пункту Земли.

Отсюда Янський робить природний висновок: прикрі перешкоди мають космічне походження. Якась таємнича космічна «радіостанція» разів у добу займає таке становище на небі, що її радіопередача сягає найбільшої интенсивности.

Янский намагається відшукати об'єкт, викликає радіоперешкоди І, попри недосконалість приймальні радіоапаратури, винуватець знайдено. Радіохвилі походять від сузір'я Стрільця, саме його, у бік якої перебуває ядро нашої зоряної системи — Галактики.

Так народилася радіоастрономія — одне з найбільш захоплюючих галузей сучасної астрономии.

Развитие радиоастрономии

Первые п’ятнадцять років радіоастрономія майже розвивалася. Багатьом були ще незрозуміло, принесуть чи радиометоды якусь істотну користь астрономии.

Разразившаяся друга світова війна призвела до бурхливе зростання радіотехніки. Радіолокатори було прийнято на озброєння всіх армій. Їх вдосконалювали, всіляко прагнули підвищити чутливість, зовсім не від припускаючи, звісно, використовувати радіолокатори на дослідження небесних тел.

Советские вчені академіки Л. И. Мандельштам і Н.Д. Папалексі теоретично обгрунтували можливість радіолокації Місяця ще 1943 году.

Это були перші радиоастрономическое дослідження у Радянському Союзі. Два роки (в 1946 року) він був перевірено практично спочатку у США, потім у Угорщини. Радіохвилі, послані людиною, досягли відвідин Місяця й, позначившись від нього, повернулися на Землю, де були уловлені чутливим радиоприемником.

Последующие десятиліття — це надзвичайно швидкого прогресу радіоастрономії. Його може бути тріумфальним, оскільки щорічно радіохвилі приносять з космосу дивовижні відомості про природу небесних тіл. На порівняно короткому інтервалі часу, починаючи з 50-х рр., в радіоастрономії досягнуть великий прогрес. Дозвіл від 1−10 уг. хв. сягнуло 0.1 тис .уг. сек, и значно перевершує можливості оптичної астрономії. Чутливість від 1−10 Ян підвищилася до 1 мкЯн. Спостереження проводять у діапазоні від 0.01 до 300−400 ГГц. Одночасно принимаемая смуга частот від 100−200 кГц доведено до 1−10 ГГц. Радіоастрономія має порівнянні, а, по деяким проблем і великі по порівнянню з оптикою, можливості проникнення глибини Всесвіту.

Перспективы радіоастрономічних исследований

Прогресс радіоастрономічних досліджень визначається найвищим рівнем експериментальної техніки. Можна зазначити два досягнення, яка є основою сучасної радіоастрономії.

Первое: розробка апертурного синтезу і синтезованих радіотелескопів, розробка радіоінтерферометрів зі надвеликої базою. Зміст систем у тому, що сигнали, прийняті різними антенами, належним чином складаються. У результаті вдається відтворити картину, яку дала тільки велика остронаправленная антена. І ось наслідок — в радіоастрономії отримана що дозволяє сила в десятитисячної частки кутовий секунди, що у кілька порядків вищою дозволу наземних оптичних телескопов.

Второе: розробка з урахуванням ЕОМ багатоканальних систем космічної радиоспектроскопии, створення радиотелескопов-спектрометров. Ці інструменти дозволили досліджувати структуру мазерных джерел, відкрити у космосі понад 50 відсотків різних органічних молекул, зокрема складних молекул, котрі перебувають з понад десятка атомов.

Через 50 років, можна вважати, буде відкрито (якщо вони є) планети в найближчих до нас 5−10 зірок. Найімовірніше їх виявлять у оптичному, інфрачервоному і субмиллиметровом діапазонах хвиль з внеатмосферных установок.

В майбутньому з’являться міжзоряні корабли-зонды для польоту до одної з найближчих зірок не більше відстаней 5−10 світлових років, зрозуміло, до тієї, біля якій будуть виявлено планети. Такий корабель рухатиметься зі швидкістю трохи більше 0,1 швидкості світла з допомогою термоядерного двигателя.

В радіоастрономії використовуватимуться гігантські космічні системи апертурного синтезу з розмірами радіотелескопів понад сто метрів і відстанню з-поміж них за кілька сотень тисячі кілометрів (зараз найбільше відстань між радіотелескопами обмежена розмірами Земли).

В першої третини XXI в. обговорюватиметься проблема обмеження виробництва термоядерної енергії, яка того часу стане домінуючою, предпримутся також серйозні кроки, щоб використовувати фонову енергію, існуючу Землі завжди (енергію вітру, припливів, сонячної енергії тощо.), утилізація якої не призводить до додатковому нагріванню планеты.

Вероятно, будуть побудовано спеціальні великі радіотелескопи для спостереження та пошуку електромагнітних сигналів розумного (штучного) походження в усьому перспективному діапазоні хвиль, проведено спостереження сигналів від значної частини зірок Галактики, отримає розвиток теорія виникнення і еволюції позаземних цивилизаций.

Радиоастрономия використовує зараз найчутливіші прийомні пристрої і найбільші антенні системи. Радіотелескопи проникли на такі глибини космосу, які поки що залишаються недосяжними звичайних оптичних телескопів. Радіоастрономія стала невід'ємною частиною сучасного природознавства. Перед людством розкрився радиокосмос — картина Всесвіту в радиоволнах.

Как відомо, успіхи у радіоастрономії переважно визначаються можливостями отримати високу чутливість і розрізнювальну здатність. З оптичної астрономії прийшло поділ інструментів на два класу: рефлекторів і рефракторов. У середині 1950;х років велася активна дискусія, які системи краще розвивати в радіоастрономії, де коротше й дешевше шлях досягнення високого вирішення і чувствительности.

Каждая наука вивчає певні явища природи, через методи і засоби. Для радіоастрономії об'єктом вивчення служить весь неосяжний космос, все незліченну кількість небесних тіл. Щоправда, це вивчення кілька одностороннє - воно ведеться лише за допомогою радіохвиль. Та й у такому «розрізі» Всесвіт виявляється нескінченно різній, невичерпною для исследователя.

4. Оптичні наблюдения

Человеческому оку доступна вузька область довжин хвиль електромагнітного спектра випромінювання — від 0,39 до 0,65 мкм. Це дуже невелика щілину, через яку в протягом тисячоліть зазирали у Всесвіт. Але скільки що потрясли уяву відкриттів принесли ці наблюдения!

На протязі кількох тисячоліть астрономи обмежувалися визначенням положень світил на небесної сфері, і оцінкою їх блиску неозброєним оком. Нині у їх розпорядженні потужні прилади, дозволяють вловлювати буквально окремі кванти світла, які від далеких зоряних систем.

Некоторое час найбільшими з астрономічних телескопів були 250-сантиметровый рефлектор обсерваторії Маунт Вільсон і 500-сантиметровый рефлектор Паломарской обсерваторії в США.

Сегодня найбільших у Європі є телескоп рефлектор з діаметром дзеркала 600 див. Він установлено в .північному Кавказі, поблизу станиці Зеленчукская. Ось лише деякі його технічні характеристики: вагу дзеркала близько 40 т, фокусне відстань — 24 м, вагу інструмента разом із монтуванням — понад 850 т. Телескоп обертається навколо горизонтальній і вертикальної осей. Комп’ютер перераховує координати світила з екваторіальній в горизонтальну систему координат і подасть відповідні команди на управляючу механічну систему, вращающую інструмент за цим светилом.

До останнього часу найпоширенішої оптичної системою телескопів була система Кассегрена У цьому телескопі головне дзеркало має форму параболоїда. Позначившись від цього, світлові промені повертаються сходящимся пучком тому, потрапляють менше опукле гиперболическое дзеркало, знову змінюють напрям свого руху, і, витримавши отвір у головному дзеркалі, збираються позаду нього на фокальної плоскости.

Несколько років у США (обсерваторія Китт-Пик), потім у Австралії (обсерваторія Сайдинг-Спринг) стануть до ладу телескопи системи Ричи-Кретьена з діаметрами дзеркал 400 див. У цьому системі як головний, і допоміжне дзеркала мають гіперболічну форму. Це значно зменшує довжину труби телескопа, полегшує його монтування, а діаметр полем зору збільшується в 5−10 раз Аналогічний телескоп встановлено у Канаді на горі Кобау. У Чилі американські вчені встановлюють телескоп тієї ж системи з діаметром головного дзеркала 400 див, але в так званої Об'єднаної Європейської обсерваторії (там-таки) встановлюється телескоп з діаметром 360 див. Зазначимо, що вартість 4-метрового гіганта становить 10 млн. долларов.

Сейчас у різних країнах будується близько 8 телескопів з D>3 метрів і більш, 20 — з D>1 м. У частковості, потужність сучасного телескопа оцінюється такий цифрою: в 6-метровий телескоп помітні зірки до 24m. Світловий потік від цих об'єктів в 6 млн. разів менша, ніж від зірок 6-ї величины.

Теперь у світі налічується близько 1000 астрономічних обсерваторій і станцій спостережень за штучними супутниками Землі. Майже 100 їх — у Росії. Своїми дослідженнями придбали світове визнання Пулковская астрономічна обсерваторія, Кримська астрофізична обсерваторія, Бюраканская астрофізична обсерваторія, Державний астрономічний інститут імені Штернберга (Москва) і з інші.

На мільярди світлових років (світловий рік — це, 9.460 Х 1012 км) проникає зараз у Всесвіт очей спостерігача. Найслабкіші об'єкти, доступні сучасним телескопам, мають приблизно 24-ю зоряну величину. Найяскравіше світило на небі (виключаючи Сонце і Місяць) — планета Венера — у періоди найбільшої яскравості має зоряну величину, рівну -4. Отже, блиск слабейшей з галактик в 150 мільярдів разів менша блиску Венери. Такий «проницающий погляд» оптичної астрономии.

5. Інші методи наблюдений

Обо всім, що відбувається можна, про далеких зоряних і галактичних світах розповідають нам світлові промені. Однак у час візуальні спостереження небесних світил проводяться дуже рідко. Ефективнішими виявилися фотографічні і фотоелектричні методи спостережень. Можливості фотографічного методу справді казкові: адже за тривалому фотографуванні кількість квантів, спожитих фотоэмульсией, зростає. Зокрема, з допомогою 6-метрового телескопа можна отримати роботу зображення зірок до 20m при експозиції всього 10 хвилин. До того ж однієї платівці фіксуються зображення багатьох об'єктів, кожен із що у свого часу може бути чимось интересным.

В останні роки перебудови всі більше використовується фотоелектричний метод pегистрации слабких світлових потоків. І тут пучок світла іде не так на фотопластинку, а на фотокатод (металеву платівку, вмонтоване в скляний балон). Для астрономічних спостережень сьогодні використовуються дуже чутливі фотоумножители, здатні реєструвати дуже слабкі світлові потоки. Так, сучасні фотоумножители, встановлені п’ять метровому телескопі, реєструють зміни яскравості об'єктів до 24-й видимої величины.

Огромный виграш у часі фотографування слабких об'єктів дають електронно-оптичні перетворювачі (ЭОП). Дуже перспективним виявився телевізійний метод.

Большое значення має тут дослідження хімічного складу зірок шляхом докладного аналізу їх спектрів. У цьому необхідно враховувати температуру і тиск у поверхневих шарах зірок, які теж отримують з спектрів. Взагалі спектрографические спостереження дають найповнішу інформацію щодо умов, які панують у зоряних атмосферах.

Заключение

2000 років тому тому відстань Землі від поверхні Сонця, відповідно до Аристарху Самосскому, становила близько 361 радіуса Землі, тобто. близько 2.300.000 км. Аристотель вважав, що «сфера зірок» розміщається вдев’ятеро далі. Отже, геометричні масштаби світу 2000 років тому «вимірювалися» завбільшки 20.000.000 км.

При допомоги сучасних телескопів астрономи спостерігають об'єкти, що перебувають у відстані близько 20 млрд. світлових років, що становить 9,5−1022 км. Таким чином, за згаданий проміжок часу масштаби світу «зросли» в 5−1015 раз.

Согласно візантійським християнським богословам (середина IV століття н.е.) світ створили 5508 років е., тобто. менш як 7,5 тис. років тому назад.

Современная астрономія дала докази, що вони близько 20 млрд. років тому доступна для астрономічних спостережень Всесвіт існувала вигляді гігантської системи галактик. Масштаби у часі «зросли» в 13 млн. раз.

Но головне, звісно, над цифровому зростанні просторових і тимчасових масштабів, хоч і від них захоплює подих. Головне у цьому, що людина, нарешті, посів широкий шлях розуміння дійсних законів мироздания.

Список литературы

Шкловский І.С. Всесвіт, життя, розум. М.: «Наука» 1980 р.

Бакулин К. М. Курс загальної астрономії. М. 1987 р.

Климишин І. А. Астрономія учора й сьогодні. Київ. 1977 р.

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.