Главная страница
qrcode

Популярная история астрономии и космонавтики (2... Популярная история астрономии bbи космических исследований


НазваниеПопулярная история астрономии bbи космических исследований
АнкорПопулярная история астрономии и космонавтики (2.
Дата01.01.2018
Размер5.26 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаPopulyarnaya_istoria_astronomii_i_kosmonavtiki_2.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#54213
страница14 из 33
Каталогopenastronomy

С этим файлом связано 37 файл(ов). Среди них: the_saturn_system_090817.pdf, Karty_putey_komet_i_asteroidov_i_pokrytiy_na_iyul_2017.pdf и ещё 27 файл(а).
Показать все связанные файлы
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   33
Новые, нестационарные модели Вселенной
Решение уравнений общей теории относительности давало возможность многим ученым предлагать новые математические модели Вселенной. Одним из таких ученых стал советский математики геофизик Александр Александрович Фридман (1888–1925). Он первым отказался от исходного постулата о стационарности Вселенной, выдвинутой Эйнштейном. В 1922 году математик сделал анализ уравнений общей теории относительности и выяснил, что на их основе нельзя сделать однозначный вывод о форме, бесконечности или конечности Вселенной. Он предположил, что радиус кривизны пространства может изменяться во времени, и нашел новые нестандартные решения уравнений.
В некоторых моделях радиус кривизны монотонно расширялся водном случае Вселенная монотонно расширялась из точки, в другом из некоторого нулевого объема. С момента начала расширения Вселенной до того, как она приняла современный объем, прошло большое количество времени. Фридман назвал его временем, прошедшим от сотворения мира и заявил, что оно вполне могло длиться бесконечно.
Затем ученый получил модель, в которой радиус кривизны пространства возрастал от нуля до некоторой величины за определенный промежуток времени (период мира) и снова уменьшался до нуля, те. Вселенная сжималась в точку.
Фридман рассмотрел такое понятие, как плотность Вселенной, и пришел к выводу, что она также зависит от времени и изменяется обратно пропорционально кубу радиуса кривизны. Таким образом, он выяснил, что модель стационарной Вселенной, которую предложил Эйнштейн, является лишь частным случаем решения уравнений общей теории относительности.
В том же 1922 году Фридман опубликовал свои выводы в научном журнале, и поначалу они вызвали яростную критику Эйнштейна, который посчитал их неправильными. Однако в 1923 году Фридман дал подробные комментарии, с которыми Эйнштейн полностью согласился.
А позднее открытие советского ученого было подтверждено Хабблом.
МИР ГАЛАКТИК ПОПУЛЯРНАЯ ИСТОРИЯ АСТРОНОМИИ ИК ОС М ОНА ВТ ИК И
176
Впоследствии Фридман издал философскую брошюру, в которой излагал свои мысли о связи строения Вселенной и философии. Особенно его интересовало такое понятие, как время. Ученый указывал, что общая теория относительности и модели Вселенной, построенные на ее основе,
принадлежат только измеримому миру, который может изучать естествоиспытатель. Для философии же общая теория относительности является только одним из предположений, объясняющих строение Вселенной.
Модель расширяющейся Вселенной быстро нашла своих сторонников и, что самое главное, ее подтверждали новые наблюдения. В 1913 году американский астроном Весто Мелвин Слайфер (1875–1969) впервые измерил лучевые скорости спиральных туманностей и выяснил, что эти величины велики и сильно различаются между собой.
Результатами Слайфера заинтересовался голландский астроном Вил-
лем де Ситтер (1872–1934). Он заметил, что в спектрах галактик преобладают красные смещения, и постарался объяснить это явление на основе своей релятивистской модели пустой Вселенной, в которой имеется только поле отталкивающих сил.
Немецкий математик Вейль Герман (1885—1955) на основе достижений Ситтера провел расчеты и показал, что взаимное удаление галактик пропорционально их взаимному расстоянию.
Не исключено, что все эти достижения повлияли на исследования американского астронома и астрофизика Эдвина Пауэлла Хаббла
(1889–1953), который проводил анализ лучевых скоростей галактик. В
его распоряжении был материал всего лишь о восемнадцати объектах,
наиболее удаленные из которых располагались не далее созвездия Девы.
Однако астроному удалось заметить закономерность, на основе которой он в 1929 году сформулировал закон красного смещения, согласно которому скорость удаления от галактики увеличивается вместе с расстоянием. В честь ученого этот закон стали называть законом Хаббла.
Возраст Вселенной
С развитием космогонических гипотез неизбежно должен был возникнуть вопрос каков же возраст Вселенной и с какого момента ее развития нужно начинать отсчет времени Впервые этим вопросом, по всей вероятности, заинтересовался Фридман в своей брошюре по философии.
Он размышлял Является возможность также говорить о сотворении мира из ничего, но все это пока должно рассматриваться как курьезные факты , не могущие быть солидно подтвержденными недостаточным астрономическим экспериментальным материалом. Бесполезно за отсутствием надежных астрономических данных приводить какие-либо цифры,
характеризующие жизни переменной Вселенной. Однако далее он сам начинает прикидывать примерное время существование Вселенной и получает цифру в десятки миллиардов лет.
В е годы XX века среди астрономов разгорались жаркие споры о возможном возрасте Вселенной. Согласно полученным данным, Вселенная существует всего 2 млрд. лет, в то время как уже было доказано, что возраст Земли составляет примерно 4,6 млрд. лет. Возраст звезд, как уже указывалось выше, составлял еще большую цифру. Это противоречие ученые не могли объяснить. Некоторые из астрономов даже решили вернуться к стационарной модели Вселенной. Однако
Хаббл доказал, что Вселенная расширяется. Таким образом, в космогонии верной моделью окончательно была признана релятивистская, а не стационарная.
На основе этого возникли новые вопросы. Сторонники релятивист- кой теории распространяют ее только на нашу Метагалактику, которая,
как уже было неоднократно доказано, способна расширяться. Технические возможности сегодня позволяют просматривать Метагалактику на огромные расстояния, приближенные к тем, которые указывал Фридман в качестве ее примерных границ. Считается, что Метагалактика является единственной, те. ее можно называть Вселенной. Однако сразу же приходит на ум, что сначала единственной планетой во Вселенной считалась
Земля; затем Солнечная система называлась единственной, затем Галактика Вероятнее всего, и наша Метагалактика — одна из многих других, нов таком случае вопрос о времени возникновения всей Вселенной пока остается открытым. Можно вспомнить слова Уолта Уитмена:
Ночью я открываю мой люки смотрю, как далеко
Разбрызганы в мире миры,
И все, что я вижу, умноженное на самую высшую цифру,
Какую можно только представить себе, — есть только
Граница новых и новых вселенных
Сегодня ученые делают попытки уточнить такие понятия, как Вселенная, вся Вселенная, Вселенная в целом, наша наблюдаемая
Вселенная», доступная нам Вселенная и др
МИР ГАЛАКТИК ПОПУЛЯРНАЯ ИСТОРИЯ АСТРОНОМИИ ИК ОС М ОНА ВТ ИК И
178
Гипотезы происхождения Вселенной
на основе релятивистской космогонии
Приняв релятивистскую гипотезу, ученые снова стали выдвигать различные теории, объясняющие происхождение Вселенной или хотя бы нашей Метагалактики. Наибольшее распространение получила так называемая теория большого взрыва, предложенная в 1946 году русско-аме- риканским физиком Георгием Антоновичем Гамовым Суть ее состоит в следующем вся Вселенная, доступная современным наблюдениям, представляет собой результат катастрофически быстрого разлета материи, которая до взрыва находилась в сверхплотном состоянии рис. 63)
. Через два года Гамов и его сотрудники предположили,
что в этом случае должно наблюдаться тепловое излучение с температурой около 5 К. Уловить это излучение с помощью современной аппаратуры не представлялось возможным, в связи с чем теория большого взрыва поначалу не получила всеобщего признания.
Вскоре появились новые данные, послужившие подтверждением этой теории. В 1940 году в космическом пространстве были обнаружены молекулы CH, CN
+
, CN и др, причем молекула CN находилась всостоянии возбуждения, которое излучало температуру 2,3 К. Данный факт указывал на то, что в космосе существовал источник излучения.
В 1956 году это излучение зарегистрировали оно имело температуру от 3,7 до 4,2 К. Причем было отмечено, что температура не менялась со временем и зависела только от области.
Несмотря на эти доказательства, теория большого взрыва все еще не была признана. И только после регистрации ряда случаев излучения ученые стали развивать и дорабатывать ее.
Предлагались и другие гипотезы, из которых наибольшее распространение получила теория горячей Вселенной. Ее разработал советский академик ЯГ. Зельдович (1914–1987). Вероятно, в будущем, с появлением новой информации, астрономы будут предлагать другие, еще более смелые гипотезы, однако вряд ли придет такой день, когда загадок в космосе не останется. Фридман водной из своих работ написал Как бы ничтожна ни была сумма людских знаний, всегда находились мудрецы, пытающиеся на основании постоянно ничтожных научных данных воссоздать картину мира».
Новые данные о структуре Вселенной
Вселенная состоит из множества ячеек, стенками которых являются скопления галактик — пласты. Сами ячейки (войды) представляют собой полностью или частично пустые области рис. 64). К такому мнению пришли американские ученые в 1978 году их предположения были полностью подтверждены группой эстонских ученых, а в 1981 году
А.Колыпин и С. Шандарин получили тот же результат при расчете трехмерной модели Вселенной. Годом раньше эстонские ученые обнаружили филаментарную структуру ив космическом пространстве это было сверхскопление звезд в Персее. Таким образом, была открыта ячеис- то-филаментарная структура Мета- галактики.
Структура этой системы неправильна, клочковата. Это позволило ученым сделать вывод, что в прошлом она очень быстро сжималась,
испытывая на себе воздействие гравитационных сил. Таким образом,
Рис. 63. Стадии эволюции Вселенной согласно теории большого взрыва а начало б — несколько миллиардов лет назад в — современный период г — вид
Вселенной в будущем
а
б
в
г
Рис. 64. Двумерная модель ячеисто- филаментарной структуры
МИР ГАЛАКТИК ПОПУЛЯРНАЯ ИСТОРИЯ АСТРОНОМИИ ИК ОС М ОНА ВТ ИК И
180
Метагалактика, вероятно, изменяется стечением времени, те. находится в стадии эволюции. Скорее всего, материя из стенок ячеек перемещается в ребра, а по ним — в вершины ячеек и таким образом растет. Вероятно, Вселенная чем-то похожа на мыльную пену с пузырями воздуха
(
войдами) и сверхплотными звездными скоплениями (стенками ячеек).
На сегодняшний день иначе судить о Вселенной невозможно. Остается надеяться, что развитие компьютерной техники предоставит ученым возможность получить более точные данные и выдвинуть на их основе новые гипотезы.
Открытие новых видов космических тел
В течение долгого времени астрономы вели наблюдения только в диапазоне спектра. За пределами Солнечной системы они могли наблюдать звезды и газово-пылевые туманности. Большинство происходящих явлений объяснялось действием гравитации, а также законами атомной и ядерной физики. Вселенная представлялась ученым спокойной системой, в которой редко происходят изменения (взрывы новых и сверхновых звезд относили к случайным явлениям).
Только в XX веке появились возможности изучения необъятного космического пространства. В х годах сформировались новые, ставшие впоследствии главными, ветви астрономии радиоастрономия и всеволновое корпускулярное направление.
В 1931 году американский радиоинженер К. Янский зарегистрировал первый радиосигнал, который представлял собой непрерывный, идущий из космоса шум. Его источник, вероятнее всего, находился в области Геркулеса или в центральных частях Галактики. Однако открытию исследователя в то время никто не придал значения.
Через шесть лет другой американский инженер, Г. Ребер, заинтересовавшись достижением Янского, построил первый радиотелескоп, имеющий параболическую антенну-зеркало рис. 65)
, и начал проводить регулярные наблюдения.
Вскоре и другие ученые стали понимать важность радиоизлучения и подключились к изучению космоса. Им открылся неизвестный ранее мир радиовселенной: выяснилось, что звезды не давали излучения, зато его можно было зафиксировать в области Млечного Пути, точнее, оно исходило от диффузной материи.
В конце х — начале х годов различными учеными была предсказана, рассчитана и зафиксирована первая спектральная линия радио- спектра — 21 см (запрещенная линия нейтрального водорода).
Самым главным астрономическим открытием XX столетия стало обнаружение нетеплового синхротронного механизма радиоизлучения сне- прерывным спектром. Это излучение исходило от дискретных объектов,
которые были открыты немного раньше. Ученые дали им названия Ле- бедь-А, Кассиопея-А, Телец-А и некоторое время не могли объяснить их природу.
Первоначально предположили, что эти радиозвезды находятся к Земле ближе, чем самые ближайшие звезды. Затем были получены новые
Рис. 65. Современный радиотелескоп
МИР ГАЛАКТИК ПОПУЛЯРНАЯ ИСТОРИЯ АСТРОНОМИИ ИК ОС М ОНА ВТ ИК И
182
данные, которые позволили выделить три типа излучения. К первому типу был отнесен Телец-А, отождествленный с Крабовидной туманностью остатком сверхновой звезды, вспыхнувшей в 1054 году.
Некоторые объекты (Лебедь-А,
Центавр-А рис. 66)
, Дева-А) являлись радиогалактиками, дающими большое излучение — в сотни раз больше, чем излучение галактик.
Они были отнесены ко второму типу.
В оптическом диапазоне радиогалактики выглядят необычно, больше напоминая две сталкивающиеся обычные галактики.
К третьему типу отнесли все источники излучения, обнаруженные в пределах Солнечной системы атмосферы планет и кометы.
В 1960 году были открыты квазары, или квазизвездные радиоисточники почти точечные источники сочень сильным радиоизлучением
(
рис. 67). В оптике они выглядели как яркие голубые звезды. В их спектрах присутствовали неизвестные линии, не дающие возможности сделать вывод об их составе. Только через три года было установлено,
что эти линии принадлежат элементам, известным на Земле, но они сильно сдвинуты в красную область спектра. Квазары являются нестационарными объектами наблюдения показывают, что периодически меняется их блеск. Кроме того, они выделяют в космос вещество, которое движется с огромной скоростью. Природа и источник энергии квазаров до сих пор не объяснены.
Во второй половине XX века были открыты и другие объекты, око- торых ученые раньше не имели представления пульсары, мазерные источники, лацертиды, плерионы, барстеры и др. Тогда же были зафиксированы радиопульсары, отождествленные позднее с нейтронными звездами. Их существование предсказал советский физик Лев Данилович Ландау (1908—1968) после открытия нейтронов.
Нейтроны почтив тыс. раз тяжелее электронов, поэтому нейтронные звезды имеют примерно туже массу, что и белые карлики, хотя по размерам они в тысячу раз меньше последних. Было предсказано, что нейтронные звезды образуются при вспышках сверхновых. Однако нейтронные звезды имели настолько малую светимость, что при помощи современной аппаратуры обнаружить их было практически невозможно.
В 1967 году радиоинженер Джоселин Белл — англичанка, работавшая под руководством Энтони Хьюиша, зафиксировала строго периодический сигнал, который вначале был принят за сообщения, посылаемые в кос-
Рис. 66. Галактика Центавр-А
Рис. 67. Квазар Св созвездии Девы
МИР ГАЛАКТИК ПОПУЛЯРНАЯ ИСТОРИЯ АСТРОНОМИИ ИК ОС М ОНА ВТ ИК И
184
мос представителями внеземных цивилизаций. Но после того как данные об открытии опубликовали, очень скоро выяснилось, что речь идет о радиопульсарах нейтронных звездах. Было обнаружено, что они имеют сильное магнитное поле и быстро вращаются, что и является причиной радиоизлучения. Пульсары же отличаются от радиопульсаров тем, что их можно наблюдать только в рентгеновском или гамма-диапазоне. За это и другие открытия в области радиоастрономии Хьюиш получил Нобелевскую премию.
Дальнейшие исследования показали, что нейтронные звезды были замечены и ранее, причем не в радио, а в рентгеновском излучении.
Рентгеновские излучения поглощаются атмосферой, поэтому их нельзя вести с Земли. В 1962 году приемник рентгеновского излучения был установлен на ракете, благодаря чему смогли зафиксировать место, откуда оно исходит, — созвездие Скорпиона. В х годах таким способом были открыты и другие источники.
При изучении систем двойных звезд, одна из которых являлась нейтронной, было обнаружено, что при их очень близком взаимном расположении возможен процесс аккреции, те. перенос вещества с одной звезды на другую. Если аккреция направлена на нейтронную звезду, при этом выделяется большое количество энергии. Переносимое вещество движется со скоростью, близкой к скорости света. Энергия столкновения вещества со звездой приводит к большому (равному миллионам градусов) выбросу тепла, которое излучается в рентгеновском диапазоне.
В том случае, если на нейтронную звезду упадет слишком много вещества, она превратится в черную дыру.
Из звезд, имеющих от 8 до 40 солнечных масс, образуются нейтронные звезды. Если масса звезды превышает 40 солнечных масс, происходит образование черной дыры. Вовремя возникновения нейтронной звезды происходит взрыв ядра массивной проэволюционировавшей звезды вспышка сверхновой. После этого взрыва от нейтронной звезды остается только разлетающееся в разных направлениях вещество, образовавшееся в результате вспышки.
Молодую нейтронную звезду можно наблюдать не только как радиопульсар. Если она имеет температуру, равную сотням тысяч градусов, ее можно заметить в рентгеновском и даже в оптическом диапазонах.
Ученые полагают, что в пределах нашей звездной системы можно обнаружить до нескольких сотен миллионов нейтронных звезда во всей
Вселенной их, разумеется, гораздо больше. Большинство нейтронных звезд нашей Галактики старые и не излучают радиоволны. Обнаружить их можно только в случае явления аккреции, однако даже тогда излучение настолько слабо, что его очень сложно зафиксировать. Если же учесть, что на стадии аккреции находится лишь небольшой процент звезд, то становится понятно, что большую их часть пока нет возможности обнаружить. Возможно, в будущем будут изобретены более совершенные приборы, позволяющие продолжить изучение нейтронных звезд.
В ожидании этого астрономы занимаются изучением слияния двойных нейтронных звезд. Они полагают, что если в систему двойных звезд, расположенных на очень близком расстоянии друг от друга, войдут две нейтронных звезды или две черные дыры, то расстояние между ними благодаря излучению гравитационных волн начнет очень быстро сокращаться.
Эта теория недолго оставалась теорией. Первая такая система была открыта в е годы. Она состояла из двух нейтронных звезд, одна из которых являлась радиопульсаром. Через несколько сотен миллионов лет они, согласно прогнозам, должны сблизиться и слиться. При этом произойдет выброс настолько большого количества энергии, что вспышка,
вероятнее всего, будет ярче, чем при рождении сверхновой.
Сегодня строятся крупные детекторы, благодаря которым скоро появится возможность зафиксировать гравитационно-волновой всплеск при слиянии двойных компактных объектов. Если ученым посчастливиться наблюдать это явление, они смогут получить множество новых данных остроении и развитии нейтронных звезд.
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   33

перейти в каталог файлов


связь с админом