Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №2» муниципального образования
«Лениногорский муниципальный район» Республики Татарстан
РЕФЕРАТ
на тему: «Физика и космос»
Выполнили:
Хамидуллина А.М.,
Золина С.С.,
ученицы 11 Б класса
Преподаватель:
Журавлева М.П.
Лениногорск 2011
Содержание:
Введение
Физика и космос
Астрофизические методы
Астрофизические инструменты
Радиоастрономия
Инфракрасное излучение
Ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма – излучения
Нейтринная астрономия
Заключение
Список литературы
Введение
По ходу знакомства с окружающей нас Вселенной возникали новые области познания. Рождались отдельные направления исследований, постепенно складывавшиеся в самостоятельные научные дисциплины. Все они, разумеется, объединялись общими интересами астрономии, но сравнительно узкая специализация внутри астрономии все больше и больше давала себя знать.
Астрофизика — та отрасль астрономии, которая изучает физическую природу небесных тел. А стало это возможным благодаря изобретению телескопа, который далекое сделал близким и позволил рассмотреть удивительные подробности на небе и небесных телах. Особенно бурное развитие астрофизика испытала с открытием спектрального анализа в XIX в. Стремительный рост астрофизических знаний, невиданно быстрое расширение средств исследования физики космоса продолжается и в наше время.
Мы хотели бы больше узнать о физической сфере астрономии. Данная тема актуальна особенно в этом году, так как 12 апреля 2011 года исполнилось 50 лет со дня первого полета в космос, также в последнее время профессии в области астрономии очень популярны. Данный материал может быть использован преподавателями и учениками в школах.
Цель данного реферата: изучение темы, обучение методике анализа, обобщения, осмысления информации и приобретение знаний по прочитанному курсу.
Задачи:
- изучение литературы, связанной с физикой и астрономией;
- сбор и обобщение материала;
- написание и оформление реферата;
- представление реферата в медиаприложении.
Ещё с древних времен бесконечно-глубокое пространство, усыпанное множеством сияющих алмазов, манило людей и притягивало их взгляды…
С тех пор как на Земле существуют люди, они всегда жаждали знать больше о небесных телах, о далеких звездных мирах, о необъятной волшебной вселенной…
Древние китайцы изучали звездное небо и составляли самые первые звездные карты… Древние египтяне наблюдали за Луной, Солнцем и звездами… Наконец человек достиг того, к чему стремился многие миллионы лет…
Физика и космос
Астрофизика – именно та наука, которая позволила человеку сделать важнейшие открытия в самых далеких уголках вселенной.Астрофизика – раздел астрономии, изучающий физическую природу небесных тел и их систем, их происхождение и эволюцию.
Как ясно из самого названия, астрофизика – это физика небесных тел. Космос является по существу большой физической «лабораторией», где возникают условия, часто совершенно недостижимые в земных физических лабораториях и представляющие поэтому исключительный интерес для науки.
Астрофизика обнаружила большое разнообразие в звездном мире. Звезды отличаются температурами, светимости (т.е. мощностями излучения), размерами и др. характеристиками. Классификация зрения основывается на сравнительном изучении их спектров. Между спектрами звезд и их светимости установлена определенная связь, выражающаяся диаграммой спектр - светимость. Большинство зрение размещается почти по диагонали диаграммы, образуя главную последовательность (к ней принадлежит и Солнце). Многие зрение не укладывается в главную последовательность и образует особые классы. Таковы, например, классы относительно холодных звезд, классы гигантов и сверхгигантов и т.д. Очень интересен класс белых карликов - горячих звезд сравнительно небольших размеров с очень большой плотностью (до 105 - 106 г / см 3).Наблюдается много двойных звезд, кратных звезд, а также переменных звезд разных типов. Особенно интересны новые звезды, которые внезапно вспыхивают, усиливая свое излучения в десятки тысяч раз. Астрофизика достигла больших успехов в изучении звездных атмосфер, в частности атмосферы Солнца. В нижней части солнечной атмосферы - фотосфере возникает излучение с непрерывным спектром. В расположенном над ней преобразующем слое происходят сложные процессы, под влиянием которых в спектре Солнца возникают темные линии поглощения - Фраунгофера линии. Еще выше находится хромосфера. Внешняя часть солнечной атмосферы - солнечная корона - очень обширным образованием, во время полных солнечных затмений наблюдается в виде серебристого сияния. Различные свойства солнечной короны, которые долгое время казались загадочными, объясняются ее высокой кинетической температурой, достигающей миллионов градусов. Процессы в атмосфере Солнца влияют на геофизические явления.
Внутреннее строение Солнца и зрение можно вычислить теоретически, на основании законов механики и физики. Расчеты показывают, что температура, плотность и давление звездного вещества с приближением к центру звезды растут. Источником энергии большинства звезд главной последовательности, очевидно, термоядерные реакции, которые сопровождаются превращением водорода в гелий.
Большой интерес представляют нестационарные звезды, в которых относительно быстро происходят изменения физических свойств. Изучение этих зрение является основой решения проблемы звездной эволюции. Значительно развилась физика газовых туманностей, особенно планетарных. Их свечение вызывается флуоресценцией под воздействием излучения горячих звезд.
Важных результатов достигла астрофизика в изучении планет. В частности, исследования поверхности Марса позволили приблизиться к решению вопроса о жизни на этой планете. Астрофизика успешно изучает физические особенности комет. Исследование метеоров составляет не только астрофизический, но и геофизический интерес, так как оно связано с проблемой верхних слоев атмосферы.
В развитие астрофизики большой вклад внесли советские ученые. Имена Ф. А. Бредихина, А. А. Белопольского, Г. А. Тихова, В. Г. Фесенкова, С. В. Орлова и многих других связанны с разработкой основных разделов астрофизики. Академик В. А. Амбарцумян и его ученики выполнили фундаментальные исследования в изучении газовых туманностей и звездных атмосфер, по теории рассеяния света, физики нестационарных звезд и в других областях астрофизики. Больших успехов достигнуто в изучении процессов на Солнце (Э. Р. Мустель, А. Б. Северный, В. А. Крат, И. С. Шкловский и др.), в изучении планет (Г. А. Тихов, Н. П. Барабашев и др.), межпланетной среды (В. Г. Фесенкова и др.).
Главной задачей при изучении планет является приведение в систему многочисленных фактов и создание цельного представления о их природе.Изучение движения планет велось с незапамятных времён, в силу того, что космические тела, например Луна, наблюдаемы с Земли без специальных аппаратов. Визуально можно заметить ассиметричное строение полушарий нашего спутника. Но настоящее изучение планет, их особенностей началось с помощью физики и телескопов. На основе этих наблюдений были объяснены лунные затмения, влияние Лунных фаз на состояние человека и природные явления.
На основе данных наблюдательной астрофизики, опираясь на законы физики, астрономы делают выводы об условиях в небесных телах, которые непосредственно не наблюдаются. Например, рассчитывают внутреннее строение звёзд и Солнца с использованием наблюдательных данных об условиях на их поверхности. Теоретическая астрофизика позволяет также описать эволюцию Солнца, звёзд и других небесных тел.
Астрофизические методы
Среди методов астрофизики большое значение имеет астрофотометрия, задачей которой является измерение блеска небесных тел с помощью визуальных, фотографических и фотоэлектрических наблюдений. Еще большую роль в астрофизике играет астроспектроскопия. Изучение спектров небесных тел позволяет судить о химическом составе и физическом состоянии вещества на этих телах, определять температуру зрение, вычислять скорость приближения или удаления звезды, делать выводы о вращении звезд, о различных физических процессах, происходящих в атмосферах Солнца и звезд, в газовых туманностях и в межзвездной среде. В связи с запуском в СССР первых искусственных спутников Земли и Солнца астрофизика получила новые методы исследований. Аппаратура, установленная на спутниках, позволяет регистрировать излучение небесных тел далеко за пределами атмосферы Земли.
Астрофизические методы исследования имеют две существенные особенности, отличающие их от методов лабораторной физики. Во-первых, в лаборатории физик сам ставит эксперименты, подвергает исследуемые тела различным воздействиям. В астрофизике возможны только пассивные наблюдения, так как пока нельзя проводить эксперименты, например, на звездах. Во-вторых, если в лаборатории можно непосредственно измерять температуру, плотность, химический состав тел и т. д., то в астрофизике почти все данные о далеких небесных телах получают с помощью анализа приходящих от них электромагнитных волн — видимого света и других, невидимых глазом лучей.
Какие же особенности планет и Луны были выявлены и объяснены астрофизиками? Луна вращается в течение одного и того же времени, как вокруг своей оси, так и вокруг оси Земли, следовательно, земляне видят только одну сторону этого космического тела. Поэтому астрофизика позволила с помощью радиолокации, основанной на физических законах, составить карту лунной поверхности, видимой с Земли. Огромные углубления были названы морями, но без воды, а светлые участки это настоящие горы, высота которых достигает 8000 метров. Обнаружены острые скалы, огромное количество кратеров вулканического и метеоритного происхождения.
Основу астрофизики составляют астрофизические наблюдения. При этом важнейший метод - спектральный анализ, т. е. исследование потока энергии приходящего на землю излучения в зависимости от длины электромагнитных волн. Электромагнитные волны несут информацию об условиях в веществе, где они зарождаются или испытывают поглощение и рассеяние. Задача спектрального анализа - расшифровать информацию. Появление спектрального анализа во второй половине двадцатого века сразу позволило делать выводы о химическом составе небесных тел.
Одним из первых блестящих достижений астрофизики, полученных с помощью этой экспериментальной методики, явилось открытие неизвестного ранее элемента – гелия - при изучении спектра хромосферы Солнце во время полного затмения в 1968г. В дальнейшем, в результате развития экспериментальной и теоретической физики стало возможным с помощью спектрального анализа определять буквально все физические характеристики небесных тел и межзвёздной среды.
Спектры позволяют узнать температуру газа, его плотность, относительное содержание разных химических элементов, состояние атомов этих элементов, скорости движения газа, напряженности магнитных полей. По спектрам звезд можно также вычислить расстояние до них, узнать их скорости движения по лучу зрения, измерить вращение и выяснить многое другое.
В современных спектральных, приборах, применяемых в телескопах, используют новейшие фотоэлектрические приёмники излучения, которые гораздо точнее, чувствительнее, чем фотопластинка или человеческий глаз.
Фотоэлементы – это устройства, преобразующие световой поток в электрический сигнал. Фотоэффект - испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.
Астрофизические инструменты
Бурное развитие экспериментальной физики привело к созданию астрофизических инструментов, предназначенных для изучения невидимых глазом электромагнитных волн.
Астрофизика стала «многоволновой». Это, конечно, неизмеримо расширило ее возможности получать информацию о небесных телах. Еще в 30-е гг. текущего столетия было открыто радиоизлучение нашей Галактики. В последующие годы построены гигантские радиотелескопы и сложные системы таких радиотелескопов. С помощью радиотелескопов наблюдают, например, холодный межзвездный газ, не излучающий видимого света, изучают движение электронов в межзвездных магнитных полях. Радиоизлучение приходит на Землю от далеких галактик, часто свидетельствуя о происходящих там бурных взрывных процессах.
Декабрь 1931 года ... В одной из армейских лабораторий ее сотрудник Карл Янский изучает атмосферные помехи радиоприему. Нормальный ход радиопередачи на волне 14,7 м нарушен шумами, интенсивность которых не остается постоянной. Постепенно выясняется загадочная периодичность — каждые 23 часа 56 минут помехи становятся особенно сильными. И так изо дня в день, из месяца в месяц.
Впрочем, загадка быстро находит свое решение. Странный период в точности равен продолжительности звездных суток в единицах солнечного времени. Через каждые 23 часа 56 минут по обычным часам, отсчитывающим солнечное время, земной шар совершает полный оборот вокруг своей оси, и все звезды снова возвращаются в первоначальное положение относительно горизонта любого пункта Земли.
Отсюда Янский делает естественный вывод: досадные помехи имеют космическое происхождение. Какая-то таинственная космическая «радиостанция» раз в сутки занимает такое положение на небе, что ее радиопередача достигает наибольшей интенсивности.
Янский пытается отыскать объект, вызывающий радиопомехи. И, несмотря на совершенство радиоаппаратуры, виновник найден. Радиоволны исходят из созвездия Стрельца, того самого, в направлении которого находится ядро нашей звездной системы — Галактики. Так родилась радиоастрономия — одна из наиболее увлекательных отраслей современной астрономии
Радиоастрономия – часть астрофизической науки - стала одним из основных способов изучения нейтронных звёзд-пульсаров. Радиоволны несут сведения об остатках вспышек сверхновых звёзд и о совершенно удивительных условиях в плотных газовых облаках.
При падении 30 июня 1908г. Тунгусского метеорита по всей центральной Сибири был виден большой ослепительно-яркий болид. Установлено, что в земную атмосферу со скоростью 70 км/с. влетело метеоритное тело массой более 1000000 тонн, коснулось Земли, снова взлетело в небо и, пролетев какое-то расстояние, упало окончательно. Удары огромной силы были слышны в тысяче километров от места падения. Волна сжатия, созданная в атмосфере, несколько раз обошла вокруг Земли. Колебания магнитного поля, затухая, длились несколько часов. Характер этих колебаний удалось определить лишь с помощью астрофизических наблюдений.
Наконец, ярчайшее открытие! Радиоастрономия позволила открыть реликтовое излучение Вселенной - слабое электромагнитное излучение, заполняющее всю Вселенную и имеющее температуру около 3 К.
Радиоастрономия использует сейчас самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенные системы. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются не досягаемыми для обычных оптических телескопов. Радиоастрономия стала неотъемлемой частью современного естествознания. Перед человечеством раскрылся радио космос — картина Вселенной в радиоволнах.
Мы живем в мире волн. Любое тело, будь то книга, ваше тело или звезда, излучает энергию в форме электромагнитных волн. Человеческий глаз чувствителен далеко не ко всем из них. Лишь ничтожная доля электромагнитных волн, попадая на сетчатку глаза, вызывает ощущение света. Но и этой доли оказывается достаточно, чтобы наполнить земной шар сиянием солнечного света и гаммой всевозможных красок. Быть может, наша ограниченность в восприятии электромагнитных волн есть благодетельная забота о нас самой природы. Ведь если бы человек воспринимал все излучения, существующие в природе, не был ли бы он подавлен их бесконечным многообразием?
Инфракрасное излучение
Много интересного узнали астрофизики с помощью инфракрасных лучей, которые свободно проходят сквозь облака пыли, поглощающие видимый свет. Инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и коротковолновым радиоизлучением. За красной границей видимого спектра лежит область невидимых инфракрасных лучей. Некоторые из них, с длиной волны значительно меньшей одного сантиметра, способны заметно нагреть наше тело, и потому их иногда называют тепловыми лучами. Когда вы подносите руку к раскаленному утюгу и на каком-то расстоянии чувствуете его тепло, в этот момент ваша рука подвергается именно этих инфракрасных, «тепловых» лучей.
Так, в инфракрасных лучах наблюдаются процессы в ядре нашей Галактики, а также «молодые» звезды, зарождающиеся в плотных газово-пылевых комплексах.
Ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма – излучения
Особый интерес для астрономии имеет астрофизика высоких энергий, изучающая процессы бурного выделения энергии, часто связанные с катастрофическими явлениями в небесных телах. Возникающее при этом электромагнитное излучение имеет высокую частоту, соответственно короткую длину волны и относится к невидимым ультрафиолетовым, рентгеновским и гамма-лучам. Ультрафиолетовые лучи — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовым концом видимого излучения и рентгеновским излучением. Рентгеновские лучи - электромагнитное ионизирующее излучение, занимающее спектральную область между гамма- и ультрафиолетовым излучением. Гамма-лучи - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными (Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны.) и слабо выраженными волновыми свойствами.
Хорошо известно, что по обе стороны видимого спектра располагаются области невидимых излучений. Таковы ультрафиолетовые лучи с длиной волны меньше 400 миллимикрон. Они обнаруживают свое существование по-разному. В жаркий солнечный день некоторые из них вызывают загар на нашей коже. Те же лучи сильно воздействуют на эмульсию обычных фотопластинок, оставляя на ней хорошо видимые следы. К ультрафиолетовым лучам примыкают рентгеновы лучи, широко применяемые в медицине. Наиболее коротковолновые из известных излучений, так называемые гамма лучи, выделяются при радиоактивном распаде. Их энергия весьма велика и они очень опасны — мощное гамма-излучение может породить мучительные явление лучевой болезни
Эти виды излучений поглощаются земной атмосферой. Поэтому развитие данных разделов наблюдательной астрофизики стало возможно только с началом космической эры, после создания обитаемых и автоматических научных станций за пределами земной атмосферы.
Астрофизика высоких энергий привела ко многим удивительным открытиям. С помощью рентгеновских телескопов были открыты горячий газ в скоплениях галактик, импульсное рентгеновское излучение нейтронных звезд в двойных звездных системах. Наконец, было открыто излучение сильно - нагретого плотного газа, по-видимому, закручивающегося вихрем при падении в черную дыру. Гамма-телескопы позволили обнаружить в центре нашей Галактики процессы аннигиляции электронов и позитронов — превращения их при столкновении в гамма-излучение.
Нейтринная астрономия
Это новый раздел наблюдательной астрономии, связанный с поиском и исследованием потоков Нейтрино от источников внеземного происхождения начал развиваться в 80-е годы. Нейтрино является единственным видом излучения, который приходит к земному наблюдателю из самых глубоких недр Солнца и звёзд и несёт в себе информацию об их внутренней структуре и о происходящих там процессах. Современные средства регистрации нейтрино допускают возможность обнаружения нейтринного излучения лишь от Солнца и сверхновых звёзд нашей Галактики.
Уже первые данные о потоках солнечных нейтрино позволили сделать очень интересные гипотезы в процессах термоядерного синтеза в недрах солнца; их предстоит проверить в будущих опытах.
Существование мощного потока нейтрино от Солнца вытекает из современной концепции происхождения и строения Солнца, согласно которой его светимость полностью обеспечивается энергией термоядерного превращения водорода в гелий в центральной области Солнца. Как показывают расчёты моделей Солнца, основной вклад в энерговыделение даёт водородный цикл, а доля углеродно-азотного (CNO) цикла составляет не более 1% .
Первые эксперименты по наблюдению солнечных нейтрино осуществлены американским учёным Р. Девисом с сотрудниками в 1967—68 с помощью радиохимического нейтринного детектора, содержащего 610 т жидкого перхлорэтилена (C2Cl4).
Потоки нейтрино от других «спокойных» звёзд, даже самых близких, очень малы и не могут быть зарегистрированы современными методами. Вместе с тем вполне осуществимой представляется задача наблюдения нейтринных вспышек от звёзд в момент их гравитационного коллапса. Наиболее вероятными объектами являются сверхновые звёзды нашей Галактики, непосредственно перед взрывом которых происходит коллапс центрального ядра. Нейтринная вспышка может быть зарегистрирована даже в том случае, если сверхновая оптически не наблюдаема. Длительность такой вспышки 0,01 сек. Измеряя время запаздывания начала вспышки, зарегистрированного детекторами в разных местах земного шара, можно установить направление прихода нейтринного излучения. Вспышки могут быть зарегистрированы водородсодержащим сцинтиллятором массой в несколько сотен т в виде характерной серии импульсов. Такие эксперименты проводятся в России и в США.
Заключение
На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн.
Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ее атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц, падающих на границу земной атмосферы: астрономы могут исследовать все виды частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.
Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.
Самое, пожалуй, удивительное в современной физике—это неожиданная связь между космосом, где галактики и звездные скопления разбросаны подобно редким пылинкам, и тесным, исчезающе малым микромиром элементарных частиц. Два полюса мироздания! На одном огромная, расширяющаяся Вселенная, на другом—не видимые ни под каким микроскопом, почти эфемерные «кирпичики» вещества. И вот оказывается, что при определенных условиях Вселенная может обладать свойствами микрочастицы, а некоторые микрообъекты, возможно, содержат внутри себя целые космические миры. Во всяком случае, так говорит теория. Большое и малое, сложное и простое—здесь все переплелось. Как хитро устроена природа! Она как масштабная линейка, завязанная в узел. Поди разберись, где тут начало! Из чего состоят протон и нейтрон? Есть ли что-нибудь еще глубже, меньше? И вообще, может ли быть предел делимости материи? Что творилось в нашей Вселенной, когда она была еще совсем юной и ее размеры были в миллиарды миллиардов раз меньше атома? Что такое античастицы и существуют ли миры из антивещества? Масса вопросов, и каждый из них тянет за собой вереницу новых, про которые и самим ученым еще далеко не все ясно. Вселенная оказывается бесконечно многообразной, неисчерпаемой для исследователя…
«Здесь скрыты столь глубокие тайны и столь возвышенные мысли, что, несмотря на старания сотен остроумнейших мыслителей, трудившихся в течение тысяч лет, еще не удалось проникнуть в них, и радость творческих исканий и открытий все еще продолжает существовать». Эти слова, сказанные Галилеем три с половиной столетия назад, нисколько не устарели.
Список использованной литературы.
1. Засов А.В., Кононович Э.В. Астрономия: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. 3-е изд. –М.: Просвещение, АО «Московские учебники», 2001.
2. О. Струве, Б. Линдс, Э. Пилланс. Элементарная астрономия. 2-е изд. –М.: Наука, 1967.
3. Моше Д. Астрономия: Книга для учащихся. Перевод с английского/Под редакцией А. А. Гурштейна. – М.: Просвещение, 1985.
4. Агекян Т. А. Звёзды, галактики, Метагалактика. –3-е изд. –М.: Наука, 1981.
5. Зигель Ф.Ю. Астрономия в её развитии: Книга для учащихся 8-10 классов средней школы. –М.: Просвещение, 1988.
6.Энциклопедический словарь юного физика. –М.: Педагогика, 1984.
-
- С
uchebana5.ru
«Средняя общеобразовательная школа №2» муниципального образования
«Лениногорский муниципальный район» Республики Татарстан
РЕФЕРАТ
на тему: «Физика и космос»
Выполнили:
Хамидуллина А.М.,
Золина С.С.,
ученицы 11 Б класса
Преподаватель:
Журавлева М.П.
Лениногорск 2011
Содержание:
Введение
По ходу знакомства с окружающей нас Вселенной возникали новые области познания. Рождались отдельные направления исследований, постепенно складывавшиеся в самостоятельные научные дисциплины. Все они, разумеется, объединялись общими интересами астрономии, но сравнительно узкая специализация внутри астрономии все больше и больше давала себя знать.
Астрофизика — та отрасль астрономии, которая изучает физическую природу небесных тел. А стало это возможным благодаря изобретению телескопа, который далекое сделал близким и позволил рассмотреть удивительные подробности на небе и небесных телах. Особенно бурное развитие астрофизика испытала с открытием спектрального анализа в XIX в. Стремительный рост астрофизических знаний, невиданно быстрое расширение средств исследования физики космоса продолжается и в наше время.
Мы хотели бы больше узнать о физической сфере астрономии. Данная тема актуальна особенно в этом году, так как 12 апреля 2011 года исполнилось 50 лет со дня первого полета в космос, также в последнее время профессии в области астрономии очень популярны. Данный материал может быть использован преподавателями и учениками в школах.
Цель данного реферата: изучение темы, обучение методике анализа, обобщения, осмысления информации и приобретение знаний по прочитанному курсу.
Задачи:
- изучение литературы, связанной с физикой и астрономией;
- сбор и обобщение материала;
- написание и оформление реферата;
- представление реферата в медиаприложении.
Ещё с древних времен бесконечно-глубокое пространство, усыпанное множеством сияющих алмазов, манило людей и притягивало их взгляды…
С тех пор как на Земле существуют люди, они всегда жаждали знать больше о небесных телах, о далеких звездных мирах, о необъятной волшебной вселенной…
Древние китайцы изучали звездное небо и составляли самые первые звездные карты… Древние египтяне наблюдали за Луной, Солнцем и звездами… Наконец человек достиг того, к чему стремился многие миллионы лет…
Физика и космосАстрофизика – именно та наука, которая позволила человеку сделать важнейшие открытия в самых далеких уголках вселенной. Астрофизика – раздел астрономии, изучающий физическую природу небесных тел и их систем, их происхождение и эволюцию.
Как ясно из самого названия, астрофизика – это физика небесных тел. Космос является по существу большой физической «лабораторией», где возникают условия, часто совершенно недостижимые в земных физических лабораториях и представляющие поэтому исключительный интерес для науки.
Астрофизика обнаружила большое разнообразие в звездном мире. Звезды отличаются температурами, светимости (т.е. мощностями излучения), размерами и др. характеристиками. Классификация зрения основывается на сравнительном изучении их спектров. Между спектрами звезд и их светимости установлена определенная связь, выражающаяся диаграммой спектр - светимость. Большинство зрение размещается почти по диагонали диаграммы, образуя главную последовательность (к ней принадлежит и Солнце). Многие зрение не укладывается в главную последовательность и образует особые классы. Таковы, например, классы относительно холодных звезд, классы гигантов и сверхгигантов и т.д. Очень интересен класс белых карликов - горячих звезд сравнительно небольших размеров с очень большой плотностью (до 105 - 106 г / см 3).Наблюдается много двойных звезд, кратных звезд, а также переменных звезд разных типов. Особенно интересны новые звезды, которые внезапно вспыхивают, усиливая свое излучения в десятки тысяч раз. Астрофизика достигла больших успехов в изучении звездных атмосфер, в частности атмосферы Солнца. В нижней части солнечной атмосферы - фотосфере возникает излучение с непрерывным спектром. В расположенном над ней преобразующем слое происходят сложные процессы, под влиянием которых в спектре Солнца возникают темные линии поглощения - Фраунгофера линии. Еще выше находится хромосфера. Внешняя часть солнечной атмосферы - солнечная корона - очень обширным образованием, во время полных солнечных затмений наблюдается в виде серебристого сияния. Различные свойства солнечной короны, которые долгое время казались загадочными, объясняются ее высокой кинетической температурой, достигающей миллионов градусов. Процессы в атмосфере Солнца влияют на геофизические явления.
Внутреннее строение Солнца и зрение можно вычислить теоретически, на основании законов механики и физики. Расчеты показывают, что температура, плотность и давление звездного вещества с приближением к центру звезды растут. Источником энергии большинства звезд главной последовательности, очевидно, термоядерные реакции, которые сопровождаются превращением водорода в гелий.
Большой интерес представляют нестационарные звезды, в которых относительно быстро происходят изменения физических свойств. Изучение этих зрение является основой решения проблемы звездной эволюции. Значительно развилась физика газовых туманностей, особенно планетарных. Их свечение вызывается флуоресценцией под воздействием излучения горячих звезд.
Важных результатов достигла астрофизика в изучении планет. В частности, исследования поверхности Марса позволили приблизиться к решению вопроса о жизни на этой планете. Астрофизика успешно изучает физические особенности комет. Исследование метеоров составляет не только астрофизический, но и геофизический интерес, так как оно связано с проблемой верхних слоев атмосферы.
В развитие астрофизики большой вклад внесли советские ученые. Имена Ф. А. Бредихина, А. А. Белопольского, Г. А. Тихова, В. Г. Фесенкова, С. В. Орлова и многих других связанны с разработкой основных разделов астрофизики. Академик В. А. Амбарцумян и его ученики выполнили фундаментальные исследования в изучении газовых туманностей и звездных атмосфер, по теории рассеяния света, физики нестационарных звезд и в других областях астрофизики. Больших успехов достигнуто в изучении процессов на Солнце (Э. Р. Мустель, А. Б. Северный, В. А. Крат, И. С. Шкловский и др.), в изучении планет (Г. А. Тихов, Н. П. Барабашев и др.), межпланетной среды (В. Г. Фесенкова и др.).
Главной задачей при изучении планет является приведение в систему многочисленных фактов и создание цельного представления о их природе.Изучение движения планет велось с незапамятных времён, в силу того, что космические тела, например Луна, наблюдаемы с Земли без специальных аппаратов. Визуально можно заметить ассиметричное строение полушарий нашего спутника. Но настоящее изучение планет, их особенностей началось с помощью физики и телескопов. На основе этих наблюдений были объяснены лунные затмения, влияние Лунных фаз на состояние человека и природные явления.
На основе данных наблюдательной астрофизики, опираясь на законы физики, астрономы делают выводы об условиях в небесных телах, которые непосредственно не наблюдаются. Например, рассчитывают внутреннее строение звёзд и Солнца с использованием наблюдательных данных об условиях на их поверхности. Теоретическая астрофизика позволяет также описать эволюцию Солнца, звёзд и других небесных тел.Астрофизические методыСреди методов астрофизики большое значение имеет астрофотометрия, задачей которой является измерение блеска небесных тел с помощью визуальных, фотографических и фотоэлектрических наблюдений. Еще большую роль в астрофизике играет астроспектроскопия. Изучение спектров небесных тел позволяет судить о химическом составе и физическом состоянии вещества на этих телах, определять температуру зрение, вычислять скорость приближения или удаления звезды, делать выводы о вращении звезд, о различных физических процессах, происходящих в атмосферах Солнца и звезд, в газовых туманностях и в межзвездной среде. В связи с запуском в СССР первых искусственных спутников Земли и Солнца астрофизика получила новые методы исследований. Аппаратура, установленная на спутниках, позволяет регистрировать излучение небесных тел далеко за пределами атмосферы Земли.
Астрофизические методы исследования имеют две существенные особенности, отличающие их от методов лабораторной физики. Во-первых, в лаборатории физик сам ставит эксперименты, подвергает исследуемые тела различным воздействиям. В астрофизике возможны только пассивные наблюдения, так как пока нельзя проводить эксперименты, например, на звездах. Во-вторых, если в лаборатории можно непосредственно измерять температуру, плотность, химический состав тел и т. д., то в астрофизике почти все данные о далеких небесных телах получают с помощью анализа приходящих от них электромагнитных волн — видимого света и других, невидимых глазом лучей.
Какие же особенности планет и Луны были выявлены и объяснены астрофизиками? Луна вращается в течение одного и того же времени, как вокруг своей оси, так и вокруг оси Земли, следовательно, земляне видят только одну сторону этого космического тела. Поэтому астрофизика позволила с помощью радиолокации, основанной на физических законах, составить карту лунной поверхности, видимой с Земли. Огромные углубления были названы морями, но без воды, а светлые участки это настоящие горы, высота которых достигает 8000 метров. Обнаружены острые скалы, огромное количество кратеров вулканического и метеоритного происхождения.
Основу астрофизики составляют астрофизические наблюдения. При этом важнейший метод - спектральный анализ, т. е. исследование потока энергии приходящего на землю излучения в зависимости от длины электромагнитных волн. Электромагнитные волны несут информацию об условиях в веществе, где они зарождаются или испытывают поглощение и рассеяние. Задача спектрального анализа - расшифровать информацию. Появление спектрального анализа во второй половине двадцатого века сразу позволило делать выводы о химическом составе небесных тел.
Одним из первых блестящих достижений астрофизики, полученных с помощью этой экспериментальной методики, явилось открытие неизвестного ранее элемента – гелия - при изучении спектра хромосферы Солнце во время полного затмения в 1968г. В дальнейшем, в результате развития экспериментальной и теоретической физики стало возможным с помощью спектрального анализа определять буквально все физические характеристики небесных тел и межзвёздной среды.
Спектры позволяют узнать температуру газа, его плотность, относительное содержание разных химических элементов, состояние атомов этих элементов, скорости движения газа, напряженности магнитных полей. По спектрам звезд можно также вычислить расстояние до них, узнать их скорости движения по лучу зрения, измерить вращение и выяснить многое другое.
В современных спектральных, приборах, применяемых в телескопах, используют новейшие фотоэлектрические приёмники излучения, которые гораздо точнее, чувствительнее, чем фотопластинка или человеческий глаз.
Фотоэлементы – это устройства, преобразующие световой поток в электрический сигнал. Фотоэффект - испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Астрофизические инструментыБурное развитие экспериментальной физики привело к созданию астрофизических инструментов, предназначенных для изучения невидимых глазом электромагнитных волн.
Астрофизика стала «многоволновой». Это, конечно, неизмеримо расширило ее возможности получать информацию о небесных телах. Еще в 30-е гг. текущего столетия было открыто радиоизлучение нашей Галактики. В последующие годы построены гигантские радиотелескопы и сложные системы таких радиотелескопов. С помощью радиотелескопов наблюдают, например, холодный межзвездный газ, не излучающий видимого света, изучают движение электронов в межзвездных магнитных полях. Радиоизлучение приходит на Землю от далеких галактик, часто свидетельствуя о происходящих там бурных взрывных процессах.
Декабрь 1931 года ... В одной из армейских лабораторий ее сотрудник Карл Янский изучает атмосферные помехи радиоприему. Нормальный ход радиопередачи на волне 14,7 м нарушен шумами, интенсивность которых не остается постоянной. Постепенно выясняется загадочная периодичность — каждые 23 часа 56 минут помехи становятся особенно сильными. И так изо дня в день, из месяца в месяц.
Впрочем, загадка быстро находит свое решение. Странный период в точности равен продолжительности звездных суток в единицах солнечного времени. Через каждые 23 часа 56 минут по обычным часам, отсчитывающим солнечное время, земной шар совершает полный оборот вокруг своей оси, и все звезды снова возвращаются в первоначальное положение относительно горизонта любого пункта Земли.
Отсюда Янский делает естественный вывод: досадные помехи имеют космическое происхождение. Какая-то таинственная космическая «радиостанция» раз в сутки занимает такое положение на небе, что ее радиопередача достигает наибольшей интенсивности.
Янский пытается отыскать объект, вызывающий радиопомехи. И, несмотря на совершенство радиоаппаратуры, виновник найден. Радиоволны исходят из созвездия Стрельца, того самого, в направлении которого находится ядро нашей звездной системы — Галактики. Так родилась радиоастрономия — одна из наиболее увлекательных отраслей современной астрономии
Радиоастрономия – часть астрофизической науки - стала одним из основных способов изучения нейтронных звёзд-пульсаров. Радиоволны несут сведения об остатках вспышек сверхновых звёзд и о совершенно удивительных условиях в плотных газовых облаках.
При падении 30 июня 1908г. Тунгусского метеорита по всей центральной Сибири был виден большой ослепительно-яркий болид. Установлено, что в земную атмосферу со скоростью 70 км/с. влетело метеоритное тело массой более 1000000 тонн, коснулось Земли, снова взлетело в небо и, пролетев какое-то расстояние, упало окончательно. Удары огромной силы были слышны в тысяче километров от места падения. Волна сжатия, созданная в атмосфере, несколько раз обошла вокруг Земли. Колебания магнитного поля, затухая, длились несколько часов. Характер этих колебаний удалось определить лишь с помощью астрофизических наблюдений.
Наконец, ярчайшее открытие! Радиоастрономия позволила открыть реликтовое излучение Вселенной - слабое электромагнитное излучение, заполняющее всю Вселенную и имеющее температуру около 3 К.
Радиоастрономия использует сейчас самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенные системы. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются не досягаемыми для обычных оптических телескопов. Радиоастрономия стала неотъемлемой частью современного естествознания. Перед человечеством раскрылся радио космос — картина Вселенной в радиоволнах.
Мы живем в мире волн. Любое тело, будь то книга, ваше тело или звезда, излучает энергию в форме электромагнитных волн. Человеческий глаз чувствителен далеко не ко всем из них. Лишь ничтожная доля электромагнитных волн, попадая на сетчатку глаза, вызывает ощущение света. Но и этой доли оказывается достаточно, чтобы наполнить земной шар сиянием солнечного света и гаммой всевозможных красок. Быть может, наша ограниченность в восприятии электромагнитных волн есть благодетельная забота о нас самой природы. Ведь если бы человек воспринимал все излучения, существующие в природе, не был ли бы он подавлен их бесконечным многообразием? Инфракрасное излучениеМного интересного узнали астрофизики с помощью инфракрасных лучей, которые свободно проходят сквозь облака пыли, поглощающие видимый свет. Инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и коротковолновым радиоизлучением. За красной границей видимого спектра лежит область невидимых инфракрасных лучей. Некоторые из них, с длиной волны значительно меньшей одного сантиметра, способны заметно нагреть наше тело, и потому их иногда называют тепловыми лучами. Когда вы подносите руку к раскаленному утюгу и на каком-то расстоянии чувствуете его тепло, в этот момент ваша рука подвергается именно этих инфракрасных, «тепловых» лучей.
Так, в инфракрасных лучах наблюдаются процессы в ядре нашей Галактики, а также «молодые» звезды, зарождающиеся в плотных газово-пылевых комплексах.Ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма – излученияОсобый интерес для астрономии имеет астрофизика высоких энергий, изучающая процессы бурного выделения энергии, часто связанные с катастрофическими явлениями в небесных телах. Возникающее при этом электромагнитное излучение имеет высокую частоту, соответственно короткую длину волны и относится к невидимым ультрафиолетовым, рентгеновским и гамма-лучам. Ультрафиолетовые лучи — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовым концом видимого излучения и рентгеновским излучением. Рентгеновские лучи - электромагнитное ионизирующее излучение, занимающее спектральную область между гамма- и ультрафиолетовым излучением. Гамма-лучи - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными (Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны.) и слабо выраженными волновыми свойствами.
Хорошо известно, что по обе стороны видимого спектра располагаются области невидимых излучений. Таковы ультрафиолетовые лучи с длиной волны меньше 400 миллимикрон. Они обнаруживают свое существование по-разному. В жаркий солнечный день некоторые из них вызывают загар на нашей коже. Те же лучи сильно воздействуют на эмульсию обычных фотопластинок, оставляя на ней хорошо видимые следы. К ультрафиолетовым лучам примыкают рентгеновы лучи, широко применяемые в медицине. Наиболее коротковолновые из известных излучений, так называемые гамма лучи, выделяются при радиоактивном распаде. Их энергия весьма велика и они очень опасны — мощное гамма-излучение может породить мучительные явление лучевой болезни
Эти виды излучений поглощаются земной атмосферой. Поэтому развитие данных разделов наблюдательной астрофизики стало возможно только с началом космической эры, после создания обитаемых и автоматических научных станций за пределами земной атмосферы.
Астрофизика высоких энергий привела ко многим удивительным открытиям. С помощью рентгеновских телескопов были открыты горячий газ в скоплениях галактик, импульсное рентгеновское излучение нейтронных звезд в двойных звездных системах. Наконец, было открыто излучение сильно - нагретого плотного газа, по-видимому, закручивающегося вихрем при падении в черную дыру. Гамма-телескопы позволили обнаружить в центре нашей Галактики процессы аннигиляции электронов и позитронов — превращения их при столкновении в гамма-излучение.
Нейтринная астрономияЭто новый раздел наблюдательной астрономии, связанный с поиском и исследованием потоков Нейтрино от источников внеземного происхождения начал развиваться в 80-е годы. Нейтрино является единственным видом излучения, который приходит к земному наблюдателю из самых глубоких недр Солнца и звёзд и несёт в себе информацию об их внутренней структуре и о происходящих там процессах. Современные средства регистрации нейтрино допускают возможность обнаружения нейтринного излучения лишь от Солнца и сверхновых звёзд нашей Галактики.
Уже первые данные о потоках солнечных нейтрино позволили сделать очень интересные гипотезы в процессах термоядерного синтеза в недрах солнца; их предстоит проверить в будущих опытах.
Существование мощного потока нейтрино от Солнца вытекает из современной концепции происхождения и строения Солнца, согласно которой его светимость полностью обеспечивается энергией термоядерного превращения водорода в гелий в центральной области Солнца. Как показывают расчёты моделей Солнца, основной вклад в энерговыделение даёт водородный цикл, а доля углеродно-азотного (CNO) цикла составляет не более 1% .
Первые эксперименты по наблюдению солнечных нейтрино осуществлены американским учёным Р. Девисом с сотрудниками в 1967—68 с помощью радиохимического нейтринного детектора, содержащего 610 т жидкого перхлорэтилена (C2Cl4).
Потоки нейтрино от других «спокойных» звёзд, даже самых близких, очень малы и не могут быть зарегистрированы современными методами. Вместе с тем вполне осуществимой представляется задача наблюдения нейтринных вспышек от звёзд в момент их гравитационного коллапса. Наиболее вероятными объектами являются сверхновые звёзды нашей Галактики, непосредственно перед взрывом которых происходит коллапс центрального ядра. Нейтринная вспышка может быть зарегистрирована даже в том случае, если сверхновая оптически не наблюдаема. Длительность такой вспышки 0,01 сек. Измеряя время запаздывания начала вспышки, зарегистрированного детекторами в разных местах земного шара, можно установить направление прихода нейтринного излучения. Вспышки могут быть зарегистрированы водородсодержащим сцинтиллятором массой в несколько сотен т в виде характерной серии импульсов. Такие эксперименты проводятся в России и в США.
Заключение
На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн.
Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ее атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц, падающих на границу земной атмосферы: астрономы могут исследовать все виды частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.
Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.
Самое, пожалуй, удивительное в современной физике—это неожиданная связь между космосом, где галактики и звездные скопления разбросаны подобно редким пылинкам, и тесным, исчезающе малым микромиром элементарных частиц. Два полюса мироздания! На одном огромная, расширяющаяся Вселенная, на другом—не видимые ни под каким микроскопом, почти эфемерные «кирпичики» вещества. И вот оказывается, что при определенных условиях Вселенная может обладать свойствами микрочастицы, а некоторые микрообъекты, возможно, содержат внутри себя целые космические миры. Во всяком случае, так говорит теория. Большое и малое, сложное и простое—здесь все переплелось. Как хитро устроена природа! Она как масштабная линейка, завязанная в узел. Поди разберись, где тут начало! Из чего состоят протон и нейтрон? Есть ли что-нибудь еще глубже, меньше? И вообще, может ли быть предел делимости материи? Что творилось в нашей Вселенной, когда она была еще совсем юной и ее размеры были в миллиарды миллиардов раз меньше атома? Что такое античастицы и существуют ли миры из антивещества? Масса вопросов, и каждый из них тянет за собой вереницу новых, про которые и самим ученым еще далеко не все ясно. Вселенная оказывается бесконечно многообразной, неисчерпаемой для исследователя…
«Здесь скрыты столь глубокие тайны и столь возвышенные мысли, что, несмотря на старания сотен остроумнейших мыслителей, трудившихся в течение тысяч лет, еще не удалось проникнуть в них, и радость творческих исканий и открытий все еще продолжает существовать». Эти слова, сказанные Галилеем три с половиной столетия назад, нисколько не устарели.
Список использованной литературы.
1. Засов А.В., Кононович Э.В. Астрономия: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. 3-е изд. –М.: Просвещение, АО «Московские учебники», 2001.
2. О. Струве, Б. Линдс, Э. Пилланс. Элементарная астрономия. 2-е изд. –М.: Наука, 1967.
3. Моше Д. Астрономия: Книга для учащихся. Перевод с английского/Под редакцией А. А. Гурштейна. – М.: Просвещение, 1985.
4. Агекян Т. А. Звёзды, галактики, Метагалактика. –3-е изд. –М.: Наука, 1981.
5. Зигель Ф.Ю. Астрономия в её развитии: Книга для учащихся 8-10 классов средней школы. –М.: Просвещение, 1988.
6.Энциклопедический словарь юного физика. –М.: Педагогика, 1984.- slovari.yandex.ru
- astrophys.ru С
100-bal.ru
«Средняя общеобразовательная школа №2» муниципального образования
«Лениногорский муниципальный район» Республики Татарстан
РЕФЕРАТ
на тему: «Физика и космос»
Выполнили:
Хамидуллина А.М.,
Золина С.С.,
ученицы 11 Б класса
Преподаватель:
Журавлева М.П.
Лениногорск 2011
Содержание:
Введение
По ходу знакомства с окружающей нас Вселенной возникали новые области познания. Рождались отдельные направления исследований, постепенно складывавшиеся в самостоятельные научные дисциплины. Все они, разумеется, объединялись общими интересами астрономии, но сравнительно узкая специализация внутри астрономии все больше и больше давала себя знать.
Астрофизика — та отрасль астрономии, которая изучает физическую природу небесных тел. А стало это возможным благодаря изобретению телескопа, который далекое сделал близким и позволил рассмотреть удивительные подробности на небе и небесных телах. Особенно бурное развитие астрофизика испытала с открытием спектрального анализа в XIX в. Стремительный рост астрофизических знаний, невиданно быстрое расширение средств исследования физики космоса продолжается и в наше время.
Мы хотели бы больше узнать о физической сфере астрономии. Данная тема актуальна особенно в этом году, так как 12 апреля 2011 года исполнилось 50 лет со дня первого полета в космос, также в последнее время профессии в области астрономии очень популярны. Данный материал может быть использован преподавателями и учениками в школах.
Цель данного реферата: изучение темы, обучение методике анализа, обобщения, осмысления информации и приобретение знаний по прочитанному курсу.
Задачи:
- изучение литературы, связанной с физикой и астрономией;
- сбор и обобщение материала;
- написание и оформление реферата;
- представление реферата в медиаприложении.
Ещё с древних времен бесконечно-глубокое пространство, усыпанное множеством сияющих алмазов, манило людей и притягивало их взгляды…
С тех пор как на Земле существуют люди, они всегда жаждали знать больше о небесных телах, о далеких звездных мирах, о необъятной волшебной вселенной…
Древние китайцы изучали звездное небо и составляли самые первые звездные карты… Древние египтяне наблюдали за Луной, Солнцем и звездами… Наконец человек достиг того, к чему стремился многие миллионы лет…
Физика и космос Астрофизика – именно та наука, которая позволила человеку сделать важнейшие открытия в самых далеких уголках вселенной. Астрофизика – раздел астрономии, изучающий физическую природу небесных тел и их систем, их происхождение и эволюцию.
Как ясно из самого названия, астрофизика – это физика небесных тел. Космос является по существу большой физической «лабораторией», где возникают условия, часто совершенно недостижимые в земных физических лабораториях и представляющие поэтому исключительный интерес для науки.
Астрофизика обнаружила большое разнообразие в звездном мире. Звезды отличаются температурами, светимости (т.е. мощностями излучения), размерами и др. характеристиками. Классификация зрения основывается на сравнительном изучении их спектров. Между спектрами звезд и их светимости установлена определенная связь, выражающаяся диаграммой спектр - светимость. Большинство зрение размещается почти по диагонали диаграммы, образуя главную последовательность (к ней принадлежит и Солнце). Многие зрение не укладывается в главную последовательность и образует особые классы. Таковы, например, классы относительно холодных звезд, классы гигантов и сверхгигантов и т.д. Очень интересен класс белых карликов - горячих звезд сравнительно небольших размеров с очень большой плотностью (до 105 - 106 г / см 3).Наблюдается много двойных звезд, кратных звезд, а также переменных звезд разных типов. Особенно интересны новые звезды, которые внезапно вспыхивают, усиливая свое излучения в десятки тысяч раз. Астрофизика достигла больших успехов в изучении звездных атмосфер, в частности атмосферы Солнца. В нижней части солнечной атмосферы - фотосфере возникает излучение с непрерывным спектром. В расположенном над ней преобразующем слое происходят сложные процессы, под влиянием которых в спектре Солнца возникают темные линии поглощения - Фраунгофера линии. Еще выше находится хромосфера. Внешняя часть солнечной атмосферы - солнечная корона - очень обширным образованием, во время полных солнечных затмений наблюдается в виде серебристого сияния. Различные свойства солнечной короны, которые долгое время казались загадочными, объясняются ее высокой кинетической температурой, достигающей миллионов градусов. Процессы в атмосфере Солнца влияют на геофизические явления.
Внутреннее строение Солнца и зрение можно вычислить теоретически, на основании законов механики и физики. Расчеты показывают, что температура, плотность и давление звездного вещества с приближением к центру звезды растут. Источником энергии большинства звезд главной последовательности, очевидно, термоядерные реакции, которые сопровождаются превращением водорода в гелий.
Большой интерес представляют нестационарные звезды, в которых относительно быстро происходят изменения физических свойств. Изучение этих зрение является основой решения проблемы звездной эволюции. Значительно развилась физика газовых туманностей, особенно планетарных. Их свечение вызывается флуоресценцией под воздействием излучения горячих звезд.
Важных результатов достигла астрофизика в изучении планет. В частности, исследования поверхности Марса позволили приблизиться к решению вопроса о жизни на этой планете. Астрофизика успешно изучает физические особенности комет. Исследование метеоров составляет не только астрофизический, но и геофизический интерес, так как оно связано с проблемой верхних слоев атмосферы.
В развитие астрофизики большой вклад внесли советские ученые. Имена Ф. А. Бредихина, А. А. Белопольского, Г. А. Тихова, В. Г. Фесенкова, С. В. Орлова и многих других связанны с разработкой основных разделов астрофизики. Академик В. А. Амбарцумян и его ученики выполнили фундаментальные исследования в изучении газовых туманностей и звездных атмосфер, по теории рассеяния света, физики нестационарных звезд и в других областях астрофизики. Больших успехов достигнуто в изучении процессов на Солнце (Э. Р. Мустель, А. Б. Северный, В. А. Крат, И. С. Шкловский и др.), в изучении планет (Г. А. Тихов, Н. П. Барабашев и др.), межпланетной среды (В. Г. Фесенкова и др.).
Главной задачей при изучении планет является приведение в систему многочисленных фактов и создание цельного представления о их природе.
Изучение движения планет велось с незапамятных времён, в силу того, что космические тела, например Луна, наблюдаемы с Земли без специальных аппаратов. Визуально можно заметить ассиметричное строение полушарий нашего спутника. Но настоящее изучение планет, их особенностей началось с помощью физики и телескопов. На основе этих наблюдений были объяснены лунные затмения, влияние Лунных фаз на состояние человека и природные явления.На основе данных наблюдательной астрофизики, опираясь на законы физики, астрономы делают выводы об условиях в небесных телах, которые непосредственно не наблюдаются. Например, рассчитывают внутреннее строение звёзд и Солнца с использованием наблюдательных данных об условиях на их поверхности. Теоретическая астрофизика позволяет также описать эволюцию Солнца, звёзд и других небесных тел.
Астрофизические методы Среди методов астрофизики большое значение имеет астрофотометрия, задачей которой является измерение блеска небесных тел с помощью визуальных, фотографических и фотоэлектрических наблюдений. Еще большую роль в астрофизике играет астроспектроскопия. Изучение спектров небесных тел позволяет судить о химическом составе и физическом состоянии вещества на этих телах, определять температуру зрение, вычислять скорость приближения или удаления звезды, делать выводы о вращении звезд, о различных физических процессах, происходящих в атмосферах Солнца и звезд, в газовых туманностях и в межзвездной среде. В связи с запуском в СССР первых искусственных спутников Земли и Солнца астрофизика получила новые методы исследований. Аппаратура, установленная на спутниках, позволяет регистрировать излучение небесных тел далеко за пределами атмосферы Земли.Астрофизические методы исследования имеют две существенные особенности, отличающие их от методов лабораторной физики. Во-первых, в лаборатории физик сам ставит эксперименты, подвергает исследуемые тела различным воздействиям. В астрофизике возможны только пассивные наблюдения, так как пока нельзя проводить эксперименты, например, на звездах. Во-вторых, если в лаборатории можно непосредственно измерять температуру, плотность, химический состав тел и т. д., то в астрофизике почти все данные о далеких небесных телах получают с помощью анализа приходящих от них электромагнитных волн — видимого света и других, невидимых глазом лучей.
Какие же особенности планет и Луны были выявлены и объяснены астрофизиками? Луна вращается в течение одного и того же времени, как вокруг своей оси, так и вокруг оси Земли, следовательно, земляне видят только одну сторону этого космического тела. Поэтому астрофизика позволила с помощью радиолокации, основанной на физических законах, составить карту лунной поверхности, видимой с Земли. Огромные углубления были названы морями, но без воды, а светлые участки это настоящие горы, высота которых достигает 8000 метров. Обнаружены острые скалы, огромное количество кратеров вулканического и метеоритного происхождения.
Основу астрофизики составляют астрофизические наблюдения. При этом важнейший метод - спектральный анализ, т. е. исследование потока энергии приходящего на землю излучения в зависимости от длины электромагнитных волн. Электромагнитные волны несут информацию об условиях в веществе, где они зарождаются или испытывают поглощение и рассеяние. Задача спектрального анализа - расшифровать информацию. Появление спектрального анализа во второй половине двадцатого века сразу позволило делать выводы о химическом составе небесных тел.
Одним из первых блестящих достижений астрофизики, полученных с помощью этой экспериментальной методики, явилось открытие неизвестного ранее элемента – гелия - при изучении спектра хромосферы Солнце во время полного затмения в 1968г. В дальнейшем, в результате развития экспериментальной и теоретической физики стало возможным с помощью спектрального анализа определять буквально все физические характеристики небесных тел и межзвёздной среды.
Спектры позволяют узнать температуру газа, его плотность, относительное содержание разных химических элементов, состояние атомов этих элементов, скорости движения газа, напряженности магнитных полей. По спектрам звезд можно также вычислить расстояние до них, узнать их скорости движения по лучу зрения, измерить вращение и выяснить многое другое.
В современных спектральных, приборах, применяемых в телескопах, используют новейшие фотоэлектрические приёмники излучения, которые гораздо точнее, чувствительнее, чем фотопластинка или человеческий глаз.
Фотоэлементы – это устройства, преобразующие световой поток в электрический сигнал. Фотоэффект - испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Астрофизические инструменты Бурное развитие экспериментальной физики привело к созданию астрофизических инструментов, предназначенных для изучения невидимых глазом электромагнитных волн.
Астрофизика стала «многоволновой». Это, конечно, неизмеримо расширило ее возможности получать информацию о небесных телах. Еще в 30-е гг. текущего столетия было открыто радиоизлучение нашей Галактики. В последующие годы построены гигантские радиотелескопы и сложные системы таких радиотелескопов. С помощью радиотелескопов наблюдают, например, холодный межзвездный газ, не излучающий видимого света, изучают движение электронов в межзвездных магнитных полях. Радиоизлучение приходит на Землю от далеких галактик, часто свидетельствуя о происходящих там бурных взрывных процессах.
Декабрь 1931 года ... В одной из армейских лабораторий ее сотрудник Карл Янский изучает атмосферные помехи радиоприему. Нормальный ход радиопередачи на волне 14,7 м нарушен шумами, интенсивность которых не остается постоянной. Постепенно выясняется загадочная периодичность — каждые 23 часа 56 минут помехи становятся особенно сильными. И так изо дня в день, из месяца в месяц.
Впрочем, загадка быстро находит свое решение. Странный период в точности равен продолжительности звездных суток в единицах солнечного времени. Через каждые 23 часа 56 минут по обычным часам, отсчитывающим солнечное время, земной шар совершает полный оборот вокруг своей оси, и все звезды снова возвращаются в первоначальное положение относительно горизонта любого пункта Земли.
Отсюда Янский делает естественный вывод: досадные помехи имеют космическое происхождение. Какая-то таинственная космическая «радиостанция» раз в сутки занимает такое положение на небе, что ее радиопередача достигает наибольшей интенсивности.
Янский пытается отыскать объект, вызывающий радиопомехи. И, несмотря на совершенство радиоаппаратуры, виновник найден. Радиоволны исходят из созвездия Стрельца, того самого, в направлении которого находится ядро нашей звездной системы — Галактики. Так родилась радиоастрономия — одна из наиболее увлекательных отраслей современной астрономии
Радиоастрономия – часть астрофизической науки - стала одним из основных способов изучения нейтронных звёзд-пульсаров. Радиоволны несут сведения об остатках вспышек сверхновых звёзд и о совершенно удивительных условиях в плотных газовых облаках.
При падении 30 июня 1908г. Тунгусского метеорита по всей центральной Сибири был виден большой ослепительно-яркий болид. Установлено, что в земную атмосферу со скоростью 70 км/с. влетело метеоритное тело массой более 1000000 тонн, коснулось Земли, снова взлетело в небо и, пролетев какое-то расстояние, упало окончательно. Удары огромной силы были слышны в тысяче километров от места падения. Волна сжатия, созданная в атмосфере, несколько раз обошла вокруг Земли. Колебания магнитного поля, затухая, длились несколько часов. Характер этих колебаний удалось определить лишь с помощью астрофизических наблюдений.
Наконец, ярчайшее открытие! Радиоастрономия позволила открыть реликтовое излучение Вселенной - слабое электромагнитное излучение, заполняющее всю Вселенную и имеющее температуру около 3 К.
Радиоастрономия использует сейчас самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенные системы. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются не досягаемыми для обычных оптических телескопов. Радиоастрономия стала неотъемлемой частью современного естествознания. Перед человечеством раскрылся радио космос — картина Вселенной в радиоволнах.
Мы живем в мире волн. Любое тело, будь то книга, ваше тело или звезда, излучает энергию в форме электромагнитных волн. Человеческий глаз чувствителен далеко не ко всем из них. Лишь ничтожная доля электромагнитных волн, попадая на сетчатку глаза, вызывает ощущение света. Но и этой доли оказывается достаточно, чтобы наполнить земной шар сиянием солнечного света и гаммой всевозможных красок. Быть может, наша ограниченность в восприятии электромагнитных волн есть благодетельная забота о нас самой природы. Ведь если бы человек воспринимал все излучения, существующие в природе, не был ли бы он подавлен их бесконечным многообразием? Инфракрасное излучение Много интересного узнали астрофизики с помощью инфракрасных лучей, которые свободно проходят сквозь облака пыли, поглощающие видимый свет. Инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и коротковолновым радиоизлучением. За красной границей видимого спектра лежит область невидимых инфракрасных лучей. Некоторые из них, с длиной волны значительно меньшей одного сантиметра, способны заметно нагреть наше тело, и потому их иногда называют тепловыми лучами. Когда вы подносите руку к раскаленному утюгу и на каком-то расстоянии чувствуете его тепло, в этот момент ваша рука подвергается именно этих инфракрасных, «тепловых» лучей.
Так, в инфракрасных лучах наблюдаются процессы в ядре нашей Галактики, а также «молодые» звезды, зарождающиеся в плотных газово-пылевых комплексах.
Ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма – излучения Особый интерес для астрономии имеет астрофизика высоких энергий, изучающая процессы бурного выделения энергии, часто связанные с катастрофическими явлениями в небесных телах. Возникающее при этом электромагнитное излучение имеет высокую частоту, соответственно короткую длину волны и относится к невидимым ультрафиолетовым, рентгеновским и гамма-лучам. Ультрафиолетовые лучи — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовым концом видимого излучения и рентгеновским излучением. Рентгеновские лучи - электромагнитное ионизирующее излучение, занимающее спектральную область между гамма- и ультрафиолетовым излучением. Гамма-лучи - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными (Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны.) и слабо выраженными волновыми свойствами.Хорошо известно, что по обе стороны видимого спектра располагаются области невидимых излучений. Таковы ультрафиолетовые лучи с длиной волны меньше 400 миллимикрон. Они обнаруживают свое существование по-разному. В жаркий солнечный день некоторые из них вызывают загар на нашей коже. Те же лучи сильно воздействуют на эмульсию обычных фотопластинок, оставляя на ней хорошо видимые следы. К ультрафиолетовым лучам примыкают рентгеновы лучи, широко применяемые в медицине. Наиболее коротковолновые из известных излучений, так называемые гамма лучи, выделяются при радиоактивном распаде. Их энергия весьма велика и они очень опасны — мощное гамма-излучение может породить мучительные явление лучевой болезни
Эти виды излучений поглощаются земной атмосферой. Поэтому развитие данных разделов наблюдательной астрофизики стало возможно только с началом космической эры, после создания обитаемых и автоматических научных станций за пределами земной атмосферы.
Астрофизика высоких энергий привела ко многим удивительным открытиям. С помощью рентгеновских телескопов были открыты горячий газ в скоплениях галактик, импульсное рентгеновское излучение нейтронных звезд в двойных звездных системах. Наконец, было открыто излучение сильно - нагретого плотного газа, по-видимому, закручивающегося вихрем при падении в черную дыру. Гамма-телескопы позволили обнаружить в центре нашей Галактики процессы аннигиляции электронов и позитронов — превращения их при столкновении в гамма-излучение.
Нейтринная астрономия Это новый раздел наблюдательной астрономии, связанный с поиском и исследованием потоков Нейтрино от источников внеземного происхождения начал развиваться в 80-е годы. Нейтрино является единственным видом излучения, который приходит к земному наблюдателю из самых глубоких недр Солнца и звёзд и несёт в себе информацию об их внутренней структуре и о происходящих там процессах. Современные средства регистрации нейтрино допускают возможность обнаружения нейтринного излучения лишь от Солнца и сверхновых звёзд нашей Галактики.
Уже первые данные о потоках солнечных нейтрино позволили сделать очень интересные гипотезы в процессах термоядерного синтеза в недрах солнца; их предстоит проверить в будущих опытах.
Существование мощного потока нейтрино от Солнца вытекает из современной концепции происхождения и строения Солнца, согласно которой его светимость полностью обеспечивается энергией термоядерного превращения водорода в гелий в центральной области Солнца. Как показывают расчёты моделей Солнца, основной вклад в энерговыделение даёт водородный цикл, а доля углеродно-азотного (CNO) цикла составляет не более 1% .
Первые эксперименты по наблюдению солнечных нейтрино осуществлены американским учёным Р. Девисом с сотрудниками в 1967—68 с помощью радиохимического нейтринного детектора, содержащего 610 т жидкого перхлорэтилена (C2Cl4).
Потоки нейтрино от других «спокойных» звёзд, даже самых близких, очень малы и не могут быть зарегистрированы современными методами. Вместе с тем вполне осуществимой представляется задача наблюдения нейтринных вспышек от звёзд в момент их гравитационного коллапса. Наиболее вероятными объектами являются сверхновые звёзды нашей Галактики, непосредственно перед взрывом которых происходит коллапс центрального ядра. Нейтринная вспышка может быть зарегистрирована даже в том случае, если сверхновая оптически не наблюдаема. Длительность такой вспышки 0,01 сек. Измеряя время запаздывания начала вспышки, зарегистрированного детекторами в разных местах земного шара, можно установить направление прихода нейтринного излучения. Вспышки могут быть зарегистрированы водородсодержащим сцинтиллятором массой в несколько сотен т в виде характерной серии импульсов. Такие эксперименты проводятся в России и в США.
Заключение
На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн.
Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ее атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц, падающих на границу земной атмосферы: астрономы могут исследовать все виды частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.
Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.
Самое, пожалуй, удивительное в современной физике—это неожиданная связь между космосом, где галактики и звездные скопления разбросаны подобно редким пылинкам, и тесным, исчезающе малым микромиром элементарных частиц. Два полюса мироздания! На одном огромная, расширяющаяся Вселенная, на другом—не видимые ни под каким микроскопом, почти эфемерные «кирпичики» вещества. И вот оказывается, что при определенных условиях Вселенная может обладать свойствами микрочастицы, а некоторые микрообъекты, возможно, содержат внутри себя целые космические миры. Во всяком случае, так говорит теория. Большое и малое, сложное и простое—здесь все переплелось. Как хитро устроена природа! Она как масштабная линейка, завязанная в узел. Поди разберись, где тут начало! Из чего состоят протон и нейтрон? Есть ли что-нибудь еще глубже, меньше? И вообще, может ли быть предел делимости материи? Что творилось в нашей Вселенной, когда она была еще совсем юной и ее размеры были в миллиарды миллиардов раз меньше атома? Что такое античастицы и существуют ли миры из антивещества? Масса вопросов, и каждый из них тянет за собой вереницу новых, про которые и самим ученым еще далеко не все ясно. Вселенная оказывается бесконечно многообразной, неисчерпаемой для исследователя…
«Здесь скрыты столь глубокие тайны и столь возвышенные мысли, что, несмотря на старания сотен остроумнейших мыслителей, трудившихся в течение тысяч лет, еще не удалось проникнуть в них, и радость творческих исканий и открытий все еще продолжает существовать». Эти слова, сказанные Галилеем три с половиной столетия назад, нисколько не устарели.
Список использованной литературы.
1. Засов А.В., Кононович Э.В. Астрономия: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. 3-е изд. –М.: Просвещение, АО «Московские учебники», 2001.
2. О. Струве, Б. Линдс, Э. Пилланс. Элементарная астрономия. 2-е изд. –М.: Наука, 1967.
3. Моше Д. Астрономия: Книга для учащихся. Перевод с английского/Под редакцией А. А. Гурштейна. – М.: Просвещение, 1985.
4. Агекян Т. А. Звёзды, галактики, Метагалактика. –3-е изд. –М.: Наука, 1981.
5. Зигель Ф.Ю. Астрономия в её развитии: Книга для учащихся 8-10 классов средней школы. –М.: Просвещение, 1988.
6.Энциклопедический словарь юного физика. –М.: Педагогика, 1984. - slovari.yandex.ru
- astrophys.ru С
mognovse.ru
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №2» муниципального образования
«Лениногорский муниципальный район» Республики Татарстан
РЕФЕРАТ
на тему: «Физика и космос»
Выполнили:
Хамидуллина А.М.,
Золина С.С.,
ученицы 11 Б класса
Преподаватель:
Журавлева М.П.
Лениногорск 2011
Содержание:
I. Введение
II. Физика и космос
III. Астрофизические методы
IV. Астрофизические инструменты
- Радиоастрономия
- Инфракрасное излучение
- Ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма – излучения
V. Нейтринная астрономия
VI. Заключение
VII. Список литературы
Введение
По ходу знакомства с окружающей нас Вселенной возникали новые области познания. Рождались отдельные направления исследований, постепенно складывавшиеся в самостоятельные научные дисциплины. Все они, разумеется, объединялись общими интересами астрономии, но сравнительно узкая специализация внутри астрономии все больше и больше давала себя знать.
Астрофизика — та отрасль астрономии, которая изучает физическую природу небесных тел. А стало это возможным благодаря изобретению телескопа, который далекое сделал близким и позволил рассмотреть удивительные подробности на небе и небесных телах. Особенно бурное развитие астрофизика испытала с открытием спектрального анализа в XIX в. Стремительный рост астрофизических знаний, невиданно быстрое расширение средств исследования физики космоса продолжается и в наше время.
Мы хотели бы больше узнать о физической сфере астрономии. Данная тема актуальна особенно в этом году, так как 12 апреля 2011 года исполнилось 50 лет со дня первого полета в космос, также в последнее время профессии в области астрономии очень популярны. Данный материал может быть использован преподавателями и учениками в школах.
Цель данного реферата: изучение темы, обучение методике анализа, обобщения, осмысления информации и приобретение знаний по прочитанному курсу.
Задачи :
- изучение литературы, связанной с физикой и астрономией;
- сбор и обобщение материала;
- написание и оформление реферата;
- представление реферата в медиаприложении.
Ещё с древних времен бесконечно-глубокое пространство, усыпанное множеством сияющих алмазов, манило людей и притягивало их взгляды…
С тех пор как на Земле существуют люди, они всегда жаждали знать больше о небесных телах, о далеких звездных мирах, о необъятной волшебной вселенной…
Древние китайцы изучали звездное небо и составляли самые первые звездные карты… Древние египтяне наблюдали за Луной, Солнцем и звездами… Наконец человек достиг того, к чему стремился многие миллионы лет…
Физика и космос
Астрофизика – именно та наука, которая позволила человеку сделать важнейшие открытия в самых далеких уголках вселенной. Астрофизика – раздел астрономии, изучающий физическую природу небесных тел и их систем, их происхождение и эволюцию.
Как ясно из самого названия, астрофизика – это физика небесных тел. Космос является по существу большой физической «лабораторией», где возникают условия, часто совершенно недостижимые в земных физических лабораториях и представляющие поэтому исключительный интерес для науки.
Астрофизика обнаружила большое разнообразие в звездном мире. Звезды отличаются температурами, светимости (т.е. мощностями излучения), размерами и др. характеристиками. Классификация зрения основывается на сравнительном изучении их спектров. Между спектрами звезд и их светимости установлена определенная связь, выражающаяся диаграммой спектр - светимость. Большинство зрение размещается почти по диагонали диаграммы, образуя главную последовательность (к ней принадлежит и Солнце). Многие зрение не укладывается в главную последовательность и образует особые классы. Таковы, например, классы относительно холодных звезд, классы гигантов и сверхгигантов и т.д. Очень интересен класс белых карликов - горячих звезд сравнительно небольших размеров с очень большой плотностью (до 105 - 106 г / см 3). Наблюдается много двойных звезд, кратных звезд, а также переменных звезд разных типов. Особенно интересны новые звезды, которые внезапно вспыхивают, усиливая свое излучения в десятки тысяч раз. Астрофизика достигла больших успехов в изучении звездных атмосфер, в частности атмосферы Солнца. В нижней части солнечной атмосферы - фотосфере возникает излучение с непрерывным спектром. В расположенном над ней преобразующем слое происходят сложные процессы, под влиянием которых в спектре Солнца возникают темные линии поглощения - Фраунгофера линии. Еще выше находится хромосфера. Внешняя часть солнечной атмосферы - солнечная корона - очень обширным образованием, во время полных солнечных затмений наблюдается в виде серебристого сияния. Различные свойства солнечной короны, которые долгое время казались загадочными, объясняются ее высокой кинетической температурой, достигающей миллионов градусов. Процессы в атмосфере Солнца влияют на геофизические явления.
Внутреннее строение Солнца и зрение можно вычислить теоретически, на основании законов механики и физики. Расчеты показывают, что температура, плотность и давление звездного вещества с приближением к центру звезды растут. Источником энергии большинства звезд главной последовательности, очевидно, термоядерные реакции, которые сопровождаются превращением водорода в гелий.
Большой интерес представляют нестационарные звезды, в которых относительно быстро происходят изменения физических свойств. Изучение этих зрение является основой решения проблемы звездной эволюции. Значительно развилась физика газовых туманностей, особенно планетарных. Их свечение вызывается флуоресценцией под воздействием излучения горячих звезд.
Важных результатов достигла астрофизика в изучении планет. В частности, исследования поверхности Марса позволили приблизиться к решению вопроса о жизни на этой планете. Астрофизика успешно изучает физические особенности комет. Исследование метеоров составляет не только астрофизический, но и геофизический интерес, так как оно связано с проблемой верхних слоев атмосферы.
В развитие астрофизики большой вклад внесли советские ученые. Имена Ф. А. Бредихина, А. А. Белопольского, Г. А. Тихова, В. Г. Фесенкова, С. В. Орлова и многих других связанны с разработкой основных разделов астрофизики. Академик В. А. Амбарцумян и его ученики выполнили фундаментальные исследования в изучении газовых туманностей и звездных атмосфер, по теории рассеяния света, физики нестационарных звезд и в других областях астрофизики. Больших успехов достигнуто в изучении процессов на Солнце (Э. Р. Мустель, А. Б. Северный, В. А. Крат, И. С. Шкловский и др.), в изучении планет (Г. А. Тихов, Н. П. Барабашев и др.), межпланетной среды (В. Г. Фесенкова и др.).
Главной задачей при изучении планет является приведение в систему многочисленных фактов и создание цельного представления о их природе.Изучение движения планет велось с незапамятных времён, в силу того, что космические тела, например Луна, наблюдаемы с Земли без специальных аппаратов. Визуально можно заметить ассиметричное строение полушарий нашего спутника. Но настоящее изучение планет, их особенностей началось с помощью физики и телескопов. На основе этих наблюдений были объяснены лунные затмения, влияние Лунных фаз на состояние человека и природные явления.
На основе данных наблюдательной астрофизики, опираясь на законы физики, астрономы делают выводы об условиях в небесных телах, которые непосредственно не наблюдаются. Например, рассчитывают внутреннее строение звёзд и Солнца с использованием наблюдательных данных об условиях на их поверхности. Теоретическая астрофизика позволяет также описать эволюцию Солнца, звёзд и других небесных тел.
Астрофизические методы
Среди методов астрофизики большое значение имеет астрофотометрия, задачей которой является измерение блеска небесных тел с помощью визуальных, фотографических и фотоэлектрических наблюдений. Еще большую роль в астрофизике играет астроспектроскопия. Изучение спектров небесных тел позволяет судить о химическом составе и физическом состоянии вещества на этих телах, определять температуру зрение, вычислять скорость приближения или удаления звезды, делать выводы о вращении звезд, о различных физических процессах, происходящих в атмосферах Солнца и звезд, в газовых туманностях и в межзвездной среде. В связи с запуском в СССР первых искусственных спутников Земли и Солнца астрофизика получила новые методы исследований. Аппаратура, установленная на спутниках, позволяет регистрировать излучение небесных тел далеко за пределами атмосферы Земли.
Астрофизические методы исследования имеют две существенные особенности, отличающие их от методов лабораторной физики. Во-первых, в лаборатории физик сам ставит эксперименты, подвергает исследуемые тела различным воздействиям. В астрофизике возможны только пассивные наблюдения, так как пока нельзя проводить эксперименты, например, на звездах. Во-вторых, если в лаборатории можно непосредственно измерять температуру, плотность, химический состав тел и т. д., то в астрофизике почти все данные о далеких небесных телах получают с помощью анализа приходящих от них электромагнитных волн — видимого света и других, невидимых глазом лучей.
Какие же особенности планет и Луны были выявлены и объяснены астрофизиками? Луна вращается в течение одного и того же времени, как вокруг своей оси, так и вокруг оси Земли, следовательно, земляне видят только одну сторону этого космического тела. Поэтому астрофизика позволила с помощью радиолокации, основанной на физических законах, составить карту лунной поверхности, видимой с Земли. Огромные углубления были названы морями, но без воды, а светлые участки это настоящие горы, высота которых достигает 8000 метров. Обнаружены острые скалы, огромное количество кратеров вулканического и метеоритного происхождения.
Основу астрофизики составляют астрофизические наблюдения. При этом важнейший метод - спектральный анализ, т. е. исследование потока энергии приходящего на землю излучения в зависимости от длины электромагнитных волн. Электромагнитные волны несут информацию об условиях в веществе, где они зарождаются или испытывают поглощение и рассеяние. Задача спектрального анализа - расшифровать информацию. Появление спектрального анализа во второй половине двадцатого века сразу позволило делать выводы о химическом составе небесных тел.
Одним из первых блестящих достижений астрофизики, полученных с помощью этой экспериментальной методики, явилось открытие неизвестного ранее элемента – гелия - при изучении спектра хромосферы Солнце во время полного затмения в 1968г. В дальнейшем, в результате развития экспериментальной и теоретической физики стало возможным с помощью спектрального анализа определять буквально все физические характеристики небесных тел и межзвёздной среды.
Спектры позволяют узнать температуру газа, его плотность, относительное содержание разных химических элементов, состояние атомов этих элементов, скорости движения газа, напряженности магнитных полей. По спектрам звезд можно также вычислить расстояние до них, узнать их скорости движения по лучу зрения, измерить вращение и выяснить многое другое.
В современных спектральных, приборах, применяемых в телескопах, используют новейшие фотоэлектрические приёмники излучения, которые гораздо точнее, чувствительнее, чем фотопластинка или человеческий глаз.
Фотоэлементы – это устройства, преобразующие световой поток в электрический сигнал. Фотоэффе кт - испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.
Астрофизические инструменты
Бурное развитие экспериментальной физики привело к созданию астрофизических инструментов, предназначенных для изучения невидимых глазом электромагнитных волн.
Астрофизика стала «многоволновой» . Это, конечно, неизмеримо расширило ее возможности получать информацию о небесных телах. Еще в 30-е гг. текущего столетия было открыто радиоизлучение нашей Галактики. В последующие годы построены гигантские радиотелескопы и сложные системы таких радиотелескопов. С помощью радиотелескопов наблюдают, например, холодный межзвездный газ, не излучающий видимого света, изучают движение электронов в межзвездных магнитных полях. Радиоизлучение приходит на Землю от далеких галактик, часто свидетельствуя о происходящих там бурных взрывных процессах.
Декабрь 1931 года ... В одной из армейских лабораторий ее сотрудник Карл Янский изучает атмосферные помехи радиоприему. Нормальный ход радиопередачи на волне 14,7 м нарушен шумами, интенсивность которых не остается постоянной. Постепенно выясняется загадочная периодичность — каждые 23 часа 56 минут помехи становятся особенно сильными. И так изо дня в день, из месяца в месяц.
Впрочем, загадка быстро находит свое решение. Странный период в точности равен продолжительности звездных суток в единицах солнечного времени. Через каждые 23 часа 56 минут по обычным часам, отсчитывающим солнечное время, земной шар совершает полный оборот вокруг своей оси, и все звезды снова возвращаются в первоначальное положение относительно горизонта любого пункта Земли.
Отсюда Янский делает естественный вывод: досадные помехи имеют космическое происхождение. Какая-то таинственная космическая «радиостанция» раз в сутки занимает такое положение на небе, что ее радиопередача достигает наибольшей интенсивности.
Янский пытается отыскать объект, вызывающий радиопомехи. И, несмотря на совершенство радиоаппаратуры, виновник найден. Радиоволны исходят из созвездия Стрельца, того самого, в направлении которого находится ядро нашей звездной системы — Галактики. Так родилась радиоастрономия — одна из наиболее увлекательных отраслей современной астрономии
Радиоастрономия – часть астрофизической науки - стала одним из основных способов изучения нейтронных звёзд-пульсаров. Радиоволны несут сведения об остатках вспышек сверхновых звёзд и о совершенно удивительных условиях в плотных газовых облаках.
При падении 30 июня 1908г. Тунгусского метеорита по всей центральной Сибири был виден большой ослепительно-яркий болид. Установлено, что в земную атмосферу со скоростью 70 км/с. влетело метеоритное тело массой более 1000000 тонн, коснулось Земли, снова взлетело в небо и, пролетев какое-то расстояние, упало окончательно. Удары огромной силы были слышны в тысяче километров от места падения. Волна сжатия, созданная в атмосфере, несколько раз обошла вокруг Земли. Колебания магнитного поля, затухая, длились несколько часов. Характер этих колебаний удалось определить лишь с помощью астрофизических наблюдений.
Наконец, ярчайшее открытие! Радиоастрономия позволила открыть реликтовое излучение Вселенной - слабое электромагнитное излучение, заполняющее всю Вселенную и имеющее температуру около 3 К.
Радиоастрономия использует сейчас самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенные системы. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются не досягаемыми для обычных оптических телескопов. Радиоастрономия стала неотъемлемой частью современного естествознания. Перед человечеством раскрылся радио космос — картина Вселенной в радиоволнах.
Мы живем в мире волн. Любое тело, будь то книга, ваше тело или звезда, излучает энергию в форме электромагнитных волн. Человеческий глаз чувствителен далеко не ко всем из них. Лишь ничтожная доля электромагнитных волн, попадая на сетчатку глаза, вызывает ощущение света. Но и этой доли оказывается достаточно, чтобы наполнить земной шар сиянием солнечного света и гаммой всевозможных красок. Быть может, наша ограниченность в восприятии электромагнитных волн есть благодетельная забота о нас самой природы. Ведь если бы человек воспринимал все излучения, существующие в природе, не был ли бы он подавлен их бесконечным многообразием?
Инфракрасное излучение
Много интересного узнали астрофизики с помощью инфракрасных лучей, которые свободно проходят сквозь облака пыли, поглощающие видимый свет. Инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и коротковолновым радиоизлучением. За красной границей видимого спектра лежит область невидимых инфракрасных лучей. Некоторые из них, с длиной волны значительно меньшей одного сантиметра, способны заметно нагреть наше тело, и потому их иногда называют тепловыми лучами. Когда вы подносите руку к раскаленному утюгу и на каком-то расстоянии чувствуете его тепло, в этот момент ваша рука подвергается именно этих инфракрасных, «тепловых» лучей.
Так, в инфракрасных лучах наблюдаются процессы в ядре нашей Галактики, а также «молодые» звезды, зарождающиеся в плотных газово-пылевых комплексах.
Ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма – излучения
Особый интерес для астрономии имеет астрофизика высоких энергий, изучающая процессы бурного выделения энергии, часто связанные с катастрофическими явлениями в небесных телах. Возникающее при этом электромагнитное излучение имеет высокую частоту, соответственно короткую длину волны и относится к невидимым ультрафиолетовым, рентгеновским и гамма-лучам. Ультрафиолетовые лучи — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовым концом видимого излучения и рентгеновским излучением. Рентге новские лучи - электромагнитное ионизирующее излучение, занимающее спектральную область между гамма- и ультрафиолетовым излучением. Гамма-лучи - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными (Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны.) и слабо выраженными волновыми свойствами.
Хорошо известно, что по обе стороны видимого спектра располагаются области невидимых излучений. Таковы ультрафиолетовые лучи с длиной волны меньше 400 миллимикрон. Они обнаруживают свое существование по-разному. В жаркий солнечный день некоторые из них вызывают загар на нашей коже. Те же лучи сильно воздействуют на эмульсию обычных фотопластинок, оставляя на ней хорошо видимые следы. К ультрафиолетовым лучам примыкают рентгеновы лучи, широко применяемые в медицине. Наиболее коротковолновые из известных излучений, так называемые гамма лучи, выделяются при радиоактивном распаде. Их энергия весьма велика и они очень опасны — мощное гамма-излучение может породить мучительные явление лучевой болезни
Эти виды излучений поглощаются земной атмосферой. Поэтому развитие данных разделов наблюдательной астрофизики стало возможно только с началом космической эры, после создания обитаемых и автоматических научных станций за пределами земной атмосферы.
Астрофизика высоких энергий привела ко многим удивительным открытиям. С помощью рентгеновских телескопов были открыты горячий газ в скоплениях галактик, импульсное рентгеновское излучение нейтронных звезд в двойных звездных системах. Наконец, было открыто излучение сильно - нагретого плотного газа, по-видимому, закручивающегося вихрем при падении в черную дыру. Гамма-телескопы позволили обнаружить в центре нашей Галактики процессы аннигиляции электронов и позитронов — превращения их при столкновении в гамма-излучение.
Нейтринная астрономия
Это новый раздел наблюдательной астрономии, связанный с поиском и исследованием потоков Нейтрино от источников внеземного происхождения начал развиваться в 80-е годы. Нейтрино является единственным видом излучения, который приходит к земному наблюдателю из самых глубоких недр Солнца и звёзд и несёт в себе информацию об их внутренней структуре и о происходящих там процессах. Современные средства регистрации нейтрино допускают возможность обнаружения нейтринного излучения лишь от Солнца и сверхновых звёзд нашей Галактики.
Уже первые данные о потоках солнечных нейтрино позволили сделать очень интересные гипотезы в процессах термоядерного синтеза в недрах солнца; их предстоит проверить в будущих опытах.
Существование мощного потока нейтрино от Солнца вытекает из современной концепции происхождения и строения Солнца, согласно которой его светимость полностью обеспечивается энергией термоядерного превращения водорода в гелий в центральной области Солнца. Как показывают расчёты моделей Солнца, основной вклад в энерговыделение даёт водородный цикл, а доля углеродно-азотного (CNO) цикла составляет не более 1% .
Первые эксперименты по наблюдению солнечных нейтрино осуществлены американским учёным Р. Девисом с сотрудниками в 1967—68 с помощью радиохимического нейтринного детектора, содержащего 610 т жидкого перхлорэтилена (C2 Cl4 ).
Потоки нейтрино от других «спокойных» звёзд, даже самых близких, очень малы и не могут быть зарегистрированы современными методами. Вместе с тем вполне осуществимой представляется задача наблюдения нейтринных вспышек от звёзд в момент их гравитационного коллапса. Наиболее вероятными объектами являются сверхновые звёзды нашей Галактики, непосредственно перед взрывом которых происходит коллапс центрального ядра. Нейтринная вспышка может быть зарегистрирована даже в том случае, если сверхновая оптически не наблюдаема. Длительность такой вспышки 0,01 сек . Измеряя время запаздывания начала вспышки, зарегистрированного детекторами в разных местах земного шара, можно установить направление прихода нейтринного излучения. Вспышки могут быть зарегистрированы водородсодержащим сцинтиллятором массой в несколько сотен т в виде характерной серии импульсов. Такие эксперименты проводятся в России и в США.
Заключение
На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн.
Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ее атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц, падающих на границу земной атмосферы: астрономы могут исследовать все виды частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.
Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.
Самое, пожалуй, удивительное в современной физике—это неожиданная связь между космосом, где галактики и звездные скопления разбросаны подобно редким пылинкам, и тесным, исчезающе малым микромиром элементарных частиц. Два полюса мироздания! На одном огромная, расширяющаяся Вселенная, на другом—не видимые ни под каким микроскопом, почти эфемерные «кирпичики» вещества. И вот оказывается, что при определенных условиях Вселенная может обладать свойствами микрочастицы, а некоторые микрообъекты, возможно, содержат внутри себя целые космические миры. Во всяком случае, так говорит теория. Большое и малое, сложное и простое—здесь все переплелось. Как хитро устроена природа! Она как масштабная линейка, завязанная в узел. Поди разберись, где тут начало! Из чего состоят протон и нейтрон? Есть ли что-нибудь еще глубже, меньше? И вообще, может ли быть предел делимости материи? Что творилось в нашей Вселенной, когда она была еще совсем юной и ее размеры были в миллиарды миллиардов раз меньше атома? Что такое античастицы и существуют ли миры из антивещества? Масса вопросов, и каждый из них тянет за собой вереницу новых, про которые и самим ученым еще далеко не все ясно. Вселенная оказывается бесконечно многообразной, неисчерпаемой для исследователя…
«Здесь скрыты столь глубокие тайны и столь возвышенные мысли, что, несмотря на старания сотен остроумнейших мыслителей, трудившихся в течение тысяч лет, еще не удалось проникнуть в них, и радость творческих исканий и открытий все еще продолжает существовать». Эти слова, сказанные Галилеем три с половиной столетия назад, нисколько не устарели.
Список использованной литературы.
1. Засов А.В., Кононович Э.В. Астрономия: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. 3-е изд. –М.: Просвещение, АО «Московские учебники», 2001.
2. О. Струве, Б. Линдс, Э. Пилланс. Элементарная астрономия. 2-е изд. –М.: Наука, 1967.
3. Моше Д. Астрономия: Книга для учащихся. Перевод с английского/Под редакцией А. А. Гурштейна. – М.: Просвещение, 1985.
4. Агекян Т. А. Звёзды, галактики, Метагалактика. –3-е изд. –М.: Наука, 1981.
5. Зигель Ф.Ю. Астрономия в её развитии: Книга для учащихся 8-10 классов средней школы. –М.: Просвещение, 1988.
6.Энциклопедический словарь юного физика. –М.: Педагогика, 1984.
- slovari.yandex.ru
- astrophys.ru С
hekima.ru
Реферат
по астрономии
С о д е р ж а н и е.
Введение. Зарождение радиоастрономии. 3
Прозрачна ли атмосфера. 5
Радиотелескопы и рефлекторы. 7
Борьба с помехами. 10
О зоркости радиотелескопов. 11
«Радиоэхо в астрономии. 14
Радиолокация Луны и планет. 14
Метеоры наблюдают днем. 18
В поисках внеземных цивилизаций. 19
Заключение. 22
Использованная литература. 24
1.Зарождение радиоастрономии.
Декабрь 1931 года… В одной из армейских лабораторий ее сотрудник Карл Янский изучает атмосферные помехи радиоприему. Нормальный ход радиопередачи на волне 14,7 м нарушен шумами, интенсивность которых не остается постоянной.
Постепенно выясняется загадочная периодичность — каждые 23 часа 56 минут помехи становятся особенно сильными. И так изо дня в день, из месяца в месяц.
Впрочем, загадка быстро находит свое решение. Странный период в точности равен продолжительности звездных суток в единицах солнечного времени. Через каждые 23 часа 56 минут по обычным часам, отсчитывающим солнечное время, земной шар совершает полный оборот вокруг своей оси, и все звезды снова возвращаются в первоначальное положение относительно горизонта любого пункта Земли.
Отсюда Янский делает естественный вывод: досадные помехи имеют космическое происхождение. Какая-то таинственная космическая «радиостанция» раз в сутки занимает такое положение на небе, что ее радиопередача достигает наибольшей интенсивности.
Янский пытается отыскать объект, вызывающий радиопомехи. И, несмотря на совершенство радиоаппаратуры, виновник найден. Радиоволны исходят из созвездия Стрельца, того самого, в направлении которого находится ядро нашей звездной системы — Галактики.
Так родилась радиоастрономия — одна из наиболее увлекательных отраслей современной астрономии.
Первые пятнадцать лет радиоастрономия почти не развивалась. Многим было еще не ясно, принесут ли радио методы какую-нибудь существенную пользу астрономии.
Разразившаяся вторая мировая война привела к стремительному росту радиотехники.
Радиолокаторы были приняты на вооружении всех армий. Их совершенствовали, всячески стремились повысить чувствительность, вовсе не предполагая, конечно, использовать радиолокаторы для исследования небесных тел.
Советские ученые академики Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны еще в 1943 году.
Это было первое радиоастрономическое исследование в Советском Союзе.
Два года спустя ( в 1946 году ) оно было осуществлено сначала в США, а затем в Венгрии. Радиоволны, посланные человеком, достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю, где были уловлены чувствительным радиоприемником.
Последующие десятилетия — это период необыкновенно быстрого прогресса радиоастрономии. Его можно назвать триумфальным, так как ежегодно радиоволны приносят из космоса удивительные сведения о природе небесных тел.
Радиоастрономия использует сейчас самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенные системы. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются не досягаемыми для обычных оптических телескопов. Радиоастрономия стала неотъемлемой частью современного естествознания. Перед человечеством раскрылся радио космос — картина Вселенной в радиоволнах.
Каждая наука изучает определенные явления природы, используя свои методы и средства. Для радиоастрономии объектом изучения служит весь необъятный космос, все бесчисленное множество небесных тел. Правда, это изучение несколько одностороннее — оно ведется лишь посредством радиоволн. Но и в таком «разрезе» Вселенная оказывается бесконечно многообразной, неисчерпаемой для исследователя.
Мы живем в мире волн. Любое тело, будь то книга, ваше тело или звезда, излучает энергию в форме электромагнитных волн. Человеческий глаз чувствителен далеко не ко всем из них. Лишь ничтожная доля электромагнитных волн, попадая на сетчатку глаза, вызывает ощущение света. Но и этой доли оказывается достаточно, чтобы наполнить земной шар сиянием солнечного света и гаммой всевозможных красок. Быть может, наша ограниченность в восприятии электромагнитных волн есть благодетельная забота о нас самой природы. Ведь если бы человек воспринимал все излучения, существующие в природе, не был ли бы он подавлен их бесконечным многообразием?
Как бы там ни было, но человеческому глазу доступны лишь те электромагнитные волны, длина которых заключена в пределах от 400 до 760 миллимикрон. Разлагая трехгранной стеклянной призмой белый луч на составные части, мы получаем спектр — радужную полоску, в которой представлены все цвета, доступные глазу.
Хорошо известно, что по обе стороны видимого спектра располагаются области невидимых излучений. Таковы ультрафиолетовые лучи с длиной волны меньше 400 миллимикрон. Они обнаруживают свое существование по-разному. В жаркий солнечный день некоторые из них вызывают загар на нашей коже. Те же лучи сильно воздействуют на эмульсию обычных фотопластинок, оставляя на ней хорошо видимые следы. К ультрафиолетовым лучам примыкают рентгеновы лучи, широко применяемые в медицине. Наиболее коротковолновые из известных излучений, так называемые гамма лучи, выделяются при радиоактивном распаде. Их энергия весьма велика и они очень опасны — мощное гамма-излучение может породить мучительные явление лучевой болезни.
За красной границей видимого спектра лежит область невидимых инфракрасных лучей. Некоторые из них, с длиной волны значительно меньшей одного сантиметра, способны заметно нагреть наше тело, и потому их иногда называют тепловыми лучами. Когда вы подносите руку к раскаленному утюгу и на каком-то расстоянии чувствуете его тепло, в этот момент ваша рука подвергается именно этих инфракрасных, «тепловых» лучей.
За инфракрасными лучами следуют радиоволны. Их длины измеряются миллиметрами, сантиметрами, дециметрами и метрами.
Несмотря на количественные и качественные различия, перечисленные излучения — от гамма лучей до радиоволн — обладают одним общим свойством: все они имеют общую природу, являются электромагнитными волнами.
Благодаря общности природы всем электромагнитным волнам свойственны, например, такие процессы. Как одинаковая скорость распространения, отражение, и преломление, поглощение и рассеивание. Радиоволны, как и лучи видимого света, могут складываться друг с другом, то есть, говоря языком физики, интерферировать.
В некоторых случаях можно наблюдать дифракцию радиоволн, или «огибание» ими предметов, размеры которых сравнимы с их длиной.
Замечательно, что всякое нагретое тело излучает электромагнитные волны всевозможных длин. Отложив по горизонтальной оси графика длины волн, а по вертикальной оси величины, характеризующие интенсивность излучения, то есть излучаемой энергии для данной длины волны, можно получить, как говорят физики, распределение энергии по спектру данного тела.
Для Солнца максимум кривой распределения энергии по спектру лежит в области желтых лучей. И действительно, удаленное от Земли на расстояние звезд наше Солнце казалось бы желтенькой. Желтый цвет Солнца обычно не заметен только из-за ослепительной яркости дневного светила.
В области инфракрасных лучей кривая распределения энергии по спектру постепенно приближается к горизонтальной оси, теоретически говоря, нигде ее не пересекая. Это значит, что всякое нагретое тело в какой-то степени излучает и радиоволны. Договоримся излучение радиоволн, вызванное нагретостью тела, называть тепловым радиоизлучением.
Как видите, радиоволны далеко не всегда имеют искусственное происхождение.
Скорее наоборот — естественных радиостанций несравненно больше, чем тех, которые созданы руками человека. Строго говоря, любое тело может рассматриваться как естественная радиостанция, пусть ничтожной мощности.
Вам, конечно, случалось наблюдать досадные помехи на экране телевизора. Где-то рядом проезжает троллейбус или автобус, и сразу изображение портится — по экрану бегут какие-то белые полоски. И в этом случае виновник — естественные радиоволны. Их породили искровые разряды на концах токоприемников троллейбуса или в щетках генератора автомашины. «Непрошеные» радиоволны вмешались в передачу, испортили настройку телевизора и вызвали помехи.
Каждая электрическая искра — это естественная «радиостанция».
Электрические разряды всегда порождают радиоволны. Как известно, первый радиоприемник А. С. Попова был «грозоотметчиком» — он улавливал волны, порождаемые молнией.
Есть, однако, существенное отличие радиоволн, излучаемых электрической искрой и радиоизлучением, например, нагретого утюга.
Радиоизлучение искры вызвано не только нагретостью раскаленного воздуха, но и другими, более сложными процессами. В таких случаях говоря не о тепловом радиоизлучении. Как мы увидим в дальнейшем, нетепловое радиоизлучение может возникнуть, например, при торможении сверхбыстрых электронов под действием магнитных сил.
Казалось бы, обилие всевозможных радио излучений позволяет изучать Вселенную в любом диапазоне радиоволн. Но, к сожалению, этому препятствует атмосфера.
2.Прозрачна ли атмосфера?
Трудно поверить, что воздух почти не прозрачен, что до наших глаз доходит лишь ничтожная доля всех излучений, существующих в природе.
Взгляните на рисунок 1. Он иллюстрирует прозрачность земной атмосферы для электромагнитных волн различных длин. Гладкая горизонтальная часть кривой, совпадающая с горизонтальной осью графика, отмечает те излучения, для которых земная атмосфера совершенно не прозрачна. Два «горба» кривой, один узкий, другой широкий, соответствуют двум «окнам прозрачности» в земной атмосфере.
Левое из них лежит в основном в области видимых лучей — от ультрафиолетовых до инфракрасных. К сожалению, атмосфера Земли совершенно не прозрачна для лучей, длина волны которых меньше 290 миллимикрон. Между тем в далеких ультрафиолетовых областях спектра расположены спектральные линии многих химических элементов. Мы их не видим, и поэтому наши сведения о химическом составе небесных тел далеко не полны.
рис.1 Прозрачность земной атмосферы.
В последнее время астрономы пытаются вырваться за границы воздушной оболочки Земли и увидеть космос, в «чистом виде». И это им удается. Высотные ракеты и воздушные шары выносят спектрографы и другие приборы в верхние, весьма разряженные слои атмосферы, и там автоматически фотографируют спектр Солнца.
Начато изучение этим способом и других астрономических объектов.
Другой край «оптического окна» атмосферы упирается в область спектра с длиной волны около микрона. Инфракрасные лучи с большей длиной волны сильно поглощаются главным образом водяными парами земной атмосферы.
Много тысячелетий астрономы изучали Вселенную только через одно узкое «оптическое окно» атмосферы. Они не подозревали что есть еще одно «окно», гораздо более широкое. Оно лежит в области радиоволн.
Левый край «радио окна» отмечен ультракороткими радиоволнами длиной 1,25см, правый край радиоволнами длиной около 30 м .
Радиоволны длина которых меньше 1,25см (кроме волн длиной около 8мм ), поглощаются молекулами кислорода и водяных паров. От них есть непрерывный переход к тем электромагнитным волнам, которыми мы называем инфракрасными.
Радиоволны, длина которых больше 30м, поглощаются особым верхним слоем атмосферы, носящим название ионосферы. Как показывает само название, ионосфера состоит из ионизированных газов, то есть таких газов, атомы которых лишены части своих электронов (которые так же входят в ионосферу).
Для некоторых радиоволн слой ионизированного газа подобен зеркалу — радиоволны отражаются от него как солнечный луч от поверхности воды. Поэтому приходящие волны больше 30м почти полностью отражаются от ионосферы. Для них Земля является «блестящим шариком» (как для солнечных лучей блестящий игрушечный елочный шар), и пробить ионосферу они не в состоянии.
«Радио окно» гораздо шире «оптического окна». На рисунке 1 по горизонтальной оси отложена так называемая логарифмическая шкала длин, то есть единицы масштаба вдоль этой оси есть единицы степени числа 10. Если же иметь дело с числами, а не с их логарифмами, то ширина «радио окна» (около 30м ) получится почти в десять миллионов раз больше ширины «оптического окна». Таким образом, «оптическое окно» скорее следует считать чрезвычайно узкой щелью, и можно только удивляться, что исследуя Вселенную через такую «щель», мы знаем о ней очень многое.
Естественно ожидать, широко распахнутое в космос «радио окно» покажет нам Вселенную еще более многообразной и сложной.
Если излучение небесного тела по длине волны подходит для «радио окна», оно практически беспрепятственно достигает земной поверхности, и задача астрономов состоит в том, чтобы уловить и исследовать каким-то способом это излучение.
Для этого и созданы радиотелескопы.
3.Радиотелескопы и рефлекторы.
Вспомним, как устроен телескоп-рефлектор. Лучи, посылаемые небесным телом, попадают на вогнутое параболическое зеркало и, отражаясь от его поверхности, собирается в фокусе рефлектора. Здесь получается изображение небесного тела, которое рассматривается через сильную лупу — окуляр телескопа. Маленькое второе зеркало, отражающее лучи в сторону окуляра, имеет чисто конструктивное, а не принципиальное значение.
Роль главного зеркала здесь достаточно ясна. Оно создает изображение небесного тела, и это изображение будет наилучшим в том случае, когда небесное тело находится на продолжении оптической оси телескопа. Телескоп в таком случае направлен прямо на наблюдаемый объект.
Приемником излучения в телескопе-рефлекторе служит человеческий глаз или фотопластинка. Чтобы увеличить угол зрения и подробно рассмотреть изображение светила, приходиться пользоваться промежуточным устройством — окуляром.
Итак, в телескопе-рефлекторе есть собиратель излучения — параболическое зеркало и приемник излучения — глаз наблюдателя или фотопластинка.
По такой же схеме устроен, в сущности, и простейший радиотелескоп (рис.2). В нем космические радиоволны собирает металлическое зеркало, иногда сплошное, а иногда решетчатое.
рис.2 Схема устройства радиотелескопа.
Форма зеркала радиотелескопа, как и в рефлекторе, параболическая. Конечно и здесь сходство не случайное — только параболическая (или, точнее, параболоидная) поверхность способна собрать в фокусе падающее на нее электромагнитное излучение.
Если бы глаз мог воспринимать радиоволны, устройство радиотелескопа могло бы быть неотличимым от устройства телескопа-рефлектора. На самом деле приемником радиоволн в радиотелескопах служит не человеческий глаз или фотопластинка, а высокочувствительный радиоприемник.
Зеркало концентрирует радиоволны на маленькой дипольной антенне, облучая ее. Вот почему эта антенна в радиотелескопах получила название облучателя.
Радиоволны, как и всякое излучение, несут в себе некоторую энергию. Поэтому, падая на облучатель, они возбуждают в этом металлическом проводнике упорядоченное перемещение электронов, иначе говоря, электрический ток. Радиоволны с невообразимой скоростью «набегают» на облучатель. Поэтому в облучателе возникают быстро переменные токи.
Теперь эти токи надо передать на приемное устройство и исследовать. От облучателя к радиоприемнику электрические токи передаются по волноводам — специальным проводникам имеющим, форму полых трубок. Форма сечений волноводов и их размеры могут быть различными.
Космические радиоволны или, точнее, возбужденные ими электрические токи поступили в радиоприемник. Можно было бы, пожалуй, подключив к приемнику репродуктор, послушать «голоса звезд». Но так обычно не делают. Голоса небесных тел лишены всякой музыкальности — не чарующие «небесные мелодии», а режущее наш слух шипение и свист послышались бы из репродуктора.
Астрономы поступают иначе. К приемнику радиотелескопа они присоединяют специальный самопишущий прибор, который регистрирует поток радиоволн определенной длины.
Два типа установок есть не только у рефлекторов, но и у радиотелескопов. Одни из них могут двигаться только вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Другие снабжены параллактической установкой — таких, правда, пока меньшинство. Установки радиотелескопов имеют очень важное назначение: как можно точнее нацелить зеркало на объект и сохранить такую ориентировку во время наблюдений.
Есть между радиотелескопами и рефлекторами большие различия. Столь большие что забывать о них нельзя. Прежде всего, размеры собирателей излучений — зеркал. Самый большой из существующих в нашей стране телескопов-рефлекторов 6-метровый инструмент Специальной астрофизической обсерватории. Зеркала радиотелескопов значительно больше. У рядовых из них они измеряются метрами, а один из самых больших подвижных действующих радиотелескопов имеет зеркало поперечником 76м. До последнего времени крупнейшим радиотелескопом был телескоп в Аресибо (Пуэрто-Рико). Неподвижное зеркало этого телескопа имеет диаметр 300м и вмонтировано в кратер одного бездействующих вулканов. Этот инструмент может работать и как радиолокатор, причем радиосигналы от него могут быть уловлены (на уровне земной радиотехники) в пределах всей нашей Галактики.
В той же Специальной астрофизической обсерватории АН СССР находится 600-метровый радиотелескоп. В отличии от радиотелескопа в Пуэрто-Рико, главная часть нашего радиотелескопа представляет собой не сплошное металлическое вогнутое зеркало, а кольцо диаметром 600м, состоящее из 895 подвижных алюминиевых отражателей, каждый из которых имеет размеры 2*7,5 м. Этот крупнейший в мире радиотелескоп рассчитан на прием радиоволн с длиной волны от 8мм до 30см. По ряду параметров (в частности, по разрешающей способности) этот инструмент не имеет себе равных в мире. В недалеком времени будут построены еще большие радиотелескопы, тогда как рефлекторы с поперечником зеркала 10м вряд ли удастся создать в ближайшие двадцать-тридцать лет. В чем же причина столь существенного различия?
Секрет прост. Изготовить зеркало телескопа-рефлектора в техническом отношении несравненно труднее, чем гораздо большее по размерам зеркало радиотелескопа.
Для того чтобы параболическое зеркало давало в своем фокусе достаточно редкое, четкое изображение небесного объекта (неважно, в видимых или невидимых лучах), поверхность зеркала не должна уклоняться от идеальной геометрической поверхности более чем на 1/10 длины волны собираемого излучения. Такой «допуск» верен как для видимых лучей света, так и для радиоволн. Но для радиоволн 1/10 длины волны измеряется миллиметрами, а то и сантиметрами, тогда как для лучей видимого света этот допуск ничтожно мал — сотые доли микрона! Как видите, важны не абсолютные значения шероховатости зеркал, а их отношение к длине волны собираемого излучения.
О том, как трудно создать крупный рефлектор, мы уже говорили. Радиотелескоп с поперечником в десятки метров построить легче. Ведь если даже этот телескоп будет принимать радиоволны с длиной волны 1,25см, то шероховатости не должны по размерам превышать 1 мм — допуск вполне технически осуществимый.
В некоторых радиотелескопах, рассчитанных на прием радиоволн с длиной, измеряемой многими метрами, зеркала делаются не сплошные, а сетчатыми. Этим значительно уменьшается вес инструмента, ив то же время, если размеры ячеек малы в сравнении с длиной радиоволн, решетчатое зеркало действует как сплошное. Иначе говоря, для радиоволн отверстия в зеркале радиотелескопа, в сущности, являются неощутимыми «неровностями».
Подчеркнем одну замечательную особенность описываемых радиотелескопов — они могут работать на различных длинах волн. Ведь очевидно, что свойство параболических зеркал концентрировать излучение в фокусе не зависит от длины волны этого излучения. Поэтому, меняя облучатель, то есть приемную антенну, можно «настраивать» радиотелескоп на желаемую длину волн. При этом, конечно, требуется изменить частоту радиоприемника.
Чем больше размеры зеркала, тем больше излучения оно собирает. Количество собираемого излучения, очевидно, пропорционально площади зеркала. Значит, чем больше зеркало, тем чувствительнее телескоп, тем более слабые источники излучения удается наблюдать — ведется ли прием на радиоволнах или в лучах видимого света.
Замечательно, что радиотелескопы можно устанавливать в любом пункте страны. Ведь они совсем не зависят от капризов погоды или прозрачности атмосферы. С помощью радиотелескопов можно исследовать Вселенную хоть в проливной дождь!
4.Борьба с помехами.
Нелегко создать сплошное металлическое зеркало с поперечником в несколько десятков метров, да еще установить так, чтобы, перемещая зеркало с удивительной плавностью, его можно было нацелить на любой участок неба. Каждое такое творение рук человеческих есть истинное чудо современной техники.
Иногда зеркало радиотелескопа, как уже говорилось, делают очень большим, но неподвижным. При высокой чувствительности подобный телескоп ограничен в своих возможностях — он всегда направлен на одну и ту же точку неба.
Впрочем, и неподвижный телескоп все-таки движется, ведь он находиться на поверхности Земли, а земной шар непрерывно и равномерно вращается вокруг своей воображаемой оси. Поэтому в поле зрения неподвижного радиотелескопа постоянно появляются все новые и новые небесные тела, причем наблюдению доступен довольно широкий круговой пояс неба. Разумеется, через сутки, когда Земля совершит полный оборот, картины в поле зрения радиотелескопа снова начнут повторяться.
Радиоприемники присоединенные к антенне радиотелескопа, очень чувствительны. Если, например, к ним просто подключить какой-нибудь проводник, то приемник станет реагировать на беспорядочные тепловые движения в этом проводнике. Яснее говоря, тепловое движение электронов вызывает на концах проводника беспорядочно меняющиеся напряжения, пропорциональные температуре проводника. В приемнике эти процессы приобретут характер «шумов».
Хотя мощность таких помех от антенного устройства ничтожно мала, они все же, как это не обидно, подчас в десятки, а иногда и в сотни раз превосходят мощность космического радиоизлучения. Мешают также и шумы, возникающие в самом приемнике при работе транзисторов.
Шумы, порожденные аппаратурой, как бы маскируются под космическое излучение. Они похожи друг на друга и усиливаются в приемнике одновременно. Этим обстоятельством ограничивается чувствительность современных радиотелескопов. Однако с помощью большого усложнения аппаратуры удается зарегистрировать сигналы в сто раз более слабые, чем шумы аппаратуры.
При изучении слабых источников космических радиоволн применяют довольно сложные и хитроумные методы и устройства. позволяющие уловить неуловимое. И здесь победа остается в конце концов за человеком. Рост техники радиоастрономии происходит очень бурно, и с каждым годом радиотелескопы становятся все более и более чувствительными.
Впрочем, уже сейчас чувствительность радиотелескопов вызывает удивление. Если сравнить энергию излучения, воспринимаемую самыми лучшими из современных радиотелескопов, с энергией видимого света, посылаемого звездами, то окажется, что радиотелескопы в тысячи раз чувствительны гигантских телескопов-рефлекторов. Среди всевозможных приемников электромагнитных волн радиотелескопы не имеют себе равных.
5.О зоркости радиотелескопов.
Благодаря сложным оптическим явлениям лучи от звезды, уловленные телескопом, сходятся не в одной точке (фокусе телескопа), а в некоторой небольшой области пространства вблизи фокуса, образуя так называемое фокальное пятно. В этом пятне объектив телескопа конденсирует электромагнитную энергию светила, уловленную телескопом. Если взглянуть в телескоп, звезда нам покажется не точкой, а кружочком с заметным диаметром. Но это не настоящий диск звезды, а только ее испорченное изображение, вызванное несовершенством телескопа. Мы видим созданное телескопом фокальное пятно.
Чем больше диаметр объектива, тем меньше и размеры фокального пятна.
С величиной фокального пятна тесно связана разрешающая способность телескопа. Так называют наименьшее расстояние между двумя источниками излучения, которые данный телескоп дает различить в отдельности. Если, например, в двойной звезде обе звезды так близки на небе друг к другу, что их изображения, создаваемые телескопом, попадают практически внутрь фокального пятна, двойная звезда покажется в телескоп одиночной.
Оптические телескопы обладают весьма большой разрешающей способностью. В настоящее время наилучшие из оптических телескопов способны «разделить» двойные з везды с расстоянием между составляющими в 0,1 секунды дуги! Под таким углом виден человеческий волос на расстоянии 30 м.
Радиотелескопы воспринимают весьма длинноволновое излучение. Поэтому фокальное пятно в радиотелескопах огромно. И соответственно разрешающая способность этих инструментов весьма низка. Оказывается, например, что радиотелескоп с диаметром зеркала 5 м при длине радиоизлучения 1 м способен разделить источники излучения, если они отстоят друг от друга больше чем на де сять градусов!
Десять градусов—это двадцать видимых поперечников Луны. Значит, указанный радиотелескоп не способен «разглядеть» в отдельности такие мелкие для него небесные светила, как Солнце или Луна.
Ясно, что низкая разрешающая способность обычных небольших радиотелескопов — большой недостаток; даже при огромных размерах зеркала она, как правило, уступает разрешающей силе человеческого глаза (не говоря уже об оптических телескопах). Как же можно устранить это препятствие?
Физикам уже давным-давно известно явление сложения волн, названное ими интерференцией. В школьном учебнике физики подробно описано, какое значение имеет интерференция на практике. Оказывается, интерференцию можно использовать в радиоастрономии.
Вообразим, что одновременно из двух источников распространяются две волны. Если они, как говорят физики, находятся в противоположных фазах, то есть «горб» одной приходится как раз против «впадины» другой, обе волны «погасят» друг друга, и колебания среды прекратятся. Если это световые волны—наступит тьма, если звуковые—тишина, если волны на воде — полный покой.
Может случиться, что волны находятся в одинаковых фазах («горб» одной волны совпадает с «горбом» другой). Тогда такие волны усиливают друг друга, и колебания среды будут совершаться с удвоенной интенсивностью.
Представим себе теперь устройство, называемое радиоинтерферометром (рис.3). Это два одинаковых радиотелескопа, разделенных расстоянием (базой) и соеди ненных между собой электрическим кабелем, к середине которого присоединен радиоприемник. От источника радиоизлучения на оба радиотелескопа непрерывно приходят радиоволны. Однако тем из них, которые попадают на левое зеркало, приходится проделать несколько больший путь, чем радиоволнам, уловленным правым радиотелескопом. Разница в путях, называемая разностью хода, равна отрезку АБ. Нетрудно сообразить, что если в этом отрезке укладывается четное число полуволн улавливаемого радиоизлучения, то «левые» и «правые » радиоволны придут в приемник с одинаковой фазой и усилят друг друга. При нечетном числе полуволн произойдет обратное— взаимное гашение радиоволн, и в приемник радиосигналы вовсе не поступят.
Обратите внимание: при изменении направления на источник излучения меняется и разность хода.
Достаточно при этом (что очень важно!) ли шь весьма незначительное изменение угла , чтобы «гашение» волн сменилось их усилием или наоборот, на что сразу же отзовется весьма чувствительный ради опри емник.
Радиоинтерферометры делают, как прави ло, неподвижными. Но ведь Земля вращается вокруг своей оси, и поэтому положение светил на небе непрерывно меняется. Следовательно, в радиоинтерферометре постоянно будут наблюдаться периодические усиления и ослабле ния радиопередачи от наблюдаем ого источни ка космических радиоволн.
Радиоинтерферометры гораздо «зорче» обычных радиотелескопов, так как они реагируют на очень малые угловые смещения светила, а значит, и позволяют исследовать объекты с небольшими угловыми размерами. Иногда радиоинтерферометры состоят не из двух, а из нескольких радиотелескопов. При этом разрешающая способность радиоинтерферометра существенно увеличивается. Есть и другие технические устройства, которые позволяют современным «радио глазам» астрономов стать очень «зоркими», гораздо более зоркими, чем невооруженный человеческий глаз!
рис.3 Схема радиоинтерферометра (d- его база, т.е. расстояние между радиотелескопами, характеризует направление на источник радиоволн).
Радиоинтерферометры гораздо «зорче» обычных радиотелескопов, так как они реагируют на очень малые угловые смещения светила, а значит, и позволяют исследовать объекты с небольшими угловыми размерами. Иногда радиоинтерферометры состоят не и з двух, а из нескольких радиотелескопов. При этом разрешающая способность радиоинтерферометра существенно увеличивается. Есть и другие технические устройства, которые позволяют современным «радио глазам» астрономов стать очень «зоркими», гораздо более зоркими, чем невооруженный человеческий глаз!
В феврале 1976 года советские и американские ученые осуществили интересный эксперимент— радиотелескопы Крымской и Хайсптекской (США) обсерва торий в этом опыте играли роль «глаз» исполинского радиоинтерферометра, а расстояние во много тысяч километров между этими обсерваториями было его базой. Так как база была очень велика и космические радио объекты наблюдались с разных континентов, достигнутая разрешающая способность оказалась поистине фантастической—одна десятитысячная доля секунды дуги! Под таким углом виден с Земли на Луне след от ноги космонавта! Позже к этим эксперимен там присоединились и австралийские ученые, так что астрономы «взглянули» на космические радиоисточники сразу с трех континентов. Результаты оправдали затраченные усилия: в ядрах галактик и квазарах обнаружены взрывные процессы необычайной актив ности, причем в ряде случаев наблюдаемая скорость разлета космических облаков в квазарах, по- видимому, превосходит скорость света!
Таким образом, новая техника поставила перед наукой и нов ые проблемы принци пи ального характера. Достигнутая ныне разрешающая способность радиоинтерферометров — это еще не предел. В будущем, вероятно, радиотелескопы станут еще зорче.
Кстати сказать, и в оптической астрономии исполь зуют интерферометры. Их присоединяют к крупным телескопам, чтобы измерить реальные поперечники зве зд. В обоих случаях интерферометры играют роль своеобразных «очков», позволяющих рассмотреть важные подробности в окружающей нас Вселенной.
Но оптически е ин терферометры по зоркости значительно уступают тем, которые употребляются ныне в радиоастрономии.
6.«Радиоэ хо» в астрономи и.
До сих пор речь шла о пассивном изучении космических радиоволн. Они улавливаются радиотелескопами, и задача астронома заключается ли шь в том, чтобы наилучшим образом расшифровать эти сигналы, получить с их помощью как можно больше сведений о небесных телах. При этом исследователь н икак не вмешивается в ход изучаемого им явления—он лишь пассивно наблюдает.
Та отрасль радиоастрономии, с которой мы теперь кратко познакомимся, имеет и ной, если так можно выразиться, активный характер. Ее называют радиолокационной астрономи ей.
Слово «локаци я» означает опред елени е местоположе ни я какого-ни будь предмета. Если, например, для этого используется звук, то говорят о звуковой локации. Ею, как известно, широко пользуются современные мореплаватели. Особое устройство, называемое эхолотом, посылает в направлении ко дну океана короткие, но мощные неслышимые ультразвуки. Отрази вшись от дна, они возвращаются, и эхолот фиксирует время, затраченное звуком на путешествие до дна и обратно. Зная скорость распространения звука в воде, легко подсчитать глубину океана.
Подобным же образом можно измерить и глубину колодца или какого-нибудь ущелья. Громко крикнув,затем ждите, когда до вашего уха донесется эхо — отраженный звук. Учтя, что скорость звука в воздухе равна 337 м/с, легко вычислить искомое расстояние. Любопытно, что звуковая локация встречается и в мире животных. Летучая мышь обладает специальным естественным локационным органом, который, испуская неслышимые звуки, помогает мыши ориентироваться в полете. Эти ультразвуки поглощаются в толстом слое волос, и поэтому, не получив обратного звукового эха, летучая мышь воспринимает голову как «пустое место». Этим и объясняется, что летучая мышь иногда в темноте ударяется о головы людей, не прикрытые головным убором.
Когда говорят о «радиолокации», то под этим словом подразумевают определение местоположения предмета с помощью радиоволн. Радиолокационная астрономия — еще совсем молодая отрасль науки. Систематически радиолокационные наблюдения небесных тел начались всего пятьдесят лет назад. И все же достигнутые успехи весьма значительны. Очень интересны и дальнейшие перспективы этого активного метода изучения небесных тел.»Активного» потому, что здесь человек сам направляет в космос созданные им искусственные радиоволны и, наблюдая их отражения, может затем по собственному желанию видоизменить эксперимент.
Образно говоря, в радиолокационной астрономии человек «дотрагивается» до небесных тел созданным им радиолучем, а не пассивно наблюдает их излучение.
7.Радиолокация Луны и планет.
Еще в 1928 году, когда большинство радиолюбителей пользовались примитивными детекторными приемниками, советские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси рассматривали вопрос о посылке радиосигнала на Луну и приеме па Земле радиоэха. Тогда это была только смелая мечта, далеко опережавшая действительность. Но такова характерная черта больших ученых—их мысль опережает факты и видит то, что становится реальностью лишь в будущем.
В годы второй мировой войны Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси снова вернулись к занимавшей их идее. Теперь настали другие времена. Радиолокация прочно вошла в практику военной жизни, и радиолокаторы уверенно нащупывали невидимые цели.
Советские ученые на основе новых данных подсчитали, какова должна быть мощность радиолокатора и другие его качества, чтобы с его помощью можно было осуществить радиолокацию Луны. Научная ценность такого эксперимента была вне сомнений. Ведь до сих пор, чтобы определить расстояние до Луны, приходилось наблюдать ее положение среди звезд одновременно из двух достаточно удаленных друг от друга обсерваторий. Радиолокация решила бы ту же задачу при наблюдениях из одного пункта. Учитывая быстрый прогресс радиотехники, можно было ожидать, что радиолокационные измерения астрономических расстояний дадут результаты гораздо более точные, чем те, которые были получены в прошлом.
Трудности, однако, оказались огромными. Расчеты показали, что при прочих равных условиях мощность отраженного сигнала убывает обратно пропорционально четвертой степени расстояния до цели. Получалось, что лунный радиолокатор должен обладать примерно в тысячу раз большей чувствительностью, чем обычная радиолокационная станция береговой обороны, обнаруживавшая в те годы самолет неприятеля с расстояния в двести километров.
И все же проект казался довольно убедительным, и уверенность его авторов в успехе вскоре была оправдана фактами.
В начале 1946 года почти одновременно, но с различными установками, венгерские и американские радиофизики осуществили радиолокацию Луны.
На Луну посылались мощные импульсы радиоволн длиной 2,7 м. Каждый импульс имел продолжительность 0,25 секунды, причем пауза между импульсами составляла 4 секунды. Антенна радиолокатора была еще весьма несовершенна: она могла поворачиваться только вокруг вертикальной оси. Поэтому исследования велись лишь при восходе или заходе Луны, когда последняя находилась вблизи горизонта.
Приемное устройство радиолокатора уверенно зафиксировало слабый отраженный сигнал, лунное радиоэхо.
Путь до Луны и обратно радиоволны совершили всего за 2,6 сек, что, впрочем, при их невообразимо большой скорости не должно вызывать удивления. Точность этого первого радиоизмерения из-за несовершенства аппаратуры была еще очень низка, но все же совпадение с известными ранее данными было весьма хорошее.
Позже радиолокация Луны была повторена на многих обсерваториях, и с каждым разом со все большей точностью и, конечно, с большей легкостью.
Большие возможности радиолокации обнаружились при наблюдении так называемой либрации Луны. Под этим термином астрономы понимают своеобразные «покачивания» лунного шара, вызванные отчасти геометрическими причинами (условиями видимости), отчасти причинами физического характера. Благодаря либрации земной наблюдатель видит не половину, а около 60% лунного шара. Значит, либрация позволяет нам иногда «заглядывать» за край видимого лунного диска и наблюдать пограничные районы обратной стороны Луны.
При «покачивании», или либрации, Луны один ее край приближается к наблюдателю, а другой удаляется. Скорость этого движения очень мала — порядка 1м/сек, что меньше даже скорости пешехода. Но радиолокатор способен, оказывается, обнаружить и такие смещения.
Радиолокатор посылает на Луну волны определенной длины. Естественно, что и отраженный радиосигнал будет обладать той же длиной волны. Можно сказать, что радиоспектр отраженного сигнала представляет собой одну определенную «радиолинию».
Если бы Луна не «покачивалась» относительно земного наблюдения, радиоспектры посланного и отраженного импульса были бы совершенно одинаковыми. На самом же деле разница, хотя и небольшая, все же есть. Радиоволна, отразившаяся от того края Луны, который приближается к земному наблюдателю, по принципу Доплера будет иметь несколько большую частоту и, следовательно, меньшую длину, чем радиоволна, посланная на Луну. Для другого удаляющегося края Луны должен наблюдаться противоположный эффект. В результате «радиолиния» в радиоспектре отраженного импульса будет более широкой, растянутой, чем «радиолиния» посланного импульса. По величине расширения можно вычислить скорость удаления краев Луны. Этим же методом можно определить периоды вращения планет вокруг оси и скорости их движения по орбите.
Раньше требовались многолетние высокоточные оптические наблюдения Луны, чтобы затем после долгих вычислений получить величину либрации. Радиолокаторы решили эту задачу, так сказать, непосредственно и несравненно быстрее.
При каждом измерении пользуются некоторым эталоном — меркой, употребляемой как единица длины. Для измерений на земной поверхности таким эталоном служит метр. Для астрономии расстояние ни метр, ни даже километр не являются вполне подходящей единицей масштаба — слишком уж велики расстояния между небесными телами. Поэтому астрономы употребляют вместо метра гораздо более крупную единицу длины. Называется она «астрономической единицей» ( сокращенно «а.е.»). По определению астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца. Чтобы связать астрономические измерения длины с чисто земными мерками расстояний, астрономическую единицу в конечном счете сопоставляют с метром — выражают астрономическую единицу в метрах или километрах.
Во времена Иоганна Кеплера (17 век) величину астрономической единицы еще не знали — она впервые была найдена только век спустя. Не были известны и расстояния от Солнца до других планет Солнечной системы. Тем не менее, третий закон Кеплера гласит, что «квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся между собой как кубы их средних расстояний до Солнца». Каким же образом, не зная расстояний планет до Солнца, Кеплер мог открыть этот важный закон?
Весь секрет, оказывается, в том, что не зная абсолютных (выраженных в километрах) расстояний планет до Солнца, можно сравнительно просто из наблюдений вычислить их относительные расстояния, то есть узнать, во сколько раз одна планета дальше от Солнца, чем другая.
Зная же относительные расстояния планет от Солнца, можно сделать чертеж Солнечной системы. В не будет хватать только одного — масштаба. Если бы можно было указать, чему равно расстояние в километрах между любыми двумя телами на чертеже, то, очевидно, этим самым был бы введен масштаб чертежа, и в единицах данного масштаба сразу можно было бы получить расстояние всех планет до Солнца.
До применения радиолокации среднее расстояние от Земли до Солнца, то есть астрономическая единица, считалось равным 149504000 км. Эта величина измерена не абсолютно точно, а приближенно с ошибкой в 17000 км в ту или другую сторону.
Некоторых такая ошибка может ужаснуть. С этой точки зрения расстояние от Земли до Солнца измерено очень точно — относительная ошибка не превышает сотых долей процента. Но постоянное стремление к повышению точности характерно для любой точной науки. Поэтому можно понять астрономов, когда они снова и снова уточняют масштаб Солнечной системы и стремятся применить самые совершенные методы для измерения астрономической единицы. Вот тут-то и приходит на помощь радиоастрономия.
Совершенно очевидно, что радиолокация планет из-за их удаленности несравненно труднее радиолокации Луны. Не забудьте, что мощность радиоэха падает обратно пропорционально четвертой степени расстояния, то есть очень сильно. Но современная радиотехника преодолела и эти трудности.
В феврале 1958 года американскими учеными впервые проведена радиолокация ближайшей из планет—Венеры, а в сентябре того же года поймано радиоэхо от Солнца.
Во время радиолокации Венера находилась в 43 миллионах километров от Земли. Значит, радиоволне требовалось примерно 5 минут для путешествия «туда и обратно». Сигналы подавались в течение 4 минут 30 секунд, а следующие 5 минут «подслушивалось» радиоэхо. Длительная посылка радиосигналов была вызвана необходимостью—при коротком импульсе единичное отражение от Венеры не могло наблюдаться.
Даже с такими ухищрениями разобраться в принятых радиосигналах было нелегко. Крайне слабые, отраженные от Венеры радиоволны маскировались собственными шумами приемной аппаратуры. Только электронные вычислительные машины после почти годовой обработки наблюдений наконец доказали, что радиолокатор все-таки принял очень слабое радиоэхо от Венеры. После первого успеха радиолокация Венеры была повторена еще несколько раз.
Радиоэхо от Венеры получилось в 10 миллионов раз более слабым, чем радиоэхо от Луны. Но радиолокаторы его все-таки поймали—таков прогресс радиотехники за какие-нибудь двенадцать лет.
Гораздо более уверенно и с лучшими результатами провели радиолокацию Венеры в апреле 1961 года советские ученые. По их данным удалось уточнить величину астрономической единицы. Оказалось, что Солнце на 95 300 км дальше от Земли, чем думали до тех пор, и астрономическая единица равна 14959930001. Ошибка в этом измерении не превышает 2000 км в ту или другую сторону, что по отношению к измеренному расстоянию составляет всего лишь тысячные доли процента!
Теперь величину астрономической единицы знают еще точнее, что позволяет с меньшими ошибками вычислять траектории космических ракет, а это имеет большое значение для межпланетных путешествий.
Солнце для радиолокатора гораздо более крупная цель, чем Венера. Но зато Солнце—само мощный источник космических радиоволн. Чтобы эти радиоволны не «заглушили» радиоэхо, отраженный от Солнца радиосигнал должен быть по крайней мере в сто раз сильнее сигнала, отраженного от Венеры.
Радиолокация Солнца впервые проводилась так. Передатчик включался с интервалами в 30 секунд в продолжение 15 минут. Наблюдения начались в сентябре 1958 года и были продолжены весной 1959 года. При обработке также пришлось прибегнуть к помощи электронных вычислительных машин. В хорошем согласии с предварительными расчетами получилось, что радиосигнал, посланный с Земли, отразился от тех слоев солнечной короны, которые находятся на расстоянии 1,7 радиуса Солнца от его поверхности.
Еще в 1959 году радиолокация Меркурия показала, что сутки на этой планете близки к 59 земным суткам, то есть Меркурий не обращен всегда к Солнцу одной стороной, как считалось до этого. Радиолокаторы выяснили также, что сутки на Венере в 243 раза длиннее земных, причем Венера вращается в направлении с востока на запад, то есть в сторону, обратную вращению всех остальных планет.
Радиолуч сквозь облака Венеры «прощупал» ее рельеф и установил существование на Венере кратеров, подобных лунным. Радиолокация уточнила данные о рельефе Марса. Но самое, пожалуй, удивительное было достигнуто в метеорной астрономии.
8.Метеоры наблюдают днем.
Звездная ночь. В невообразимой дали тихо сияют тысячи солнц. И вдруг как будто одна из звезд сорвалась и полетела, оставляя на небе узенькую светящуюся полоску. Все явление обычно занимает доли секунды, реже несколько секунд.
Так выглядят «падающие звезды», или метеориты,— явление, хорошо знакомые каждому еще с детских лет. Когда по небу пролетает «падающая звезда», это означает, что в земную атмосферу из безвоздушного мирового пространства вторглась крохотная твердая частичка весом в граммы или даже доли грамма — метеорное тело.
Двигаясь со скоростью десятки километров в секунду, сильно сжимает перед собой воздух. Он ярко светится, образуя спереди метеорного тела так называемую «воздушную подушку». Ее мы и видим как «падающую звезду», тогда как само метеорное тело из-за малости непосредственному наблюдению не доступно.
Поединок твердой частички космического вещества и земной атмосферы всегда имеет один исход. Примерно на высоте 80-100 км метеорные тела полностью разрушаются, и остающаяся после них мельчайшая метеорная пыль медленно оседает на Землю. Так как яркость метеоров сравнима с видимой яркостью звезд, то до последнего времени «падающие звезды» наблюдались только по ночам, на темном фоне звездного неба.
Радиоастрономия значительно расширила возможность изучения этих интересных явлений.
Когда метеорное тело стремительно прорезает земную атмосферу, то, сталкиваясь с молекулами и атомами воздуха, оно частично ионизует их, то есть «вышибает» из них некоторые электроны. В результате за метеорным телом образуется длинный цилиндрический слой из ионизованных газов. Его размеры весьма внушительны — при поперечнике в несколько метров длина этой ионизованной «трубы» достигает десятков километров. Вследствие диффузии (рассеивания газов) «труба» постепенно расширяется и в конце концов, разрушаемая ветрами и другими причинами, как бы растворяется в атмосфере.
Мы уже отмечали, что слой ионизованных газов для радиоволн определенных длин является своеобразным зеркалом. Значит, с помощью радиолокатора можно получить радиоэхо и от ионизованных метеорных следов. Возможности радиотехники в этой области исключительно велики. Радиолокаторы могут быстро определить расстояние до метеора, скорость метеорного тела, его торможение в атмосфере и, наконец, положение радианта, то есть той точки неба, откуда, как нам кажется, вылетел метеор.
Опыты показали, что наилучшие результаты получаются, если радиолокация метеоров ведется на волнах длиной около 5м .
Современные радиолокаторы так чувствительны, что им доступны метеоры 16-й звездной величины, то есть почти в 10000 раз менее яркие, чем самые слабые из звезд, доступных невооруженному глазу.
Систематические радиолокационные наблюдения метеоров начались с 1946 года. В ночь с 9 на 10 октября этого года Земля должна была пересечь орбиту кометы Джакобини — Циннера. Когда такое же событие происходило в 1933 году, на небе наблюдался интенсивный «звездный дождь». Сотни метеоров бороздили во всех направлениях звездное небо. В этот день земной шар встретился с метеорным потоком — огромным роем метеорных тел, своеобразных «осколков» кометного ядра, несущихся вокруг Солнца по орбите породившей их кометы. Астрономы договорились называть метеорные потоки по тому созвездию, из которого, как нам кажется, вылетают соответствующие им метеоры. Так как метеорный дождь, связанный с кометой Джакобини — Циннера, имеет радиант в созвездии Дракона, то порожденный ею метеорный поток получил название Драконит.
Ежегодно в конце первой декады октября Земля встречается с драконидами — метеорными телами потока Драконид. Но только иногда их звездные дожди бывают особенно обильными. Как раз такой случай и произошел в 1946 году, когда Земля пересекала наиболее плотную часть потока.
К огорчению астрономов в ночь с 9 на 10 октября 1946 года ярко светила Луна, и ее сияние сильно мешало обычным наблюдениям. Но для радиолокаторов лунный свет не помеха. Советские ученые Б.Ю. Левин и П.О. Чечик в ту ночь зарегистрировали радиоэхо от сотен метеоров, большинство которых оставалось невидимым.
С тех пор радиолокационные наблюдения метеоров прочно вошли в практику работы многих обсерваторий. Ни туман, ни дождь, ни ослепительное дневное сияние Солнца не могут помешать радиолокаторам «нащупывать» невидимые «падающие звезды». Они уверенно фиксируют как спорадические метеоры, то есть те метеоры, которые не связаны с каким-нибудь определенным метеорным потоком, таки и невидимые «звездные дожди».
9.В поисках внеземных цивилизаций.
Вряд ли есть другая научная проблема, которая вызывала бы такой жгучий интерес и такие жаркие споры, как проблема связи с внеземными цивилизациями. Литература по этой проблеме уже насчитывает многие тысячи наименований. Созываются научные конференции и симпозиумы, налаживается международное сотрудничество ученых, ведутся экспериментальные исследования. По меткому выражению Станислава Лема, проблема связи с внеземными цивилизациями подобна игрушечной матрешке—она содержит в себе проблематику всех научных дисциплин.
Одним из возможных каналов связи с разумными обитателями, по-видимому, может быть прием радиосигналов от высокоразвитых внеземных цивилизаций. При современном уровне радиотехники возможна также посылка сигналов с Земли далеким «братьям по разуму».
В конце 1959 года два известных зарубежных ученых Моррисон и Коккони выступили с проектом установления радиосвязи с обитателями других планет. Суть этого проекта заключается в следующем: Внутри невообразимо огромной сферы радиусом в сотню световых лет заключено около ста тысяч звезд. Среди них найдутся десятки, а может быть, и сотни таких, которые окружены обитаемыми планетами. Можно думать, что и перед другими цивилизациями, достигшими такого же уровня развития, как наша, встал тот же вопрос—как установить радиосвязь с другими разумными обитателями Вселенной? Кто знает, быть может, и сейчас в направлении нашего Солнца кто-то посылает радиосигналы из глубин звездного мира — сигналы, на которые пока человечество отвечало молчанием! На какой же длине годны скорее всего ведется эта передача?
Неведомые нам разумные существа живут на планете, окруженной атмосферой. Значит, и они, вероятно, могут радировать в космос только сквозь узкое «радиоокно» их атмосферы. Значит, возможный диапазон радиоволн для «межзвездной» радиосвязи, скорее всего, ограничивается длинами от нескольких сантиметров до 30 м. Космические естественные источники радиоволн, как уже известно читателю, ведут постоянную интенсивную «радиопередачу» на волнах метрового диапазона. Чтобы она не создавала досадные помехи, радиосвязь обитаемых миров разумно вести па длинах волн короче 50 см. Но очень короткие радиоволны, в несколько сантиметров, опять непригодны — ведь тепловое радиоизлучение планет совершается именно на таких волнах, и оно будет «глушить» искусственную радиосвязь.
И вот Моррисону и Коккони приходит в голову блестящая мысль. Радиосвязь надо вести на волнах, близких к 21 см, которые излучает межзвездный водород. Ведь разумные обитатели других планет должны понимать огромную роль межзвездного водорода в изучении Вселенной. Значит, и у них должна быть мощная радиоаппаратура, работающая именно на этой волне. Так как водород—самый распространенный элемент в наблюдаемой нами части в селенной, то его излучение на волне длиной 21 см может рассматриваться как некий природный, «космический» эталон длин. Значит, вероятнее всего прием радиосигналов с других обитаемых планет надо вести на волне длиной 21 см.
Трудно, конечно, предсказать, какой шифр будет скрыт в этих сигналах. Надо думать, что наши далекие «братья по космосу» воспользуются универсальным языком всех мыслящих существ—языком математики. Может быть, их сигналы будут давать последовательность цифр 1, 2, 3… Или они передадут через бездны космоса шифрованное значение такого замечательного числа, как . Во всяком случае искусственные радиосигналы на волне 21 см можно будет отличить от естественных. В частности, так как радиопередатчик установлен к а планете и вместе с ней обращается вокруг звезды, то благодаря эффекту Доплера искусственные радиосигналы должны периодически менять свою частоту.
Проект Моррисона и Коккони вызвал в среде астрономов огромный интерес. С конца 1960 года в Национальной радиоастрономической обсерватории США Франк Дрейк начал систематические «прослушивания» некоторых звезд с целью обнаружить искусственные радиосигналы. Для начала были выбраны две звезды, весьма похожие на Солнце. Это Тау из созвездия Кита и Эпсилон из созвездия Эридана. До каждой из них около одиннадцати световых лет. Прослушивание велось на радиотелескопе с диаметром зеркала 26 м.
Космос безмолвствовал. Впрочем, надеяться на быстрый успех было бы слишком наивно. Пройдут голы, а может быть, многие десятилетия, прежде чем удастся принять искусственные радиопередачи из глубин Вселенной. Да и расшифровав эти сигналы и послав в ответ свои, мы не можем ожидать быстрого, «оперативного» разговора. Наши вопросы и их ответы будут распространяться со скоростью спета, а это значит, что от посылки вопроса до получения ответа пройдут десятилетия! К сожалению, ускорить разговор невозможно — в природе нет ничего быстрее радиоволн,
С 1967 года поиски радиосигналов от инопланетян начались и в нашей стране. Эти работы ведутся под руководством известного советского ученого члена-корреспондента АН СССР В. С. Троицкого. В настоящее время на всенаправленных (а не на параболических) радиотелескопах ведется прием радиосигналов в диапазоне от 3 до 60 см. Одновременно подобные наблюдения проводятся и в других местах Советского Союза. Если на всех этих далеких друг от друга радиотелескопах одновременно будут приняты загадочные «всплески» радиоизлучения, есть основания считать, что приняты радиосигналы (или какие-то радиопомехи) из космоса.
Пока что и эти эксперименты не привели к желанному результату, хотя обнаружено новое явление— всплески радиоизлучения естественного происхождения, приходящие на Землю из ближнего космоса.
Крупнейший в мире кольцевой 600-метровый радиотелескоп Специальной астрофизической обсерватории АН СССР уже с самого начала своей работы включился в поиски космических радиосигналов искусственного происхождения.
В США обсуждается проект «Циклоп», реализуемый с помощью Научно-исследовательского центра НАСА (Национальное управление по астронавтике и исследованию космического пространства). По проекту «Циклоп» система для приема радиосигналов от инопланетян состоит из тысячи радиотелескопов, установленных на расстоянии 15 км друг от друга II работающих совместно. В сущности, эта система радиотелескопов подобна одному исполинскому параболическому радиотелескопу с площадью зеркала 20 квадратных километров! Проект «Циклоп» предполагается реализовать в течение ближайших 10—20 лет. Такие Сроки не должны казаться чрезмерными, так как стоимость намечаемого сооружения поистине астрономическая — не менее 10 миллиардов долларов!
Если система «Циклоп» станет реальностью, удастся в принципе принимать искусственные радиосигналы в радиусе 1000 световых ле т. В таком огром н ом объеме космического пространства содержи тся св ыше милли она солнце подобных звезд, часть которых, возможно, окружена обитаемыми планетами. Чув ств ительность системы «Циклоп» поразительна. Если бы вокруг ближайшей к нам звезды Альфа Центавра обращалась планета, подобная Земле (с таким же уровнем развития радиотехники), то си стема « Циклоп» была бы способна уловить радиопередачи, проводимые друг для друга обитателями этой планеты!
Пока проект «Циклоп» не осуществлен, группа американских радиоастрономов пытается принять радиосигналы примерно от 500 ближайших звезд (в радиусе до 80 световых лет). Прием ведется на 100метровом параболическом радиотелескопе, одном из крупнейших в мире.
Предпринята и первая попытка активной радиосвязи с инопланетянами. Как уже говорилось, 300метровый радиотелескоп в Аресибо может работать как радиолокатор на волне 10 см, причем его сигнал (с помощью радиотелескопов, подобных земным!)может быть уловлен в пределах всей нашей Галактики.
16 ноября 1974 года, когда состоялось официальное открытие радиообсерватории в Аресибо, гигантский радиолокатор послал шифрованное радиосообщение к инопланетянам. В этом сообщении в двоичной системе счисления закодированы важнейшие сведения о Земле и ее обитателях. Сигнал послан на шаровое звездное скопление в созвездии Геркулеса, содержащее около 30000 звезд. Если хотя бы около одной из этих звезд есть высокоразвитая цивилизация, способная принять и расшифровать сигнал, ответ на него мы получим не ранее, чем через 48000 лет — так далеки от нас эти звезды!
И все таки жажда общения со внеземным Разумом так сильна, что все технические и временные трудности кажутся преодолимыми. К тому же разумные наши собратья могут оказаться и по соседству с нами.
10. Заключение.
А с чего все таки началась радиоастрономия!? А началось все с того, что американский радиоинженер Карл Янский в декабре 1931г. Обнаружил какие-то странные радиошумы, мешавшие передаче на волне 14,7 м. Выяснилось, что источником радиопомех было радиоизлучение Млечного Пути.
Во время второй мировой войны радиолокаторы широко вошли в практику и были приняты на вооружение всех армий. В 1943г. Советские академики Л.И. Мандельштам и И.Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны, что и было осуществлено три года спустя. В после военные годы прогресс радиоастрономии приобрел бурный, почти взрывной характер.
Вслед за радиолокацией метеоров (1945) и Венеры (1958) последовала радиолокация Юпитера (1963) и Меркурия (1963). В 1946г. На волне длиной 4,7 м был открыт мощный космический источник радиоизлучения в созвездии Лебедя. Еще годом раньше голландский астрофизик Ван Де Хюлст теоретически обосновал возможность космического излучения на волне длиной 21 см, которое было обнаружено в 1951г. Радиоизлучение Солнца на волне длиной 18,7 м, открытое еще в 1947г., стало одним из важных явлений, характеризующих физическую природу центрального тела Солнечной системы.
Современные радиотелескопы принимают космические радиоволны в шести диапазонах — от субмиллимитрового (длина волны меньше миллиметра) до декаметрового (длина волны более десяти метров). Земная атмосфера пропускает радиоволны в диапазонах от 1, 4 и 8 мм и в интервале от 1 см до 20 м. Иначе говоря, наибольшая пропускаемая атмосферой длина радиоволны в 20000 раз больше наименьшей. Между тем в оптическом диапазоне аналогичное отношение крайних длин электромагнитных волн близко к двум. Таким образом, в этом смысле «радиоокно» в 10000 раз шире оптического «окна».
Для приема космического радиоизлучения имеются различные типы радиотелескопов. Некоторые из них напоминают рефлекторы. В таких радиотелескопах радиоволны собирает металлическое вогнутое зеркало, иногда решетчатое. Как и рефлекторов поверхность его имеет параболическую форму. Зеркало концентрирует радиоволны на маленькой дипольной антенне, облучая ее. По этой причине приемная антенна в радиотелескопах называется облучателем. Меняя облучатель можно вести радиоприем на разных длинах волн. Возникающие в облучателе токи передаются на приемное устройство и там исследуются.
У описанных радиотелескопов применяются два типа установок азимутная и параллактическая. В отличие от рефлекторов, зеркала радиотелескопов имеют очень большие размеры — метры и даже десятки метров. Один из самых больших радиотелескопов с подвижной антенной имеется в Радиоастрономическом институте им. Планка (Германия). Поперечник его зеркала равен 100 м. Еще больше неподвижный радиотелескоп на острове Пуэрто-Рико. Его зеркало сделано из кратера потухшего вулкана, оно имеет поперечник 305 м и занимает площадь более 7 га! В фокусе зеркала на высоте 135 м при помощи специальных стальных мачт укреплена гондола с облучателями. Гондола может перемещаться над зеркалом и потому принимать излучение с достаточно большой зоны неба.
«Ратан-600»— радиоастрономический телескоп Академии наук СССР. Он состоит из 895 отдельных зеркал общей площадью 10000 м2, которые установлены по окружности диаметром 600 м. Специальное устройство из отдельных зеркал позволяет формулировать параболическую поверхность, которая фокусирует космическое радиоизлучение на небольшом облучателе. «Ратан-600» может принимать радиоволны в диапазоне от 8 мм до 30 см.
В радиоастрономии широко применяется давно известный в физике принцип интерференции, т.е. сложение электромагнитных волн с разными фазами.
Радиоастрономия позволила исследовать радиоизлучение отдельных космических тел, а также изучить спиральное строение Галактики. Кроме того, радиоастрономы зафиксировали поразительно малые потоки энергии. Например, за всю полувековую историю радиоастрономии на волне длиной 21 см принято энергии 10-7.
Использованная литература.
1. Детская энциклопедия. Издательство «Просвещение»
2. Занимательно об астраномии. Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия».
3. Астрономы наблюдают. Издательство «Наука».
4. «Советская Энциклопедия».
5. Пароль-БТА Издательство «Детская литература».
6. Астрономия в ее развитии. Издательство «Просвещение»
www.ronl.ru
