ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ АСТРОНОМИИ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

АСТРОНОМИЯ

Астрономическая единица – единица
измерения расстояний в астрономии (между небесными телами). Она часто
обозначается «а.е.» и равняется 149 597 870км, т.е. среднему
расстоянию от Земли до Солнца.

Галактики – огромные звездные системы,
содержащие сотни миллиардов звезд и имеющие диаметр в десятки и сотни тысяч
световых лет.

Галактический год – промежуток времени,
за которое звезда и связанная с ней планетарная система совершают один оборот
вокруг центра Галактики. Солнце вместе с планетами, двигаясь со скоростью около
250 км/с, совершает один такой оборот приблизительно за 200 млн. лет.

Гелиоцентризм (от греч. helios – Солнце) – концепция, согласно которой Солнце
расположено в центре Солнечной системы, а планеты вращаются вокруг него.

Геоцентризм (от лат. geo – Земля) – концепция, согласно которой в центре нашей
планетарной системы находится Земля, а Солнце вращается вокруг нее вместе с
другими планетами.

Звезды – самосветящиеся небесные тела,
состоящие из раскаленных газов.

Квазары (от лат. quasi – как будто, почти; англ. quasar – квазизвездный источник радиоизлучения) – мощные
источники космического радиоизлучения, представляющее собой, скорее всего,
исключительно активные ядра очень далеких галактик.

Параллакс звезды (годичный) – угол, под которым со звезды
была бы видна полуось земной орбиты.

Парсек – сокращение слов
параллакс–секунда; расстояние, соответствующее параллаксу в 1 угловую секунду.

Пульсары (англ. pulsars, сокр. от pulsating sources
of radio emission – пульсирующие источники
радиоизлучения) – космические объекты, излучающие радиоволны в виде следующих
строго друг за другом отдельных импульсов (период импульсов – от долей секунды
до нескольких секунд). Предполагается, что пульсары – это быстро вращающиеся
нейтроны звезды.

Ядра галактик – компактные сгущения
вещества в центральной области многих галактик.

ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ АСТРОНОМИИ И
МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Оптическая астрономия. Оптическая астрономия изучает свет видимых звезд и
других светящихся объектов на небесном своде. При благоприятных условиях на
ночном небе невооруженным глазом можно увидеть 2000-3000 звезд. Большинство из
них не распределены в пространстве равномерно, а находятся в окрестностях нашей
Галактики – Млечного Пути. Небесная сфера, т.е. звездное небо, окружающее земной
шар со всех сторон, разделено на 88 участков по числу основных созвездий. В
пределах одного участка-созвездия находятся миллионы и миллиарды звезд. В
современные звездные каталоги включено около 20 млн. звездных и астрономических
объектов.

Звезды во Вселенной расположены редко:
ближайшая от Солнца звезда α-Центавра находится на расстоянии 4,2 световых год
от Солнца, а следующая по близости звезда Сириус – на расстоянии более 8
световых лет (среднее расстояние между звездами в нашей Галактике составляет
приблизительно 10 световых лет). Звезды, наблюдаемые с земли, как правило,
мерцают (происходят небольшие быстрые колебания блеска звезд и их цвета). Это
вызвано неоднородностью воздуха и движением его слоев в атмосфере Земли. Свет,
испускаемый звездами, состоит из разных лучей, которые по-разному преломляются,
проходя через атмосферу Земли.

Важными элементами Галактики являются
газы и пыль, которые также очень сильно затрудняют применение оптических
методов исследования в астрономии.

Радиоастрономия, нейтринная астрономия. В
1931 г.,
изучая атмосферные помехи радиоприема, американский ученый К. Янский обнаружил
радиоизлучение космического происхождения, а именно радиоизлучение Млечного
Пути. В 1942-1944 гг. было открыто радиоизлучение многих космических объектов
(Солнца, звезд, звездных скоплений), и с тех пор начала развиваться
радиоастрономия.

Рентгеновские и гамма-источники на небесной
сфере. Под рентгеновским излучением понимают электромагнитные волны в
области энергии 0,1 – 300 КэВ. Рентгеновские излучения Солнца было обнаружено в
1948 г.,
а в 1962 г.
было впервые зафиксировано излучение космического источника Sco X-1.

 Для
исследования этого излучения запускаются специализированные рентгеновские
спутники. С помощью только спутника «Ухуру» было зафиксировано 350 космических
источников как галактического, так и вне галактического происхождения.
Запущенный в 1970 г.,
этот спутник был назван американцами в честь 10-й годовщины независимости
Кении. «Ухуру» на языке суахили означает «свобода».

Среди источников рентгеновского
излучения выделяют транзиент, или рентгеновскую новую. Транзиент – это
рентгеновская звезда, которая внезапно вспыхивает в каком-либо участке неба,
где она раньше не наблюдалась. Интенсивность излучения возрастает в течение
недели, а затем за несколько месяцев падает до уровня фона.

УРОВНИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ
ПРИМИНИТЕЛЬНО К АСТРОНОМИЧЕСКИМ МАСШТАБАМ

В астрономии всякий, даже минимальных размеров объект –
астероид, метеорит, микрометеор – индивидуален. Каждый из них является
системой, имеющей свою историю и непременно как-либо эволюционирующей.

Среди уровней структурной иерархии
материи в астрономии обычно выделяют: планету,
звезду, галактику, метагалактику. При рассмотрении объектов Солнечной
системы следует упомянуть об открытиях последних лет, которые принципиально
изменили наши представления о планетах и других элементах этой системы. К
исследованию ближайших соседей солнца можно подойти, как к исследованию
«статистической выборки» во Вселенной. На уровне галактик следует также
обратиться к исследованиям последних лет. Что же касается метагалактики, то
здесь, прежде всего, представляет интерес концепция Большого взрыва.

Солнечная система. Солнечная система
представляет собой некоторую область пространства, в которой преобладает
притяжение Солнца, и размеры которой превышают расстояние от Солнца до Земли в
2·10⁵ раз. Ее составные части – Солнце, планеты, спутники планет,
кометы, метеоритные тела, космическая пыль. Наблюдаемые размеры Солнечной
системы определяются орбитой Плутона (около 40 а.е.). Солнце как звезда – это
типичный желтый карлик, раскаленный плазменный шар. Оно вращается вокруг своей
оси в том же направлении, что и Земля, и имеет магнитное поле. Существует
отдельная область физики – «физика Солнца», которая изучает его в разных
аспектах (внутренне строение, излучение, атмосфера и т.д.)

Планеты обычно разделяют на две группы:
Меркурий, Венера, Земля, Марс – внутренние; Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун
(планеты-гиганты) – внешние. Плутон по физическим характеристикам отличается от
планет-гигантов и обычно рассматривается отдельно. Внешние планеты имеют
наибольшее число спутников (около 90%).

Исследование планет, проведенное в
течение двух последних десятилетий, преподнесло сюрпризы, о которых астрономы
предыдущих поколений и не помышляли. Например, Венера имеет совершенно
неожиданные показатели по составу атмосферы, температуре и давлению на ее
поверхности. Основной слой облаков атмосферы этой планеты имеет толщину 24 км. В нем содержатся
следующие газы: CO₂ – 96,4%, N₂ – 3,4%, H₂O – 0,135%. Концентрации ³⁶Ar, ³⁸Ar, ²⁰Ne оказались неожиданно большими. Например, концентрация
³⁶Ar в 200-300 раз больше, чем на
Земле.

Звезды – ближайшие соседи Солнца. В 1953 г. американский
астроном П. Ван де Камп составил список звезд, находящихся ближе 5 парсеков от
Солнца. То есть речь идет о звездах, находящихся внутри сферы радиусом 5
парсеков, центром которой является Солнце.

Среди этих ближайших звезд Сириус,
Процион и Альтаир можно считать гигантами, хотя диаметр этих звезд больше
диаметра Солнца всего в 1,5-2 раза.

Местная группа галактик. Звездная
система, в которую входит Солнечная система, называется Галактикой (от греч.
млечный, молоко). Отсюда ее русифицированное название – Млечный Путь.

Видимый образ нашей Галактики – плоский
диск, радиус которого приблизительно в 10 раз превышает его толщину. Диаметр
Галактики равен примерно 26 000 парсеков = 85 000 световых лет = 8·10¹⁷
км. Солнце находится на расстоянии 8000 парсеков = 26 000 световых лет от
центра Галактики. Мы живем в период квазистационарного, относительно спокойного
расширения вселенной, около одиночной и стабильной Звезды – Солнца. Солнце
находится в одном из самых спокойных мест Галактики – коротационном круге.

Во Вселенной много загадочных объектов.
Они проявляются уже в Местной группе галактик, и часто их проявление бывает
достаточно наглядным.

Хотя Л. Д. Ландау предсказал
существование нейтронных звезд еще в 1932 г., открытие пульсаров в 1967 г. оказалось
неожиданным.

Главная отличительная черта квазаров –
концентрация огромной массы в сравнительно малом объеме. Возможно, квазары
являются предшественниками радиогалактик, а квазаги – обычных галактик.
Квазаров и квазагов много меньше, чем галактик, и они не объединены в
скопления. Место квазаров в эволюции Метагалактики еще не установлено. Квазары
и квазаги не прошли и не пройдут стадию галактик и радиогалактик. В то же время
вполне возможно, что это последние стадии эволюции галактик. В них много
тяжелых элементов, которые могли образоваться при сгорании в звездах водорода и
гелия.

Вселенная. Определение вселенной дал
выдающийся химик XX в., лауреат нобелевской премии
Л. Полинг. Вселенная состоит из
материи и излучения. Материю (от лат. material
– материал) можно определить как любой вид массы-энергии, движущейся со
скоростями, меньшими скорости света, а излучение – как любой вид массы-энергии,
движущейся со скоростью света.

В начале XX в. астрономия основывалась на двух основных
утверждениях:

1. Вселенная бесконечна.

2. Материя во Вселенной распределена
равномерно.

В настоящее время второе утверждение
называется космологическим принципом.

Представления о статичности Вселенной
были развеяны в 20-х гг. XX в. благодаря
общей теории относительности А. Эйнштейна и экспериментальным исследованиям Э
Хаббла. По современным представлениям, Вселенная расширяется, и эти
представления заставили ученых пересмотреть основные утверждения астрономии.

Парадокс Г. Ольберса: Если существует бесконечное количество звезд и они распределены
равномерно, то ночное небо должно казаться полностью покрытым сверкающими
точками, т.е. все небо должно быть таким же ярким, как Солнце. На первый
взгляд, кажется, что звезды находятся очень далеко. Но при внимательном
рассмотрении проблемы становится ясно, что ослабление света с расстоянием точно
компенсирует увеличение числа звезд. Если бы пыль и газ межзвездных пространств
поглощали основную часть этого излучения, то они сами вскоре нагрелись бы до
температур, при которых стали бы светиться подобно звездам. Ольберс предполагал,
что именно адсорбция энергии звезд пылевыми облаками является разрешением его
парадокса, но такое объяснение неверно. Этот парадокс называют также фотометрическим парадоксом и парадоксом Шезо-Ольберса, поскольку Р.
Шезо еще в 1774 г.
высказывал мысли, близкие к мыслям Ольберса.

Парадокс Г. Зеелигера: Если бесконечная материя распределена в
бесконечном пространстве однородно (как полагал Ньютон), то интенсивность
гравитационного поля, проистекающая от бесконечной массы Вселенной, также будет
бесконечна. Этот парадокс носит еще название гравитационного парадокса.

О том, что Вселенная возникла
мгновенно, а не создавалась миллиарды лет, свидетельствуют два факта.

1. Свободные нейтроны, необходимые для
образования стабильных ядер, имеют
период полураспада около 12 мин. После трех периодов полураспада (36 мин) осталось бы всего 1/8 часть
первоначального числа нейтронов, и дальнейшее
образование элементов стало бы весьма редким.

2. Через 30 мин температура,
соответствующая первоначальным частицам, опустилась
бы до значений гораздо более низких, чем необходимо для термоядерного синтеза.

Никакого «места взрыва», из которого
выбрасывалась бы первичная материя, не было. Во всем тогдашнем «пространстве»,
равномерно заполненном первичной материей, повсюду выделялась энергия. И лишь
несколько позже, когда это первичное вещество остыло из-за расширения
пространства, равномерно распределенная материя стала распадаться на отдельные
почти неподвижные сгущения, из которых образовались галактики, а затем и
звезды.

Скорость разбегания галактик ни в коем
случае нельзя считать скоростью их движения в пространстве. Каждая галактика
почти неподвижна относительно окружающего ее пространства. Ее скорость в «своем
пространстве», как правило, не превышает 1000 км/с. Разлетание Вселенной есть
расширение всего пространства, и большая скорость далеких галактик – это просто
как бы эффект накопления малых скоростей расширения в каждой точке
пространства.

ВОПРОСЫ
ДЛЯ СЕМИНАРОВ

1. Какие разделы астрономии Вы знаете?

2. Как называются наша Галактика и
самые ближние к нам галактики?

3. Что такое рентгеновское излучение?

4. Сформулируйте парадоксы Ольберса,
Зеелигера.

5. Каковы основные этапы эволюции
звезд?

6. Из какой физической теории следует,
что Вселенная расширяется, и какими измерениями подтверждается это свойство?