(8 оценок, среднее: 4,75 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Реферат: История исследований космоса
вопросец о том, какова природа звезд, появился, разумеется, еще позднее. Заметив блуждающие звезды — планетки, люди, может быть, в первый раз сделали попытку проанализировать связь разных явлений, хотя появившаяся таковым методом астрология подменила познания суевериями. Интересно, что астрономия, одна из более обобщающих наук о природе, свои 1-ые шаги совершала по зыбучей почве заблуждений, отголоски которых дошли даже до наших дней.
Причину этих заблуждений просто осознать, если учитывать, что 1-ый шаг развития науки о небе в буквальном смысле слова был основан на созерцании и абстрактном мышлении, когда фактически отсутствовали какие-либо астрономические инструменты. Тем наиболее поразительно, что этот шаг искрометно закончился, бессмертным творением Коперника — первой и важной революцией в астрономии. Ранее чудилось естественным, что наблюдаемое, видимое совпадает с реальным, реально имеющимся, копирует его. Коперник в первый раз обосновал, что действительное может конструктивно и принципно различаться от видимого.
Последующий настолько же решительный шаг изготовлен величавым Галилеем, смогшим узреть то, что не увидел даже таковой узкий наблюдающий, как процесс движения тела совсем не значит неизменного действия на него другого тела. Открытый Галилеем принцип инерции дозволил потом Ньютону сконструировать законы динамики, которые послужили фундаментом современной физики.
Если самое превосходное свое открытие Галилей сделал в области механики — и это в предстоящем принесло гигантскую пользу астрономии, — то конкретно наука о небе должна ему началом новейшей эры в собственном развитии — эры телескопических наблюдений.
Применение телескопа в астрономии до этого всего неизмеримо прирастило число объектов, доступных исследованиям. Еще Джордано Бруно гласил о бессчетных мирах солнц. Он оказался прав: звезды — самые принципиальные объекты во Вселенной, в их сконцентрировано практически все галлактическое вещество. Но звезды — это не попросту резервуары для хранения массы и энергии. Они являются термоядерными котлами, где происходит процесс образования атомов томных частей, без которых невозможны могли быть более сложные этапы эволюции материи, приведшие на Земле к появлению флоры, фауны, человека и в конце концов людской цивилизации.
По мере совершенствования телескопов и способов регистрации электромагнитного излучения астрологи получают возможность просачиваться во все наиболее удаленные уголки галлактического места. И это не только лишь расширяет геометрический горизонт известного нам мира: наиболее дальние объекты различаются и по возрасту, так что в известной нам части Вселенной, которую принято именовать Метагалактикой, содержится богатая информация о истории развития, другими словами, о эволюции Вселенной. Современная астрономия обогатилась учением о развитии миров, подобно тому как биология в свое время обогатилась учением Дарвина. Это уже наиболее высочайшая ступень перехода -от видимого к реальному, ибо по тому, что видно сейчас, мы познаем сущность явлений в дальнем прошедшем и можем предугадать будущее!
В крайнее время в астрономии наметился еще один принципиальный переход от наблюдаемого к реальному. {Само по себе} наблюдаемое сейчас оказалось достоянием почти всех ученых-астрономов, вооруженных самой современной техникой, которая употребляет мельчайшие способности, сокрытые в тайниках физических законов и дозволяющие вырывать у природы ее потаенны. Но проникновение в неизвестную еще нам действительность — это не попросту тела в давние времена, а нечто еще большее. Это – зание параметров места и времени в целом, в масштабах, не доступных нашему конкретному восприятию и созерцанию.
место меж звёздами, кроме отдельных туманностей, смотрится пустым. На самом же деле всё межзвёздное место заполнено веществом. К такому заключению учёные пришли опосля того, как сначала XX в. швейцарский астролог Роберт Трюмплер открыл поглощение (ослабление) света звёзд на пути к земному наблюдающему. Причём степень его ослабления зависит от цвета звезды. Свет от голубых звёзд поглощается наиболее активно, чем от бардовых. Таковым образом, если звезда испускает в голубых и бардовых лучах однообразное количество энергии, то в итоге поглощения света голубые лучи ослабляются посильнее бардовых и с Земли звезда кажется красной.
Вещество, поглощающее свет, распределено в пространстве не умеренно, а имеет клочковатую структуру и концентрируется к Млечному Пути. Тёмные туманности, такие, как Угольный Мешок и Конская Голова, являются местом завышенной плотности всасывающего межзвёздного вещества. А состоит оно из мелких частиц — пылинок. Физические характеристики пылинок к истинному времени исследованы довольно отлично.
Кроме пыли меж звёздами имеется огромное количество невидимого прохладного газа. Масса его практически в 100 раз превосходит массу пыли. Как сделалось понятно о существовании этого газа? Оказалось, что атомы водорода источают радиоволны с длиной волны 21 см. Огромную часть инфы о межзвёздном веществе получают при помощи радиотелескопов. Так были открыты облака атомарного нейтрального водорода.
Обычное скопление атомарного нейтрального водорода имеет температуру около 70 К (—200 °С) и невысокую плотность (несколько 10-ов атомов в кубическом сантиметре места). Хотя таковая среда и считается облаком, для землянина это глубочайший вакуум, в млрд раз разреженнее, чем вакуум, создаваемый, к примеру, в кинескопе телека. размеры туч водорода — от 10 до 100 пк (для сопоставления: звёзды в среднем находятся друг от друга на расстоянии 1 пк).
Потом были обнаружены ещё наиболее прохладные и плотные облака молекулярного водорода, совсем непрозрачные для видимого света. Конкретно в их сосредоточена большая часть прохладного межзвёздного газа и пыли. По размерам эти облака приблизительно такие же, как и области атомарного водорода, но плотность их в сотки и тыщи раз выше. Потому в огромных молекулярных облаках может содержаться большущая масса вещества, достигающая сотен тыщ и даже миллионов масс Солнца. В молекулярных облаках, состоящих в главном из водорода, находятся и почти все наиболее сложные молекулы, в том числе простые органические соединения. Некая часть межзвёздного вещества нагрета до весьма больших температур и «сияет» в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах. В рентгеновском спектре испускает самый жаркий газ, имеющий температуру около миллиона градусов. Это — короналъный газ, нареченный так по аналогии с разогретым газом в солнечной короне. Корональный газ различается весьма низкой плотностью: приблизительно один атом на кубический дециметр места.
Жаркий разреженный газ появляется в итоге массивных взрывов — вспышек сверхновых звёзд. От места взрыва в межзвёздном газе распространяется ударная волна и нагревает газ до высочайшей температуры, при которой он становится источником рентгеновского излучения. Корональный газ найден также в пространстве меж галактиками.
Итак, главным компонентом межзвёздной среды является газ, состоящий из атомов и молекул. Он перемешан с пылью, содержащей около 1% массы межзвёздного вещества, и пронизывается резвыми потоками простых частиц — галлактическими лучами — и электромагнитным излучением, которые также можно считать составляющими межзвёздной среды. Не считая того, межзвёздная среда оказалась слегка намагниченной.
Магнитные поля соединены с тучами межзвёздного газа и движутся совместно с ними. Эти поля приблизительно в 100 тыс. раз слабее магнитного поля Земли. Межзвёздные магнитные поля содействуют образованию более плотных и прохладных туч газа, из которых конденсируются звёзды. Частички галлактических лучей также реагируют на межзвёздное магнитное поле: они передвигаются вдоль его силовых линий по спиральным траекториям, вроде бы навиваясь на их. При всем этом электроны, входящие в состав галлактических лучей, источают радиоволны. Это так называемое синхротронное излучение рождается в межзвёздном пространстве и уверенно наблюдается в радиодиапазоне.
Газовые туманности
Наблюдения при помощи телескопов дозволили найти на небе огромное количество слабосветящихся пятен — светлых туманностей. Систематическое исследование туманностей начал в XVIII в. Уильям Гершель. Он делил их на белоснежные и зеленые. Подавляющее большая часть белоснежных туманностей образовано обилием звёзд — это звёздные скопления и галактики, а некие оказались связанными с межзвёздной пылью, которая отражает свет близко расположенных звёзд, — это отражательные туманности. Как правило, в центре таковой туманности видна колоритная звезда. А вот зеленые туманности — не что другое, как свечение межзвёздного газа.
Самая колоритная на небе газовая туманность — Большая туманность Ориона. Она видна в бинокль, а при неплохом зрении её можно увидеть и невооружённым глазом — чуток ниже трёх звёзд, расположенных в одну линию, которые образуют Пояс Ориона. Расстояние до данной для нас туманности около 1000 световых лет.
Что принуждает сиять межзвёздный газ? Ведь обычный нам воздух прозрачен и не испускает света. Голубое небо над головой сияет рассеянным на молекулах воздуха светом Солнца. Ночкой небо становится тёмным. Вообщем, время от времени всё же можно узреть свечение воздуха, к примеру во время грозы, когда под действием электронного разряда возникает молния. В северных широтах и в Антарктиде нередко наблюдаются полярные сияния — разноцветные полосы и сполохи на небе. В обоих вариантах воздух испускает свет не сам по для себя, а под действием потока стремительных частиц. Поток электронов порождает вспышку молнии, а попадание в атмосферу Земли энергичных частиц из радиационных поясов, имеющихся в околоземном галлактическом пространстве, — полярные сияния.
Схожим образом возникает излучение в неоновых и остальных газовых лампах: поток электронов бомбит атомы газа и принуждает их сиять. Зависимо от того, какой газ находится в лампе, от его давления и электронного напряжения, приложенного к лампе, меняется цвет излучаемого света.
В межзвёздном газе также происходят процессы, приводящие к излучению света, но они не постоянно соединены с бомбардировкой газа резвыми частичками.
Разъяснить, как возникает свечение межзвёздного газа, можно на примере атомарного водорода. Атом водорода состоит из ядра (протона), имеющего положительный электронный заряд, и вращающегося вокруг него негативно заряженного электрона. Они соединены меж собой электронным притяжением. Затратив определённую энергию, их можно поделить. Такое разделение приводит к ионизации атома. Но электроны и ядра могут вновь объединиться друг с другом. При любом объединении частиц будет выделяться энергия. Она излучается в виде порции (кванта) света определённого цвета, соответственного данной энергии.
Итак, для того чтоб газ источал, нужно ионизовать атомы, из которых он состоит. Это может произойти в итоге столкновений с иными атомами, но почаще ионизация возникает, когда атомы газа поглощают кванты ультрафиолетового излучения, к примеру от наиблежайшей звезды.
Если поблизости облака нейтрального водорода вспыхнет голубая жгучая звезда, то при условии, что скопление довольно огромное и мощное, практически все ультрафиолетовые кванты от звезды поглотятся атомами облака. Вокруг звезды складывается область ионизованного водорода. Освободившиеся электроны образуют электрический газ температурой около 10 тыс. градусов. Оборотный процесс рекомбинации, когда вольный электрон захватывается протоном, сопровождается переизлучением освободившейся энергии в виде квантов света.
свет излучается не только лишь водородом. Как числилось в XIX в., цвет зеленых туманностей определяется излучением некоего «небесного» хим элемента, который окрестили небулием (от лат. nebula — «туманность»). Но потом выяснилось, что зелёным цветом сияет кислород. часть энергии движения частиц электрического газа расходуется на возбуждение атомов кислорода, т. е. на перевод электрона в атоме на наиболее далёкую от ядра орбиту. При возвращении электрона на устойчивую орбиту атом кислорода должен испустить квант зелёного света. В земных критериях он не успевает этого создать: плотность газа очень высока и нередкие столкновения «разряжают» возбуждённый атом. А в очень разреженной межзвёздной среде от 1-го столкновения до другого проходит довольно много времени, чтоб электрон успел совершить этот запрещённый переход и атом кислорода послал в место квант зелёного света. Аналогичным образом возникает излучение азота, серы и неких остальных частей.
Таковым образом, область ионизованного газа вокруг жарких звёзд можно представить в виде «машинки», которая перерабатывает ультрафиолетовое излучение звезды в весьма интенсивное излучение, диапазон которого содержит полосы разных хим частей. И цвет газовых туманностей, как выяснилось позже, различен: они бывают зеленые, розовые и остальных цветов и цветов — зависимо от температуры, плотности и хим состава газа.
Некие звезды на заключительных стадиях эволюции равномерно сбрасывают наружные слои, которые, медлительно расширяясь, образуют светящиеся туманности. При наблюдении в телескопы эти туманности напоминают диски планет, потому они получили заглавие планетарных. В центре неких из их можно узреть маленькие весьма жаркие звезды. Расширяющиеся газовые туманности также появляются в конце жизни неких мощных звезд, когда они взрываются как сверхновые; при всем этом звезды на сто процентов разрушаются, рассеивая свое вещество в межзвездное место. Это вещество богато томными элементами, образовавшихся в ядерных реакциях, протекавших снутри звезды, и в предстоящем служит материалом для звезд новейших поколений и планет.
Что происходит в центре нашей Галактики?
Центральная область Млечного Пути приковывала внимание астрологов в протяжении почти всех десятилетий. От нее до Земли всего 25 тыс. световых лет, тогда как от центров остальных галактик нас отделяют миллионы световых лет, потому все есть основания возлагать, что конкретно центр нашей Галактики получится изучить наиболее тщательно. Но в течение долгого времени конкретно следить эту область было нереально, так как она укрыта большенными плотными тучами газа и пыли. Хотя открытия, изготовленные при наблюдениях рентгеновского и гамма-излучения, непременно важны, более необъятные и ценные спектроскопические исследования центра Галактики были проведены в инфракрасном и радиодиапазонах, в каких он в первый раз наблюдался. Достаточно тщательно изучалось радиоизлучение атомарного водорода с длиной волны 21 см. Водород — более всераспространенный элемент во Вселенной, что компенсирует слабость его излучения. В тех областях Млечного Пути, где облака межзвездного газа не очень плотны и где ультрафиолетовое излучение не весьма активно, водород находится основным образом в виде изолированных электрически нейтральных атомов; конкретно отлично различимые радиосигналы атомарного водорода детально картировались для установления структуры нашей Галактики.
На расстояниях наиболее 1000 св. лет от центра Галактики излучение атомарного водорода дает надежные данные о вращении Галактики и структуре ее спиральных рукавов. Из него недозволено получить много инфы о критериях поблизости центра Галактики, так как там водород в большей степени объединен в молекулы либо ионизован (расщеплен на протон и электрон).
Массивные облака молекулярного водорода скрывают центр Галактики и более удаленные объекты, находящиеся в плоскости Галактики. Но микроволновые и инфракрасные телескопы разрешают следить и эти облака, и то, что находится сзаду их в галактическом центре. Не считая молекулярного водорода облака содержат много размеренных молекул окиси (монооксида) углерода (СО), для которых большая характеристическая длина волны излучения составляет 3 мм. Это излучение проходит через земную атмосферу и быть может записанно наземными приемниками; в особенности много окиси углерода в черных пылевых облаках, потому она играет полезную роль для определения их размеров и плотности. Измеряя доплеровский сдвиг (изменение частоты и длины волны сигнала, вызываемое движением источника вперед либо вспять относительно наблюдающего), можно найти и скорости движения туч.
Обычно черные облака достаточно прохладные — с температурой около 15 К(—260°С), потому окись углерода в их находится в низких энергетических состояниях и испускает на относительно низких частотах — в миллиметровом спектре. часть вещества поблизости центра Галактики очевидно наиболее теплая. При помощи Койперовской астрономической обсерватории исследователями из Калифорнийского института в Беркли зарегистрировали наиболее энергичное излучение окиси углерода в далекой инфракрасной области, указывающее на температуру газа около 400 К, что примерно соответствует точке кипения воды. Этот газ греется под действием идущего из центра Галактики ультрафиолетового излучения и, может быть, ударных волн, которые появляются при столкновениях туч, передвигающихся вокруг центра.
В остальных местах вокруг центра окись углерода несколько холоднее и большая часть ее излучения приходится на наиболее длинноватые волны — около 1 мм. Но даже тут температура газа составляет несколько сотен кельвинов, т. е. близка к температуре у поверхности Земли и еще выше, чем снутри большинства межзвездных туч. ‘К иным детально изученным молекулам относятся цианистый водород (HCN), гидроксил (ОН), моносульфид углерода (CS) и аммиак (NH^). карта излучения HCN высочайшего разрешения была получена на радиоинтерферометре Калифорнийского института. карта показывает на существование разбитого на отдельные сгустки, неоднородного диска из теплых молекулярных туч, окружающего «полость» шириной около 10 св. лет в центре Галактики. Так как диск наклонен относительно полосы наблюдения с Земли, эта круглая полость кажется эллиптической (см. рис. понизу).
Атомы углерода и кислорода, часть которых ионизована ультрафиолетом, перемешаны в диске с молекулярным газом. Карты инфракрасного и радиоизлучений, соответственных линиям испускания ионов, атомов и различных молекул, демонстрируют, что газовый диск вращается вокруг центра Галактики со скоростью около 110 км/с, также, что этот газ теплый и собран в отдельные сгустки. Измерения нашли и некие облака, движения которых совсем не соответствуют данной для нас общей схеме циркуляции; может быть, это вещество свалилось сюда с некого расстояния. Ультрафиолетовое излучение центральной области «ударяет» по наружному краю пасмурного диска, создавая практически непрерывное кольцо ионизованного вещества. Ионизованные стримеры и сгустки газа имеются также в центральной полости.
Некие довольно всераспространенные ионизованные элементы, включая неон, лишенный 1-го электрона, аргон без 2-ух электронов и серу без 3-х электронов, имеют калоритные полосы излучения поблизости 10 мкм — в той части инфракрасного диапазона, для которого земная атмосфера прозрачна. Было также найдено, что из всех частей поблизости центра преобладает однозарядный ионизованный неон, тогда как трехзарядный ион серы там фактически отсутствует. Чтоб отобрать три электрона у атома серы, необходимо затратить еще больше энергии, чем для того, чтоб отобрать один электрон у атома неона; наблюдаемый состав вещества показывает на то, что в центральной области поток ультрафиолетового излучения велик, но его энергия не весьма большая. Отсюда следует, что это излучение, по-видимому, создается жаркими звездами с температурой от 30 до 35 тыс. Кельвинов, и звезды с температурой, значительно больше обозначенной, отсутствуют.
Спектроскопический анализ излучения ионов отдал также подробную информацию о скоростях разреженного вещества снутри полости поперечником 10 св. лет, окружающей центр. В неких частях полости скорости близки к скорости вращения кольца молекулярного газа — около 110 км/с. часть туч снутри данной для нас области движется существенно резвее — приблизительно со скоростью 250 км/с, а некие имеют скорости до 400 км/с.
В самом центре найдено ионизованное вещество, движущееся со скоростями до 1000 км/с. Это вещество ассоциировано с увлекательным набором объектов поблизости центра полости, известным как IRS 16, который был найден Беклином и Негебауэром во время поиска источников коротковолнового инфракрасного излучения. Большая часть отысканных ими весьма маленьких источников — это, возможно, одиночные мощные звезды, но IRS 16 (16-й в их перечне инфракрасный источник) представляет собой нечто другое: следующие измерения выявили в нем .5 ярчайших необыкновенных компонент. Вся эта центральная область — как теплый газовый диск, так и внутренняя полость — является, по-видимому, сценой, где совершенно не так давно разыгралось некое бурное действие. Кольцо либо диск газа, крутящиеся вокруг центра Галактики, должны равномерно перевоплотиться в однородную структуру в итоге столкновений меж стремительно и медлительно передвигающимися сгустками вещества. Измерения доплеровского сдвига демонстрируют, что разница меж скоростями отдельных сгустков в кольце молекулярного газа добивается 10-ов км в секунду. Эти сгустки должны сталкиваться, а их распределение сглаживаться в масштабах времени порядка 100 тыс. лет, т. е. за один-два оборота вокруг центра. Отсюда следует, что в течение этого промежутка времени газ подвергся сильному возмущению, может быть, в итоге выделения энергии из центра либо падения вещества с некого расстояния снаружи, и столкновения меж сгустками должны быть еще довольно сильными, чтоб в газе появлялись ударные волны. Справедливость этих выводов быть может испытана методом поиска «следов» таковых волн.
Ударные волны могут быть идентифицированы по спектральным линиям жарких очень возбужденных молекул. Такие молекулы были обнаружены при наблюдениях с Койперовской астрономической обсерватории; к ним относятся радикалы гидроксила — электрически заряженные фрагменты молекул воды, которые были с силой разорваны на части. Записанно также коротковолновое инфракрасное излучение жарких молекул водорода; оно показывает, что в неких местах температура туч молекулярного газа добивается 2000 К — конкретно таковая температура может создаваться ударными волнами. Каковой источник плотных молекулярных пылевых туч поблизости центра? Вещество содержит томные элементы; это показывает на то, что оно было образовано в недрах звезд, где в итоге элементы, такие как углерод, кислород и азот. Старенькые звезды расширяются и испускают большущее количество вещества, а в неких вариантах взрываются как сверхновые. В любом случае томные элементы выбрасываются в межзвездное место. Вещество туч, находящихся поблизости центра Галактики, было, по-видимому, наиболее основательно «обработано» снутри звезд, чем вещество, расположенное далее от центра, так как поблизости центра в особенности много неких редчайших изотопов, образующихся лишь снутри звезд.
Не все это вещество было сотворено ранее существовавшими звездами в конкретной близости от центра. Может быть, часть туч была притянута снаружи. Под воздействием трения и магнитных полей вещество равномерно стягивается по направлению к центру, потому в данной для нас области оно обязано накапливаться..
Газ в Большенном Магеллановом Облаке.
Светящиеся газовые туманности- одни из более прекрасных и впечатляющих объектов во Вселенной. Туманность 30 Золотой Рыбы является самой броской и большенный из газовых туманностей 3-х 10-ов галактик местной группы, включая нашу Галактику. Она имеет некорректную форму и большие размеры. В то время как Большая туманность в созвездии Ориона видна невооруженным глазом в виде звезды с размытым изображением. Туманность 30 Золотой Рыбы занимает на небе площадь, сравнимую с диском солнца либо полной луны, невзирая на то что она находится от нас в 100 с излишним раз далее туманности Ориона. Ее поперечник составляет около 1000 световых лет, а туманности Ориона – всего три световых года. Газ туманности в значимой степени ионизирован: большая часть атомов растеряла по последней мере по одному электрону. Оказывается, туманность 30 Золотой Рыбы содержит ионизированного газа в 1500 раз больше, чем туманность Ориона. Ионизация газа происходит под действием ультрафиолетового излучения, испускаемого громоздкими жаркими юными звездами, находящимися в туманности.
Двадцатый век породил изумительные науку и технику, они разрешают людской мысли просачиваться в глубины Вселенной, воистину за границы известного мира. Наш кругозор и горизонты видимого мира расширились на столько, что человечий разум, пытающийся сбросить с себя кандалы земных предрассудков, чуть способен завладеть им. Ученые, работающие в разных областях науки, пытаясь при помощи физических законов разъяснить таинственные объекты, обнаруженные в наше время, убеждаются в том, что умопомрачительная Вселенная, в какой мы живём, в главном ещё нам не известна. Если же какая-либо информация о Вселенной становится доступной, то нередко даже самый дерзновенный одна наука не достигала настолько феноменально резвого развития, как наука о этих неповторимых объектах. И всё это практически за крайние десятилетия. Утоляя присущую человеку неистощимую жажду зания, астрофизики неутомимо изучают природу этих небесных объектов, бросающих вызов людскому разуму.
Перечень литературы
1.С.Данлоп «Азбука звёздного неба» (1990 г.)
2.И.Левитт «За пределами известного мира» (1978 г.)
3.Джон С. Матис «Объект необыкновенно высочайшей светимости в Большенном Магелановом Облаке» (В мире науки. Октябрь 1984 г.)
4.Чарлз Г. Таунс, Рейнгард Гензел «Что происходит в центре нашей Галактики?» (В мире науки. Июнь 1990 г.)
5.Аванта плюс. Астрономия.
]]>