101 ключевая идея: Астрономия - Джим Брейтот

См. также статью "Небесная сфера 1".

НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА

Нейтронной звездой называется очень маленькое, сверхплотное небесное тело, состоящее только из нейтронов. В каждом атоме вещества содержится положительно заряженное ядро, состоящее из протонов с положительным зарядом и нейтронов, не имеющих электрического заряда. Отрицательно заряженные электроны движутся вокруг ядра атома на сравнительно больших расстояниях. В нейтронной звезде нет электронов или протонов; она целиком состоит из нейтронов, упакованных так же плотно, как в ядре атома.

Поскольку нейтроны не несут электрического заряда, они не отталкиваются друг от друга, как протоны. В 1934 г. Вальтер Бааде и Фриц Цвикки опубликовали статью, в которой они предложили идею звезды, состоящей только из нейтронов.[20] Согласно их теории, вспышка сверхновой происходит после того, как обычная звезда превращается в нейтронную. Плотность такой звезды значительно выше, чем плотность белого карлика. Нейтронная звезда с массой, равной массе Солнца, будет иметь диаметр, немного превышающий 10 км. Сила тяготения на поверхности нейтронной звезды будет так велика, что искривляет свет и почти достаточна для того, чтобы удержать световое излучение.

Теоретики того времени знали, что общей теорией относительности Эйнштейна было предсказано существование черных дыр — объектов с такой огромной массой, что даже свет не может избежать их притяжения. Модель нейтронной звезды превратила понятие черной дыры из математической гипотезы в физическую возможность. Существуют ли экспериментальные свидетельства существования нейтронных звезд? В 1967 году Джоселин Белл, аспирантка Кембриджского университета, обнаружила в космосе источник повторяющихся всплесков радиоизлучения. Через год было обнаружено еще 20 таких звезд, названных пульсарами.

Астрономы доказали, что пульсар представляет собой быстро вращающуюся нейтронную звезду, испускающую пучок радиоволн, который поворачивается из стороны в сторону, как луч света маяка, вместе с вращением звезды. Каждый раз, когда радиолуч проходит мимо Земли, приборы регистрируют всплеск радиоволн от нейтронной звезды. Нейтронная звезда в центре Крабовидной туманности является пульсаром, вращающимся со скоростью 30 раз в секунду.

См. также статьи "Черные дыры", "Пульсар".

НЕПТУН

Планету Нептун наблюдал еще Галилей, который считал ее звездой, поскольку ее положение на фоне ближайших звезд почти не менялось. Однако в 1843 году Джон Адамс в Англии и Урбен Леверье во Франции независимо друг от друга пришли к выводу, что необъяснимое ускорение, а потом замедление Урана должно быть обусловлено воздействием внешней планеты. Положение этой неизвестной планеты, впоследствии названной Нептуном, было вычислено по движениям Урана, и это предсказание было подтверждено Иоганном Галле[21] в 1846 году.

Нептун виден с Земли как голубой диск без каких-либо характерных черт, движущийся через созвездия со скоростью около 2° в год и совершающий полный оборот вокруг Солнца за 164 года и 288 дней на среднем расстоянии 30 астрономических единиц. Его диаметр примерно такой же, как у Урана, хотя средняя плотность в 1,3 раза выше, чем плотность Урана. Автоматический зонд "Вояджер-2" пролетел мимо Нептуна в 1989 году и обнаружил, что его атмосфера сходна по составу и температуре с атмосферой Урана. "Вояджер -2"также обнаружил слабовыраженные пояса и зоны, формации облаков и огромное темное пятно в атмосфере Нептуна. Однако, в отличие от Большого красного пятна Юпитера, этого темного пятна не оказалось на месте, когда космический телескоп Хаббла был впервые использован для наблюдения Нептуна. Считается, что присутствие поясов и зон на Нептуне обусловлено внутренним разогревом планеты.

Зонд "Вояджер-2" выявил наличие кольцевой системы вокруг Нептуна и открыл еще 6 спутников в дополнение к Тритону, открытому в 1846 году, и Нереиде, открытой в 1949 году. Диаметр Тритона, самого крупного спутника Нептуна, составляет 0,75 диаметра земной Луны. Тритон движется по орбите в направлении противоположном вращению самой планеты и наклонен под углом 23° к экватору Нептуна. "Вояджер -2" наблюдал гейзеры, бьющие высоко над ледяной поверхностью Тритона, местами изборожденной глубокими складками, местами — гладкой. Считается, что Тритон сформировался в другой части Солнечной системы, а затем при близком прохождении был захвачен Нептуном. Гейзеры на Тритоне, скорее всего, состоят из жидкого азота, прорывающегося из-под поверхности азотного льда.

См. также статьи "Планеты", "Орбиты планет", "Уран".

НОВАЯ

Новая — это звезда, которая внезапно становится гораздо ярче обычного, а затем постепенно тускнеет.[22] Так, например, одна из звезд в созвездии Орла в 1918 году за несколько дней неожиданно стала такой же яркой, как Сириус, ярчайшая звезда в ночном небе, и оставалась видимой невооруженным глазом в течение нескольких месяцев. Подобно выслеживанию комет, охота за новыми звездами для астрономов-любителей является одним из способов прославиться, так как появление новой звезды всегда бывает неожиданным событием, а профессиональные астрономы обычно не могут позволить себе вести за небосводом случайные наблюдения. Астроном-любитель из Колорадо Питер Коллинз был первым, кто заметил Новую в созвездии Лебедя в 1992 году. Через несколько часов после открытия астрономы по всему миру наблюдали эту Новую V1974 в созвездии Лебедя. Вспышка Новой является драматическим событием, в ходе которого звезда сбрасывает оболочку из вещества и ее яркость иногда возрастает сразу на 10 звездных величин. Расширяющаяся оболочка вещества обычно слишком тусклая для непосредственного наблюдения, но ее присутствие очевидно из-за широких эмиссионных линий в электромагнитном спектре звезды.

Что же заставляет звезду вести себя подобным образом? Одной из возможных причин считается "перетягивание" вещества белым карликом от другой звезды — его спутницы в двойной системе. Белый карлик представляет собой очень горячую коллапсирующую звезду, близкую к концу своего существования. Его гравитационное воздействие на менее плотное вещество обычной звезды бывает достаточно сильным для втягивания вещества в себя. Это дополнительное вещество питает белый карлик, вызывая сильный перегрев его внешних слоев, после чего следует мощная вспышка света с выбросом накопленного вещества. Наблюдались новые звезды, которые вспыхивали дважды. В 1946 году звезда Т Северной Короны повторила свою вспышку 1866 года, когда ее яркость возросла на 7 звездных величин и достигла второй величины.

Сверхновая типа Ia представляет собой гораздо более драматическое событие, когда белый карлик притягивает так много вещества от другой звезды в двойной системе, что взрывается из-за сильнейшего перегрева.

См. также статьи "Звездная величина", "Спектр оптический", "Сверхновая", "Белый карлик".

НЬЮТОН

Сэр Исаак Ньютон родился в 1642 году, в год смерти Галилея. Его родиной было местечко Вулсторп близ городка Грэнтем в графстве Линкольншир. Отец мальчика умер еще до его рождения, и после того, как его мать снова вышла замуж, Исаак воспитывался у деда. Его послали учиться в местную приходскую школу, а в 1661 году он поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета. В период между 1665 и 1666 годами Ньютон жил дома, потому что университет был закрыт из-за Великой чумы; за эти два года он сформулировал математические теоремы и физические теории, включая закон всемирного тяготения, который произвел революцию в физике и математике. В 1667 году Ньютон вернулся в Кембридж и два года спустя в возрасте 26 лет получил кафедру физики и математики в том же колледже Святой Троицы Кембриджа, так называемую люкасовскую кафедру, которую занимал до 1701 года.

В широкий круг научных интересов Ньютона наряду с физикой и математикой входили астрономия, химия и оптика. Математические и физические теории Ньютона нашли отражение в его величайшем труде "Начала",[23] в котором он показал, что три закона движения и закон всемирного тяготения достаточны для объяснения природы движения любой системы тел.

Он раз и навсегда доказал, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца, объяснил законы Кеплера и Галилея. Пользуясь законом всемирного тяготения, Ньютон мог объяснять и предсказывать такие феномены, как кометы, затмения и приливы. Его идеи обеспечили науку руководящими принципами на следующие два столетия, пока Эйнштейн не доказал, что пространство и время взаимозависимы.

После публикации "Начал" в 1687 году Ньютон стал ведущим ученым своего поколения, хотя не уклонился от ожесточенной дискуссии с Лейбницем, который утверждал, что первым изобрел дифференциальное исчисление. В университете карьера Ньютона не получила должного развития, так как он принадлежал к унитарной церкви и не верил в Святую Троицу. В 1695 году Ньютон был назначен смотрителем, а в 1699 году — директором Монетного двора, где посвятил свои таланты проведению денежной реформы. Научные заслуги Ньютона были признаны в 1703 году, когда он был избран президентом Лондонского королевского общества и возведен в рыцарское достоинство.[24]