101 ключевая идея: Астрономия - Джим Брейтот

С помощью радиоастрономии удалось подтвердить, что электромагнитные волны, проходящие вблизи Солнца, изгибаются под воздействием солнечного тяготения в. соответствии с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. По мере того как линия зрения между Землей и наблюдаемой планетой приближается к Солнцу, этот эффект увеличивает интервал поступления отраженных радарных импульсов. При измерениях выяснилось, что эта величина совпадает с предсказаниями Альберта Эйнштейна с точностью до 0,1 %.

См. также статьи "Планеты", "Радиотелескопы", "Красное смещение".

РАДИОАСТРОНОМИЯ

Радиоастрономия — это область астрономии, которая занимается определением и измерением астрономических источников радиоволн с длиной от нескольких сантиметров и выше. Земная атмосфера позволяет радиоволнам длиной до 10 м достигать поверхности Земли, поэтому большие радиотелескопы можно использовать для картирования источников радиоизлучения на небосводе.

Ученые, работающие над военными радиоустановками в 1942 году, обнаружили, что Солнце — мощный источник радиоволн. В 1946 году был обнаружен еще один мощный источник радиоизлучения в созвездии Лебедя, получивший название Лебедь А. К другим известным источникам радиоизлучения относятся Крабовидная туманность (остатки сверхновой звезды) и галактика М87. Кроме того, было обнаружено, что диск Галактики Млечный Путь тоже источник радиоизлучения.

Благодаря использованию радиотелескопов, настроенных на определение радиоволн длиной 21 см, удалось составить карту распространения водорода в диске Млечного Пути. Такие радиоволны излучаются атомом водорода, когда его электрон со спином параллельным спину протона переходит в более низкое энергетическое состояние со спином противоположного направления. В отличие от света радиоволны проходят через пылевые облака, закрывающие большую часть диска Млечного Пути. Измеряя величину доплеровского смещения длины радиоволн, ученые определили характер движения и распределения газовых облаков, что дало возможность составить карту спиральных рукавов Млечного Пути. В результате детектирования сильных радиосигналов в плоскости Галактики были обнаружены молекулярные облака, состоящие из окиси азота и углерода; известно, что радиоволны определенной длины соответствуют таким молекулам.

Впоследствии было обнаружено множество других источников радиоизлучения, включая пульсары, квазары и сверхновые. Тот факт, что количество внегалактических источников радиоизлучения увеличивается с расстоянием, породил сомнение в теории стабильного состояния Вселенной и привел к открытию квазаров.

См. также статьи "Электромагнитное излучение", "Пульсар", "Квазар", "Радиотелескопы", "Красное смещение", "Сверхновая".

РАДИОТЕЛЕСКОПЫ

Радиотелескоп — астрономический инструмент, предназначенный для исследования небесных тел в диапазоне радиоволн. Простой рефлекторный поворотный радиотелескоп состоит из большого параболического зеркала с антенной в центральной точке. Когда зеркало направлено на источник радиоизлучения в космосе, радиоволны отражаются от него на антенну и создают сигнал, который является производной от интенсивности радиоволн, создаваемых источником. Сигнал, поступающий с антенны, проходит через мощный усилитель, который, в свою очередь, направляет усиленный сигнал в компьютер для анализа и записи. Зеркало обычно состоит из проволочной сетки, более легкой, чем металлические листы, и столь же эффективной в качестве отражателя радиоволн при условии, что расстояние между отдельными элементами сетки составляет менее 1/20 длины измеряемых радиоволн. Усилитель должен увеличивать мощность сигнала от источника радиоизлучения, не усиливая фоновый шум, или "шипение", обусловленное локальными радиоточками и случайным движением электронов в компонентах самого усилителя. Фоновый шум устраняется путем усреднения сигнала через последовательные короткие интервалы.

Диаметр зеркала определяет область сбора, поэтому для обнаружения более слабых источников необходимы зеркала большего размера. Кроме того, диаметр зеркала определяет разрешение телескопа или степень детальности его показаний. Два источника, расположенные поблизости, могут быть определены как один источник, если диаметр зеркала слишком мал, поскольку дифракция слишком сильно размывает изображение источников. Лоуэлловский радиотелескоп в Чешире (Англия) обладает зеркалом диаметром 78 м с разрешением 0,2° для радиоволн длиной 21 см. Радиотелескоп Айкибо в Пуэрто-Рико представляет собой 300-метровое фиксированное вогнутое зеркало, установленное в естественном понижении рельефа местности.

Благодаря соединению отдельных телескопов удалось значительно повысить их разрешение. В целом, разрешение кратно расстоянию между отдельными телескопами, но лишь при условии, что телескопы расположены вдоль одной линии.

См. также статьи "Радиоастрономия", "Телескопы 3".

РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

Существуют очень веские научные свидетельства в поддержку теории, согласно которой Вселенная расширяется в результате первичного взрыва, создавшего пространство и время примерно 12 млрд. лет назад. По мере расширения Вселенной, которое продолжается и теперь, формировались галактики, постепенно отдалявшиеся друг от друга. Известно, что скорость разбегания наиболее далеких галактик приближается к скорости света.

Расширение Вселенной было открыто в 1929 году американским астрономом Эдвином Хабблом. На основе своих наблюдений он доказал, что далекие галактики отдаляются от нас со скоростью пропорциональной расстоянию. Это утверждение, известное как закон Хаббла, можно сформулировать в следующем уравнении: для галактики, отдаляющейся на расстояние d, ее скорость отдаления ν = Hd, где Н — постоянная Хаббла.

С 1 929 года были проведены измерения расстояния и скорости для многих галактик, что подтвердило правильность закона Хаббла и позволило более точно вычислить значение Н. Теперь считается, что величина постоянной Хаббла составляет примерно 20 км/с на миллион световых лет.

Закон Хаббла подразумевает, что Вселенная расширяется, поэтому чем дальше находится галактика, тем быстрее она отдаляется от нас. Расширение Вселенной можно объяснить теорией Большого Взрыва и другой теорией, известной под названием теории стабильного состояния, предполагающей, что вещество постоянно создается в пространстве между галактиками и при этом расталкивает их в стороны. Однако открытие космического микроволнового фонового излучения можно объяснить лишь в том случае, если излучение появилось в результате Большого Взрыва, так что теория стабильного состояния была отвергнута.

До сих пор неизвестно, замедлится ли в будущем расширение Вселенной и она начнет сжиматься или же продолжит расширяться вечно. Необходимо определить среднюю плотность Вселенной; если она превзойдет величину, известную как критическая плотность, обратный процесс неизбежен.

См. также статьи "Большой Взрыв", "Космическое микроволновое фоновое излучение", "Закон Хаббла".

РЕТРОГРАДНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Ретроградным движением внешней планеты называется ее возвратное движение через созвездия ночного неба в определенный период времени до и после противостояния. Внешняя планета обычно постепенно движется с запада на восток через созвездия, каждую следующую ночь появляясь немного восточнее относительно созвездия, в котором она находится. Движение в восточном направлении наблюдается потому, что планета постепенно движется вокруг Солнца по своей орбите против часовой стрелки при наблюдении из Северного полушария. Однако, поскольку планета движется по своей орбите медленнее, чем Земля, наша планета в конце концов догоняет ее, а затем перегоняет в период противостояния. Эффект "обгона" приводит к тому, что для наблюдателя планета начинает двигаться в противоположном направлении. Однако, когда Земля продвинется по своей орбите значительно дальше точки противостояния, ретроградное движение останавливается и сменяется нормальным движением в восточном направлении.

Ретроградное движение Марса происходит каждые 26 месяцев и длится в целом от двух до трех месяцев. Поскольку орбита Марса не круговая, наиболее благоприятное противостояние с Марсом возникает при наименьшем расстоянии до Земли. Юпитер находится в противостоянии каждые 13 месяцев и его ретроградное движение менее заметно, чем у Марса, так как расстояние до Земли в момент противостояния почти в 8 раз больше.

Птолемей, александрийский астроном, живший во II веке нашей эры, изобрел модель планетного движения, которая успешно объясняла ретроградное движение внешних планет с помощью эпициклов. Птолемеевская модель пользовалась общим признанием более 1 400 лет, но в конце концов она была отвергнута в пользу коперниковской модели Солнечной системы.