101 ключевая идея: Астрономия - Джим Брейтот

Атмосфера Земли прозрачна для электромагнитного излучения в двух полосах, называемых окном видимого спектра и окном радиоволн; последнее охватывает частоты начиная от — 30 МГц до 100 ГГц. Поэтому оптические и радиотелескопы на уровне Земли могут улавливать свет или радиоволны из космоса, в отличие от инфракрасных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей. Приборы для наблюдения за этими частотами космического излучения должны быть расположены на спутниках, выведенных за пределы земной атмосферы.

Молекулы в атмосфере Земли рассеивают солнечный свет, поэтому дневное небо яркое во всех направлениях. Небо имеет голубой цвет, поскольку чем выше степень рассеивания, тем короче длина световой волны.

Ионосфера на высоте от 100 до 300 км содержит ионы и электроны. Космическое и солнечное излучения вызывают ионизацию атомов и молекул в атмосфере этого региона: Радиоволны с частотой ниже 30 МГц отражаются ионосферой из — за большого количества ионов и электронов, отражающих радиоволны так же, как металлическая пластина.

См. также статьи «Метеоры и метеориты», «Электромагнитное излучение», «Радиотелескопы».

БЕЛЫЙ КАРЛИК

Звезды типа белых карликов значительно менее яркие, чем Солнце, но гораздо более горячие; они в буквальном смысле раскалены добела. Согласно закону Стефана, чем горячее звезда, тем больше количество энергии, излучаемое в секунду с единицы площади ее поверхности. Таким образом, белый карлик излучает гораздо больше энергии в секунду на единицу площади, чем Солнце, но поскольку общее количество энергии, излучаемое в секунду, значительно уступает солнечной, площадь поверхности и диаметр белого карлика должны быть гораздо меньше, чем у Солнца. Белый карлик Сириус В, спутник звезды Сириус, был обнаружен одним из первых.

Белый карлик образуется после прекращения реакции ядерного синтеза в звезде- гиганте с низкой массой. При выбросе значительной части ее внешних слоев и образовании так называемой планетарной туманности остается горячее плотное ядро, постепенно остывающее и тускнеющее в течение миллиардов лет. Радиус белого карлика уменьшается при увеличении его массы вплоть до предела Чандрасекара, который составляет 1,4 массы Солнца. Ядро звезды с массой более 1,4 массы Солнца не становится белым карликом, поскольку она не стабильна и взрывается как сверхновая. Белый карлик в системе двойной звезды притягивает массу своего спутника и в конце концов взрывается как новая или сверхновая звезда, когда его масса достигает предела Чандрасекара. При достижении этого предела в недрах звезды возобновляется реакция ядерного синтеза, в результате чего она сбрасывает внешние слои и становится новой звездой или взрывается целиком и становится сверхновой. Однако белый карлик как отдельная звезда является стабильным и постепенно расходует свою внутреннюю энергию, в конце концов становясь холодной и невидимой карликовой звездой. С учетом того обстоятельства, что в недрах черного карлика содержится значительное количество углерода, некоторые астрономы полагают, что такая звезда может представлять собой гигантский алмазный шар!

См. также статьи «Эволюция звезд», «Ядерный синтез», «Сверхновая».

БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ

Теория Большого Взрыва гласит, что Вселенная появилась в результате взрывного расширения точки сингулярности, когда было создано время, пространство и вещество. Считается, что это событие произошло около 12 млрд. лет назад. По мере расширения Вселенной формировались галактики, постепенно удалявшиеся друг от друга, Вселенная продолжала расширяться и по-прежнему расширяется. Известно, что отдаленные галактики разбегаются друг от друга со скоростью, приближающейся к скорости света.

Теория Большого Взрыва возникла в результате открытия американского астронома Эдвина Хаббла. Он обнаружил, что далекие галактики удаляются от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию до них. Эта взаимосвязь, выявленная в результате наблюдений, известна как закон Хаббла, который гласит, что для удаляющейся галактики на расстоянии d, ее скорость убегания v = Hd, где Н представляет собой константу пропорциональности, известную как постоянная Хаббла. Однако, хотя закон Хаббла объясняет идею расширения Вселенной, теория Большого Взрыва не была принята до открытия космического фонового микроволнового излучения в 1965 году. До этого открытия многие астрономы склонялись к теории равновесного состояния Вселенной, предполагавшей, что расширение Вселенной обусловлено веществом, создаваемым в космосе между галактиками, которые в результате удаляются друг от друга. Эта теория была отвергнута, так как она не объясняла присутствия микроволнового излучения, приходящего из космического пространства.

Хаббл вывел связующее звено между скоростью убегания и расстоянием в результате измерения красного смещения более 24 галактик, находившихся на расстоянии до 6 млн. световых лет от Земли. С тех пор подобные измерения были выполнены для гораздо большего количества галактик; результаты подтверждали закон Хаббла и позволили определить более точное значение константы Н. Общепринятая величина постоянной Хаббла теперь считается около 20 км/с на миллион световых лет[1] или (50–100) км/с на мегапарсек. Увеличение постоянной Хаббла на больших расстояниях указывает на то, что расширение Вселенной на ее окраинах происходит с большей скоростью.

См. также «Расширение Вселенной», «Закон Хаббла».

ВЕНЕРА 1: ХАРАКТЕРИСТИКИ ОРБИТЫ

За исключением Солнца и Луны, Венера — самый яркий объект на небосводе. Ее яркость частично обусловлена тем, что планета постоянно покрыта белыми облаками, хорошо отражающими солнечный свет. Венера обращается вокруг Солнца на среднем расстоянии 0,72 астрономической единицы по почти круглой орбите с периодом 225 суток. Направление ее вращения вокруг собственной оси противоположно направлению вращения Земли; один полный оборот происходит за 243,2 суток. Диаметр Венеры составляет 0,95 диаметра Земли, а ее средняя плотность в 5,2 раза превышает плотность воды.

При наблюдении с Земли Венера никогда не отходит от Солнца дальше чем на 47°; таким образом, ее можно видеть в течение трех часов до восхода солнца или в течение трех часов после заката. При наблюдении до рассвета Венера находится в западной элонгации, поскольку она расположена к западу от Солнца. При наблюдении после заката Венера находится в восточной элонгации, поскольку она расположена к востоку от Солнца. Яркость Венеры меняется, так как ее расстояние от Земли тоже меняется от 0,28 астрономической единицы в точке нижнего астрономического соединения, когда Венера находится между Землей и Солнцем, до 1,72 астрономической единицы в точке верхнего соединения, когда Венера находится с противоположной стороны от Солнца. При движении от верхнего астрономического соединения к нижнему и обратно Венера проходит через цикл фаз от полного диска до полумесяца и обратно. Угловая ширина диска планеты тоже претерпевает изменения, поскольку расстояние от Земли меняется таким образом, что мы видим маленький диск полной Венеры, а затем большой полумесяц Венеры. Период максимальной яркости Венеры совпадает с максимальной элонгацией, поскольку с Земли видна большая часть освещенной Солнцем поверхности, а сама планета находится на небольшом расстоянии.

Орбита Венеры наклонена под углом около 3° по отношению к орбите Земли. Когда Венера находится в точке нижнего астрономического соединения, она обычно расположена над солнечным диском или под ним из-за наклона орбиты. Однако в редких случаях, называемых прохождениями, Венера движется перед солнечным диском как черная точка. Последние прохождения наблюдались в 1874 и 1882 годах, а следующие два ожидаются в 2004 и 2012 годах.

См. также статьи «Планеты», «Орбиты планет».

ВЕНЕРА 2: ЭЛЕМЕНТЫ ПОВЕРХНОСТИ

Венера постоянно покрыта плотным слоем облаков. Период вращения Венеры сначала был определен с помощью радарных импульсов, направленных на планету с Земли. Эти импульсы частично отражались поверхностью Венеры и могли регистрироваться на Земле. Из-за вращения Венеры длина волны отраженных импульсов то увеличивается, то уменьшается. В результате измерения смещения длины волны отраженных импульсов было установлено, что планета вращается в обратном направлении с периодом 243,2 суток.

Сила тяготения на поверхности Венеры составляет 0,9 земной, а температура на поверхности — около 750К (~ 500 °C). Атмосфера Венеры на 96 % состоит из углекислого газа и на 4 % из азота с небольшими примесями двуокиси серы, сероводорода и других химических соединений. Измерения, проведенные космическими зондами, направленными в атмосферу Венеры, установили, что атмосферное давление на планете в 90 раз превосходит земное. Венерианские облака, состоящие главным образом из серной кислоты, имеют толщину около 20 км и расположены на высоте примерно 50 км над поверхностью, оставляя свободный от облаков атмосферный промежуток от поверхности до высоты примерно 30 км. Температура на поверхности гораздо выше, чем можно было бы ожидать для объекта, расположенного на расстоянии 0,72 астрономической единицы от Солнца. Дело в том, что слой облаков улавливает солнечное тепло и препятствует его рассеиванию, создавая парниковый эффект в атмосфере Венеры.