101 ключевая идея: Астрономия - Джим Брейтот

ЗЕМЛЯ

Земля, третья по порядку от Солнца планета, представляет собой звезду среднего возраста в Галактике, которую мы привыкли называть Млечный Путь. Галактика состоит из сотен миллионов звезд. Возможность существования во Вселенной других планет, похожих на Землю, представляется довольно высокой. Жизнь на Земле развилась потому, что на нашей планете есть вода в жидкой форме, а поверхность Земли защищена от ультрафиолетового излучения Солнца атмосферой. Если бы Земля находилась гораздо ближе к Солнцу, то океаны испарились бы; если бы Земля находилась гораздо дальше от Солнца, океаны превратились бы в лед. Жизнь, скорее всего, не смогла бы развиться в такой обстановке. К счастью, на протяжении большей части земной истории, после формирования планеты около 4,5 млрд. лет назад, она двигалась вокруг Солнца по круговой орбите, сохраняя расстояние в 149,6 млн. км от Солнца с точностью до 0,01 %. Это расстояние в астрономии принято в качестве единицы длины для измерения расстояний между небесными телами в пределах Солнечной системы и называется астрономической единицей (а. е.).

По форме Земля представляет собой сферу, немного уплощенную у полюсов;[7] ее полярный радиус составляет 6357 км, что примерно на 13 км меньше экваториального радиуса. Термин «километр» первоначально определялся как 0,0001 расстояния от экватора до Северного полюса. Это определение было заменено другим, основанным на скорости света, согласно которому расстояние от экватора до Северного полюса составляет 9986 км. В центре Земли находится сплошное плотное ядро диаметром около 2500 км, окруженное жидким ядром диаметром около 8000 км. Вязкая мантия над внешним ядром переходит в твердую земную кору неравномерной толщины, составляющей в среднем примерно 40 км. В земной коре содержится значительно больше железа, чем в мантии, которая состоит из менее плотных силикатных материалов. Магнитное поле Земли создается в ее жидком ядре, возможно, в результате температурной конвекции потоков вещества, обладающих электрическим зарядом. Ни одна из других планет земного типа в Солнечной системе не обладает магнитным полем; это свидетельствует о том, что сейчас их недра находятся в твердом состоянии.

См. также статьи «Планеты!», «Атмосфера Земли».

ИНФРАКРАСНАЯ АСТРОНОМИЯ

Инфракрасное излучение является электромагнитным излучением с длиной волны от 740 нм[8] до примерно 1 мм.

Инфракрасное излучение от космических объектов поглощается парами воды в атмосфере, поэтому инфракрасные телескопы расположены либо на большой высоте, в условиях низкой влажности, либо на спутниках за пределами атмосферы. Инфракрасный телескоп — это большое вогнутое зеркало, фокусирующее излучение на инфракрасном датчике. Прибор должен быть охлажден, чтобы сам телескоп перестал испускать инфракрасное излучение. Трехметровый инфракрасный телескоп расположен на Гавайях, поскольку там очень сухой климат.

Инфракрасное излучение испускается космическими объектами недостаточно горячими для того, чтобы испускать свет. Облака пыли в космическом пространстве тоже испускают электромагнитное излучение в этой части спектра. Таким образом, инфракрасные телескопы могут предоставлять изображения объектов и облаков пыли в космосе, которые невозможно наблюдать с помощью оптических телескопов. В 1983 году в течение 10 месяцев на орбите находился инфракрасный астрономический спутник IRAS. За это время его 60-сантиметровый рефлектор передал изображение облаков пыли вокруг ближайших звезд. Было обнаружено, что далекие галактики тоже испускают значительные количества теплового излучения.

После запуска в 1995 году инфракрасной космической лаборатории ISO, астрономы более двух лет получали изображения объектов и облаков пыли в космосе. Новый инфракрасный космический телескоп с диаметром рефлектора 0,85 м должен быть выведен на орбиту в 2002 году.

См. также статьи «Атмосфера Земли», «Электромагнитное излучение».

КАТАЛОГ МЕССЬЕ

Шарль Мессье — французский астроном XVIII века — открыл в ночном небе более 100 объектов, которые не были кометами, звездами или планетами. Эти объекты были названы туманностями, из-за расплывчатых очертаний (в отличие от звезд, которые являются точечными объектами) и неподвижности по отношению к звездам, в отличие от планет или комет. Мессье обнаружил их в поисках комет, которые, как ему было известно, изменяют свои позиции среди звезд. Расплывчатые объекты, не изменявшие свое положение на небосводе, были занесены в каталог, который позднее получил название «Каталог Мессье».

К примеру, Крабовидная туманность, которая сейчас считается остатками сверхновой звезды, взорвавшейся в XI веке нашей эры, была первым объектом, занесенным в каталог Мессье, поэтому она известна под номером Ml. Мессье внес в свой каталог галактику из созвездия Андромеды под названием «Туманность Андромеды», или М31, поскольку он ничего не знал о галактиках. 40 объектов из каталога Мессье являются галактиками, состоящими из многих миллиардов звезд. Сама Вселенная состоит из бесчисленных галактик, удаляющихся друг от друга в результате Большого Взрыва. Другие объекты из каталога Мессье представляют собой либо шаровые звездные скопления в Галактике Млечный Путь, либо рассеянные звездные скопления или облака светящегося газа и пыли в спиральных рукавах Млечного Пути. На смену каталогу Мессье, включавшему 110 туманностей, в 1888 году пришел "Новый общий каталог туманностей и звездных скоплений» (NGC).[9] Однако названия туманностей и других объектов из каталога Мессье по-прежнему находятся в употреблении. Некоторые из них перечислены ниже.

Ml Крабовидная туманность — остатки сверхновой звезды в созвездии Тельца на расстоянии около 6500 световых лет.

М27 Планетарная туманность Гантель, расположенная на расстоянии менее 1000 световых лет.

М31 Туманность Андромеды — спиральная галактика, расположенная на расстоянии более 2 млн. световых лет.

М42 Туманность Ориона — самая яркая газопылевая туманность на небе в созвездии Ориона на расстоянии более 1500 световых лет.

М45 Плеяды — рассеянное звездное скопление в созвездии Тельца на расстоянии более 400 световых лет содержит диффузную туманность, состоящую из более чем 250 звезд.

М104 Сомбреро — спиральная галактика в созвездии Девы, расположенная на расстоянии около 40 млн. световых лет.

См. также статьи "Галактики 3", "Сверхновая".

КВАЗАР

Квазар представляет собой астрономический объект, такой же яркий, как галактика, но гораздо меньшего размера, вроде звезды. Квазар — сокращение от термина "квазизвездный объект", что подразумевает его сходство со звездой. Квазары находятся на расстоянии в миллиарды световых лет, однако они достаточно яркие и доступны для наблюдения, несмотря на свои малые размеры. Звезда на таком расстоянии была бы слишком тусклой для наблюдения с помощью современных приборов.

Первый квазар был открыт в 1962 году, когда ранее обнаруженный астрономический радиоисточник, названный 3С 273, был отождествлен со звездой тринадцатой величины, имевшей красное смещение 0,15, что соответствовало скорости удаления в 15 % скорости света и расстоянию более 2 млрд. световых лет. Было рассчитано, что он излучает в 1000 раз больше света, чем наша Галактика Млечный Путь, однако сила его светового потока год от года претерпевала изменения. Такой масштаб, соответствующий времени прохождения света через поперечник объекта, указывает, что его размер не превышает порядка нескольких световых лет. Для сравнения — диаметр диска Млечного Пути превышает 100 000 световых лет. Впоследствии было обнаружено множество квазаров с красным смещением в интервале между 1 и 4, соответствующем расстоянию от 5 до 10 млрд. световых лет и скорости отдаления свыше 85 % световой, обусловленной расширением Вселенной после Большого Взрыва. Квазары принадлежат к древнейшим и наиболее отдаленным объектам в наблюдаемой Вселенной; до сих пор не обнаружено свидетельств существования квазаров на расстоянии ближе 1 млрд. световых лет.

Подробные радио-изображения квазаров указывают на присутствие быстродвижущихся облаков и радиоактивных струй вещества. Возможно, это результат присутствия массивной черной дыры в центре галактики на раннем этапе ее формирования. Крупная галактика с массивной черной дырой в центре уничтожает любые более мелкие галактики, сталкивающиеся с ней, которые затем бесследно исчезают в черной дыре.

См. также статьи "Большой Взрыт", "Черные дыры", "Звездная величина", "Красное смещение".

КОМЕТЫ

Комета представляет собой малое небесное тело, которое движется вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите. Комета не может покинуть Солнечную систему из-за силы тяготения Солнца, которая замедляет ее, когда она движется от Солнца и разгоняет, когда она приближается к Солнцу. Когда комета находится далеко от Солнца, она замерзает, становится темной и невидимой с Земли. По мере приближения к Солнцу поверхность кометы разогревается солнечным излучением и начинает испускать облака светящегося газа и пыли, которые образуют видимый хвост кометы, направленный в сторону, противоположную Солнцу.