Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах - Евгений Гусев

3.32. В первой половине ХХ в. наша Галактика, размеры которой были определены по расстоянию до далёких шаровых скоплений, считалась самой большой среди всех галактик. Однако в начале 1960–х она уже считалась «рядовой» по размеру галактикой. Что привело к такой переоценке взглядов астрономов?

3.33. В 1987 г. на Земле наблюдалась вспышка сверхновой звезды в галактике Большое Магелланово Облако, удалённой от нас на 55 кпк. Когда в действительности произошёл взрыв этой звезды?

3.34. Иммануил Кант выдвинул гипотезу, что Солнечная система и звёздная система Млечного Пути не только аналогичны, но и гомологичны. Что имел в виду великий философ?

3.35. В середине прошлого столетия было обнаружено, что движение вещества в Галактике не подчиняется законам динамики самогравитирующего тела, если считать, что Галактика содержит только наблюдаемые звёзды и межзвёздный газ. В чём причина столь странного движения вещества Галактики?

3.36. Что навело на подозрение о звёздной природе многочисленных внегалактических туманностей в то время, когда их ещё не удавалось разрешать на отдельные звёзды?

3.37. В. Гершель открыл, что галактики («млечные туманности») концентрируются к галактическим полюсам. Это было истолковано последователями Гершеля, в том числе и его сыном — астрономом Джоном Гершелем, как физическая связь этих туманностей с Млечным Путём. А как современная астрономия объясняет это явление?

3.38. Эдвин Хаббл обнаружил, что все галактики, кроме трёх ближайших, удаляются от нашей звёздной системы. Почему приближаются эти три галактики?

3.39. Кто и каким образом впервые установил наличие во Вселенной систем разного порядка?

3.40. Кто в античные времена высказывал идеи, созвучные гипотезе Большого взрыва?

3.41. Какое открытие полностью опровергло гипотезу о стационарности Вселенной?

3.42. Учёный И. Г. Ламберт в книге, вышедшей в 1761 г., высказал идею, что Вселенная представляет собой бесконечную «иерархическую лестницу» космических систем. Согласны ли с этой идеей современные учёные?

3.43. В 1908–1922 гг. шведский астроном К. В. Шарлье (1862–1934) развивал теорию иерархической Вселенной. Он считал, что открыл систему более высокого порядка, чем наша Галактика, и назвал её Метагалактикой. Термин сохранился до нашего времени. Является ли Метагалактика системой?

3.44. В астрономии широко известен фотометрический парадокс, сформулированный швейцарским астрономом Ж. Шезо в 1744 г. и немецким астрономом Г. В. Ольберсом в 1826 г. Этот парадокс состоит в том, что в бесконечной однородной стационарной Вселенной, заполненной звёздами, вся поверхность неба должна представляться примерно такой же яркой, как и поверхность Солнца. Попытка Оль- берса объяснить парадокс поглощением света в межзвёздной среде не дала ожидаемого результата. Неужели Вселенная конечна?

3.45. Почему для объяснения фотометрического парадокса не могла быть принята идея о наличии в межзвёздном пространстве тёмного поглощающего вещества?

3.46. Как Л. Больцман опроверг вывод Р. Клаузиуса и У. Томсона о неизбежности тепловой смерти Вселенной?

3.47. В древнем Китае (I‑II вв. н. э.) астрономы считали Землю центральным телом бесконечной Вселенной. Найдите логическое противоречие в этой идее.

3.48. Какой довод приводил Н. Кузанский (1401–1464) в пользу неограниченности Вселенной?

3.49. Как обосновывал И. Ньютон идею бесконечной Вселенной?

3.50. Как при помощи астрономических наблюдений была опровергнута теория о «космическом эфире» — вещественной среде, якобы заполняющей мировое пространство? Считалось, что свет есть колебательное движение частиц «эфира», а явление поляризации света даже свидетельствует об упругости «эфира».

3.51. Подчёркивая грандиозность Вселенной, Коперник утверждал, что отношение расстояния от Земли до Солнца к расстоянию до неподвижных звёзд меньше, чем отношение радиуса Земли к расстоянию от Земли до Солнца. По мнению Кеплера, «радиус Вселенной» во столько раз больше радиуса Солнечной системы, ограниченной по тогдашним воззрениям орбитой Сатурна, во сколько раз радиус орбиты Сатурна больше радиуса Солнца. Кто из учёных — Коперник или Кеплер — был ближе к истине?

3.52. В книге Ю. М. Чернова «Земля и звёзды. Повесть о Павле Штернберге» (М.: Политиздат, 1975) описан эпизод первого знакомства московского астронома Павла Карловича Штернберга с известной книгой Карла Маркса. Дело было осенью…

Когда оторвался от «Капитала», за окном стояла ночь. В лампе нервно прыгало пламя: кончался керосин. Над крышей соседнего дома висела луна, а дальше, левее, пролегла широкая светлая полоса — Млечный Путь.

Насколько правдиво это описание с точки зрения астрономии?

3.53. В 1960–х годах в советской астрономии происходила активная борьба двух космогонических концепций:

1) образование космических тел из диффузного вещества (московская школа);

2) возникновение космических тел из сверхплотного состояния, так называемых D — тел (бюраканская школа).

В отношении формирования звёзд и планет победила первая концепция. Однако нельзя ли указать космические объекты, похожие на D — тела?

3.54. Какие астрономические явления приводил В. А. Амбарцумян в подтверждение своей космогонической гипотезы?

Раздел 4 Познание солнечной системы

4.1. Аристарх Самосский (310–230 гг. до н. э.) придумал остроумный способ определения расстояния от Земли до Солнца. Он предложил сравнить интервалы времени между новолунием и первой четвертью, а также между первой четвертью и полнолунием. Чем ближе расположено Солнце к Земле, тем больше должна быть разница между этими интервалами времени.

На рисунке показаны Солнце (S), Земля (E) и орбита Луны. Положение Луны в точках N, Q и F соответствует новолунию, первой четверти и полнолунию. Из простых геометрических соображений следует, что ∠HEQ=∠ESQ, следовательно, HQ/HE=QE/ES. Аристарх из наблюдений определил, что первая четверть синодического месяца (от новолуния до первой четверти) почти на 12 часов короче второй. Отсюда он получил, что расстояние Солнце — Земля приблизительно в 19 раз больше расстояния Земля — Луна. Это значение признавалось астрономами на протяжении более чем полутора тысяч лет.

К задаче 4.1. Метод Аристарха Самосского определения расстояния до Солнца.

Почему теоретически безупречный метод Аристарха дал такую большую погрешность при определении отношения расстояний до Луны и до Солнца?

4.2. Почему солнечный параллакс не определяют путём наблюдения самого Солнца, как это делается с планетами и звёздами? Какие наблюдения проводят для определения параллакса Солнца?

4.3. В начале XVIII в. Эдмонд Галлей предложил простой способ определения суточного параллакса Солнца: предлагалось наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца из двух точек на земной поверхности, удалённых одна от другой по широте. У каждого наблюдателя видимая траектория Венеры на фоне солнечного диска изобразится отрезком прямой, но из‑за параллактического смещения эти отрезки будут иметь разную длину. Определив интервалы времени между вступлением и сходом планеты с диска Солнца, можно легко найти длины хорд в угловом измерении и по ним вычислить расстояние между хордами, которое будет равно разности параллаксов Венеры и Солнца. Отношение параллаксов известно и равно обратному отношению расстояний Солнце — Земля и Солнце — Венера. Из этих двух соотношений простое вычисление позволяет найти истинное значение параллаксов Солнца и Венеры, первый из которых очень важен для определения всех расстояний в Солнечной системе. Почему метод Галлея, несмотря на принципиальную простоту и несложность в практическом плане, давал большую погрешность и был заменён другими, более точными методами?

4.4. Метод определения параллакса Солнца по наблюдениям Марса во время его противостояния был предложен французскими учёными Д. Кассини и Ш. Рише. Он даёт точность в 2–3 раза более высокую, чем наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца. Суть метода заключается в измерении параллактического смещения планеты при наблюдении её из различных точек Земли. Для вычисления солнечного параллакса по этим данным используется известное значение отношения больших полуосей орбит Земли и Марса. Почему и этот метод определения солнечного параллакса был отвергнут? Позиционные наблюдения каких объектов дают самую высокую точность определения солнечного параллакса?

4.5. Наблюдения какой малой планеты позволили определить параллакс Солнца с высокой точностью?