101 ключевая идея: Астрономия - Джим Брейтот

Период обращения долгопериодических комет вокруг Солнца составляет сотни тысяч лет. В 1997 г. комета Хейла — Боппа вернулась в Солнечную систему после путешествия, продолжавшегося несколько тысяч лет, в течение которого она удалилась на огромное расстояние за орбиту Плутона. В период максимальной яркости комета Хейла — Боппа была легко различима в ночном небе даже перед закатом и вскоре после восхода Солнца. Считается, что долгопериодические кометы образуются в Облаке Оорта,[10] собрании небесных тел, вращающихся по орбите вокруг Солнца на расстоянии примерно одного светового года. Близкопроходящая звезда может притянуть объект из Облака Оорта и перевести его на эллиптическую орбиту вокруг Солнца, в результате чего он становится долгопериодической кометой.

Период обращения короткопериодических комет составляет не более 100 лет. Комета Галлея возвращается в Солнечную систему примерно раз в 76 лет. Подробные наблюдения этой кометы были проведены с помощью автоматического космического зонда "Джотто" в 1985 г., когда она вернулась во внутреннюю часть Солнечной системы. Эти наблюдения заставили астрономов отказаться от модели "грязного снежка", как ранее именовались кометы, в пользу модели "ореха в шоколаде", так как было обнаружено, что из-под гладкой и темной поверхности кометы вырываются реактивные струи газа, образуемые в результате сильного внутреннего давления под воздействием солнечного тепла. Возможно, короткопериодические кометы некогда были долгопериодическими, переведенными на более короткую орбиту притяжением Юпитера при прохождении через Солнечную систему. С другой стороны, они могли возникнуть в поясе астероидов, состоящем из тысяч каменных обломков и расположенном на одной плоскости с эклиптикой. Это так называемый пояс Койпера, вращающийся вокруг Солнца за орбитой Плутона.

См. также статьи "Астероиды", "Орбиты планет".

КОПЕРНИК

Коперник восстановил гелиоцентрическую модель Вселенной, которая впервые была предложена Аристархом Самосским[11] почти за 2000 лет до Коперника, но спустя 100 лет отвергнута в пользу геоцентрической модели Птолемея. Птолемей изобрел свою модель для объяснения путей движения планет через созвездия. Согласно Птолемею, Солнце вращается вокруг Земли, а планеты движутся по окружностям, или эпициклам, с центрами, которые в свою очередь перемещаются вокруг Земли, неподвижно закрепленной в центре небесной сферы. Эта модель годилась для предсказания маршрутов планет через созвездия и снискала благосклонность у церкви, поскольку соответствовала идее, что человечество занимает особое место во Вселенной.

Коперник родился в Польше в 1472 году и еще в юности начал проявлять интерес к разным наукам. К тому времени птолемеевская модель Вселенной стала очень усложненной. В XV веке для объяснения движения светил требовалось не менее 80 сфер. В течение многих лет Коперник изучал причины, по которым были отвергнуты другие модели, альтернативные птолемеевской. Он реконструировал модель Птолемея, и в конечном счете обнаружил, что ее можно упростить до набора концентрических колец вокруг Солнца, представляющих орбиты планет. Он опасался, что его революционные идеи встретят насмешку у современников, и не публиковал результаты своей работы почти до самой смерти. Исследования Коперника в течение многих лет оставались почти незамеченными, так как он представил их в виде математического решения, а не новой научной теории. Однако в 1600 году Джордано Бруно был сожжен на костре по приговору суда инквизиции за то, что он воспользовался моделью Коперника для поддержки своей теории о безграничности физической Вселенной и отсутствии рая за пределами твердой небесной сферы. Таким образом, Джордано Бруно привлек внимание к модели Коперника через 60 лет после его смерти (в 1543 году). Впоследствии Галилео Галилей обнаружил астрономические доказательства в поддержку модели Коперника, и католическая церковь была вынуждена признать ее в 1822 году, спустя долгое время после того, как она была принята в научном сообществе.

См. также статьи "Планетарная модель Птолемея", "Галилей".

КОСМИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП "ХАББЛ"

Космический телескоп "Хаббл" представляет собой телескоп-рефлектор, вращающийся по земной орбите на высоте более 500 км. Он снабжен ПЗС[12] -камерой и другими инструментами, позволяющими вести наблюдения не только в видимом диапазоне, но и в инфракрасном и ультрафиолетовом. Космический телескоп "Хаббл" был выведен на орбиту в 1990 году с помощью космического челнока. После того как на рефлекторе телескопа диаметром 2,4 м была установлена корректирующая оптика (в 1993 году), он позволил получить поразительные изображения многих космических объектов,[13] причем более четкие и яркие, чем полученные с помощью наземных телескопов.

Изображения объектов, наблюдаемых с помощью наземных телескопов, выглядят расплывчатыми из-за атмосферной рефракции, а также из-за дифракции в зеркале объектива. Телескоп "Хаббл" позволяет вести более детальные наблюдения. Помимо других преимуществ, он не подвержен воздействию абсорбции света в земной атмосфере, поэтому воспринимает больше света, чем такой же телескоп на Земле. Большим сюрпризом для астрономов, использующих телескоп "Хаббл", было открытие скоплений галактик в направлениях, которые ранее считались пустым космическим пространством.

С помощью космического телескопа "Хаббл" астрономы смогли более точно измерить расстояния до звезд и галактик, уточнив связь между средней абсолютной величиной цефеид и периодом изменения их блеска. Эта связь затем использовалась для более точного определения расстояний до других галактик через наблюдение отдельных цефеид в этих галактиках.

Одним из первых экспериментов с космическим телескопом "Хаббл" было наблюдение отдельных цефеид в спиральной галактике М100, имевшей известную величину красного смещения, в соответствии с которой ее скорость удаления составляла 1400 км/с. Было определено, что расстояние до М100 составляет 55 млн. световых лет, что давало значение постоянной Хаббла в 25 км/с на миллионов световых лет, с точностью до 20 %. Согласно этому наблюдению, возраст видимой Вселенной составил примерно 8 млрд. лет. Последующие наблюдения дали величину постоянной Хаббла в 20 км/с на миллион световых лет, что соответствует возрасту 12 млрд. лет.

См. также статьи "Цефеиды", "Галактики 1", "Галактики 3", "Телескопы 1".

КОСМИЧЕСКОЕ МИКРОВОЛНОВОЕ ФОНОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Микроволновое излучение — это электромагнитное излучение с длиной волны от 1 до 100 мм. Микроволновое фоновое излучение, приходящее к нам из космоса со всех сторон, было обнаружено американскими учеными Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном в 1965 году во время испытаний воздушной системы, предназначенной для приема радиосигналов с длиной волны 74 мм со спутника. В ходе дальнейших исследований было установлено, что это фоновое излучение обладает таким же распределением энергии, как излучение от объекта с фоновой температурой 2,7К, то есть его спектр близок к спектру абсолютно черного тела.

Микроволновое фоновое излучение испускалось веществом на ранних стадиях образования Вселенной после Большого Взрыва.[14]

До открытия фонового излучения теория Большого Взрыва была не более чем одним из возможных объяснений расширения Вселенной. Другая теория, известная как теория стабильного состояния, рассматривала Вселенную как нечто вечное и не имеющее границ. Согласно этой теории, вещество создавалось в гигантских космических провалах между галактиками, расталкивая их в стороны и заставляя Вселенную расширяться по мере образования новых галактик. Существование микроволнового фонового излучения можно объяснить с помощью теории Большого Взрыва, но не теории стабильного состояния.

Микроволновое фоновое излучение состоит из фотонов, высвобожденных после Большого Взрыва, когда Вселенная начала расширяться и остывать. До этого времени фотоны постоянно поглощались и снова испускались атомами, составлявшими недавно возникшую Вселенную. По мере расширения и остывания Вселенной была достигнута критическая фаза, когда фотоны и атомы "отделились" друг от друга. Считается, что это произошло, когда возраст Вселенной не превышал 100 000 лет, а ее размер составлял не более 0,001 от нынешнего размера. Фотоны, высвобожденные на этом этапе, увеличивали свою длину волны в результате расширения Вселенной за время полета через космическое пространство, поэтому теперь они находятся на микроволновом отрезке спектра электромагнитного изучения.

См. также статьи "Большой Взрыв", "Электромагнитное излучение".

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ

Оптический спектр звезды или галактики представляет собой непрерывную полосу, пересеченную темными вертикальными линиями, соответствующими длинам волн, характерным для элементов во внешних слоях звезды. Линии спектра смещаются из — за движения звезды, если она приближается к нам или удаляется от нас. Это пример доплеровского эффекта, который заключается в изменении наблюдаемой длины волны, излучаемой источником, находящимся в движении по отношению к наблюдателю. Спектральные линии смещаются в область более длинных волн (то есть обнаруживают красное смещение), если источник света отдаляется, или в область коротких волн, если источник света приближается (так называемое голубое смещение).