101 ключевая идея: Астрономия
Шрифт:
Считается, что Вселенная состоит из миллионов миллионов галактик, каждая из которых содержит миллионы миллионов звезд. На фотографиях глубокого космоса видно, что галактики собираются в скопления, где каждое скопление содержит тысячи галактик, а скопления, в свою очередь, образуют сверхскопления, разделенные огромными пустыми регионами космического пространства. Млечный Путь, Туманность Андромеды и другие галактики в Местной группе образуют скопление диаметром около 3 млн. световых лет. К другим галактикам Местной группы относятся спиральная галактика М33 и несколько галактик неправильной формы, включая Магеллановы Облака. Галактика М33 расположена примерно в 10° от М31, в маленьком созвездии Треугольника, получившем свое название из — за трех наиболее заметных звезд этого созвездия, образующих остроугольный треугольник. Еще одна галактика в созвездии Печи находится гораздо ближе к нам, чем М31, но ее можно видеть лишь в мощный телескоп, так
Местная группа галактик
См. также статьи «Галактики 1», «Галактики 3».
ГАЛАКТИКИ 3: СКОПЛЕНИЯ И СВЕРХСКОПЛЕНИЯ
Большинство галактик принадлежит к какому-либо скоплению. Ближайшее скопление галактик по отношению к нашей Местной группе находится в созвездии Девы и содержит более 3000 галактик. Его можно видеть как пятно неправильной формы размером не более 10 угловых градусов. Скопление в созвездии Девы находится на расстоянии более 10 млн. парсеков, примерно в 20 раз дальше, чем Туманность Андромеды. Астрономы наблюдали большое количество скоплений галактик на расстоянии до 6 млрд. световых лет.
Подсчитав общее количество галактик с яркостью выше определенного предела, Эдвин Хаббл оценил их общее количество в 3 000 000 000 000 000. Даже при условии, что каждое скопление содержит не менее 1 млн. галактик, число скоплений должно превосходить 30 млрд. — больше, чем все население земного шара.
Скопления галактик распределены во всех направлениях. Трехмерная модель распределения скоплений на известных расстояниях обнаруживает присутствие сверхскоплений, которые представляют собой скопления скоплений галактик и огромные пустые регионы космического пространства. Кроме того, были обнаружены скопления, упорядоченные в виде волокон и листовидных структур. Так называемая Великая Стена представляет собой листовидное скопление галактик, расположенное на расстоянии около 200 млн. световых лет. Другой крупный сгусток скоплений, известный как Великий Аттрактор, как считается, притягивает наше скопление галактик и скопление в созвездии Девы. Однако в более крупном масштабе было обнаружено мало свидетельств существования отдельных групп и структур; распределение скоплений галактик выравнивается во всех направлениях. При измерениях на расстояние порядка 100 млн. световых лет количество галактик одинаково в разных направлениях. Распределение галактик можно сравнить с распределением материала в губке: дыры представляют собой пустоту, а материал губки — галактики. Распределение материала внутри губки, очень неравномерное в масштабе «одной дырочки», вполне равномерно в более крупном масштабе. В 1999 году группа астрономов из Англии и Германии подтвердила эту картину, составив карты Вселенной в спектре инфракрасного излучения до расстояния 300 млн. световых лет.
См. также статьи «Галактики 1», «Галактики 2».
ГАЛИЛЕЙ
Галилео Галилей родился в 1564 году в итальянском городе Пиза. Как сын дворянина Галилей получил образование при монастыре и в 1595 году стал профессором математики в Падуанском университете, одном из ведущих европейских университетов того времени, расположенном на территории Венецианской республики. Руководство университета позволяло Галилею заниматься исследованиями, и его открытия о движении тел завоевали Широкое признание. В 1609 году до него дошли сведения об изобретении оптического устройства, или телескопа, позволявшего наблюдать отдаленные небесные объекты. За короткое время Галилей изобрел и соорудил несколько собственных телескопов. Он пользовался телескопами для изучения небесных тел, а количество наблюдаемых им звезд в 10 раз превосходило количество звезд, которое можно видеть невооруженным глазом. Он обнаружил, что поверхность Луны густо покрыта кратерами, и открыл 4 крупнейших спутника Юпитера.
В Европе астрономические открытия Галилея получили широкую известность. Галилей надеялся, что его наблюдения и выводы в поддержку гелиоцентрической модели Коперника будут приняты церковью, но в 1613 году он получил суровую отповедь от церкви за свои взгляды. В 1623 году был избран новый Папа Римский, и Галилей поехал в Рим в надежде убедить его снять запрет с системы Коперника, наложенный в 1616 году. Однако Папа отказался изменить существующий порядок вещей, поэтому Галилей решил изложить свои взгляды и свою поддержку модели Коперника в книге на итальянском языке, доступной по форме и содержанию. Он завершил свой труд «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой» и опубликовал его во Флоренции в 1632 году. Книга Галилея мгновенно стала бестселлером, и церковь быстро отреагировала, запретив
12 апреля 1633 года Галилей был вызван в Рим на суд инквизиции. Судьи решили, что Галилей нарушил запрет от 1616 года и прибег к умышленному обману. Он был вынужден отречься от своих взглядов и провел остаток жизни под домашним арестом в своем доме во Флоренции до самой смерти в 1642 году. Огласка, которую получили труды Галилея, и суд над ним, возможно, помогли распространению гелиоцентрической модели Коперника.
См. также статьи «Коперник», «Планетарная модель Птолемея», «Телескопы 1».
ГРАВИТАЦИОННЫЕ ЛИНЗЫ
Свет движется по прямой, если только он не проходит через сильное гравитационное поле. Альберт Эйнштейн доказал, что сила тяготения искривляет лучи света. Он также продемонстрировал, что в этом отношении воздействие гравитации нельзя отличить от движения с ускорением. Основная идея о воздействии гравитации на движение света покажется не слишком сложной, если мы рассмотрим световой луч, проходящий через иллюминаторы, расположенные на противоположных сторонах ускоряющейся ракеты. Если бы наблюдатель внутри ракеты мог видеть движение светового луча, он увидел бы изогнутую траекторию. Этот эффект вызван ускорением движущейся ракеты. Поскольку в данном случае ускорение нельзя отличить от гравитации, сила тяготения тоже вызывает искривление лучей света. Эйнштейн вычислил, что световой луч, проходящий у края Солнца, будет отклонен под углом 1,75 угловой секунды. Предсказание Эйнштейна было успешно подтверждено в 1918 году группой астрономов под руководством Артура Эддингтона, которые наблюдали и измерили отклонение света звезд, затмеваемых солнечным диском во время полного солнечного затмения.
Искривление света в ускоряющейся ракете
Может ли гравитация создавать искаженные образы космических объектов? В 1979 году был открыт двойной квазар Q 0957+ 561. Поскольку сигнал от каждой части квазара претерпевал одинаковые флуктуации, было доказано, что эти части на самом деле являются двумя образами одного и того же квазара. Сам квазар скрыт за очень мощным источником гравитационного поля, но мы можем видеть два его образа, поскольку свет квазара искривляется, проходя вдоль противоположных концов источника гравитации. Впоследствии с помощью космического телескопа «Хаббл» удалось получить изображение очень далеких галактик, искаженные и растянутые на полосы за скоплениями других галактик, которые действуют как гигантские гравитационные линзы.
См. также статьи «Солнечные затмения», «Эйнштейн».
ДВОЙНЫЕ ЗВЕЗДЫ
Двойными (бинарными) называются звезды, которые вращаются вокруг общего центра тяжести из-за взаимного гравитационного притяжения. Некоторые двойные системы состоят более чем из двух звезд. К примеру, Мицар и Алькор — две звезды, близко расположенные друг к другу в рукояти Ковша созвездия Большой Медведицы. Наблюдатель с острым зрением может различить их без помощи телескопа или бинокля. Астрономические исследования показали, что Мицар и Алькор являются двойными звездами.
Двойные звезды были впервые обнаружены более 200 лет назад, когда в результате тщательных наблюдений было установлено, что некоторые звезды обращаются вокруг общего центра массы. К примеру, самая яркая звезда ночного неба Сириус А сопровождается гораздо более тусклой звездой Сириус В. Период обращения этих двух звезд составляет около 50 лет.
Существует три основных типа двойных звезд. Визуально-двойными называются звезды, такие, как Сириус А и Сириус В, которые можно видеть как отдельные светила невооруженным глазом или с помощью телескопа. Плоскость орбиты двойной звезды не обязательно должна быть перпендикулярной линии зрения. Затменно-двойными называются звезды, которые периодические затмевают друг друга, поскольку их орбиты расположены под углом к нам. Яркость затмено-двойной звезды, такой, как Алголь в созвездии Персея, значительно уменьшается каждый раз, когда одна из двух звезд затмевает другую. Спектрально-двойными называются звезды, которые были определены как таковые лишь потому, что спектр светового излучения двойной системы регулярно смещается по мере того, как две звезды приближаются к нам и удаляются от нас. Спектр светового излучения звезды состоит из непрерывной полосы цветов радуги. В определенных местах спектр пересекают вертикальные линии; эти линии обусловлены поглощением света в газовой оболочке, окружающей звезду. В спектре двойной звезды наблюдается периодически повторяющееся раздвоение спектральных линий. Из — за эффекта доплеровского смещения эти линии сдвигаются к красной части спектра, когда звезда, излучающая свет, удаляется от нас, и к синей части спектра, когда звезда приближается к нам.