С помощью приемника MUSE, установленного на Очень Большом Телескопе ESO VLT, астрономы осуществили лучшее на сегодняшний день трехмерное глубокое зондирование дальней Вселенной. Наблюдения площадки Hubble Deep Field South, продолжавшиеся в общей сложности 27 часов, позволили измерить расстояния, собственные движения и другие параметры у значительно большего числа галактик, чем было известно прежде в этом маленьком участке неба. Ученым удалось заглянуть за пределы расстояния, доступного для телескопа Хаббла, и выявить прежде не наблюдавшиеся объекты.
Путем фотографирования определенных участков неба с очень длинными экспозициями астрономы получили множество так называемых глубоких полей , изучая которые, удалось многое узнать о ранней Вселенной. Самой знаменитой из этих площадок стало поле Hubble Deep Field, изображение которого было получено с Космическим телескопом Хаббла NASA/ESA в течение нескольких дней в конце 1995 года. Этот великолепный снимок резко изменил наше представление о том, какой была Вселенная на раннем этапе своего развития. Спустя два года было получено изображение аналогичной площадки на южном небе - Hubble Deep Field South .
Эти снимки, однако, не могли ответить на все вопросы: чтобы получить подробную информацию о галактиках в глубоких полях астрономам необходимо тщательно изучить каждую из них при помощи разнообразных инструментов, а это трудная и требующая больших затрат времени задача. И вот теперь новому приемнику MUSE впервые удалось одновременно получить изображение глубокого поля и детально исследовать находящиеся в нем объекты, и к тому же выполнить обе эти работы гораздо быстрее, чем это было возможно прежде.
Одной из первых наблюдательных программ с использованием приемника MUSE после того, как он успешно прошел тестирование на телескопе VLT в 2014 г., были именно длительные и трудоемкие исследования площадки Hubble Deep Field South (HDF-S). Результаты этой работы превзошли все ожидания.
“Уже через несколько часов наблюдений мы быстро просмотрели полученные данные и обнаружили большое количество галактик. Это было очень обнадеживающе. Когда мы вернулись в Европу, мы начали исследовать эти данные более детально. Это было похоже на глубоководную рыбалку . Каждая новая находка вызывала всплеск восторга и споров ”, --говорит Ролан Бекон (Roland Bacon) из Лионского центра астрофизических исследований (Франция , CNRS), научный руководитель проекта MUSE и глава комиссии по приемке инструмента в эксплуатацию.
Элементом изображения HDF-S, получаемого приемником MUSE, является не только пиксель полевого изображения, но еще и спектр, то есть информацию об интенсивности излучения в этой точке в различных цветовых полосах. В целом в поле приемника оказывается около 90 000 спектров . Используя эту информацию, можно определить расстояние, химический состав и внутренние движения сотен удаленных галактик, а также зарегистрировать небольшое количество очень слабых звезд, принадлежащих Млечному Пути.
Несмотря на то, что общее время экспозиции с MUSE было гораздо меньше, чем у снимков, полученных с телескопом Хаббла, полученные данные позволили выявить на HDF-S более двадцати очень слабых объектов, которых Космический телескоп не зарегистрировал .
“Самый волнующий момент был, когда мы обнаружили на нашем снимке очень слабые галактики, которых на самых глубоких изображениях, полученных с телескопом Хаббла, вообще не было. После стольких лет напряженной работы по созданию этого приемника я увидел, как наши мечты становятся явью. Это был незабываемый момент ”, -- признается Ролан Бекон.
Тщательно исследовав все спектры, полученные при наблюдениях площадки HDF-S с инструментом MUSE, группа измерила расстояния до 189 галактик. Среди них есть несколько относительно близких, но некоторые из них видны такими, какими они были, когда Вселенной было менее одного миллиарда лет. В целом, благодаря MUSE количество объектов, до которых удалось измерить расстояния, выросло более, чем в десять раз.
Для близких галактик MUSE может даже измерить распределение физических параметров по различным частям галактики. Так можно, например, детально исследовать особенности вращения галактики. Эти измерения помогают понять, как галактики эволюционируют в космической шкале времени.
“Теперь, когда нам удалось продемонстрировать уникальные качества приемника MUSE для изучения дальней Вселенной, мы собираемся заняться и другими глубокими полями, например, Hubble Ultra Deep field . Мы сможем исследовать тысячи галактик и открыть новые крайне слабые и исключительно удаленные объекты. Эти маленькие новорожденные галактики, которые мы видим, проникая в прошлое более, чем на 10 миллиардов лет, постепенно вырастут и станут такими, как наша галактика Млечного Пути, какой мы видим ее сегодня ”, -- заключает Ролан Бекон.
Примечания
Каждый такой спектр покрывает интервал длин волн излучения от 375 до 930 нанометров, т.е. от голубых лучей до ближней инфракрасной области.
MUSE особенно чувствителен к объектам, которые излучают большую часть энергии на нескольких отдельных длинах волн. Именно такие спектры обычно присущи галактикам ранней Вселенной, так как они содержат водород, светящийся в определенных эмиссионных линиях под воздействием ультрафиолетового излучения молодых горячих звезд.
Узнать больше
Результаты исследования представлены в статье “The MUSE 3D view of the Hubble Deep Field South”, R. Bacon и др., которая выходит в журнале Astronomy & Astrophysics 26 февраля 2015 г.
Состав группы исследователей: R. Bacon (Observatoire de Lyon, CNRS, Université Lyon, Saint Genis Laval, France ), J. Brinchmann (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, The Netherlands ), J. Richard (Lyon), T. Contini (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, CNRS, Toulouse, France; Université de Toulouse, France ), A. Drake (Lyon), M. Franx (Leiden), S. Tacchella (ETH Zurich, Institute of Astronomy, Zurich, Switzerland ), J. Vernet (ESO, Garching, Germany), L. Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Germany ), J. Blaizot (Lyon), N. Bouché (IRAP), R. Bouwens (Leiden), S. Cantalupo (ETH), C.M. Carollo (ETH), D. Carton (Leiden), J. Caruana (AIP), B. Clément (Lyon), S. Dreizler (Institut für Astrophysik, Universität Göttingen, Göttingen, Germany ), B. Epinat (IRAP; Aix Marseille Université, CNRS, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, France), B. Guiderdoni (Lyon), C. Herenz (AIP), T.-O. Husser (AIG), S. Kamann (AIG), J. Kerutt (AIP), W. Kollatschny (AIG), D. Krajnovic (AIP), S. Lilly (ETH), T. Martinsson (Leiden), L. Michel-Dansac (Lyon), V. Patricio (Lyon), J. Schaye (Leiden), M. Shirazi (ETH), K. Soto (ETH), G. Soucail (IRAP), M. Steinmetz (AIP), T. Urrutia (AIP), P. Weilbacher (AIP) и T. de Zeeuw (ESO, Garching, Germany; Leiden).
Ссылки
Перевод пресс-релиза ESO eso1507Аннотация
Вы приступаете к изучению одной из древнейших наук – астрономии. Астрономия изучалась в академии Платона в IV в. до н. э. В античные времена её приравняли к одному из видов искусств, и богиня Урания покровительствовала ей. В Средние века астрономию включили в число предметов факультета свободных искусств всех университетов. В эпоху Просвещения энциклопедисты XVIII в. включили астрономию в число обязательных наук, которые должны изучать молодые люди – будущие члены общества.
Пример из учебника
В настоящее время развитие цивилизации определяется астрономическими исследованиями, так как они позволяют нам прикоснуться к тайнам Вселенной. А «ощущение тайны:– самое прекрасное из доступных нам переживаний. Именно это чувство стоит у колыбели истинного искусства и настоящей науки … » (А. Эйнштейн).
В предлагаемом учебнике астрономии вы познакомитесь с описанием вида звёздного неба, с природой планет и звёзд, строением Солнечной системы, Млечного Пути, галактик, их распределением в пространстве и строением Вселенной в целом. Изучите, как астрономы определяют расстояние до звёзд и галактик, их размеры, массу, температуру, химический состав. Познаете, как небесные тела возникают, живут и умирают, как эволюционирует Вселенная во времени. Вы познакомитесь с новейшими достижениями астрономии, современными крупными наземными и космическими телескопами, которые используют для наблюдений самых далёких и необычных небесных тел: квазаров, пульсаров, нейтронных звёзд и чёрных дыр. Узнаете о возникновении и развитии совершенно новых методов астрономических наблюдений – нейтринной и гравитационно-волновой астрономии. Увидите, как астрономы на основе законов небесной механики рассчитывают орбиты космических аппаратов, искусственных спутников Земли и планет.
Вы сможете почувствовать, как современная астрономия делает фундаментальные открытия, которые существенно меняют наши представления об окружающем мире. К таким открытиям, несомненно, относится открытие ускоренного расширения Вселенной, наличия тёмной материи, тёмной энергии и всемирной силы отталкивания, природа которых пока не понятна.
В материале учебника рассматриваются наблюдения и эксперименты, связанные с одной из важнейших мировоззренческих проблем существования жизни во Вселенной и связи с внеземными цивилизациями.
Основной метод исследования в астрономии – наблюдение. Если в вашем распоряжении окажется бинокль или телескоп, проводите самостоятельные наблюдения. Это поможет вам заглянуть в космические дали и увидеть недоступные небесные тела.
Введение 5
Работаем с учебником 6
Глава 1. Введение в астрономию.
1. Структура и масштабы Вселенной 8
2. Далёкие глубины Вселенной 12
Подведём итоги 14
Глава 2. Астронометрия.
3. Звёздное небо 16
4. Небесные координаты 20
5. Видимое движение планет и Солнца 22
6. Движение Луны и затмения 24
7. Время и календарь 28
Подведём итоги 32
Глава 3. Небесная механика.
8. Система мира 34
9. Законы движения планет 40
10. Космические скорости 44
11. Межпланетные полёты 46
Подведём итоги 48
Глава 4. Строение солнечной системы.
12. Современные представления о Солнечной системе 50
13. Планета Земля 52
14. Луна и её влияние на Землю 56
15. Планеты земной группы 60
16. Планеты-гиганты. Планеты-карлики 64
17. Малые тела Солнечной системы 68
18. Современные представления о происхождении Солнечной системы 72
Подведём итоги 74
Глава 5. Астрофизика и звездная астрономия.
19. Методы астрофизических исследований 76
20. Солнце 80
21. Внутреннее строение и источник энергии Солнца 86
22. Основные характеристики звёзд 91
23. Внутреннее строение звёзд 94
24. Белые карлики, нейтронные звёзды, пульсары и чёрные дыры 95
25. Двойные, кратные и переменные звёзды 98
26. Новые и сверхновые звёзды 100
27. Эволюция звёзд 103
Подведём итоги 106
Глава 6. Млечный путь – наша галактика
28. Газ и пыль в галактике 108
29. Рассеянные и шаровые звёздные скопления 110
30. Сверхмассивная чёрная дыра в центре Галактики 112
Подведём итоги 114
Глава 7. Галактики.
31. Классификация галактик 116
32. Активные галактики и квазары 120
33. Скопления галактик 122
Подведём итоги 124
Глава 8. Строение и эволюция Вселенной.
34. Конечность и бесконечность Вселенной - парадоксы классической космологии 126
35. Расширяющаяся Вселенная 128
36. Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение 132
Подведём итоги 134
Глава 9. Современные проблемы астрономии.
37. Ускоренное расширение Вселенной и тёмная энергия 136
38. Обнаружение планет около других звёзд 138
39. Поиск жизни и разума во Вселенной 140
Подведём итоги 142
Ответы и решения 143
Вместе с этим также читают:
Математика Арифметика Геометрия 5 класс – Бунимович Е.А., Дорофеев Г.В., Суворова С.Б.
Заглядывая в далекие глубины молодой вселенной, астрономы пытаются понять, как зажигались первые звезды.
Еще лет двадцать назад была известна лишь горсточка галактик старше семи миллиардов лет (этот порог соответствует космологическому красному смещению, превышающему единицу). Некоторые ученые даже открыто сомневались, что столь древние звездные скопления в самом деле существуют в значительных количествах. Устранению этого заблуждения помог случай. В 1995 году руководитель научных программ космического телескопа «Хаббл» Роберт Уильямс попросил у нескольких авторитетных астрономов совета, как лучше всего использовать ту долю обсервационного времени, которой он распоряжался по своему усмотрению. Часы горячих споров ни к чему не привели - каждый участник встречи отчаянно боролся за собственную программу. И тогда кто-то предложил просто направить телескоп в любую точку небесной сферы и «просверлить там дыру максимальной глубины» (именно в таких выражениях).
Эта идея оказалась на редкость плодотворной. В рамках нового проекта HDF (The Hubble Deep Field ) орбитальная обсерватория более десяти суток наблюдала участок небесной сферы площадью в 5,25 квадратной угловой минуты. В результате было обнаружено несколько тысяч сверхдалеких галактик, часть которых (с красным смещением порядка 6) возникла всего через миллиард лет после Большого взрыва. Стало совершенно ясно, что процесс возникновения звезд и звездных скоплений шел полным ходом, когда Вселенная была в 20 раз моложе своего нынешнего возраста. Дальнейшие наблюдения в рамках проектов HDF-South и Great Observatories Origins Deep Survey только подтвердили эти выводы. А в январе 2011 года астрономы из Нидерландов, США и Швейцарии сообщили о вероятной идентификации галактики с более чем десятикратным красным смещением, возникшей не позднее 480 млн лет после Большого взрыва. Можно надеяться, что уже в нынешнем десятилетии космические и наземные телескопы отловят звездный свет с двадцатикратным красным смещением, который ушел в космос, когда Вселенной было не более 300 млн лет.
Отдельные звезды первого поколения, в отличие от составленных из них галактик, еще не обнаружены. Это и понятно - их излучение достигает Земли в виде очень слабых потоков фотонов, отодвинутых красным смещением в далекую инфракрасную зону. Однако за несколько сотен миллионов лет с момента своего рождения эти светила (их также называют звездами популяции III) так повлияли на состав межгалактического вещества, что эти изменения замечают даже современные телескопы. С другой стороны, теоретики неплохо разбираются в процессах, которые свыше 13 млрд лет назад впервые запустили процесс рождения звезд и звездных скоплений.
Облака-предшественники
Звезды образуются из диффузной космической материи, сгустившейся под действием сил гравитации. В общих чертах этот механизм был ясен еще Ньютону, что следует из датированного 1961 годом письма, адресованного филологу Ричарду Бентли. Разумеется, современная наука сильно обогатила ньютоновское объяснение. В начале прошлого века британский астрофизик Джеймс Джинс доказал, что газовое облако коллапсирует лишь в том случае, если его масса превышает определенный предел. Когда газ стягивается к центру облака, возрастает его давление и возникают звуковые волны, распространяющиеся к периферии. Если их скорость меньше скорости гравитационного стягивания газа, облако продолжает коллапсировать, увеличивая плотность вещества в центральной зоне. Поскольку скорость звука пропорциональна квадратному корню температуры, а темп гравитационного сжатия возрастает вместе с массой, газовое облако коллапсирует тем легче, чем оно холоднее и тяжелее.
Как измерить расстояние в расширяющейся Вселенной
D L В расширяющейся Вселенной далекие галактики выглядят гораздо более тусклыми, чем в стационарной, потому что фотоны испытывают красное смещение и «размазываются» по большему пространству.
D A Галактики на самом краю видимой Вселенной выглядят так же, как 13 млрд. лет назад. Но когда свет от них начал свой путь к нам, они были не только моложе, но и гораздо ближе. Поэтому далекие галактики выглядят значительно более крупными, чем можно было бы ожидать.
D C Сопутствующая шкала расширяется вместе с нашей Вселенной. Она указывает, где находятся далекие объекты в данный момент (а мы видим Вселенную более молодой).
D T Эта шкала основана на времени прохождения света от далеких галактик до земного наблюдателя. Она одновременно показывает и расстояние, и возраст далеких галактик.
Во времена юной Вселенной в возрасте нескольких десятков миллионов лет космический газ состоял из водорода (76% массы) и гелия (24%), образовавшихся через несколько минут после Большого взрыва (плюс совсем немного лития). Его температура не особенно отличалась от температуры реликтового микроволнового излучения, которая к тому времени составляла около 100 К. Пространство было заполнено и темной материей, плотность которой тогда была довольно высока (сейчас из-за расширения Вселенной она в десятки раз меньше). Темная материя, как и обычная, служит источником тяготения и потому вносит вклад в полную гравитационную массу газовых облаков. В этих условиях масса Джинса составляет примерно 105 солнечных масс. Это и есть нижний предел полной массы скоплений обычной (барионной) и темной материи, из которых могли родиться первые звезды. Для контраста следует отметить, что звезды нашей Галактики, в том числе и Солнце, появились на свет без всякой помощи темной материи.
Темное начало
Роль темной материи в запуске процесса звездообразования исключительно важна. Ионизированный водородно-гелиевый газ, заполнявший пространство вплоть до эпохи возникновения нейтральных атомов (около 400 000 лет после Большого взрыва), был настолько «сглажен» взаимодействием с реликтовым электромагнитным излучением, что его плотность всюду была практически одинакова. Если бы еще и темная материя равномерно распределялась по космическому пространству, то локальным газовым сгусткам просто неоткуда было бы взяться, и звездообразование никогда бы не началось. Этому помешали флуктуации квантовых полей, породившие частицы темной материи в первые мгновения после Большого взрыва. Поскольку она не была подвержена нивелирующему действию реликтовой радиации, ее плотность кое-где несколько превышала средние значения. Эти максимумы плотности создавали гравитационные «колодцы», в которых собирались частицы газа. Темная материя не только обеспечивала формирование первичных газовых облаков, но и влияла на их последующий коллапс. Она создавала гравитационные конверты, внутри которых обычный газ закручивался приливными силами и превращался в тонкий вращающийся диск. Так формировались протогалактики, окруженные оболочками (гало) из темной материи. Локальные уплотнения внутри диска давали начало отдельным звездам.
Но это еще не полная картина. Поскольку уплотняющийся газ нагревается, его давление растет и противодействует дальнейшему коллапсу. Чтобы коллапс не прекратился, газ должен охладиться. Для звезд, формировавшихся в нашей Галактике, в том числе и для Солнца, это не составляло проблемы. В те времена космическая среда уже содержала частицы пыли и отдельные многоэлектронные атомы (скажем, азота, углерода и кислорода). При столкновениях они легко излучали фотоны и теряли энергию, вследствие чего температура газовой среды упала до 10–20 К. У первичных облаков такого выхода не было, и они могли терять температуру лишь за счет излучения атомарного и молекулярного водорода. Но атомарный водород служит эффективным охладителем лишь при нагреве свыше 10 000 К, а первичные облака были много холоднее. Процесс звездообразования спасали двухатомные молекулы водорода, теряющие энергию уже при нескольких сотнях кельвинов. По всей вероятности, они возникли благодаря столкновениям атомов водорода со свободными электронами, которых в космическом пространстве вполне хватало (электроны лишь катализировали эту реакцию и потому сами не расходовались).
Когда зажглись первые звезды, не знает никто, но некоторые специалисты полагают, что это могло произойти всего через 30 млн лет после Большого взрыва. Не исключено, что в будущем эту дату пересмотрят, однако есть все основания утверждать, что в возрасте 100 млн лет Вселенная уже обладала звездными популяциями.
Звезды-пионеры были законченными эгоистами. Они заливали окружающее пространство жестким ультрафиолетом, легко разрушающим молекулы водорода, и тем самым препятствовали возникновению новых звезд. Однако своим излучением (особенно рентгеном) они постоянно подогревали окружающее пространство. Поэтому космический газ постепенно прогрелся до температур, при которых на холодильную вахту заступил атомарный водород, и процесс звездообразования возобновился. Более того, этот процесс усилился, поскольку атомарный водород при температурах свыше 10 000 К излучает больше энергии, нежели молекулярный. Вторая стадия интенсивного формирования звезд популяции III имела место внутри самых ранних галактик, которые были еще очень мелкими (по современной классификации - карликовыми).
Эра светил
Дозвездная вселенная не отличалась сложностью. Ее состояние описывает лишь несколько космологических параметров - в частности плотность различных форм материи и температура реликтового излучения. Новорожденные звезды одновременно исполняли роль мощных источников электромагнитных волн и фабрик химических элементов. Хотя жизненный срок первых светил был недолгим, они качественно изменили космическую среду.
Первые звезды вспыхивали в зоне повышенной плотности газовых частиц, образовавшихся в ходе гравитационного коллапса облаков барионной и темной материи с массой порядка 105–106 солнечных масс. Естественно, существуют разные сценарии звездообразования (их можно обсчитать на суперкомпьютере, хотя и не полностью), но в целом все модели сходятся в том, что в ходе фрагментации первичных облаков внутри гало из темной материи формировались сгустки газа, тянущие на несколько сотен солнечных масс. Эта величина соответствует массе Джинса для температуры около 500 К и плотности газа порядка 10 000 частиц на 1 см 3 . Поэтому вскоре после формирования газовые сгустки теряли устойчивость и претерпевали гравитационный коллапс. Их температура возрастала весьма умеренно благодаря охлаждающему действию молекулярного водорода. В конечном счете они превращались в аккреционные диски, в которых и родились первые звезды.
До недавнего времени считали, что коллапсирующий сгусток с подобными параметрами больше не распадается и становится родоначальником единственной звезды. Вычисления, основанные на оценке темпов аккреции газа к центру диска, показывают, что масса таких звезд не могла быть больше 1000 солнечных масс. Это теоретическая верхняя граница, и пока не ясно, действительно ли существовали подобные сверхгиганты. Согласно консервативным оценкам, звезды первого поколения не были тяжелее 300, максимум 500 солнечных масс. Нижний предел массы этих звезд задается тем, что молекулярный водород способен снизить температуру облака только до 200 К, и потому звезда, не дотягивающая до 30 масс Солнца, просто не может родиться. Поскольку первичные облака фрагментировались на множество локальных сгущений, первые звезды, скорее всего, возникали сериями численностью в сотни, тысячи (а то и больше) светил. Конечно, это были еще не галактики (те сформировались позднее), но все-таки вполне внушительные звездные сообщества.
Звезды в сотни солнечных масс отличались яркостью и величиной. Их поверхность была разогрета до 100 000 К (атмосфера нашего Солнца в 17 раз холоднее). Типичный радиус такой звезды составлял 4–6 млн км против 700 000 км у Солнца, а светимость превосходила солнечную в миллионы раз. Их существование было очень коротким, максимум 2–3 млн лет, и завершали они его неодинаково. Звезды, которые появлялись на свет с массой в 140–260 солнечных, в конце жизни сгорели без остатка в сверхмощных термоядерных взрывах, высвобождая энергию порядка 10 53 эрг. Светила большей и меньшей массы коллапсировали в черные дыры. А вот нейтронных звезд они после себя не оставили - это удел светил с начальной массой 12–20 (максимум 30) солнечных масс, время которых тогда еще не пришло. Конечно, все вышесказанное - теоретические сценарии, ведь первые звезды никто никогда не наблюдал. Однако же некоторые из них в момент гибели породили мощнейшие гамма-всплески, почти доступные для современной аппаратуры. В 2009 году был замечен всплеск, датируемый 630 млн лет жизни Вселенной, а регистрация еще более ранних всплесков уже не за горами.
Совсем недавно возникли сомнения в правомерности модели изолированного возникновения первых звезд. В феврале 2011 года астрофизики из ФРГ и США опубликовали в журнале Science результаты компьютерного моделирования динамики аккреционных дисков, положивших начало первым звездам. Анализ показал, что такие диски, скорее всего, распадались на фрагменты, и первые звезды появлялись на свет не поодиночке, а парами, тройками и даже более крупными группами.
А не случилось ли так, что отдельные звездные эмбрионы под действием тяготения своих соседей вылетали за границы диска еще до того, как набрали огромную массу? В этом случае среди звезд третьей популяции могли оказаться и довольно легкие светила, способные протянуть миллиарды лет и даже дожить до нашего времени. Однако, как объяснил «ПМ» профессор Техасского университета в Остине Фолькер Бромм, пока удалось проследить лишь начальный этап эволюции аккреционного диска на протяжении нескольких сотен лет: «Скорее всего, первые звезды, даже появившиеся на свет группой, все-таки дорастали как минимум до нескольких десятков солнечных масс, как и полагали ранее. Так что гипотетическое появление в ту эпоху светил с умеренной массой – всего лишь логическая возможность».
От суперзвезд к гипердырам
Черные дыры, которые оставили после себя первые звезды, были, во всяком случае, легче их самих и вряд ли имели более сотни солнечных масс. Однако результаты анализа излучения древних квазаров позволяют утверждать, что спустя 800–900 млн лет после Большого взрыва во Вселенной уже имелись черные дыры в миллиард раз тяжелее Солнца. Как могли возникнуть подобные гиганты за столь короткое время? «На первый взгляд в этом нет никакой загадки, - говорит Абрахам Лёб, профессор астрономии Гарвардского университета и автор недавно опубликованной монографии о первых звездах.– Если постоянно щедро снабжать дыру веществом, с течением времени ее масса станет увеличиваться по экспоненте, подобно колонии бактерий в богатой питательной среде. На таком режиме за несколько сотен миллионов лет дыра, начавшая с сотни солнечных масс, спокойно доберется до миллиарда. Однако дело в том, что гипотеза стабильной подпитки черной дыры аккретирующим газом не соответствует действительности. Вычисления показали, что такая аккреция прерывается по целому ряду причин. Так, при слиянии галактик черные дыры образуют двойные системы, излучающие мощные гравитационные волны, которые буквально вымывают газ из окрестного пространства. А в отсутствие непрерывной подпитки экспоненциального роста просто не будет. Однако есть и другая возможность. Результаты этого же компьютерного моделирования показывают, что внутри первых карликовых галактик, которые уж точно существовали спустя 500 млн лет после Большого взрыва, могли сформироваться подлинные звезды-исполины. Молекул водорода в пространстве тогда уже не осталось, а среда из атомарного водорода не могла снизить температуру менее 10 000 К. Однако эти галактики все же имели солидный объем и с помощью темной материи захватывали много больше газа, нежели облака, положившие начало самым первым звездам. В этой ситуации возможен сценарий, в соответствии с которым горячий коллапсирующий газ не распадается на многочисленные сгустки, а очень быстро, без предварительного формирования аккреционных дисков, порождает одиночные и парные звезды в несколько миллионов солнечных масс. После них могли остаться черные дыры-миллионники, имеющие реальный шанс тысячекратного роста в течение последующих 300–400 млн лет. Это решает загадку раннего появления сверхмассивных черных дыр - пока, естественно, только в теории».
В глубинах Вселенной
Вселенная
В безлунные ночи на небе хорошо видна туманная полоса Млечного Пути. Но это не скопление туманных масс, а множество звезд – наша звездная система Галактика. В Галактике по современным оценкам около 200 миллиардов звезд. Чтобы пересечь её из конца в конец световой луч при скорости 300 тысяч километров в секунду должен затратить около 100 тысяч лет1.
Однако, несмотря на столь грандиозные размеры, наша Галактика лишь один из множества подобных звездных островов Вселенной. У неё есть спутники. Самые крупные из них – Большое и Малое Магеллановы Облака. Вместе с нашей Галактикой они обращаются вокруг общего центра масс. Наша Галактика, Магеллановы Облака и еще несколько звездных систем, в том числе знаменитая туманность Андромеды, образуют так называемую Местную Группу Галактик.
Современным телескопам и радиотелескопам, а также другим средствам астрономических исследований доступна колоссальная область пространства. Её радиус 10-12 миллиардов световых лет. В этой области расположены миллиарды галактик. Это – Метагалактика.
^ В расширяющейся метагалактике
Одной из самых ошеломляющих астрономических теорий, появившейся на свет в текущем столетии, бесспорно, можно считать теорию «расширяющейся Вселенной» или, точнее говоря, расширяющейся Метагалактики.
Главная идея этой теории состоит в том, что Метагалактика возникла около 15-20 миллиардов2 лет назад в результате грандиозного космического взрыва компактного сгустка сверхплотной материи.
^ Несколько слов о том, как родилась эта теория
Одним из самых эффективных методов изучения Вселенной является построение различных теоретических моделей, т. е. упрощенных теоретических схем мироздания. Длительное время в космологии изучались так называемые однородные изотропные модели. Что это значит?
Вообразим, что мы разбили Вселенную на множество «элементарных» областей и что каждая из них содержит большое количество галактик. Тогда однородность и изотропия означают, что свойства и поведение Вселенной в каждую эпоху одинаковы во всех достаточно больших областях и по всем направлениям.
Первую модель однородной изотропной Вселенной предложил А. Эйнштейн. Она описывала так называемую стационарную Вселенную, т. е. такую Вселенную, которая с течением времени не меняется в общих чертах, но в которой вообще нет каких-либо движений достаточно крупного масштаба.
Однако в 1922 г. талантливый ленинградский ученый А. А. Фридман показал, что уравнения Эйнштейна допускают также множество нестационарных, а именно расширяющихся и сжимающихся, однородных изотропных моделей. Позднее выяснилось, что, и статическая модель Эйнштейна неизбежно переходит в нестационарную. Но это означало, что однородная изотропная Вселенная обязательно должна либо расширяться, либо сжиматься.
Еще до этого американский астроном Слайфер обнаружил красное смещение спектральных линий в спектрах галактик. Подобное явление, известное в физике под названием эффекта Доплера, наблюдается в тех случаях, когда расстояние между источником света и приемником увеличивается.
^ Вселенная в гамма-лучах
Как известно, на протяжении весьма длительного времени астрономия была чисто «оптической»1 наукой. Человек изучал на небе то, что он видел – сперва невооружённым глазом, а затем с помощью телескопов. С развитием радиотехники родилась радиоастрономия, значительно расширившая наши знания о Вселенной. Наконец, в последние годы в результате появления космических средств исследования возникла возможность изучения и других электромагнитных вестников Вселенной – инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-излучений. Астрономия превратилась во всеволновую науку.
Одним из новых методов исследования космических объектов является рентгеновская астрономия. Несмотря на то, что этот метод сравнительно молод, в настоящее время Вселенную уже невозможно представить себе без тех данных, которые получены благодаря наблюдениям в рентгеновском диапазоне.
Пожалуй, ещё более многообещающим источником космической информации являются гамма-излучения. Дело в том, что энергия гамма-квантов может в сотни тысяч и миллионы раз превосходить энергию фотонов видимого света. Для таких гамма-квантов Вселенная фактически прозрачна. Они распространяются практически прямолинейно, приходят к нам от весьма удалённых объектов и могут сообщить чрезвычайно ценные сведения о многих физических процессах, протекающих в космосе.
Особенно важную информацию гамма-кванты способны принести о необычайных, экстремальных состояниях материи во Вселенной, а именно такие состояния интересуют современных астрофизиков в первую очередь. Так, например, гамма-излучение возникает при взаимодействии вещества и антивещества, а также там, где происходит рождение космических лучей – потоков частиц высоких энергий.
Главная трудность гамма-наблюдений Вселенной заключается в том, что хотя энергия космических гамма-квантов и очень велика, но число этих квантов в околоземном пространстве ничтожно мало. Современные гамма-телескопы даже от самых ярких гамма-источников регистрируют примерно один квант за несколько минут.
Значительные трудности возникают и вследствие того, что первичное космическое излучение приходится изучать на фоне многочисленных помех. Под действием заряжённых частиц космических лучей, приходящих на Землю, – протонов и электронов, начинают ярко «светиться» в гамма-диапазоне и земная атмосфера, и конструкции космического аппарата, на борту которого установлена регистрирующая аппаратура.
Как же выглядит Вселенная в гамма-лучах? Представьте себе на минуту, что ваши глаза чувствительны не к видимому свету, а к гамма-квантам. Какая картина предстала перед нами? Взглянув на небо, мы не увидели бы ни Солнца, ни привычных созвездий, а Млечный Путь выглядел бы узкой светящейся полосой. Кстати, подобное распределение галактического гамма-излучения подтвердило предположение, высказанное в своё время известным советским физиком академиком В. Л. Гинзбургом о том, что космические лучи имеют в основном галактическое, а не внегалактическое происхождение.
В настоящее время с помощью гамма-телескопов, установленных на космических аппаратах, зарегистрировано несколько десятков источников космического гамма-излучения. Пока ещё нельзя точно сказать, что они собой представляют, – звёзды ли это или другие компактные объекты, или, может быть, протяжённые образования. Есть основания предполагать, что гамма-излучение возникает при нестационарных, взрывных явлениях. К числу таких явлений относятся, например, вспышки сверхновых звёзд. Однако при обследовании 88 известных остатков сверхновых было обнаружено только два источника гамма-излучения.
^ Судьба одной гипотезы
У планеты Марс есть два маленьких спутника – Фобос и Деймос. Деймос обращается по орбите, удаленной от планеты примерно на 23 тыс. км, а Фобос движется на расстоянии всего около 9 тыс. км от Марса. Вспомним, что Луна удалена от нас на 385 тыс. км, т.е. находится в 40 с лишним раз дальше от Земли, чем Фобос от Марса.
Вся история изучения Фобоса и Деймоса полна удивительных событий и увлекательных загадок. Судите сами: первое напоминание о наличии у Марса двух небольших спутников появилось не в научных трудах, а на страницах знаменитых «Путешествий Гулливера», написанных Джонатаном Свифтом в начале 18 столетия.
По ходу событий Гулливер оказывается на летучем острове Лапуте. И местные астрономы рассказывают ему, что им удалось открыть два маленьких спутника, обращающихся вокруг Марса.
В действительности же марсианские луны были открыты А.Холлом лишь спустя полтора столетия после выхода романа в свет, во время великого противостояния Марса 1877 г. И открыты при исключительно благоприятных атмосферных условиях после упорных многодневных наблюдений, на пределе возможностей инструмента и человеческих глаз.
Сейчас можно только гадать, что побудило Свифта предсказать существование двух спутников Марса. Во всяком случае, не телескопические наблюдения. Скорее всего, Свифт предполагал, что число спутников у планет должно возрастать по мере удаления от Солнца. В то время было известно, что у Венеры спутников нет, вокруг Земли обращается один спутник – Луна, а вокруг Юпитера – четыре, они были открыты Галилеем в 1610 г. Получалось «очевидная» геометрическая прогрессия, в которую на свободное место, соответствующее Марсу, казалось, сама собой просилась двойка.
Впрочем, Свифт предсказал не только существование Фобоса и Деймоса, но и то, что радиус орбиты ближайшего спутника Марса равен трем поперечником планеты, а внешнего – пяти. Три поперечника – это около20 тысяч км. Примерно на таком расстоянии расположена орбита Деймоса. Правда, не внутреннего спутника, как утверждал Свифт, а внешнего – но все равно совпадение впечатляет. Разумеется, именно совпадение
В очередной раз очередной раз внимание к марсианским лунам было привлечено во второй половине текущего столетия. Сравнивая результаты наблюдений, проведенных в разные годы, астрономы пришли к выводу, что ближайший спутник Марса Фобос испытывает торможение, благодаря которому постепенно приближается к поверхности планеты. Явление выглядело загадочно. Во всяком случае, никакими эффектами небесной механики наблюдаемое торможение объяснить не удалось.
^ Черные дыры во вселенной
В последние годы большую популярность в астрофизике приобрела гипотеза так называемых черных дыр.
Двадцатый век принес с собой целый ряд удивительных открытий в физике и астрономии. Идет своеобразная цепная реакция: обнаруживаются диковинные явления, а их дальнейшее изучение и осмысление приводит к открытию явлений, еще более поразительных. Таков закономерный путь развития естествознания.
Один из самых диковинных, правда, пока еще «теоретических» космических объектов, который в последние годы привлекает особое внимание физиков и астрофизиков, – черные дыры. Одно название чего стоит: дыры во Вселенной да еще черные!
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, силы тяготения непосредственно связаны со свойствами пространства. Любое тело не просто существует в пространстве само по себе, но определяет его геометрию. Однажды какой-то предприимчивый репортер обратился к Эйнштейну с просьбой изложить суть его теории в одной фразе и так, чтобы это было понятно широкой публике. «Раньше полагали, – ответил на это Эйнштейн, – что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранилось бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время».
Любые массы искривляют окружающее пространство. В повседневной жизни мы этой искривленности практически не ощущаем, поскольку нам обычно приходится иметь дело со сравнительно небольшими массами. Однако в очень сильных полях тяготения этот эффект может приобретать существенное значение.
За последние годы во Вселенной обнаружен целый ряд явлений, которые свидетельствуют о возможности концентрации огромных масс в сравнительно небольших областях пространства.
Если некоторая масса вещества окажется в малом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения это вещество начинает сжиматься. Наступает своеобразная гравитационная катастрофа – гравитационный коллапс.
1 Эти данные получены
2 Это основная идея
1 Это известно далеко не всем
Россия отмечает День космонавтики! 12 апреля года исполняется 50 лет со дня полета первого человека в космос. На корабле "Восток" стартовал первопроходец Вселенной Юрий Гагарин Мы будем помнить В знак признанья Первопроходцев мирозданья – Тех, кто ушел дорогой млечной. Но в нашей памяти навечно! Анатолий Щербаков
КОНСТАНТИН ЭДУАРДОВИЧ ЦИОЛКОВСКИЙ () КОНСТАНТИН ЭДУАРДОВИЧ ЦИОЛКОВСКИЙ () «Ракета для меня только способ, только метод проникновения в глубину космоса, но отнюдь не самоцель... Будет иной способ передвижения в космосе, приму и его… Вся суть в переселении с Земли и в заселении космоса». Из этого высказывания К. Э. Циолковского следует важный вывод «Вселенная принадлежит человеку!» Из этого высказывания К. Э. Циолковского следует важный вывод «Вселенная принадлежит человеку!»
Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели. (Циолковский К.Э.) Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели. (Циолковский К.Э.) После своего первого в мире триумфального полета в космос Ю. А.Гагарин сказал: «Для нас, космонавтов, пророческие слова Циолковского об освоении космоса всегда будут программными, всегда будут звать вперед...» Памятник К.Э.Циолковскому – у обелиска "Космос" возле ВВЦ-1964г.
«Главный конструктор» (С.П. Королев) и «Главный теоретик» (М.В. Келдыш) М.В.Келдыш () С.П.Королев()
Спутником называли первый космический аппарат, который был выведен на околоземную орбиту 4 октября 1957 года.. Спутником называли первый космический аппарат, который был выведен на околоземную орбиту 4 октября 1957 года.. Первый искусственный спутник Земли представлял собой шар, диаметром 58 см и массой 83,6 кг, с установленными на нем антеннами (их было 4, длиной 2,4 м и 2,9 м).
Первый ИСЗ с животным ("Спутник-2" с собакой Лайкой). Памятник первой собаке, полетевшей в космос.
В начале марта 1960 года были определены 20 космонавтов из 250 кандидатов: летчиков – истребителей. Юрий Гагарин будет вспоминать о тех, кому суждено было войти в отряд космонавтов: "Славные подобрались у нас ребята... Есть одно, что роднит всех - это стремление стать настоящим летчиком, космонавтом. Космос зовет всех! И будет звать. Как вечный зов ". Юрий Гагарин будет вспоминать о тех, кому суждено было войти в отряд космонавтов: "Славные подобрались у нас ребята... Есть одно, что роднит всех - это стремление стать настоящим летчиком, космонавтом. Космос зовет всех! И будет звать. Как вечный зов ".
Порядковый номер: 1 Количество полетов: 1 Позывной: «Кедр» Налет: 000 суток, 01 час, 48 минут -108минут Космический корабль "ВОСТОК" Ю.Гагарин ()
Обращаясь ко всем жителям Земли перед стартом 12 апреля 1961 года Юрий Алексеевич Гагарин сказал: «Дорогие друзья, близкие и незнакомые, соотечественники, люди всех стран и континентов! Через несколько минут могучий космический корабль унесет меня в далекие просторы Вселенной....Вся моя жизнь кажется мне сейчас одним прекрасным мгновением. …Быть первым в космосе, вступить один на один в небывалый поединок с природой - можно ли мечтать о большем! Но вслед за этим я подумал о той колоссальной ответственности, которая легла на меня. Первым совершить то, о чем мечтали поколения людей, первым проложить дорогу человечеству в космос. Счастлив ли я, отправляясь в космический полет! Конечно, счастлив. Ведь во все времена и эпохи для людей было высшим счастьем участвовать в новых открытиях!»
Ему было всего 34 года... Ему было всего 34 года... Трагически погиб 27 марта Трагически погиб 27 марта 1968 года в авиационной катастрофе вблизи деревни Новоселово Киржачского района Владимирской области при выполнении тренировочного полета на самолете. Похоронен У Кремлевской стены на Красной площади в Москве.
«... Не вечен человек. Но память о нем может стать вечной, если он жил для людей. Память благодарность живых». (В. Гагарина из кн. «108 минут и вся жизнь») Пророчески звучат слова Алексея Суркова: Пророчески звучат слова Алексея Суркова: И навсегда останется нетленной Среди племен, живущих на Земле. Среди племен, живущих на Земле. Любовь к тому, кто на простор Вселенной Любовь к тому, кто на простор Вселенной Ушел с Земли на первом корабле. Ушел с Земли на первом корабле.
Полет, поразивший мир Герман Титов 6-7 августа 1961 года совершил первый длительный полет в космос. «Подвиг Юрия Алексеевича Гагарина сравним с подвигом Колумба. Подвиг Титова не сравним ни с чем, что до сего знала история человечества.» /Мстислав Келдыш, академик/
Новые корабли«Союз» Корабли «Восток» и «Восход» выполняли ограниченный круг научно- технических задач, главным образом экспериментально- исследовательских. Новые космические корабли серии «Союз» были предназначены для относительно длительных полетов, маневрирования, сближения и стыковки на околоземных орбитах. Новые космические корабли серии «Союз» были предназначены для относительно длительных полетов, маневрирования, сближения и стыковки на околоземных орбитах.
С танци я «Мир» была запущена 19 февраля (станция сведена с орбиты) Станция «Мир» и пристыкованный к ней «Шаттл»-1995г.
Космонавтика жизненно необходима всему человечеству Космонавтика нужна науке - она грандиозный и могучий инструмент изучения Вселенной, Земли, самого человека. С каждым днем все более расширяется сфера прикладного использования космонавтики. Служба погоды, навигация, спасение людей и спасение лесов, всемирное телевидение, всеобъемлющая связь, сверхчистые лекарства и полупроводники с орбиты, самая передовая технология - это уже и сегодняшний день, и очень близкий завтрашний день космонавтики. А впереди - электростанции в космосе, удаление вредных производств с поверхности планеты, заводы на околоземной орбите и Луне. И многое- многое другое. По сути дела, изучая Космос, изучая строение звезд и планет, мы ищем ответ на извечный вопрос, волнующий человечество не одно столетие: «Кто мы и откуда?» Возможно, что ответ действительно скрыт от нас где-то в недрах Вселенной. И однажды случится чудо. Кто-нибудь и когда-нибудь прочтет эти таинственные знаки Бытия.
1. Что означает слово "космос "? Вселенная Небо Небо Планета Планета
