10Д Атабаев Амир. Методы измерения расстояний в астрономии

• Название: Методы измерения расстояний в астрономии
• Дата: 03.05.2023
• Размер: 104.36 Kb.
• Имя файла: 10Д Атабаев Амир.rtf
• Тип: Реферат; #1105291

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

"Гимназия № 4" г. Грозного

РЕФЕРАТ
по астрономии

на тему: «Методы измерения расстояний в астрономии»

Выполнил ученик

10 «ППК» класса

Атабаев А.М.

Проверил учитель астрономии

Байраев А.М.
г. Грозный, 2023
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. МЕТОД ЛОКАЦИИ 4

2. МЕТОД ГОДИЧНОГО ПАРАЛЛАКСА 5

3. МЕТОД ЗВЁЗДНЫХ МАЯКОВ 7

4. ВСПЫШКА СВЕРХНОВОЙ ЗВЕЗДЫ 8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 9

ВВЕДЕНИЕ

Определение расстояния в Космосе является неотъемлемой частью развития астрономии. Для астрономов вопрос точности измерения стоит в первых рядах.

Например, человечество узнало, что несколько миллиардов лет назад Вселенная расширялась гораздо медленнее, чем сейчас. Тем самым, выяснив, что воздействие темной энергии постепенно возрастает.

Да и к тому же важно знать своё место во Вселенной. Ради улучшения способов учёные со всего света слетаются каждое десятилетие.

1. МЕТОД ЛОКАЦИИ

Метод локации эффективен для измерения расстояний до объектов, расположенных в пределах Солнечной системы. Суть в следующем: лазер излучает свет в сторону нужного космического объекта.

На этом объекте, к примеру Луна, установлены специальные уголковые отражатели, благодаря которым падающий луч света отражается точно в сторону источника излучения. Зная скорость света, а также время полёта, простой формулой определяется расстояние.

Благодаря этому способу человечество узнало удалённость Земли от Луны с погрешностью до одной десятой сантиметра. Уголковые отражатели на Луне были доставлены как советскими луноходами, так и американскими астронавтами миссии "Аполлон".

Впоследствии учёные определили, что каждый год Луна отдаляется от Земли на 3 - 4 сантиметра именно с помощью метода лазерной локации. Стоит учесть, излучение необязательно должно быть в световом (видимом) диапазоне.

Теоретически, этим способом можно точно измерить расстояние между Землёй и Плутоном. Свету потребуется всего лишь 11 часов, чтобы долететь до карликовой планеты и вернуться назад.

Конечно, вряд ли там когда-нибудь установят отражатели. Да и ни к чему они, так как для этого существуют космические аппараты, которые, пролетая мимо планет, отправляют снимки со скоростью света в родную гавань.

К примеру, в июле 2015-го космический аппарат "Новые горизонты", во время пролёта, максимально сблизился с Плутоном на расстоянии в 12500 км, отправив впечатляющие снимки карликовой планеты Земле.

Как указано выше, у этого метода есть предел. Если ближайшая звезда к Земле, (не считая Солнца), Проксима Центавра удалена на расстоянии в 4.22 светового года, то самому быстрому аппарату "Вояджер-1", скорость которого составляет 17 км/с относительно Солнца, понадобится 75 000 лет.

Да и чем дальше объект, тем сложнее идентифицировать то самое отражённое излучение. Поэтому метод лазерной локации подходит только для Солнечной системы. Значит пора перейти ко второму.

2. МЕТОД ГОДИЧНОГО ПАРАЛЛАКСА

Этот метод дает обширные возможности для определения расстояния до звёзд. Сначала разберёмся со словом параллакс. Параллакс — смещение близкого объекта относительно удалённого при наблюдении с разного местоположения. Чем больше смещение, тем ближе объект.

С явлением параллакс мы встречаемся повседневно и в обычной жизни. Например, когда мы смотрим в окно при передвижении на поезде, то замечаем, что более близкие деревья или кустарники смещаются гораздо быстрее по сравнению с удалёнными.

Так как звёзды находятся слишком далеко, то эффект параллакса на Земле незаметен. Но здесь на помощь приходит естественное движение планеты вокруг Солнца. Тут уже можно наблюдать необходимую звезду в пределах 300 миллионов км.

Сам годичный параллакс представляет собой угол, вершиной которого является звезда (не Солнце). Угол образован между двумя сторонами. Чем меньше угол, тем дальше объект.

Первая сторона: расстояние между необходимой звездой и Солнцем. Вторая: расстояние между той же звездой и Землёй. Получается треугольник, у которого третья сторона не что иное, как радиус земной орбиты, равный 1 астрономической единице.

По сути, для определения угла до нужной звезды достаточно годовое наблюдение, так как Земля совершает полный оборот за это время. Отсюда и пошло название годичного параллакса.

Другой причиной круглогодичного непрерывного наблюдения является корректировка движения удалённых звёзд и самого Солнца вокруг центра Млечного Пути. Ведь всё движется во Вселенной.

Для определения расстояния обычно используют прямоугольный треугольник. Причём прямой угол может быть, как у Земли, так и у Солнца. В основном это зависит от расположения наблюдаемой звезды относительно Солнечной системы.

Если звезда ближе к эклиптике, то прямой угол берётся у Земли. Если ближе к перпендикуляру Солнечной системы, то у Солнца. Всё же треугольник необязательно должен быть прямоугольным.

В случае с обычным треугольником расстояние от Земли до звезды определяется теоремой синусов, где стороны любого треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов. В общем, метод годичного параллакса — обычная тригонометрия.

Но и здесь есть ограничения. Дело в том, что даже Проксима Центавра находится на расстоянии, годичный параллакс которого равен 0,75 угловой секунды.

Немного об угловой секунде. Представим 1 угловой градус. Этот градус состоит из 60-ти угловых минут, а минута из 60-ти угловых секунд. То есть 1 угловая секунда — это всё равно что смотреть на человеческий волос с расстояния в 20 метров, толщина которого 0,1 мм.

Мы не способны видеть объекты при таком разрешении. Астрономы даже придумали термин, состоящий из двух слов: параллакс + секунда = парсек, который обозначает расстояние до объекта, годичный параллакс которого равен одной угловой секунде.

Даже ближайшие звёзды расположены дальше 1 парсека, не говоря уж об отдалённых. Благодаря современным приборам человечество научилось измерять расстояния до звёзд этим методом. Но учёные пошли дальше.

В конце 2013 года Европейское Космическое Агентство запустило космический аппарат "Gaia", который движется по орбите вокруг Солнца в полутора миллионов км от Земли. Точность аппарата составляет 25 микросекунд дуги . Это всё равно что разглядеть с Земли двухрублёвую монету на Луне.

В общем, "Gaia" способен определять расстояния практически до любых звёзд нашего Млечного Пути. Но здесь наступает предел. Расстояния до других галактик измеряются следующим способом.

С помощью цефеид человечество узнало удалённость миллионов галактик. Но чтобы измерить расстояние до галактик, расположенных в миллиардах световых годах, астрономы полагаются на более яркий метод.

3. МЕТОД ЗВЁЗДНЫХ МАЯКОВ

Для удобства измерения выбирают звёзды цефеиды. Их ещё называют звёздными маяками. Цефеиды — переменные звёзды, в которых происходит изменение светимости строго с определённым периодом. Период обычно составляет от 1 до 50 суток. Светимость меняется из-за изменения размера Цефеиды.

В 20-м веке в Гарвардской обсерватории состоялось прорывное открытие. Установлена связь между периодом изменения яркости Цефеиды и абсолютной звёздной величиной.

Астрономами было установлено, что абсолютная звёздная величина соответствует видимой на расстоянии в 10 парсек или 32.6 светового года. Величину на таком расстоянии измеряли годичным параллаксом различных ближайших переменных звёзд. То есть предыдущий метод является также калибровочным, благодаря которому установили абсолютную звёздную величину.

У Солнца, например, абсолютная звёздная величина +4.8, у Веги 0,5. Всё что выше + 6, недоступно человеческому глазу с расстояния в 10 парсек.

Зная период пульсаций Цефеиды, определяется абсолютная звёздная величина, с помощью которой, в сравнении с видимой, измеряется расстояние.

С помощью цефеид человечество узнало удалённость миллионов галактик. Но чтобы измерить расстояние до галактик, расположенных в миллиардах световых годах, астрономы полагаются на более яркий метод.

4. ВСПЫШКА СВЕРХНОВОЙ ЗВЕЗДЫ

Между яркостью и расстоянием есть определённая зависимость. К примеру, возьмём обычную свечу. Если первый объект находится в 2 раза дальше второго от источника освещения, то светового потока будет приходиться на первый объект в 4 раза меньше. То есть зависимость между яркостью и расстоянием обратно квадратичная.

Чем дальше объект, тем сложнее обнаружить его светимость. Но Вселенная часто помогает вспышками сверхновых звёзд, которые рождаются в среднем 1 раз в 100 лет в галактике. В настоящее время считается, что в Наблюдаемой Вселенной около 2 триллионов галактик. Конечно, на самом деле их больше, но пока столько.

Значит, теоретически, каждую секунду вспыхивают 634 сверхновые звёзды. Когда взрывается сверхновая, она выделяет энергию, сопоставимую с энергией 10-миллиардного жизненного цикла Солнца.

То есть Солнце прожило полжизни. За 5 миллиардов лет выделило в космическое пространство энергию аналогичную половине энергии вспышки Сверхновой. Вспышки Сверхновых — это подарок Вселенной для измерения расстояний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стоит отметить, что чем дальше объект, тем труднее точно измерить расстояние. Дело в том, что расчёты неидеальны, так как для этого нужен 100%-й вакуум в космическом пространстве, которого нигде нет, а Вселенная должна оставаться неподвижной.

Также излучение удалённого объекта рассеивается не только космической пылью, но и тёмной материей, которую учёным пока что обнаружить не удалось, хоть и доказано, что она существует.

Ещё отклонение в расчётах вызывают массивные объекты, которые согласно Общей Теорией Относительности Эйнштейна искривляют траекторию излучения.