Астрономия наших дней

Астрономия  наших дней

Содержание

Введение .

1. Спектральный  анализ небесных тел 

2. Небо в рентгеновских  лучах 

3. Радиоастрономия .

Зарождение радиоастрономии .

Развитие радиоастрономии 

Перспективы радиоастрономических исследований

4. Оптические  наблюдения .

5. остальные  способы наблюдений .

Заключение 

перечень литературы

Введение

Данный реферат  посвящен современным вопросам астрономии - той области знаний, которые  за последние годы дали наибольшее число научно-технических открытий.

Вся история  исследования Вселенной есть, в сущности, поиск средств, улучшающих человеческое зрение. До начала XVII века невооруженный  глаз был единственным оптическим инвентарем астрономов. Вся астрономическая  техника старых сводилась к созданию разных угломерных инструментов, как  можно более чётких и прочных. Уже первые телескопы сходу резко  повысили разрешающую и проницающую способность человеческого глаза. Вселенная оказалась совершенно другой, чем она казалась до тех пор. Равномерно были сделаны приемники невидимых излучении и в настоящее время Вселенную мы воспринимаем во всех спектрах электромагнитного диапазона - от палитра-лучей до сверхдлинных радиоволн.

Более того, сделаны  приемники корпускулярных излучений, улавливающие мелкие частицы - корпускулы (в основном ядра атомов и электроны), приходящие к нам от небесных тел. Если не бояться аллегорий, можно  сказать, что Земля стала зорче, её «глаза», то есть совокупность всех приемников космических излучений, способны фиксировать объекты, от которых до нас лучи света доходят за многие миллиарды лет.

Благодаря телескопам и иным инструментам астрономической  техники человек за три с половиной  века проник в такие космические  дали, куда свет - самое быстрое, что  есть в этом мире - может добраться  только за миллиарды лет! Это значит, что радиус изучаемой человечеством  Вселенной растет со скоростью, в  большущее число раз превосходящей скорость света!

1. Спектральный анализ  небесных тел

Могучим орудием  о исследовании Вселенной стал для астрономов спектральный анализ - исследование интенсивности излучения в отдельных спектральных линиях, в отдельных участках диапазона. Спектральный анализ является важнейшим средством для исследования вселенной. Спектральный анализ является способом, с помощью которого определяется химический состав небесных тел, их температура, размеры, строение, расстояние до них и скорость их движения. Спектральный анализ проводится с внедрением устройств спектрографа и спектроскопа. С помощью спектрального анализа определили химический состав звёзд, комет, галактик и тел солнечной системы, т.К. В диапазоне любая линия либо их совокупность характерна для какого-нибудь элемента. По интенсивности диапазона можно найти температуру звёзд и остальных тел.

По диапазону  звёзды относят к тому либо иному  спектральному классу. По спектральной диаграмме можно найти видимую  звёздную величину звезды, а далее  пользуясь формулами отыскать абсолютную звёздную величину, светимость, а означает и размер звезды.

Но в собственном  стремлении объяснить природу небесных тел астрономы не сдвинулись бы с места ни на шаг, если бы они не знали как появляются в глобальных пространствах электромагнитные волны той либо другой частоты. Сегодня уже понятно несколько совершенно разных устройств генерирования электромагнитного излучения. Один из них связан с движением электронов в поле атомных ядер - это тепловой механизм тут интенсивность излучения определяется температурой части и их концентрацией в единице размера. Cинхротронное излучение возникает при торможении в магнитном поле релятивистских электронов, т.Е. Электронов, скорости движения которых близки к скорости света. Электромагнитные волны появляются и при затухании механических колебаний неоднородной плазмы (ионизованного газа), и при переходе стремительных частиц через границу двух сред.

Из произнесенного следует, что недостаточно зарегистрировать излучение какого-то объекта в определенной длине волны. Необходимы исследования в широком спектре длин волн и все посторонний анализ полученных результатов. Сейчас астрономы, вооруженные современной ракетной техникой, сильными оптическими и радиотелескопами, сложной теорией механизмов излучения, ведут широкое исследование Вселенной в целом и её отдельных частей. Астрономы убеждены в том, что они верно понимают природу действий, происходящих далеко за пределами наших земных лабораторий .

2. Небо в рентгеновских  лучах

До недавнего  времени (положение начало существенно изменяться только немногим более тридцати лет назад) понятие «астрономические наблюдения» было тождественно понятию «оптические наблюдения неба».

меж тем еще в последнем году XVIII в. В. Гершель открыл излучение Солнца, лежащее за пределами видимого диапазона. Это было инфракрасное излучение, но его электромагнитная природа стала ясна много лет спустя.

В 1801 г. И.Риттер изучал действие фиолетового излучения Солнца на хлористое серебро и неожиданно нашел, что восстановление окиси серебра длится даже тогда, когда пластинка расположена в «темной» области, дальше за фиолетовой. Так было открыто ультрафиолетовое излучение Солнца, природа которого тоже оставалась неясной.

только в шестидесятых годах XIX в. Д. Максвелл пришел к выводу, что не считая видимого электромагнитного излучения (обыденного видимого света) могут существовать и остальные его виды, не видимые глазу и отличающиеся только длиной волны.

Условно электромагнитное излучение подразделяют на несколько диапазонов. Большей длиной (более 10-3 м) владеют радиоволны. Диапазон от 0,65 мкм до 1 мм - область инфракрасного излучения. «Оптическое окно» - от 0,39 до 0,65 мкм. Еще короче длины волн ультрафиолетового излучения, они простираются приблизительно до 0,05 мкм. В области еще более маленьких длин волн приборы способны регистрировать практически каждый фотон, и поэтому принято в рентгеновском и более твердых спектрах (т. Е. В области более больших энергий фотонов) употреблять не длины волн, а соответствующие им энергии фотонов. Так, фотон с длиной полны 0,05 мкм владеет энергией 4·10-17 джоулей (Дж) либо 0,025 килоэлектронвольт (кэВ). Область энергий фотонов от 0,025 до 1 кэВ - это область мягкого рентгеновского излучения, 1-20 кэВ - «классический» рентгеновский спектр; конкретно в этом спектре были проведены более эффективные исследования неба.

Какое это было бы красивое зрелище, если бы мы могли  узреть своими очами небо в рентгеновских  лучах! Пусть даже мы могли бы созидать только звезды ярче 6-й звездной величины, как и в оптическом спектре. На рентгеновском небе, в различие от оптического, таковых звезд поменьше - около 700 против 6000. Самая колоритная рентгеновская звезда светит подобно Венере. Но, в различие от Венеры, которая поблескивает тихо, мы видели бы, как ярчайшая звезда на рентгеновском небе за считанные минуты становится ярче либо уменьшает свой блеск. Мы видели бы игру яркости у многих рентгеновских звезд. Мы видели бы, как на небе вспыхивают и гаснут звезды - одни за секунду, остальные за минуты, третьи за часы. Другие звезды видны постоянно, остальные - только несколько недель либо месяцев. Мы видели бы звезду, которая вспыхивает и гаснет тыщи раз в день. Мы видели бы калоритные туманности и большие дуги излучения - ничего похожего нет на оптическом небосклоне. Правда, на рентгеновском небе нет броской туманной полосы Млечного Пути -небо практически умеренно светится во всех собственных частях. Мы видели бы множество слабых звезд, разбросанных по небу, и знали бы, что это совсем далекие объекты - на оптическом небе невооруженный взор не способен их узреть.

Рентгеновские звезды собираются в созвездия, которым  никто не дал и, видимо, так и  не даст на званий - поэтические времена в астрономии давно прошли. Астрономы - люди трезвые, предпочитающие чёткое знание поэтическим обобщениям.

Исследование  рентгеновского неба принесло для нашего чёткого знания о Вселенной большой  материал. В особенности о тех  небесных телах, которые значительно (а то и принципиально!) Различаются  от обыденных звезд, сияющих на оптическом ночном небе, возможно, в конце концов и без рентгеновских наблюдений астрономы направили бы внимание на странноватые звезды Н2 Геркулеса, либо НDЕ 226808, либо Х Персея. Но знания наши остались бы при этом очень неполными. Мы могли бы подозревать, что в этих системах есть нечто необыкновенное - к примеру, аномально крупная невидимая масса. Но что происходит в окрестности данной массы? Может быть, это рядовая звезда, просто её излучение слабое и пропадает на фоне первой составляющие? Вряд ли нам удалось бы узнать это. И уже совершенно мы не могли бы ничего сказать о том, что происходит в центре нашей Галактики - области, не видимой в оптических лучах.

Впрочем, радиоастрономы могут сказать то же о радионебе. И в палитра-области небо тоже своеобразно и добавляет к нашим знаниям о Вселенном свою страничку.

Вселенная едина - это люди разделили излучение  небесных тел на искусственные спектры, потому что неспособны принимать  мир сходу во всем богатстве красок, от мягкой «акварели» радионебом до жгучих цветов палитра-лучей. Мы складываем картину Вселенной подобно мозаике, и данные рентгеновских наблюдений - только один из частей. Исследование небесных тел и явлений сейчас приносит наибольшие плоды, когда все спектры электромагнитного диапазона оказываются использованными. Всеволновая астрономия стала совсем нужна, и она возникла.

Открытие, сделанное  в каком-то одном диапазоне, сходу приводит к активизации исследований в остальных спектрах. Шаровые звездные скопления изучались много лет, и неожиданностей тут не предвиделось. Но вот были открыты в них рентгеновские источники, и шаровые скопления сходу привлекли всеобщее внимание. Резкий скачок исследований, резкий скачок в нашем понимании природы этих образований. Много лет исследовались двойные системы - кривые блеска, перетекание вещества, характеристики звезд. Но вот в двойных системах были открыты рентгеновские источники, и астрофизики сообразили, что знания, казавшиеся таковыми значимым, на самом деле малы. Последовал резкий рост числа исследований двойных систем - не лишь в рентгеновском, но в оптическом, инфракрасном, радиодиапазонах. Фронт науки не терпит отставания - если в одной области происходит прорыв вперед, на новейшие рубежи, все другие обязаны не медлительно подтянуться, по другому картина мира окажется клочковатой либо просто противоречивой. В последние годы конкретно рентгеновские исследования частенько были бросками в неизвестное, конкретно они «тянули» за собой фронт астрофизической науки.

Первое знакомство с рентгеновским небом за кончилось - так Галилей, оглядев небо в первый телескоп, сообразил, что перед ним новый мир, и, оправившись от потрясений, приступил к его систематическому исследованию. Исследованию, которое привело к современной оптической астрономии. То же пред стоит сейчас и в астрономии рентгеновской.

И недалеко время, когда астрономы закончат делить излучение на спектры, когда небо раскроется сходу всеми цветами. Небо в рентгеновских лучах замечательно - но мы увидим Небо и поразимся, и  застынем на некое время, впитывая увиденное А позже - за работу.

3. Радиоастрономия

Зарождение  радиоастрономии

Декабрь 1931 года . В одной из американских лабораторий её сотрудник Карл Янский изучает атмосферные помехи радиоприему. Обычный ход радиопередачи на волне 14,7 м нарушен шумами, интенсивность которых не остается неизменной.

равномерно выясняется загадочная периодичность - каждые 23 часа 56 минут помехи стают в особенности сильными. И так изо дня в день, из месяца в месяц.

Впрочем, загадка  скоро находит свое решение. Странноватый период в точности равен продолжительности звездных суток в единицах солнечного времени. Яснее говоря, через каждые 23 часа 56 минут по обыденным часам, отсчитывающим солнечное время, земной шар совершает полный оборот вокруг оси, и все звезды опять возвращаются в первоначальное положение относительно горизонта хоть какого пункта Земли.

Отсюда Янский делает естественный вывод: досадные помехи имеют космическое происхождение. Какая-то загадочная космическая «радиостанция» раз в день занимает такое положение на небе, что её радиопередача достигает большей интенсивности.

Янский пробует  отыскать объект, вызывающий радиопомехи И, несмотря на несовершенство приемной радиоаппаратуры, виновник найден. Радиоволны исходят из созвездия Стрельца, того самого, в направлении которого находится ядро нашей звездной системы - Галактики.

Так родилась радиоастрономия - одна из более интересных отраслей современной астрономии.

Развитие  радиоастрономии

Первые пятнадцать лет радиоастрономия практически  не развивалась. Многим было еще не ясно, принесут ли радиометоды какую-нибудь существенную пользу астрономии.

Разразившаяся вторая глобальная война привела  к стремительному росту радиотехники. Радиолокаторы были приняты на вооружение всех армий. Их совершенствовали, всячески стремились повысить чувствительность, совсем не предполагая, естественно, употреблять радиолокаторы для исследования небесных тел.

русские ученые академики Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны еще в 1943 году.

Это было первое радиоастрономическое исследование в русском Союзе. Два года спустя (в 1946 году) оно было проверено на практике поначалу в США, а потом в Венгрии. Радиоволны, посланные человеком, достигли Луны и, отразившись от нее, возвратились на Землю, где были уловлены чувствительным радиоприемником.

следующие десятилетия - это период необыкновенно быстрого прогресса радиоастрономии.Егоможно назвать триумфальным, так как раз в год радиоволны приносят из космоса удивительные сведения о природе небесных тел. На сравнимо маленьком интервале времени, начиная с 50-х гг., В радиоастрономии достигнут большой прогресс. Разрешение от 1-10 уг. Мин. Дошло до 0.1 тыс .уг. Сек и существенно превосходит способности оптической астрономии. Чувствительность от 1-10 Ян повысилась до 1 мкЯн. Наблюдения проводятся в спектре от 0.01 до 300-400 ГГц. Сразу принимаемая полоса частот от 100-200 кГц доведена до 1-10 ГГц. Радиоастрономия имеет сопоставимые, а по неким проблемам и огромные по сравнению с оптикой, способности проникания в глубины Вселенной.

Перспективы радиоастрономических исследований

Прогресс радиоастрономических исследований определяется уровнем  экспериментальной техники. Можно  указать на два заслуги, которые  являются основой современной радиоастрономии.

Первое: разработка апертурного синтеза и синтезированных радиотелескопов, разработка радиоинтерферометров со сверхбольшой базой. Смысл этих систем состоит в том, что сигналы, принятые различными антеннами, определенным образом складываются. В итоге удается воссоздать картину, которую дала бы одна крупная остронаправленная антенна. И вот итог - в радиоастрономии получена разрешающая сила в десятитысячной доли угловой секунды, что на несколько порядков выше разрешения наземных оптических телескопов.

Второе: разработка на базе ЭВМ многоканальных систем космической радиоспектроскопии, создание радиотелескопов-спектрометров. Эти  инструменты дозволили изучить  структуру мазерных источников, открыть в космосе более 50 разных органических молекул, в том числе сложные молекулы, состоящие более чем из десятка атомов.

Через 50 лет, нужно  полагать, будут открыты (если они  имеются) планеты у ближайших  к нам 5-10 звезд. Быстрее всего  их обнаружат в оптическом, инфракрасном и субмиллиметровом спектрах волн с  внеатмосферных установок.

В будущем покажутся  межзвездные корабли-зонды для  полета к одной из ближайших звезд в пределах расстояний 5-10 световых лет, очевидно, к той, около которой будут обнаружены планеты. Таковой корабль будет двигаться со скоростью не более 0,1 скорости света с помощью термоядерного мотора.

В радиоастрономии  будут употребляться огромные космические  системы апертурного синтеза с размерами радиотелескопов более 100 метров и расстоянием меж ними до нескольких сотен тыщ км (сейчас наибольшее расстояние меж радиотелескопами ограничено размерами Земли).

В первой трети XXI в. Будет дискуссироваться неувязка ограничения производства термоядерной энергии, которая к тому времени станет доминирующей, предпримутся также серьезные шаги, чтоб употреблять фоновую энергию, существующую на Земле постоянно (энергию ветра, приливов, солнечную энергию и т.П.), Утилизация которой не приводит к дополнительному нагреву планеты.

возможно, будут  построены особые огромные радиотелескопы для наблюдения и поиска электромагнитных сигналов разумного (искусственного) происхождения  во всем перспективном спектре волн, проведены наблюдения сигналов от значимой части звезд Галактики, получит  дальнейшее развитие теория возникновения  и эволюции внеземных цивилизаций.

Радиоастрономия употребляет сейчас самые чувствительные приемные устройства и самые огромные антенные системы. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются недосягаемыми для обыденных оптических телескопов. Радиоастрономия стала неотъемлемой частью современного естествознания. Перед человечеством открылся радиокосмос - картина Вселенной в радиоволнах.

Как понятно, успехи в радиоастрономии основным образом  определяются возможностями получить высшую чувствительность и разрешающую  способность. Из оптической астрономии пришло разделение инструментов на два  класса: рефлекторов и рефракторов. В середине 50-х годов велась активная дискуссия, какие системы лучше  развивать в радиоастрономии, где  короче и дешевле путь заслуги  высокого разрешения и чувствительности.

любая наука изучает определенные явления природы, используя свои способы и средства. Для радиоастрономии объектом исследования служит весь необъятный космос, все бесчисленное множество небесных тел. Правда, это исследование несколько одностороннее - оно ведется только посредством радиоволн. Но и в таком «разрезе» Вселенная оказывается нескончаемо многообразной, неистощимой для исследователя.

4. Оптические наблюдения

Человеческому глазу доступна узенькая область  длин волн электромагнитного диапазона  излучения - от 0,39 до 0,65 мкм. Это совсем маленькая щель, через которую  люди в течение тысячелетий заглядывали во Вселенную. Но сколько потрясших воображение открытий принесли эти наблюдения!

На протяжении нескольких тысячелетий астрономы  ограничивались определением положений  светил на небесной сфере и оценкой  их блеска невооруженным глазом. Сейчас в их распоряжении массивные приборы, позволяющие улавливать практически отдельные кванты света, идущие от далеких звездных систем.

некое время  большими из астрономических телескопов были 250-сантиметровый рефлектор  обсерватории Маунт Вильсон и 500-сантиметровый рефлектор Паломарской обсерватории в США.

сейчас наикрупнейшим  в Европе является телескоп рефлектор  с диаметром зеркала 600 см. Он установлен на .Северном Кавказе, вблизи станицы Зеленчукская. Вот некие его технические свойства: вес зеркала около 40т, фокусное расстояние - 24 м, вес инструмента совместно с монтировкой - свыше 850 т. Телескоп вращается вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Компьютер пересчитывает координаты светила с экваториальной в горизонтальную систему координат и подаст соответствующие команды на управляющую механическую систему, вращающую инструмент вслед за этим светилом.

До последнего времени более распространенной оптической системой телескопов была система Кассегрена В таком телескопе основное зеркало имеет форму параболоида. Отразившись от него, световые лучи возвращаются сходящимся пучком назад, попадают на меньшее выпуклое гиперболическое зеркало, опять изменяют направление собственного движения и, пройдя через отверстие в главном зеркале, собираются позади него в фокальной плоскости.

Несколько лет  назад в США (обсерватория Китт-Пик), а потом в Австралии (обсерватория Сайдинг-Спринг) введены в действие телескопы системы Ричи-Кретьена с диаметрами зеркал 400 см. В данной системе как основное, так и вспомогательное зеркала имеют гиперболическую форму. Это существенно уменьшает длину трубы телескопа, упрощает его монтировку, а диаметр поля зрения увеличивается в 5-10 раз Аналогичный телескоп установлен в Канаде на горе Кобау. В Чили американские ученые устанавливают телескоп данной же системы с диаметром главенствующего зеркала 400 см, а на так называемой Объединенной Европейской обсерватории (там же) устанавливается телескоп с диаметром 360 см. Отметим, что стоимость 4-метрового гиганта оценивается в 10 млн. Долларов.

Сейчас в различных  странах строится около 8 телескопов с D>3 м и более, 20 - с D>1 м. В частности, мощность современного телескопа оценивается таковой цифрой: в 6-метровый телескоп можно узреть звезды до 24m. Световой сгусток от этих объектов в 6 млн. Раз меньше, чем от звезд 6-й величины.

сейчас в мире насчитывается около 1000 астрономических обсерваторий и станций наблюдений за искусственными спутниками Земли. Практически 100 из них - в России. Своими исследованиями заполучили мировое признание Пулковская астрономическая обсерватория, Крымская астрофизическая обсерватория, Бюраканская астрофизическая обсерватория, Государственный астрономический институт имени Штернберга (Москва) и многие остальные.

На миллиарды световых лет (световой год - это, 9.460 Х 1012 км) проникает сейчас во Вселенную глаз наблюдателя. Самые слабые объекты, доступные современным телескопам, имеют приблизительно 24-ю звездную величину. Самое колоритное светило на небе (исключая Солнце и Луну) - планета Венера - в периоды наибольшей яркости имеет звездную величину, равную -4. означает, блеск слабейшей из галактик в 150 миллиардов раз меньше блеска Венеры. Таков «проницающий взгляд» оптической астрономии.

5. остальные способы  наблюдений

Обо всем, что  происходит вокруг нас, о далеких  звездных и галактических мирах говорят нам световые лучи. Но в наше время визуальные наблюдения небесных светил проводятся совсем редко. Более эффективными оказались фотографические и фотоэлектрические способы наблюдений. Способности фотографического способа вправду сказочные: ведь при продолжительном фотографировании количество квантов, поглощенных фотоэмульсией, растет. В частности, при помощи 6-метрового телескопа можно получить изображения звезд до 20m при экспозиции всего 10 минут. К тому же на одной пластинке фиксируются изображения многих тыщ объектов, каждый из которых в свое время может стать чем-то увлекательным.

В последние  годы все больше употребляется фотоэлектрический  способ pегистрации слабых световых потоков. В этом случае пучок света направляется не на фотопластинку, а на фотокатод (металлическую пластинку, вмонтированную в стеклянный баллон). Для астрономических наблюдений сейчас употребляются совсем чувствительные фотоумножители, способные регистрировать совсем слабые световые потоки. Так, современные фотоумножители, установленные на 5 метровом телескопе, регистрируют быстрые конфигурации яркости объектов до 24-й видимой величины.

большой выигрыш во времени фотографирования слабых объектов дают электронно-оптические преобразователи (ЭОП). совсем перспективным оказался телевизионный способ.

огромное значение имеет исследование химического состава звезд методом тщательного анализа их спектров. При этом нужно учитывать температуру и давление в поверхностных слоях звезд, которые также получают из спектров. Вообще спектрографические наблюдения дают более полную информацию об условиях, господствующих в звездных атмосферах.

Заключение

2000 лет тому  назад расстояние Земли от  Солнца, согласно Аристарху Самосскому, составляло около 361 радиуса Земли,  т.Е. Около 2.300.000 км. Аристотель  считал, что «сфера звезд» располагается в 9 раз дальше. Таким образом, геометрические масштабы мира 2000 лет тому назад «измерялись» величиной в 20.000.000 км.

При помощи современных  телескопов астрономы наблюдают объекты, находящиеся на расстоянии около 10 млрд. Световых лет, что составляет 9,5-1022 км. Таковым образом, за упомянутый просвет времени масштабы мира «выросли» в 5-1015 раз.

Согласно византийским христианским богословам (середина IV столетия н.Э.) Мир был создан 5508 лет до н.Э., Т.Е. Менее чем 7,5 тыс. Лет тому назад.

Современная астрономия дала подтверждения того, что уже  около 10 млрд. Лет тому назад доступная  для астрономических наблюдений Вселенная была в виде огромной системы  галактик. Масштабы во времени «выросли» в 13 млн. Раз.

Но основное, естественно, не в цифровом росте  пространственных и временных масштабов, хотя и от них захватывает дыхание. Основное в том, что человек, наконец, вышел на широкий путь понимания реальных законов мироздания.

перечень  литературы

1) Шкловский  И.С Вселенная, жизнь, разум. М.: «Наука» 1980 г.

2) Бакулин К.М.  Курс общей астрономии. М. 1987 Г. 

3) Климишин И. А Астрономия вчера и сейчас. Киев. 1977 Г.