101 ключевая идея: Астрономия - Брейтот Джим Страница 25

Оценка общей массы галактики может быть произведена по скорости ее вращения. Звезда, расположенная на внешней оконечности спиральной галактики, движется вокруг центра галактики, поскольку на нее воздействует сила тяготения — точно так же, как на планету, движущуюся вокруг Солнца. Однако, чем дальше от Солнца расположена орбита планеты, тем больше времени ей требуется, чтобы совершить полный оборот, в отличие от звезд в спиральных рукавах галактики, которые в основном совершают обороты за равные промежутки времени независимо от расстояния. Согласно ньютоновской теории тяготения, для того чтобы период времени не зависел от радиуса, необходимо предположить, что галактика содержит в своих спиральных рукавах гораздо больше вещества, чем суммарная масса всех видимых звезд.

Таким образом, возникает проблема пропавшей массы, поскольку если бы вся масса галактики была сосредоточена в звездах, она была бы гораздо ярче, чем на самом деле. По сравнению с типичной звездой, такой как Солнце, отношение светимости к массе для типичной галактики составляет менее 0,1 такого же соотношения для типичной звезды. Поскольку светимость галактики целиком создается ее звездами, по меньшей мере 90 % массы типичной галактики должно находиться вне звезд, за пределами современных методов наблюдения.

В настоящее время поиски темного вещества являются предметом активных исследований. Оно может содержаться в субатомных частицах, называемых нейтрино, которые производятся и излучаются звездами в огромных количествах в результате процессов ядерного синтеза, однако масса нейтрино до сих пор не известна.

См. также статьи "Светимость", "Ядерный синтез", "Звезды 4".

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Тепловое излучение — это электромагнитное излучение поверхности объекта, обусловленное его температурой. Светящийся объект наряду с инфракрасным излучением испускает свет. Таким образом, тепловое излучение связано с оптической и инфракрасной частью спектра электромагнитного излучения.

Объект, поглощающий электромагнитное излучение

Объект, поглощающий электромагнитное излучение, направленное на него, называется черным телом. Звезда — черное тело, поскольку любое излучение, направленное на нее, поглощается. Измерение интенсивности излучения черного тела по сравнению с диапазоном длин волн для разных температур дает результаты, представленные кривыми на рисунке на с. 237.

Анализ этих кривых привел к открытию законов излучения черного тела, которые можно применять к звездам для определения их диаметра и температуры поверхности.

Закон Вина гласит, что длина волны на участке максимальной интенсивности в спектре излучения звезды связана с температурой ее поверхности через постоянную величину. Измерения показывают, что эта постоянная равна 0,0029 м на градус Кельвина. Таким образом, если измерить длину волны для максимально интенсивного излучения звезды, можно определить температуру ее поверхности. К примеру, наибольшая интенсивность солнечного спектра наблюдается на длине волны около 5×10 –7м, что дает температуру поверхности порядка 5800К.

Закон Стефана гласит, что полная энергия, излучаемая звездой в секунду, равна σΑΤ 4, где Т — температура поверхности, А — площадь поверхности, а σ — постоянная Стефана, которая равна 5,67×10 8Вт×м 2×К 4.

Согласно закону Стефана, Солнце при температуре поверхности 5800К и радиусе 6,96 x 10 8м излучает в секунду полную энергию, равную 3,9 x 10 26Вт.

См. также статью "Электромагнитное излучение".

УВЕЛИЧЕНИЕ

Телескоп увеличивает любой отдаленный объект, кроме точечных, таких, как звезды. Увеличение телескопа представляет собой отношение углового размера объекта при наблюдении в телескоп к угловому размеру объекта при непосредственном наблюдении. К примеру, угловой размер Луны составляет около 0,5. При наблюдении в телескоп с двенадцатикратным увеличением видимый угловой размер лунного диска будет составлять 6°.

Увеличение телескопа при нормальном использовании равно отношению фокусной длины объектива к фокусной длине окуляра. Таким образом, телескоп — рефлектор с зеркалом фокусной длиной 600 мм и окуляром с фокусной длиной 40 мм будет иметь пятнадцатикратное увеличение (600 мм / 40 мм). Если поставить окуляр с фокусной длиной в 30 мм, увеличение телескопа возрастет до двадцатикратного (600 мм / 30 мм).

Увеличение телескопа должно превосходить отношение диаметра объектива к диаметру зрачка человеческого глаза, иначе не весь свет, поступающий в телескоп от точечного объекта, попадает в глаз наблюдателя. Поскольку в темноте диаметр зрачка составляет приблизительно 8 мм, увеличение должно быть равным или выше 1/8 диаметра объектива в миллиметрах. Если увеличение слишком велико, качество изображения плохое, так как окуляр слишком мощный для телескопа и вызывает искажение объекта. В качестве общего правила увеличение не должно превосходить численное значение диаметра объектива, выраженное в миллиметрах. Таким образом, телескоп с объективом диаметром 120 мм должен иметь увеличение не менее пятнадцатикратного и не более сто двадцатикратного.

См. также статьи "Окуляр", "Телескопы 2".

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ И РЕНТГЕНОВСКАЯ АСТРОНОМИЯ

За фиолетовой частью видимого спектра находится область ультрафиолетового излучения, за которой в свою очередь находятся области рентгеновского и гамма — излучения. Земная атмосфера поглощает эти виды электромагнитного излучения, поэтому их источники можно определить только с использованием соответствующих приборов на орбитальных спутниках.

Подробные исследования в области ультрафиолетовой астрономии были выполнены со спутника International Ultraviolet Explorer в период между 1978 и 1996 годом. В 1992 году был запущен новый спутник, Extra Ultraviolet Explorer, для наблюдения за источниками с гораздо более короткой длиной волны — от 10 до 70 нм. Космический телескоп Хаббла тоже оснащен аппаратурой для наблюдения за источниками ультрафиолетового излучения, но в диапазоне волн не короче 120 нм.

К источникам рентгеновских лучей относятся черные дыры и взорвавшиеся звезды, а также горячие газы в космосе. Первое исследование космических источников рентгеновских лучей было выполнено в 1971 году с помощью спутника "Ухуру". Это исследование привело к открытию двойных пульсаров. Рентгеновские телескопы, установленные на орбитальных спутниках, обнаружили источники излучения, дающие вспышки рентгеновских лучей с относительно большими интервалами. Принцип работы рентгеновского телескопа основан на отражении на специальный детектор рентгеновских лучей от гладко отполированных металлических пластин.

Космические вспышки гамма-излучения были обнаружены более 30 лет назад, когда военные спутники, используемые для слежения за испытаниями ядерного оружия, обнаружили вспышки гамма-излучения в разных направлениях космического пространства. С борта космического челнока "Атлантис" в 1992 году была запущена Комптоновская обсерватория, предназначенная для изучения источников гамма — излучения в космосе. В 1997 году гораздо более совершенный рентгеновский детектор на борту спутника Beppo SAX зарегистрировал вспышку гамма-излучения, местонахождение которой впоследствии было определено с использованием оптических телескопов. При измерении величины красного смещения было установлено, что источник находится на расстоянии миллиардов световых лет. В дальнейшем удалось обнаружить вспышки гамма-излучения, источники которых находятся на расстоянии до 10 млрд. световых лет.

УРАН

Уран был открыт Уильямом Гертелем в 1781 году, хотя он и раньше обозначался на звездных картах как тусклая звезда. Гертель проследил за изменением положения Урана относительно других звезд и пришел к выводу, что это планета, расположенная за орбитой Сатурна, которая очень медленно движется через созвездия со скоростью около 4 градусов в год. Фактически Уран совершает полный оборот вокруг Солнца за 84 года на среднем расстоянии 19 астрономических единиц. Его диаметр в 4 раза превышает диаметр Земли, а средняя плотность примерно в 1,3 раза больше плотности воды. Сила тяготения на его поверхности составляет 0,9 земной, а температура 55К (-218 °C).