объект с каким минимальным линейным размером мы сможем различить в галактике туманность андромеды

Далёкие глубины Вселенной

Глава1.

Введение в астрономию

Внутри доступной наблюдениям части Вселенной содержится несколько десятков миллиардов крупных галактик различной формы.

Газ и пыль собраны в газопылевые облака, которые наблюдаются в виде диффузных светящихся туманностей и отражательных туманностей возле звёзд.

Наблюдаются рассеянные и шаровые звёздные скопления.

Самыми плотными объектами являются нейтронные звёзды.

Наблюдаются остатки взрывов сверхновых звёзд, в которых вещество разлетается со скоростью в тысячи километров в секунду, в результате чего образуются релятивистские частицы.

В центре Млечного Пути находится сверхмассивная чёрная дыра.

Для изучения самых далёких небесных тел астрономы строят гигантские телескопы, чтобы различить как можно меньшие детали небесных тел.

Чтобы избавиться от влияния атмосферы и изучать излучение небесных тел в рентгеновских, γ- и инфракрасных лучах, запускают космические телескопы.

Структура и масштабы Вселенной

Наука о небесных телах получила название астрономия (от древнегреческих слов «астрон» — звезда и «номос» — закон). Она изучает их видимые и действительные движения и законы, определяющие эти движения; формы, размеры, массы и рельеф поверхности; природу и физическое состояние небесных тел; взаимодействие между ними, их эволюцию — вероятную прошлую историю и будущее развитие. Объект исследований астрономов — вся Вселенная в целом.

Внутри доступной наблюдениям части Вселенной имеются несколько десятков миллиардов галактик. Каждая галактика содержит десятки и сотни миллиардов звёзд. Полное число звёзд в наблюдаемой части Вселенной составляет порядка 1022.

При фотографировании неба в самые мощные телескопы удаётся зафиксировать до 10 миллиардов звёзд. Практически все они принадлежат нашей Галактике, которой ещё в древности дали название Млечный Путь.

Астрономы измерили расстояния до многих звёзд. Расстояние до ближайшей к нам звезды Проксимы Центавра составляет 4,2 св. г. Значение «несколько световых лет» характеризует среднее расстояние между звёздами в Млечном Пути.

Наряду со звёздами и планетами, во Вселенной имеются газ и пыль. Масса газа и пыли в галактиках почти в сто раз меньше, чем масса, заключённая в звёздах

Самые разреженные области Вселенной — это пространство между галактиками, а самые плотные — ядра звёзд. Если средняя плотность Солнца составляет около 1400 кг/м3, почти как плотность воды, то в центре Солнца уже около 150 000 кг/м3.

Астрономам удалось измерить и рассчитать температуры различных небесных тел и областей космоса. Так, самыми холодными оказались плотные облака газа и пыли, удалённые на большие расстояния от звёзд, — в них температура составляет всего несколько Кельвинов. Именно в этих областях образуются новые звёзды.

На поверхности Солнца температура равна примерно 6000 К, а в его центре — около 15 000 000 К. В некоторых звёздах температура в центре достигает миллиардов Кельвинов. Благодаря высоким температурам в них протекают термоядерные реакции и образуются все, в том числе тяжёлые химические элементы.

Последние наблюдения показали, что Вселенная расширяется с ускорением. По наблюдениям ускоренного удаления галактик не так давно была открыта новая сила Всемирного отталкивания. Природа этой силы пока не ясна. Кроме этого, было установлено, что основную часть Вселенной занимают тёмная материя и тёмная энергия, а обычное вещество составляет всего несколько процентов.

Далёкие глубины Вселенной

Современная астрономия нацелена на изучение самых далёких областей Вселенной и детальной структуры небесных тел. В последние десятилетия были построены несколько обсерваторий с гигантскими телескопами.

Следует отметить южную международную астрономическую обсерваторию в Чили на высоте около 5000 метров. Очень Большой Телескоп, состоящий из четырёх телескопов с диаметрами 8,2 м каждый. С помощью компьютерных технологий они могут работать вместе как гигантский интерферометр, с угловым разрешением в несколько миллисекунд дуги.

Хороший астрономический климат в обсерватории и чувствительные инфракрасные приёмники света, позволил проникнуть в центр Млечного Пути через облака газа и пыли, которые непрозрачны для видимого света, изучить движение отдельных звёзд в центре и обнаружить сверхмассивную черную дыру в нём.

Чтобы исключить влияние атмосферы на результаты наблюдений, астрономы запускают телескопы за пределы земной атмосферы.

Используя длительные экспозиции, впервые были получены изображения протогалактик, первых сгустков материи, которые сформировались менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.

В настоящее время в космическом пространстве работает российская космическая обсерватория «Радиоастрон». Телескоп двигается по очень вытянутой орбите с апогеем до 360 000 км. Радиоастрон позволяет получить информацию о структуре галактических и внегалактических радиоисточников на угловых масштабах до 8 микросекунд дуги (8 × 106″).

Сейчас в космическом пространстве вокруг Земли вращается гамма телескоп имени Ферми. Так как гамма излучение образуется при высокоэнергичных процессах, рождения и аннигиляции частиц и античастиц, при ядерных реакциях, то телескоп позволяет исследовать эти процессы в небесных телах. Многие астрономы склонны думать, что в гамма излучении себя проявляют необычные свойства тёмной материи.

Большое развитие получила нейтринная астрономия. Её методами удалось заглянуть внутрь Солнца и в ядра взрывающихся сверхновых звёзд. Совершенно новое направление представляет гравитационно-волновая астрономия. Её первые успехи связывают с прямым наблюдением гравитационного излучения, которое, по-видимому, образовалось при слиянии двух чёрных дыр.

Подведём итоги

ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ:

Объект с каким минимальным линейным размером мы сможем различить в галактике Туманность Андромеды, расстояние до которой 2,5 млн св. лет, с помощью «РадиоАстрона»?

Скорость волокон в Крабовидной туманности составляет 1500 км/с. Расстояние до неё 6500 св. лет. Через сколько лет мы сможем заметить это перемещение в телескоп с диаметром 86 м с пространственным разрешением 0,004′′?

Чем отличаются исследования в области астрономии от исследований в области физики и биологии?

Справочник

Источник

10 занимательных фактов о галактике Андромеды

Ближайшей соседней к Млечному Пути галактикой является Андромеда. Она существенно больше в размерах нашей галактики и по разным оценкам может иметь в 2,5-5 раз больше звезд, чем наш Млечный Путь. Ее можно легко разглядеть на ночном небе с Земли. Она расположена в созвездии Андромеды, благодаря чему собственно и получила свое название. Галактика Андромеды привлекает внимание ученых далеко не одно столетие. Первое письменное упоминание об этой галактике содержится в «Каталоге неподвижных звёзд» персидского астронома Ас-Суфи (946 год), описавшего её как «маленькое облачко». Интерес к ней обусловлен не только ее близким соседством с нами, но и некоторыми другими интересными особенностями, о которых мы сегодня и поговорим.

Ближайшей соседней к Млечному Пути галактикой является Андромеда

Также известная как Мессье 31, или M31

Это имя она получила от Шарля Мессье, французского астронома, внесшего ее в свой знаменитый каталог под определением M31. Мессье каталогизировал многие объекты Северного полушария, правда далеко не все они были открыты именно Мессье.

В 1757 году ученый приступил к поиску кометы Галлея, однако расчеты показали, что он ошибся в координатах. Тем не менее в том же месте наблюдения он обнаружил туманность — первый объект, который он внес в свой каталог под названием M1 (также известна как Крабовидная туманность). Что интересно, первым наблюдал ее английский астроном Джон Бевис еще в 1731 году. Объект под названием M31 попал в каталог Мессье в 1767 году. К концу того же года в общей сложности в каталог было добавлено 38 объектов. К 1781 году число составляло уже 103 объекта, 40 из которых были открыты лично Мессье.

Получила свое имя благодаря созвездию Андромеды

Одно из самых знаменитых созвездий

Увидеть созвездие Андромеды на ночном небе можно между астеризмом Большой квадрат и звездой α Кассиопеи (второй нижний угол, если наблюдатель видит созвездие Кассиопеи в виде буквы W). Согласно древнегреческим мифам, принцесса Андромеда, жены греческого героя Персея, после смерти превратилась в созвездие. Созвездие впервые было включено в каталог звёздного неба Клавдия Птолемея «Альмагест». Другие звезды созвездия (Персей, Кассиопея, Кит и Цефей) также получили свои имена в честь персонажей этого мифа.

Созвездие Андромеды является также домом и для других многочисленных объектов. Оно расположено вне галактической плоскости и не содержит кластеров или туманностей Млечного Пути. Однако в нем содержатся другие видимые галактики. Одной из них как раз является галактика Андромеды.

Она больше Млечного Пути

Андромеда гораздо больше нашей галактики

В астрономии часто используется понятие световой год, с помощью которого определяют расстояние до тех или иных объектов, но некоторые астрономы предпочитают использовать термин парсек. Когда речь идет о совсем больших расстояниях, то используется термин килопарсек, равный 1000 парсекам, а также мегапарсек – эквивалент 1 миллиону парсеков. Млечный Путь простирается примерно на 100 000 световых лет, или 30 килопарсеков. На первый взгляд это может показаться очень большим расстоянием, но на самом деле на фоне других галактик наша выглядит скорее маленькой.

Приблизительный диаметр галактики Андромеда составляет 220 000 световых лет, что более чем в два раза больше Млечного Пути. Она самая большая галактика в местной группе. Если бы галактика Андромеды была еще ярче, то на ночном небе она могла бы выглядеть больше Луны, даже несмотря на то, что находится гораздо-гораздо дальше. К слову, о расстоянии: галактика расположена примерно в 9,5 триллиона километров от Земли (Луна, напомним, находится всего в 384 000 километров).

Содержит триллион звезд

В галактике Андромеды невероятно большое количество звезд

Согласно приблизительным подсчетам, Млечный Путь может содержать от 100 до 400 миллиардов звезд. Но это ничто в сравнении с Андромедой, в которой может содержаться около одного триллиона. Благодаря космическому телескопу «Хаббл» ученые узнали о наличии среди этого триллиона очень большой и редкой популяции горячих и ярких звезд.

Горячие, молодые звезды, как правило, выглядят синими. Однако синие звезды, обнаруженные в галактике Андромеды, выглядят скорее стареющими, больше похожими на Солнце, звездами, которые выжгли свои внутренние слои и обнажили свои горячие синие ядра. Они разбросаны по всему центру галактики и в ультрафиолетовом диапазоне являются самыми яркими.

Имеет двойное ядро

Еще одним интересным фактом о галактике Андромеды является ее двойное ядро. Наблюдения показали, что в центральной части галактики находятся два ярких объекта (P1 и P2), разделенных расстоянием всего в 5 световых лет. В каждом из них содержатся несколько миллионов плотно расположенных друг от друга молодых синих звезд.

Позже астрономы выяснили, что два ядра представляют собой не два отдельных скопления звезд, а скорее одно скопление в форме бублика и сверхмассивную черную дыру, масса которой превышает 140 миллионов масс Солнца. Звезды в скоплении P1 обращаются очень близко вокруг черной дыры, словно планеты вокруг Солнца, за счет чего создается эффект наличия двойного ядра.

Столкнется с нашей галактикой

Нас ожидает межгалактический коллапс. В настоящий момент галактика Андромеды движется в сторону Млечного Пути со скоростью 400 000 километров в час. При такой скорости земной шар можно облететь всего за 6 минут. Астрономы предрекают, что примерно через 3,75 миллиарда лет произойдет столкновение Млечного Пути и Андромеды. Что же будет с Землей после этого?

Эксперты считают, что, несмотря на столь масштабное событие, Земля все-таки выживет. Вместе с остальной Солнечной системой. Ученые предполагают, что наша планета практически не пострадает от этого межгалактического коллапса, так как обе галактики имеют очень много свободного пространства. Тем не менее с Земли наблюдать за событием будет очень интересно (если, конечно, жизнь к тому моменту на ней еще сохранится). Обе галактики будут притягиваться друг к другу до тех пор, пока черные дыры, находящиеся в их центрах, в конечном итоге сольются в одну. Как только это произойдет, наша Солнечная система станет частью совершенно другой галактики – эллиптической. Если Солнце не поглотит Землю примерно через 5 миллиардов лет, то каждая ночь на ней будет очень яркой, благодаря наличию множества новых звезд. Вместо полоски света Млечного Пути, мы будем видеть более сфероидальный источник света.

Имеет абсолютную величину в 3,4

В астрономии абсолютной величиной характеризуется светимость астрономического объекта. Она позволяет нам определить яркость любого объекта, независимо от его расстояния до нас.

Галактика Андромеды обладает абсолютной величиной 3,4, что позволяет ей являться самым ярким объектом каталога Мессье. В безлунную ночь галактика видна даже невооруженным глазом. Правда стоит отметить, что невооруженным глазом будет видна только центральная часть галактики. Она будет выглядеть как тусклая звезда. Если смотреть на нее в бинокль, то она будет выглядеть как маленькое эллиптическое облако. Если вести за ней наблюдение в большой телескоп, то она может выглядеть до шести раз больше Луны.

В ней полно черных дыр

Когда-то в галактике Андромеды имелось 9 известных черных дыр, но фактическое их число выросло до 35 в 2013 году. Астрономы провели наблюдение за 26 новыми кандидатами в черные дыры, что сделало галактику одной из самых густонаселенных подобными объектами. Большинство из этих новых черных дыр обладают массой, в 5-10 раз превосходящей массу нашего Солнца. Семь черных дыр расположены на расстоянии примерно в 1000 световых лет от галактического центра.

Астрономы уверены, что в будущем они смогут обнаружить в этой галактике еще больше таких объектов. Например, в 2017 году было обнаружено еще две новые черные дыры. Тогда же было отмечено, что оба объекта находятся в самой опасной из когда-либо документированной близости. Их разделяет расстояние всего в 0,01 светового года, что примерно равно паре сотен расстояний от Земли до Солнца. По оценкам экспертов, эти черные дыры могут столкнуться друг с другом менее чем через 350 лет, слившись в одну сверхмассивную черную дыру.

Содержит 450 шаровых скоплений

Шаровые скопления представляют собой плотно упакованные скопления старых звезд, тесно связанных гравитацией. В них могут находиться сотни тысяч и даже миллионы звезд. Шаровые скопления помогают определять возраст Вселенной, а также нередко помогают определять, где находится центр галактики. В Млечном Пути астрономы обнаружили как минимум 200 шаровых скоплений, в Андромеде — около 450.

Количество шаровых скоплений у Андромеды может быть гораздо больше, однако дальние рубежи этой галактики по-прежнему остаются малоизученными. Если бы шаровые скопления галактики Андромеды имели аналогичные размеры скоплений Млечного Пути, то их реальное число могло бы составлять что-то среднее между 700 и 2800.

Когда-то галактика Андромеды считалась туманностью

Туманности представляют собой огромные скопления газа, пыли, водорода, гелия и плазмы, в которых рождаются новые звезды. Очень удаленные от нас галактики нередко ошибочно принимались за эти массивные скопления. В 1924 году астроном Эдвин Хаббл объявил, что спиральная туманность Андромеды на самом деле является галактикой и Млечный Путь не является единственной галактикой во Вселенной.

Хаббл обнаружил некоторое число звезд, принадлежащих галактике Андромеды, включая несколько цефеид. Последние представляют собой класс пульсирующих переменных звёзд с довольно точной зависимостью период—светимость. Он определил, насколько далеко находятся эти звезды, что помогло ему рассчитать расстояние, на котором находилась галактика Андромеда от нас. Оно составило 860 000 световых лет, что более чем в 8 раз больше расстояния до самых далеких от нас звезд Млечного Пути. Это помогло доказать, что Андромеда является именно галактикой, а никак не туманностью, как это было изначально предложено. Позже Хаббл подтвердил существование еще нескольких десятков других галактик.

Источник

Объект с каким минимальным линейным размером мы сможем различить в галактике туманность андромеды

Продолжаю публикацию цикла задачек по астрономии. Я вновь воспользуюсь брошюрой «Дидактический материал по астрономии», написанной Г.И. Малаховой и Е.К.Страутом и выпущенной издательством «Просвещение» в 1984 г. В этот раз под раздачу идут первые задачи итоговой контрольной работы на стр. 75.

Для визуализации формул буду использовать сервис LаTeX2gif, так как в RSS библиотека jsMath не в состоянии отрисовать формулы.

Задача 1 (Вариант 1)

Условие: Планетарная туманность в созвездии Лиры имеет угловой диаметр 83″ и находится на расстоянии 660 пк. Каковы линейные размеры туманности в астрономических единицах?

Решение: Указанные в условии параметры связаны между собой простым соотношением:
aw/blog/wp-upload/2010/06/formula16795.gif»/>
1 пк = 206265 а.е., соответственно:
Решение: Параллакс и расстояние связаны простым соотношением:
Решение: Находим угловой диаметр Венеры для минимального и максимального расстояний в астрономических единицах и далее их простое отношение:
Решение: Выражение, связывающее линейные размеры объекта, его параллакс и угловые размеры уже есть в решении первой задачи. Воспользуемся им и, слегка модифицировав, подставим нужные значения из условия:
Решение: Задача решается аналогично первой и четвертой:
Решение: Это классическая задача на определение размера светил по их параллаксу. Формула связи параллакса светила и его линейных и угловых размеров неоднократно попадалась выше. В результате сокращения повторяющейся части получим:
Источник

Решение задач по астрономии. Годичный параллакс

Задачи по астрономии

Тема: Годичный параллакс.

Задача 1

Планетарная туманность в созвездии Лиры имеет угловой диаметр 83″ и находится на расстоянии 660 пк. Каковы линейные размеры туманности в астрономических единицах?

Решение: Указанные в условии параметры связаны между собой простым соотношением:

1 пк = 206265 а.е., соответственно:

Задача 2

Параллакс звезды Процион 0,28″. Расстояние до звезды Бетельгейзе 652 св. года. Какая из этих звезд и во сколько раз находится дальше от нас?

Решение: Параллакс и расстояние связаны простым соотношением:

Далее находим отношение D ₂ к D ₁ и получаем, что Бетельгейзе примерно в 56 раз дальше Проциона.

Задача 3

Во сколько раз изменился угловой диаметр Венеры, наблюдаемой с Земли, в результате того, что планета перешла с минимального расстояния на максимальное? Орбиту Венеры считать окуржностью радиусом 0,7 а.е.

Решение: Находим угловой диаметр Венеры для минимального и максимального расстояний в астрономических единицах и далее их простое отношение:

Получаем ответ: уменьшился в 5,6 раза.

Задача 4

Какого углового размера будет видеть нашу Галактику (диаметр которой составляет 3 · 10 4 пк) наблюдатель, находящийся в галактике M 31 (туманность Андромеды) на расстоянии 6 · 10 5 пк?

Решение: Выражение, связывающее линейные размеры объекта, его параллакс и угловые размеры уже есть в решении первой задачи. Воспользуемся им и, слегка модифицировав, подставим нужные значения из условия:

Задача 5

Разрешающая способность невооруженного глаза 2′. Объекты какого размера может различить космонавт на поверхности Луны, пролетая над ней на высоте 75 км?

Решение: Задача решается аналогично первой и четвертой:

Соответственно космонавт сможет различать детали поверхности размером в 45 метров.

Задача 6

Во сколько раз Солнце больше Луны, если их угловые диаметры одинаковы, а горизонтальные параллаксы соответственно равны 8,8″ и 57′?

Решение: Это классическая задача на определение размера светил по их параллаксу. Формула связи параллакса светила и его линейных и угловых размеров неоднократно попадалась выше. В результате сокращения повторяющейся части получим:

В ответе получаем, что Солнце больше Луны почти в 400 раз.

Источник