101 ключевая идея: Астрономия - Брейтот Джим. Страница 18

См. также статьи "Нептун", "Планеты", "Орбиты планет".

РАВНОДЕНСТВИЕ

Земля вращается с постоянной скоростью, и направление ее оси почти не изменяется, поэтому Полярная звезда находится прямо над Северным полюсом Земли. Ось вращения нашей планеты наклонена под углом 23,5° к оси ее орбиты; это означает, что земной экватор наклонен под углом 23,5° к плоскости эклиптики. Представьте модель Солнца и Земли, в которой земной экватор находится на одной плоскости с орбитой. Тогда Земля стала бы очень скучным местом, поскольку каждый день состоял бы из 12 часов дневного света и 1 2 часов темноты.

Направление земной оси постепенно меняется. В следующем тысячелетии, в 3000 году, земная ось повернется примерно на 35°. Этот эффект, известный под названием прецессия, можно наблюдать, раскрутив детский волчок. Ось волчка при вращении медленно поворачивается вокруг вертикальной линии, проведенной через его основание. Земная ось совершает полный цикл прецессии примерно за 26 000 лет. Из-за прецессии точки равноденствия, где небесный экватор пересекается с плоскостью эклиптики, постепенно движутся по эклиптике со скоростью примерно 1° за 70 лет. Прецессия равноденствий объясняет, почему первая точка Овна, которая является положением весеннего равноденствия на небесной сфере, теперь находится в созвездии Рыб, а не Овна, где она находилась 3000 лет назад, когда весеннее равноденствие было названо в честь созвездия Овна.

Прецессия земной оси

См. также статью "Небесная сфера 2".

ПУЛЬСАР

Пульсар похож на космический маяк, испускающий световые и радиоволны. Пучок радиоволн от пульсара регулярно проходит мимо Земли, где приборы регистрируют очередной кратковременный всплеск радиоизлучения. Пульсары впервые были обнаружены в 1967 году, когда радиоастрономы установили факт регулярных радиосигналов из космоса. В то время некоторые журналисты утверждали, что разумные существа с других планет пытаются установить контакт с землянами.

Пульсар представляет собой вращающуюся нейтронную звезду, испускающую электромагнитный луч, который вращается вместе со звездой. Первый из обнаруженных пульсаров давал всплески радиоизлучения каждые 1,33 секунды, что соответствовало периоду вращения 1,33 секунды. Для сравнения: Солнце совершает полный оборот вокруг своей оси примерно за 4 недели. Если бы Солнце уменьшилось в размерах без потери массы, оно стало бы вращаться быстрее, точно так же, как фигуристка, которая вскидывает руки вверх при вращении. Очень быстрое вращение пульсаров навело астрономов на мысль, что пульсары должны быть очень небольшого по сравнению с Солнцем размера, а следовательно, очень плотными. Нейтронная звезда с массой равной массе Солнца имеет не более 20 км в диаметре и вращается гораздо быстрее Солнца. Вскоре были обнаружены новые пульсары, включая 33-миллисекундный пульсар в центре Крабовидной туманности. Этот пульсар был первым, испускавшим электромагнитное излучение в диапазоне видимого света. Это открытие подтвердило теорию о том, что пульсар — нейтронная звезда, оставшаяся после взрыва сверхновой. Пульсар обладает очень сильным магнитным полем (порядка 10 ⁶Т) с полюсами, расположенными под углом к оси вращения. Магнитное поле собирает электромагнитное излучение в пучки вдоль магнитной оси; это означает, что луч описывает окружность по мере вращения звезды. Частота вращения пульсара медленно уменьшается, что указывает на постепенную потерю энергии. Периодичность всплесков пульсара в Крабовидной туманности увеличивается примерно на 10 микросекунд в год. В целом, чем старее пульсар, тем медленнее его скорость вращения.

См. также статьи "Эволюция звезд", "Нейтронная звезда", "Радиоастрономия".

РАДАРНАЯ АСТРОНОМИЯ

Радар — это радиолокационное устройство, основанное на принципе пульсирующих коротковолновых радиоимпульсов, предназначенное для обнаружения объектов, отражающих радиоволны, и для измерения расстояний до таких объектов.

Радиотелескопы посылают радарные сигналы к Луне или каменистым планетам, таким, как Марс и Венера, а затем принимают отраженные сигналы. Измеряя интервал между передачей сигнала и приемом отраженного сигнала, можно вычислить расстояние до объекта, умножив половинный цикл передачи/приема на скорость распространения электромагнитных волн в космосе. К примеру, время передачи и приема отраженного сигнала от Марса (42 минуты) дает расстояние 21?60 с?300 000 км/с = = 378 000 000 км. В радарной астрономии используются большие радиотелескопы, определяющие коротковолновые радиоимпульсы длиной порядка нескольких сантиметров. Радарные импульсы, испускаемые большой параболической антенной, рассеиваются при отражении от отдаленного объекта, поэтому детектор должен быть очень чувствительным, так как отраженные импульсы крайне слабые. Тем не менее точность таких измерений позволила определять диаметр и поверхностный рельеф планеты при сканировании импульсов, отраженных от поверхности небесного тела. Кроме того, изменение доплеровского смещения отраженных импульсов от противоположных концов экваториального диаметра планеты позволило точно измерить скорость ее вращения.

С помощью радиоастрономии удалось подтвердить, что электромагнитные волны, проходящие вблизи Солнца, изгибаются под воздействием солнечного тяготения в. соответствии с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. По мере того как линия зрения между Землей и наблюдаемой планетой приближается к Солнцу, этот эффект увеличивает интервал поступления отраженных радарных импульсов. При измерениях выяснилось, что эта величина совпадает с предсказаниями Альберта Эйнштейна с точностью до 0,1 %.

См. также статьи "Планеты", "Радиотелескопы", "Красное смещение".

РАДИОАСТРОНОМИЯ

Радиоастрономия — это область астрономии, которая занимается определением и измерением астрономических источников радиоволн с длиной от нескольких сантиметров и выше. Земная атмосфера позволяет радиоволнам длиной до 10 м достигать поверхности Земли, поэтому большие радиотелескопы можно использовать для картирования источников радиоизлучения на небосводе.

Ученые, работающие над военными радиоустановками в 1942 году, обнаружили, что Солнце — мощный источник радиоволн. В 1946 году был обнаружен еще один мощный источник радиоизлучения в созвездии Лебедя, получивший название Лебедь А. К другим известным источникам радиоизлучения относятся Крабовидная туманность (остатки сверхновой звезды) и галактика М87. Кроме того, было обнаружено, что диск Галактики Млечный Путь тоже источник радиоизлучения.

Благодаря использованию радиотелескопов, настроенных на определение радиоволн длиной 21 см, удалось составить карту распространения водорода в диске Млечного Пути. Такие радиоволны излучаются атомом водорода, когда его электрон со спином параллельным спину протона переходит в более низкое энергетическое состояние со спином противоположного направления. В отличие от света радиоволны проходят через пылевые облака, закрывающие большую часть диска Млечного Пути. Измеряя величину доплеровского смещения длины радиоволн, ученые определили характер движения и распределения газовых облаков, что дало возможность составить карту спиральных рукавов Млечного Пути. В результате детектирования сильных радиосигналов в плоскости Галактики были обнаружены молекулярные облака, состоящие из окиси азота и углерода; известно, что радиоволны определенной длины соответствуют таким молекулам.

Впоследствии было обнаружено множество других источников радиоизлучения, включая пульсары, квазары и сверхновые. Тот факт, что количество внегалактических источников радиоизлучения увеличивается с расстоянием, породил сомнение в теории стабильного состояния Вселенной и привел к открытию квазаров.