101 ключевая идея: Астрономия - Брейтот Джим. Страница 27

См. также статьи "Диаграмма Герцшпрунга — Ресселла", "Новая", "Ядерный синтез", "Красный гигант", "Сверхновая", "Белый карлик".

ЭЙНШТЕЙН

Альберт Эйнштейн (1879–1955) произвел революцию в физике, когда опубликовал свою работу "Специальная теория относительности" (в 1905 году), где доказал, что энергия и масса взаимозаменяемы в соответствии с уравнением Е = тс 2, где с — скорость света в космосе. Он также доказал, что объект не может двигаться быстрее света. В двух других статьях, также опубликованных в 1905 году, Эйнштейн доказал существование атома и продемонстрировал, что свет состоит из фотонов, представляющих собой пучки электромагнитных волн, каждый из которых состоит из энергии пропорциональной частоте волны. В то время Эйнштейну еще не исполнилось 30 лет и он был служащим патентного бюро в Берне. С 1909 года он — профессор и преподаватель Цюрихского университета, а с 1913 года живет и работает в Берлине: директор Физического института, профессор Берлинского университета.

В 1916 году Эйнштейн опубликовал "Общую теорию относительности", в которой предсказал существование черных дыр и искривление света в гравитационном поле. Его теория была успешно подтверждена в ходе экспериментов Артура Эддингтона, который сфотографировал звезды вблизи Солнца во время полного солнечного затмения в 1919 году. Эддингтон обнаружил, что позиции звезд у края солнечного диска были немного смещены, в соответствии с предсказанием Эйнштейна, и что размер этого смещения соответствовал вычислениям Эйнштейна. Экспериментальное доказательство общей теории относительности означало, что таких понятий как "абсолютное время" и "абсолютное пространство" не существует. Пространство и время взаимосвязаны и подвергаются воздействию гравитации. После конференции ведущих ученых в Лондоне, обсудившей выводы из общей теории относительности, Эйнштейн стал всемирной знаменитостью. Он был награжден Нобелевской премией по физике в 1921 году за труды по теоретической физике и открытие законов фотоэффекта о природе света. В 1933 году Эйнштейн эмигрировал в Америку.

Общая теория относительности имела важные последствия для астрономии и космологии, включая открытие черных дыр, гравитационных линз и разработку теории Большого Взрыва, объясняющей происхождение Вселенной.

См. также статьи "Большой Взрыв", "Черные дыры", "Гравитационные линзы".

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Электромагнитное излучение состоит из электромагнитных волн, которые представляют собой электрические и магнитные поля, перпендикулярные друг другу и направлению распространения волны и совпадающие друг с другом по фазе. Электромагнитные волны самораспространяются, поскольку электрическая волна создает магнитную волну, которая, в свою очередь, создает электрическую волну и так далее. Спектр электромагнитного излучения представлен в таблице (см. с. 256). Все электромагнитные волны движутся в вакууме с одинаковой скоростью, скоростью света — 300 000 км в секунду.

См. также статьи "Инфракрасная астрономия", "Радиоастрономия", "Ультрафиолетовая и рентгеновская астрономия".

ЮПИТЕР 1: ПЛАНЕТА

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы. Его масса в 318 раз превышает массу Земли, а диаметр более чем в 11 раз больше земного. Юпитер вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии 5,2 астрономической единицы, совершая полный оборот каждые 11,9 лет; при этом расстояние до Солнца изменяется в пределах от 5,0 до 5,4 астрономической единицы. Каждые 13 месяцев Юпитер находится в оппозиции с Землей, когда наша планета догоняет, а затем перегоняет его. При наблюдении с Земли в телескоп он виден как немного сплюснутый диск, пересекаемый светлыми и темными параллельными поясами. Внутри поясов существуют долговременные стабильные регионы, включая большое Красное пятно, впервые описанное почти 2 века назад. Своеобразная форма Юпитера объясняется тем, что он представляет собой шар жидкого материала, вращающийся вокруг своей оси и совершающий полный оборот каждые 10 часов. Из-за быстрого вращения его экваториальный диаметр значительно больше полярного. Полюса образуются из-за эффекта быстрого вращения планеты и термальной конвекции в ее недрах. "Стабильные" регионы, наблюдаемые в виде точек на поверхности планеты, считаются долгоживущими вихреобразными структурами.

Спектральный анализ атмосферы Юпитера выявил присутствие аммиака, метана и водорода. Принято считать, что Юпитер имеет плотное железосиликатное ядро, окруженное водородом, который при таком огромном давлении имеет свойства металла. Между оболочкой из металлического водорода и атмосферой существует водород в молекулярной форме. Средняя температура атмосферы Юпитера составляет примерно — 110 °C, что больше ожидаемого, судя по расстоянию от Солнца. Таким образом, Юпитер излучает тепловую энергию, возникшую, вероятно, при формировании планеты или при ее последующем сжатии. В июле 1994 года комета Шумейкера — Леви-9 врезалась в Юпитер, распавшись на множество фрагментов, что привело к образованию временных темных пятен в атмосфере планеты, подвергшейся ударному воздействию.

Обширная программа изучения Юпитера была выполнена с помощью космических зондов, особенно двух аппаратов "Вояджер", которые пролетели мимо Юпитера с интервалом в несколько месяцев в 1979 году. [42]Они послали на Землю крупномасштабные фотографии поверхности Юпитера, его спутников и тусклого кольца вокруг планеты, о котором ранее не было известно.

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

ЮПИТЕР 2: СПУТНИКИ

Известно, что Юпитер имеет по меньшей мере 16 спутников, расположенных на расстоянии от 130 тысяч до более 20 млн. километров от планеты. Галилей открыл четыре самых больших спутника: Ио, Ганимед, Каллисто и Европа. Эти четыре спутника можно наблюдать в телескоп как яркие точки в экваториальной плоскости планеты. Их положение изменяется от одной ночи к следующей, так как они вращаются вокруг планеты с периодом порядка нескольких суток, а не лет. Космический зонд "Вояджер-2" послал на Землю подробные фотографии крупных спутников Юпитера, когда пролетал мимо них. Еще более подробные изображения поступили от космического зонда "Галилей", который вышел на орбиту вокруг Юпитера в 1995 году. [43]

Диаметр Ио, ближайшего к Юпитеру спутника планеты, примерно равен диаметру земной Луны. Его период обращения составляет 1,8 суток, а радиус орбиты 0,42 млн. км. Вулканическая активность на поверхности Ио поразила астрономов, когда она впервые наблюдалась на фотографиях, полученных с космического зонда "Вояджер-2". Считается, что наличие расплавленного материала в недрах Ио и извержения на поверхности спутника вызваны периодическим растяжением и сжатием под воздействии гравитационного поля Юпитера в сочетании с другими внешними спутниками. Средняя плотность Ио примерно такая же, как у земной Луны. Европа, второй крупный спутник Юпитера, меньше Ио и совершает полный оборот вокруг планеты за 3,6 суток. Радиус ее орбиты составляет 0,67 млн. км. Гладкая поверхность Европы расцвечена коричневыми пятнами и покрыта трещинами. Средняя плотность этого спутника примерно такая же, как у земной Луны.

Ганимед, следующий по счету, — самый большой спутник Юпитера. Период его обращения вокруг планеты составляет 7,2 суток при радиусе орбиты 1,1 млн. км. На его поверхности, которая, как считается, покрыта мощным слоем льда, видны разломы и яркие кратеры. Средняя плотность Ганимеда в 1,9 раза превышает плотность воды.