Закон хаббла – все о космосе

Закон Хаббла

Вернувшись с первой мировой войны, Эдвин Хаббл устроился на работу в высокогорную астрономическую обсерваторию Маунт-Вилсон в Южной Калифорнии, которая в те годы была лучшей в мире по оснащенности. Используя ее новейший телескоп-рефлектор с диаметром главного зеркала 2,5 м, он провел серию любопытных измерений, навсегда перевернувших наши представления о Вселенной.

Вообще-то, Хаббл намеревался исследовать одну застаревшую астрономическую проблему — природу туманностей. Эти загадочные объекты, начиная с XVIII века, волновали ученых таинственностью своего происхождения.

К XX веку некоторые из этих туманностей разродились звездами и рассосались, однако большинство облаков так и остались туманными — и по своей природе, в частности.

Тут ученые и задались вопросом: а где, собственно, эти туманные образования находятся — в нашей Галактике? или часть из них представляют собой иные «островки Вселенной», если выражаться изощренным языком той эпохи? До ввода в действие телескопа на горе Уилсон в 1917 году этот вопрос стоял чисто теоретически, поскольку для измерения расстояний до этих туманностей технических средств не имелось.
Начал свои исследования Хаббл с самой, пожалуй, популярной с незапамятных времен туманности Андромеды. К 1923 году ему удалось рассмотреть, что окраины этой туманности представляют собой скопления отдельных звезд, некоторые из которых принадлежат к классу переменных цефеид (согласно астрономической классификации). Наблюдая за переменной цефеидой на протяжении достаточно длительного времени, астрономы измеряют период изменения ее светимости, а затем по зависимости период—светимость определяют и количество испускаемого ею света.Чтобы лучше понять, в чем заключается следующий шаг, приведем такую аналогию. Представьте, что вы стоите в беспросветно темной ночи, и тут вдалеке кто-то включает электрическую лампу. Поскольку ничего, кроме этой далекой лампочки, вы вокруг себя не видите, определить расстояние до нее вам практически невозможно. Может, она очень яркая и светится далеко, а может, тусклая и светится неподалеку. Как это определить? А теперь представьте, что вам каким-то образом удалось узнать мощность лампы — скажем, 60, 100 или 150 ватт. Задача сразу упрощается, поскольку по видимой светимости вы уже сможете примерно оценить геометрическое расстояние до нее. Так вот: измеряя период изменения светимости цефеиды, астроном находится примерно в той же ситуации, как и вы, рассчитывая расстояние до удаленной лампы, зная ее светосилу (мощность излучения).Первое, что сделал Хаббл, — рассчитал расстояние до цефеид на окраинах туманности Андромеды, а значит, и до самой туманности: 900 000 световых лет (более точно рассчитанное на сегодняшний день расстояние до галактики Андромеды, как ее теперь называют, составляет 2,3 миллиона световых лет. — Прим. автора) — то есть туманность находится далеко за пределами Млечного Пути — нашей галактики. Пронаблюдав эту и другие туманности, Хаббл пришел к базовому выводу о структуре Вселенной: она состоит из набора огромных звездных скоплений — галактик. Именно они и представляются нам в небе далекими туманными «облаками», поскольку отдельных звезд на столь огромном удалении мы рассмотреть попросту не можем. Одного этого открытия, вообще-то, хватило бы Хабблу для всемирного признания его заслуг перед наукой.Ученый, однако, этим не ограничился и подметил еще один важный аспект в полученных данных, который астрономы наблюдали и прежде, но интерпретировать затруднялись. А именно: наблюдаемая длина спектральных световых волн, излучаемых атомами удаленных галактик, несколько ниже длины спектральных волн, излучаемых теми же атомами в условиях земных лабораторий. То есть в спектре излучения соседних галактик квант света, излучаемый атомом при скачке электрона с орбиты на орбиту, смещен по частоте в направлении красной части спектра по сравнению с аналогичным квантом, испущенным таким же атомом на Земле. Хаббл взял на себя смелость интерпретировать это наблюдение как проявление эффекта Доплера, а это означает, что все наблюдаемые соседние галактики удаляются от Земли, поскольку практически у всех галактических объектов за пределами Млечного Пути наблюдается именно красное спектральное смещение, пропорциональное скорости их удаления.

Самое главное, Хабблу удалось сопоставить результаты своих измерений расстояний до соседних галактик (по наблюдениям переменных цефеид) с измерениями скоростей их удаления (по красному смещению). И Хаббл выяснил, что чем дальше от нас находится галактика, тем с большей скоростью она удаляется. Это самое явление центростремительного «разбегания» видимой Вселенной с нарастающей скоростью по мере удаления от локальной точки наблюдения и получило название закона Хаббла. Математически он формулируется очень просто:

v = Hr

где v — скорость удаления галактики от нас, r — расстояние до нее, а H — так называемая постоянная Хаббла. Последняя определяется экспериментально, и на сегодняшний день оценивается как равная примерно 70 км/(с·Мпк) (километров в секунду на мегапарсек; 1 Мпк приблизительно равен 3,3 миллионам световых лет).

А это означает, что галактика, удаленная от нас на расстояние 10 мегапарсек, убегает от нас со скоростью 700 км/с, галактика, удаленная на 100 Мпк, — со скоростью 7000 км/с, и т. д.

И, хотя изначально Хаббл пришел к этому закону по результатом наблюдения всего нескольких ближайших к нам галактик, ни одна из множества открытых с тех пор новых, всё более удаленных от Млечного Пути галактик видимой Вселенной из-под действия этого закона не выпадает.

Итак, главное и — казалось бы — невероятное следствие закона Хаббла: Вселенная расширяется! Мне этот образ нагляднее всего представляется так: галактики — изюмины в быстро всходящем дрожжевом тесте.

Представьте себя микроскопическим существом на одной из изюмин, тесто для которого представляется прозрачным: и что вы увидите? Поскольку тесто поднимается, все прочие изюмины от вас удаляются, причем чем дальше изюмина, тем быстрее она удаляется от вас (поскольку между вами и далекими изюминами больше расширяющегося теста, чем между вами и ближайшими изюминами).

В то же время, вам будет представляться, что это именно вы находитесь в самом центре расширяющегося вселенского теста, и в этом нет ничего странного — если бы вы оказались на другой изюмине, вам всё представлялось бы в точности так же. Так и галактики разбегаются по одной простой причине: расширяется сама ткань мирового пространства.

Все наблюдатели (и мы с вами не исключение) считают себя находящимися в центре Вселенной. Лучше всего это сформулировал мыслитель XV века Николай Кузанский: «Любая точка есть центр безграничной Вселенной».

Однако закон Хаббла подсказывает нам и еще кое-что о природе Вселенной — и это «кое-что» является вещью просто-таки экстраординарной.

У Вселенной было начало во времени. И это весьма несложное умозаключение: достаточно взять и мысленно «прокрутить назад» условную кинокартину наблюдаемого нами расширения Вселенной — и мы дойдем до точки, когда всё вещество мироздания было сжато в плотный комок протоматерии, заключенный в совсем небольшом в сопоставлении с нынешними масштабами Вселенной объеме.

Представление о Вселенной, родившейся из сверхплотного сгустка сверхгорячего вещества и с тех пор расширяющейся и остывающей, получило название теории Большого взрыва, и более удачной космологической модели происхождения и эволюции Вселенной на сегодня не имеется.

Закон Хаббла, кстати, помогает также оценить возраст Вселенной (конечно, весьма упрощенно и приблизительно). Предположим, что все галактики с самого начала удалялись от нас с той же скоростью v, которую мы наблюдаем сегодня. Пусть t — время, прошедшее с начала их разлета. Это и будет возраст Вселенной, и определяется он соотношениями:

v x t = r, или t = r/V

Но ведь из закона Хаббла следует, что

r/v = 1/H

где Н — постоянная Хаббла. Значит, измерив скорости удаления внешних галактик и экспериментально определив Н, мы тем самым получаем и оценку времени, в течение которого галактики разбегаются. Это и есть предполагаемое время существования Вселенной.

Постарайтесь запомнить: по самым последним оценкам, возраст нашей Вселенной составляет около 15 миллиардов лет, плюс-минус несколько миллиардов лет.

(Для сравнения: возраст Земли оценивается в 4,5 миллиардов лет, а жизнь на ней зародилась около 4 миллиардов лет назад.

Источник: http://cosmoss1.blogspot.com/2015/06/blog-post_34.html

Закон Хаббла

Одной из важнейших работ Эдвина Хаббла стало наблюдение за туманностью, находящейся в созвездии Андромеда. Изучая её с помощью стодюймового рефлектора, учёный смог классифицировать туманность как некоторую звёздную систему.

Это же касается и туманности в созвездие Треугольник, которая также получила статус галактики. Открытие Хаббла расширило объёмы материального мира. Теперь Вселенная стала выглядеть пространством, наполненным галактиками – гигантскими скоплениями звёзд.

Рассмотрим открытый им закон — закон Хаббла, один из самых фундаментальных законов современной космологии.

Постоянная Хаббла равна Н0 = (67,80 ± 0,77) (км/c)/Мпк

История и суть открытия

Космологический закон, характеризующий расширение Вселенной, известен ныне именно как закон Хаббла. Это главнейший наблюдательный факт в современной космологии. Он помогает в оценке времени расширения Вселенной.

Вычисления производятся с учётом коэффициента пропорциональности, называемой постоянной Хаббла. Сам закон получил свой нынешний статус вначале, как результат работ Ж. Леметра, а позже и Э. Хаббла, который для этого использовал свойства цефеид.

Эти интересные объекты имеют периодические изменения светимости, что делает возможным определить их удаление достаточно надёжно. При помощи зависимости «период-светимость», он измерил расстояния до некоторых цефеид.

 Ещё он определил красные смещения их галактик, что позволило вычислить радиальные скорости. Все эти эксперименты были проведены в 1929 году.

Величина коэффициента пропорциональности, которую вывел учёный, составила примерно 500 км/сек на 1 Мпк. Но в наше время параметры коэффициента изменились. Теперь он составляет 67,8 ± 0,77 км/сек на 1 Мпк.

Эта нестыковка объясняется тем, что Хаббл не учёл поправки на поглощение, которая в его время ещё не была открыта. Плюс к этому, не были приняты во внимание собственные скорости галактик, вкупе со скоростью, общей для группы галактик.

Также следует учитывать, что под расширением Вселенной понимается не простой разлёт галактик в пространстве. Это ещё и динамическое изменение самого пространства.

Постоянная Хаббла

Это составляющая величина закона Хаббла, которая увязывает значения расстояния до объекта, находящегося за пределами нашей галактики, и скорости его удаления. Положения этой постоянной определяют средние значения скоростей галактик.

Используя постоянную Хаббла, можно определить, что галактика, расстояние до которой 10 Мпк, удаляется со скоростью 700 км/сек. А галактика, удалённая на 100 Мпк, будет иметь скорость уже в 7000 км/сек.

Пока все обнаруженные объекты сверхдальнего космоса вписываются в рамки хаббловского закона.

В моделях, где присутствует расширяющаяся Вселенная, постоянная Хаббла с течением времени изменяет своё значение. 

Читайте также:  Созвездие хамелеон - все о космосе

Название оправдано её постоянством во всех точках Вселенной, но только на конкретный момент времени. Некоторые астрономы обыгрывают это изменение, называя постоянную – переменной.

Выводы из закона

Определив, что туманность Андромеды – галактика, состоящая из отдельных звёзд, Хаббл обратил внимание на смещение в спектральных линиях излучений соседних галактик. Смещение было сдвинуто в красную сторону, и учёный охарактеризовал это, как проявление эффекта Доплера.

У него получилось, что галактики, по отношению к Земле, удаляются. Дальнейшие исследования помогли понять, что галактики тем быстрее убегают, чем дальше от нас они находятся.

 Именно этот факт и определил, что закон Хаббла – центростремительное разбегание Вселенной со скоростями, нарастающими по мере удаления от наблюдателя. Кроме того, что Вселенная расширяется, закон определяет, что она ещё имела своё начало во времени.

Для понимания данного постулата, нужно попытаться происходящее расширение визуально запустить обратно. В таком случае можно дойти до начальной точки. В этой точке – маленьком комке протоматерии – и был сосредоточен весь объём нынешней Вселенной.

Это допущение, что наша реальность родилась из маленького комочка, получила название теории Большого взрыва. Пока эта теория считается наиболее удачной моделью происхождения Вселенной и её эволюции.

Закон Хаббла также способен пролить свет и на возраст нашего мира. Если удаление всех галактик происходило изначально с той же скоростью, которая наблюдается и ныне, то время, прошедшее с начала разлёта, и есть само значение возраста. При современном значении постоянной Хаббла (67,8 ± 0,77 км/сек на 1 Мпк), возраст нашей Вселенной оценён в (13,798 ± 0,037) . 109 лет.

Значение в астрономии

Эйнштейн оценивал работу Хаббла достаточно высоко, а закон получил быстрое признание в науке. Именно наблюдения Хабблом (совместно с Хьюмасоном) красных смещений сделало вероятным допущение, что Вселенная не является стационарной.

Закон, сформулированный великим учёным, фактически стал указанием, что во Вселенной присутствует некая структура, влияющая на разбегание галактик. Она имеет свойство сглаживать неоднородности космического вещества.

Поскольку разбегающиеся галактики не замедляются, как это должно было быть вследствие действия их собственного тяготения, то должна существовать какая-то сила, их расталкивающая. И эта сила получила название тёмной энергии, которая имеет около 70% всей массы/энергии видимой Вселенной.

Сейчас расстояния до удалённых галактик и квазаров оцениваются посредством закона Хаббла. Главное, чтобы он действительно оказался верным для всей Вселенной, безграничной в пространстве и во времени. Ведь мы ещё не знаем свойств тёмного вещества, которое вполне может подкорректировать любые представления и законы.

Ещё по теме:

by HyperComments

Источник: http://light-science.ru/fizika/zakon-habbla.html

Читать

Наука. Величайшие теории Выпуск № 28, 2015 Еженедельное издание

© Eduardo Battaner Lopez, 2013 (текст)

© RBA Collecionablcs S.A., 2013

© ООО “Де Агостини”, 2014-2015

ISSN 2409-0069

Пер. с исп. — М.: Де Агостини, 2015. — 168 с.

Эдвин Хаббл получил высшее юридическое образование, но благодаря увлечению космологией стал одним из величайших астрономов XX века.

Его работы расширили наши представления о космосе за пределами Млечного Пути: Хаббл обнаружил и классифицировал дальние галактики, а в 1929 году доказал, что Вселенная расширяется.

Космический телескоп «Хаббл» продолжает составление карты Вселенной, так же как это делал в течение 30 лет сам американский астроном.

Что значит имя Эдвина Пауэлла Хаббла в истории науки, в частности астрономии? Пусть об этом расскажет он сам. В книге «Царство туманностей» (The Realm of the Nebulae, 1936) Хаббл подвел итог своей деятельности, перечислив четыре собственных достижения, которые стали значительным вкладом в астрономию.

— Классификация галактик.

— Доказательство существования так называемых островных вселенных — далеких галактик за пределами Млечного Пути (хотя сам Хаббл никогда не употреблял термина «галактика»), что кардинально изменило наши представления о размерах Вселенной.

— Закон Хаббла: галактики удаляются тем быстрее, чем дальше от нас они находятся.

— Однородность Вселенной.

В этой биографии мы поговорим о семье ученого, формировании его характера, образовании, о его англомании и любви к военному делу, личной жизни и дружбе — обо всем, что поможет нам лучше понять Хаббла как человека. Однако, бесспорно, в нашей книге найдется место описанию основных открытий исследователя, его взаимоотношений с коллегами.

Хотя галактики могут весьма отличаться по форме, основным преимуществом классификации Хаббла является ее простота. Она выделяет эллиптические, линзовидные и спиральные галактики, группируя их в последовательность, известную сегодня как Последовательность Хаббла.

Эта классификация используется по сей день, несмотря на то что в ее основе лежит особая длина волны, относящейся к видимому спектру, и не учитывается основной компонент галактик — темная материя.

Нельзя сказать, что эта классификация была разработана исключительно Хабблом, и даже при всей ее полезности она занимает не первое место в ряду других, поистине великих его открытий.

Доказательство существования островных вселенных, то есть галактик, или, как их называл сам ученый, внегалактических туманностей, имеет решающее значение для науки, поскольку позволяет оценить колоссальные размеры Вселенной. Если вселенная Кеплера соответствовала Солнечной системе, а вселенная Гершеля была равна нашей галактике, то во вселенной Хаббла наша галактика стала всего лишь маленькой точкой среди миллиардов других галактик.

Самое известное открытие Хаббла — закон, носящий его имя. Этот закон не только устанавливает факт расширения Вселенной, но и уточняет, что скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до нее. В этой фразе есть три ключевых слова: галактика, скорость и расстояние.

Для понимания важности закона, предложенного Хабблом, нужно учитывать, что в годы, когда он начал свои исследования, отсутствовало точное понимание термина «галактика», а также еще не были разработаны способы определения расстояния до других галактик: все, что могли сделать ученые, — это измерить скорости некоторых спиральных галактик.

В биографиях ученых всегда привлекают внимание драматические эпизоды и необыкновенные происшествия. Философские и теологические рассуждения в них чередуются с информацией о научных открытиях.

Однако Хаббл — представитель современного нам научного мира. Он прожил типичную для XX века жизнь и имел самые обычные привычки, хотя нельзя отрицать, что на личность ученого повлияли как обе мировые войны, так и международная слава и успех.

Хаббла можно назвать профессиональным исследователем современности.

Его открытия оставили отпечаток на философии XX века, они повлияли на развитие понимания Вселенной, однако сам Хаббл практически не участвовал в споре, который сам же и развязал. Речь идет о теории Большого взрыва, которая вызвала противостояние, выходящее далеко за пределы астрономии и затрагивающее философию и теологию.

Как и у всех современных исследователей, работы Хаббла перекликаются с идеями других выдающихся ученых его времени.

Он основывался на самых последних достижениях своих современников, и его труды, в свою очередь, становились отправной точкой для новых исследований и открытий.

Конечно, это вызывает разногласия по поводу первенства того или иного ученого в получении важных результатов. Работы Хаббла можно назвать выдающимися для его времени, но при этом они являются плодом трудов многих людей.

Важно отметить связь между теорией и наблюдением. Можно сказать, что теоретики начала XX века находились на шаг впереди своих коллег-экспериментаторов.

Незадолго до описываемых событий Эйнштейн предложил науке новый инструмент для понимания Вселенной — общую теорию относительности, и это позволило нескольким ученым — их было совсем немного — открыть новую страницу в истории науки. Хаббл, работа которого была связана с наблюдениями, познакомился с большинством этих ученых, и беседы с ними подтолкнули его к новым исследованиям.

С тех пор развитие науки требует очень тесного взаимодействия коллег, и это зачастую делает практически невозможным определение первенства того или иного ученого, несмотря на точные даты публикаций в специализированных журналах.

В ту эпоху теоретическая наука развивалась в Европе, а экспериментальная — в Северной Америке. Великим ученым, работавшим на стыке этих направлений, часто приходилось пересекать Атлантику. Это путешествие занимало целых 11 дней, поскольку пассажирской авиации в то время не было, однако ученые понимали, что журнальных статей для успешной работы недостаточно.

Необходимо видеть своих коллег, говорить с ними, слушать их. На подходе были важнейшие астрономические открытия, но перед тем как доверить их бумаге, исследователи должны были обменяться ощущениями и выслушать друг друга. После таких бесед физики, только что пересекшие океан, могли нарисовать пару закорючек на доске — и этого было достаточно для понимания.

Статична ли Вселенная, как это представлял Эйнштейн в своей первой космологической работе? Или она стационарна, но не статична, как предполагал британский астрофизик Фред Хойл? Был ли на самом деле Большой взрыв, а за ним — расширение, как думали Александр Фридман и Жорж Леметр? Происходит ли это расширение с ускорением, как считал де Ситтер? Конечна ли Вселенная? Какова ее пространственно- временная кривизна? Гомогенна ли Вселенная? Ответы на все эти вопросы дал огромный телескоп Маунт-Вилсона, за которым работал Хаббл. Да, сегодня у нас есть ответы на все эти глобальные и отчасти философские вопросы, и эти ответы оказались в определенном смысле сюрпризом. Кто из философов, наблюдавших за космологическим спором XX века, мог предсказать возможность Большого взрыва, нулевого отсчета, сотворения, как смог это сделать Фридман, или первичного атома, как писал Леметр?

Возможно, лучшим ответом на вопрос о том, как соотносятся теория и наблюдения, стала встреча Эйнштейна и Хаббла.

Эйнштейн сразу понял, что измерения Хаббла противоречат его теоретической модели Вселенной, что настоящая Вселенная соответствует модели, которую он отбросил много лет назад, посчитав ее невероятной.

Кто мог представить, что Вселенная расширяется, как это следовало из его первых уравнений? Как можно было предполагать подобное до того, как Весто Слайфер и Хаббл доказали это с помощью телескопа?

Источник: https://www.litmir.me/br/?b=571164&p=1

Самые невероятные факты о телескопе «Хаббл»

Американский ученый Эдвин Пауэлл Хаббл стал широко известным благодаря открытию эффекта расширения Вселенной. Его до сих пор часто упоминают в своих статьях великие ученые. Хаббл — человек, в честь которого был назван радиотелескоп, иблагодаря которому произошла полная заменавсех ассоциаций и стереотипов.

Телескоп «Хаббл» — один из самых известных среди объектов, которые непосредственно связаны с космосом. Его можно с уверенностью считать настоящей автоматической орбитальной обсерваторией.

Этот космический гигант требовал немалого финансового вложения (ведь затраты на неземной телескоп превышали стоимость наземного в сотни раз), а также ресурсов и времени.

Исходя из этого два крупнейших агентства мира, такие как НАСА и Европейское космическое агентство (ЕКА), решили соединить свои возможности и сделать совместный проект.

В каком году он был запущен, уже давно не является секретной информацией. Запуск на земную орбиту состоялся 24 апреля 1990 года на борту шаттла “Дискавери«STS-31. Возвращаясь к истории, стоит упомянуть то, что год запускаизначально планировался другой.

Читайте также:  Звезда бенетнаш - все о космосе

Предполагаемой датой должен был стать октябрь 1986 года, но в январе того же года, произошла катастрофа «Челенджера» и все были вынуждены отложить запланированный запуск.С каждым месяцем простоя стоимость программы увеличивалась на 6 миллионов долларов.

Ведь не так просто сохранить в идеальном состоянии объект, который нужно будет отправить в космос. «Хаббл» был помещен в особое помещение, в котором была искусственно создана очищенная атмосфера, а также частично функционировали бортовые системы.

За время хранения, также некоторые приборы были заменены на более современные.

Когда запустили”Хаббл” все ожидали неимоверного триумфа, но не сразу все было так, как хотелось. Ученые столкнулись с проблемами уже с первых снимков. Было понятно, что на зеркале телескопа имеется дефект, и качество снимков отличалось от ожидаемого.

Также было не совсем понятно, сколько лет пройдет с момента обнаружения проблемы до ее решения.

Ведь было очевидным, что заменить главное зеркало телескопа непосредственно на орбите невозможно, а вернуть его на Землю чрезвычайно дорого, поэтому было принято решение о том, что нужно установить на него дополнительную аппаратуру и за счет нее скомпенсировать дефект зеркала.Так, уже в декабре 1993 года был отправлен шаттл «Индевор» с нужными конструкциями. Космонавты пять раз выходили в открытый космос и успешно смогли установить нужные детали на телескоп «Хаббл».

Что новое увидел в космосе телескоп? И какие открытиясмогло сделать человечество на основе снимков? Это одни из самых распространенных вопросов, задаваемых когда-либо учеными. Конечно, самые большие звезды, снятыетелескопом не остались без внимания.

А именно, благодаря уникальности телескопа, астрономы выявили одновременно девять огромных звезд (в звездном скоплении R136), масса которых больше чем в 100 раз превосходит массу Солнца.

Были обнаружены и звезды, масса которых превышает массу Солнца в 50 раз.

Также не осталось без внимания фото, где запечатлены двести безумно горячих звезд, которые в совокупности дают намтуманность NGC 604. Именно «Хаббл» смог заснять флуоресценцию туманности, которая была вызвана ионизированным водородом.

Говоря о теории большого взрыва, которая сегодня является одной из самых широко обсуждаемых и самой достоверной в истории происхождения Вселенной, стоит вспомнить о реликтовом излучении. Реликтовое излучениеявляется одним из ее основоположных доказательств. А вот еще одним стало космологическое красное смещение.

В совокупности получилось проявление эффекта Доплера. По нему тело видит предметы, которые к нему приближаются в синем цвете, а если они отдаляются, то становятся более красными.

Так, наблюдая за космическими объектами с телескопа «Хаббл», смещение было красным и на этом основании было сделано заключение о расширении Вселенной.

Рассматривая снимки с телескопа, одним из первых вы увидите Дальнее поле. На фото вы уже не разглядите звезды по отдельности — это будут целые галактики.И сразу же возникает вопрос: на какое расстояние видит телескоп и какой его крайний рубеж? Для того, чтобы ответить, как телескоп видит так далеко, нужно подробно рассмотреть конструкцию «Хаббла».

Технические характеристики телескопа

  1. Габаритные размеры всего спутника: 13,3 м — длина, масса около 11 тонн, но с учетом всех установленных приборов, его масса достигает 12,5 тонн и диаметр — 4,3 м.
  2. Форма точности ориентации может достигать 0,007 угловых секунд.

  3. Две двусторонние солнечные батареи мощностью 5 кВт, но есть еще 6 батарей, у которых емкость 60 ампер/часов.
  4. Все двигатели работают на гидразине.
  5. Антенна, которая способна принимать все данные со скоростью 1 кБ/с, а отдавать — 256/512 кБ/с.
  6. Основное зеркало, диаметр которого — 2,4 м, а также вспомогательное — 0,3 м.

    Материал главного зеркала — плавленое кварцевое стекло, которое не поддается тепловым деформациям.

  7. Какое увеличение, такое и фокусное расстояние, а именно 56,6 м.
  8. Кратность обращения —раз в полтора часа.
  9. Радиус сферы «Хаббла» —отношение скорости света к постоянной Хаббла.
  10. Характеристики излучения — 1050-8000 ангстрем.

  11. А вот на какой высотенад поверхностью Земли находится спутник, известно давно. Это 560 км.

Как устроен принцип работы телескопа «Хаббл»?

Принцип работы телескопа является рефлектором системы Ричи-Кретьена. Строение системы — это главное зеркало, которое вогнуто гиперболически, а вот его вспомогательное зеркало — выпукло гиперболически. Устройство, установленное в самом центре гиперболического зеркала называется окуляр. Поле зрения — около 4°.

Так кто же все-таки принимал участие в создании этого потрясающего телескопа, который не смотря на свой почтенный возраст, продолжает радовать нас своими открытиями?

История созданияуходит в далекие семидесятые года 20 века. Над самыми важными частями телескопа, а именно главным зеркалом работало несколько компаний. Ведь требования выдвигались достаточно жесткие, а результат планировалсяидеальным.

Так, компания PerkinElmer хотела использовать свои станки с новыми технологиями для достижения нужной формы. А вот компания Kodakподписала контракт, в котором предполагалось использование более традиционных методов, но уже для запасных деталей.

Работы по изготовлению начались еще в 1979 году, а полировка нужных деталей продолжалась до середины 1981 года. Даты были очень сдвинуты, и возник вопрос компетентности компании PerkinElmer, по итогам было перенесено запуск телескопана октябрь 1984 года.

Вскоре некомпетентность проявляласьвсе больше, и еще несколько раз переносилась дата запуска.История подтверждает, что одной из предполагаемых дат был сентябрь 1986 года, в то время как общий бюджет всего проекта вырос до 1,175 млрд. долл.

И напоследок, информацияо самых интересных и значимых наблюдениях телескопа «Хаббл»:

  1. Были обнаружены планеты, которые находятся вне Солнечной системы.
  2. Найдено огромное количество протопланетных дисков, которые располагаются вокруг звезд Туманности Ориона.
  3. Произошло открытие в изучении поверхности Плутона и Эриды. Были получены первые карты.
  4. Немаловажным является частичное подтверждение теории об очень массивных черных дырах, которые располагаются в центрах галактик.
  5. Было показано, что достаточно схожи по форме Млечный Путь и Туманность Андромеды имеют значительные отличии в их истории возникновения.
  6. Был однозначно установлен точный возраст нашей Вселенной. Он составляет 13,7 млдр. лет.
  7. Гипотезы относительно изотропности — также верны.
  8. В 1998 году были объединены исследования и наблюдения наземных телескопов и «Хаббла», и установлено, что в темной энергии ¾ содержания от полной плотности всей энергии Вселенной.

Изучение космических пространств продолжается…

Источник: https://1000sovetov.ru/article_samye-neveroyatnye-fakty-o-teleskope-khabbl

Закон Хаббла. Закон Ньютона-Хаббла

Закон Хаббла (закон всеобщего разбегания галактик) – эмпирический закон, связывающий красное смещение галактик и расстояние до них линейным образом:

где z — красное смещение галактики, D — расстояние до неё, H0 — коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Хаббла. При малом значении z выполняется приближённое равенство cz=Vr, где Vr — скорость галактики вдоль луча зрения наблюдателя, c –скорость света. В этом случае закон принимает классический вид:

С помощью этого закона можно рассчитать так называемый Хаббловский возраст Вселенной:

Этот возраст является характерным временем расширения Вселенной на данный момент и с точностью до множителя 2 соответствует возрасту Вселенной, рассчитываемому по стандартной космологической модели Фридмана.

В 1913–1914 годах американский астроном Весто Слайфер установил, что Туманность Андромеды и ещё более десятка небесных объектов движутся относительно Солнечной системы с огромными скоростями (порядка 1000 км/сек). Это означало, что все они находится за пределами Галактики (ранее многие астрономы полагали, что туманности представляют собой формирующиеся в нашей Галактике планетные системы).

Другой важный результат: все исследованные Слайфером туманности, кроме 3, удалялись от Солнечной системы. В 1917–1922 годах Слайфер получил дополнительные данные, подтвердившие, что скорость почти всех внегалактических туманностей направлена прочь от Солнца.

Артур Эддингтон на основе обсуждавшихся в те годы космологических моделей Общей теории относительности предположил, что этот факт отражает общий природный закон: Вселенная расширяется, и чем дальше от нас астрономический объект, тем больше его относительная скорость.

Вид закона для расширения Вселенной был установлен экспериментально для галактик бельгийским учёным Жоржем Леметромв 1927, а позже — знаменитым Э.

Хабблом в 1929 с помощью 100-дюймового телескопа, который разрешает ближайшие галактики на звезды.

Среди них были цефеиды, используя зависимость «период-светимость» которых, Хаббл измерил расстояние до них, а также красное смещение галактик, позволяющее определить их радиальную скорость.

Полученный Хабблом коэффициент пропорциональности составлял около 500 км/с на мегапарсек. Современное значение составляет 73,8 ± 2,4 км/с на мегапарсек.

Столь существенную разницу обеспечивают два фактора: отсутствие поправки нуль-пункта зависимости «период-светимость» на поглощение (которое тогда ещё не было открыто) и существенный вклад собственных скоростей в общую скорость для местной группы галактик.

С точки зрения классической механики, закон Хаббла можно наглядно объяснить следующим образом. Когда-то давно Вселенная образовалась в результате Большого взрыва. В момент взрыва различные частицы материи (осколки) получили различные скорости.

Те из них, которые получили большие скорости, соответственно успели к настоящему моменту улететь дальше, чем те, которые получили меньшие скорости. Если провести численный расчёт, то окажется, что зависимость расстояния от скорости оказывается линейной.

Кроме того, получается, что эта зависимость одна и та же для всех точек пространства, то есть, по наблюдениям за разлетающимися осколками нельзя найти точку взрыва: с точки зрения каждого осколка, именно он находится в центре.

Однако, несмотря на такую наглядность, следует помнить, что расширение Вселенной должно описываться не классической механикой, а общей теорией относительности.

Первое замечание касается того, учитывается ли при наблюдениях тот факт, что из-за того, что свет идёт от галактик миллионы лет, мы наблюдаем их в прошлом. В результате, поскольку они удаляются от нас, в настоящий момент они должны находиться уже дальше.

Вопрос: для какого из двух расстояний определена зависимость Хаббла? Ответ: до середины XX века это не имело значения. Из графика Хаббла видно, что наибольшие скорости галактик, рассмотренных Хабблом, составили до 1000 км/с.

В принципе это большая скорость, но за время движения света от них до Земли они всё равно успели сдвинуться лишь на незначительный процент общего расстояния.

Второе замечание заключается в том, что расширение Вселенной не является простым разлётом галактик в пустом пространстве. Оно заключается в динамическом изменении самого пространства. Непонимание этого факта часто заставляет делать неверные заключения авторов даже серьёзной литературы.

Например, часто говорят, что скорость убегания галактик не должна превышать скорость света и потому на тех расстояниях, где это должно наблюдаться, должны наблюдаться и отклонения от закона Хаббла.

Это не так: согласно общей теории относительности, должны существовать и наблюдаться галактики, убегающие быстрее света.

За несколько лет до экспериментального открытия закона Хаббла Александр Фридман вывел теоретически решения уравнения Эйнштейна для всей Вселенной, и в результате было получено, что если распределение вещества в ней в среднем равномерно, то она должна или сжиматься, или расширяться, причём в последнем случае должен наблюдаться линейный закон между расстоянием и скоростью убегания. Эта особенность решений Фридмана была сразу же отождествлена с явлением, открытым Хабблом.

В соответствии с этой (общепринятой) моделью космологическое красное смещение нельзя интерпретировать как Эффект Доплера, так как получаемая из наблюдаемого z по формулам этого эффекта скорость не соответствует (лишь приближённо равна) никакой скорости в смысле изменения космологического расстояния между галактиками. Галактики неподвижны (за исключением пекулярных собственных скоростей), а расширяется пространство, что и вызывает расширение волнового пакета. (См. в статье Космологическое красное смещение). Соотношение является приближённым, в то время как равенство

где — расстояние в данный момент, есть точное равенство, то есть красное смещение линейно связано с расстоянием только приближённо для близких галактик, а скорость их удаления линейно возрастает с расстоянием точно. Таким образом, в последней формуле скорость V не соответствует скорости, рассчитываемой по эффекту Допплера.

В процессе расширения, если оно происходит равномерно, постоянная Хаббла должна уменьшаться, и индекс «0» при её обозначении указывает на то, что величина Н0 относится к современной эпохе. Величина, обратная постоянной Хаббла, должна быть в таком случае равна времени, прошедшему с момента начала расширения, то есть возрасту Вселенной.

Значение Н0 определяется по наблюдениям галактик, расстояния до которых измерены без помощи красного смещения (прежде всего, по ярчайшим звёздам или цефеидам).

Большинство независимых оценок Н0 дают для этого параметра значение70–80 км/с на мегапарсек. Это означает, что галактики, находящиеся на расстоянии 100 мегапарсек, удаляются от нас со скоростью 7000–8000 км/с.

В настоящее время наиболее надёжной (хотя и модельно зависимой) считается оценкаН0= (73,8 ± 2,4) км/(с·Мпк).

Проблема оценки Н0 осложняется тем, что, помимо космологических скоростей, обусловленных расширением Вселенной, галактики ещё обладают собственными (пекулярными) скоростями, которые могут составлять несколько сотен км/с (для членов массивных скоплений галактик — более 1000 км/с). Это приводит к тому, что закон Хаббла плохо выполняется или совсем не выполняется для объектов, находящихся на расстоянии ближе 10–15 млн. св. лет, то есть как раз для тех галактик, расстояния до которых наиболее надёжно определяются без красного смещения.

Закон Хаббла плохо выполняется и для галактик на очень больших расстояниях (в миллиарды св. лет), которым соответствует величина z > 1.

Расстояния до объектов с таким большим красным смещением теряют однозначность, поскольку зависят от принимаемой модели Вселенной и от того, к какому моменту времени они отнесены.

В качестве меры расстояния в этом случае обычно используется только красное смещение.

В наше время наблюдениями, говорящими в пользу существования тёмной энергии, были, по-видимому, обнаружены отклонения от линейного закона Хаббла (как связи наблюдаемого красного смещения с расстоянием).

Было обнаружено, что, по-видимому, наша Вселенная расширяется с ускорением.

Этот факт не отменяет закона Хаббла, если его понимать как зависимость от расстояния в данный конкретный момент времени, то есть если учесть, что далёкие объекты мы наблюдаем в прошлом.

хаббл смещение галактика геоид

Источник: http://kosmos.bobrodobro.ru/335

Эдвин Хаббл

ПодробностиКатегория: Исследователи Вселенной 25.12.2012 13:31 4640

Астронома Эдвина Хаббла называют «пионером далеких звезд». Его исследования спиральных туманностей подтвердили существование других галактик, отличных от нашей галактики Млечный Путь.

Биография

Э́двин Па́уэлл Хаббл, американский астроном, родился 20 ноября 1889 г. в городе Маршфилд, штат Миссури, в семье страхового управляющего. В школьные годы Эдвин Хаббл более интересовался спортом: легкой атлетикой, любительским боксом, а также рыбной ловлей.

Но во время учебы в Чикагском университете увлекся математикой, астрономией и философией. Продолжил образование в Королевском колледже при Оксфордском университете, где изучил юриспруденцию, а также испанский язык и литературу.

Первое время по возвращении в США он преподавал испанский язык, физику и математику в Старшей школе города Нью-Олбани, штате Индиана, а также тренировал волейбольную команду мальчиков, а затем вернулся к астрономии в Йеркской обсерватории при Чикагском университете, где и получил докторскую степень в 1917 году. Но началась Первая мировая война, и занятия астрономией были прерваны – Хаббла призвали в действующую армию, где он получил звание майора.

В 1919 году ему предложили гражданскую должность в Маунт-Вилсон обсерватории при институте Карнеги в штате Калифорния, неподалёку от города Пасадина, где он и проработал до самой смерти.

Во время Второй мировой войны Эдвин Хаббл служил в Армии США на Абердинском испытательном полигоне. За свою работу там он получил орден «Легион Почёта».

Незадолго до смерти Эдвина Хаббла гигантский 200-дюймовый (≈5.1-метровый) телескоп-рефлектор Паломарской обсерватории был закончен, и Эдвин Хаббл стал первым астрономом, который его использовал.

Умер в сентябре 1953 г.

Открытия и достижения Э. Хаббла в астрономии

Его труды положили начало современной внегалактической астрономии. В 1924 г.

Хаббл при помощи телескопа с диаметром зеркала 260 см на обсерватории Маунт-Вилсон доказал, что Туманность Андромеды и некоторые другие туманности имеют звездное строение и находятся далеко за пределами Млечного Пути.

То есть Хаббл установил, что наша Галактика – не единственная звездная система во Вселенной. В те времена Вселенную представляли как целиком и полностью состоящей только из единственной галактики Млечного Пути.

Используя телескоп Хукера в Маунт-Вилсон, Эдвин Хаббл идентифицировал цефеиды (класс пульсирующих переменных звёзд) в нескольких спиральных туманностях, включая Туманность Андромеды и Треугольник. Его наблюдения 1922-1923 гг.

убедительно подтвердили, что эти туманности были слишком далеки, чтобы быть частью Млечного Пути, и являлись в действительности отдельными галактиками за пределами нашей собственной. Эта идея была оспорена очень многими учёными в астрономических кругах того времени.

Но, вопреки оппозиции, Эдвин Хаббл, которому на ту пору было 35 лет, представил свои открытия в печатном виде на собрании Американского астрономического сообщества 1 января 1925 года. Эти открытия фундаментальным образом изменили научное видение Вселенной.

Хаббл исследовал множество туманностей, которые он сам назвал внегалактическими. Теперь их называют галактиками. Оказалось, что далеко не все галактики имеют спиральную форму. Многие из них имеют эллиптическую или неправильную формы. В 1925 г. Хаббл составил первую подробную классификацию галактик по их формам и другим особенностям.

Классификация галактик Хаббла (Последовательность галактик)

Эту классификацию Хаббл предложил в 1936 г. С тех пор предложены более подробные классификации, но классификация Хаббла всё ещё актуальна.

  • E0E7 — эллиптические галактики, имеют относительно равномерное распределение звёзд без явного ядра. Цифра показывает эксцентриситет: галактики E0 практически шарообразны, с увеличением номера развивается уплощение. Число показывает форму проекции на плоскость наблюдения, а не реальную форму галактики, которую трудно установить.
  • S0 — линзообразные галактики дискообразной формы с явно выраженным центральным балджем (выпуклостью), но без наблюдаемых рукавов.
  • Sa, Sb, Sc, Sd — спиральные галактики, состоящие из балджа и внешнего диска, содержащего рукава. Буква показывает, насколько плотно расположены рукава.
  • SBa, SBb, SBc, SBd — спиральные галактики с перемычкой, в которых центральный балдж пересекает яркий бар (перемычка), от которого отходят рукава.
  • Irr — неправильные галактики, которые не могут быть отнесены ни к одному из перечисленных классов. Галактики типа IrrI содержат остатки спиральной структуры, а IrrII имеют совершенно неправильную форму.

Сам Хаббл считал эту последовательность эволюционной. По его мнению, эволюция происходила от эллиптических к спиральным галактикам. С тех пор эллиптические галактики называют ранним классом, а спиральные — поздним.

Эдвин Хаббл открыл астероид 1373 Цинциннати в 1935 году.

Закон Хаббла

В 1929 г. Хаббл обнаружил, что между лучевыми скоростями движения галактик и расстояниями до них существует линейная зависимость (закон Хаббла). Хаббл определил численное значение коэффициента этой зависимости (постоянная Хаббла). Это открытие стало наблюдательной основой теории расширяющейся Вселенной.

Расширение Вселенной — явление, состоящее в почти однородном и изотропном (одинаковость физических свойств во всех направлениях) расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной.

Экспериментально расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Началом расширения Вселенной наука считает так называемый Большой взрыв. Теоретически явление было предсказано и обосновано А.

Фридманом на раннем этапе разработки общей теорией относительности из общефилософских соображений об однородности и изотропности Вселенной.

Закон Хаббла согласуется с решениями Эйнштейновских уравнений общей теории относительности для гомогенных изотропных расширяющихся пространств.

Хотя основные концепции, лежащие в основе теории расширяющейся Вселенной, были хорошо известны и понятны и ранее, это утверждение, сделанное Эдвином Хабблом и Милтоном Хьюмасоном, привело к широкому признанию этой точки зрения, которая утверждает, что чем больше расстояние между какими-либо двумя галактиками, тем выше скорость их взаимного удаления (то есть тем быстрее они разлетаются друг от друга).

Ранее, в 1917 году, Альберт Эйнштейн обнаружил, что его только что разработанная Общая теория относительности указывает на то, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься.

Будучи не в состоянии поверить в то, что его собственные уравнения говорили ему, Альберт Эйнштейн ввёл в свои уравнения «космологическую постоянную» (которая, по сути, являлась искусственно введенным «фактором подгонки» данных под правильный и/или объяснимый ответ), чтобы избежать возникшую «проблему» с расширением/сжатием.

Когда Альберт Эйнштейн узнал про открытия Эдвина Хаббла, он сказал, что изменения, которые он внёс в свои уравнения, были «самой большой ошибкой (самым грубым просчётом) в его жизни».

О нобелевской премии

Эдвин Хаббл потратил много лет своей карьеры, пытаясь сделать астрономию подразделом физики, а не рассматривать её как отдельную науку. Он делал это с тем, чтобы астрономы, включая его самого, могли быть восприняты Нобелевским комитетом за свой весомый вклад в астрофизику.

Эта идея Хаббла не увенчалась успехом во времена его жизни, но вскоре после его смерти Нобелевский комитет решил, что работы в области астрономии будут подпадать под критерии вручения Нобелевских премий по физике. Но премия не может присуждаться посмертно. Поэтому, к сожалению, Э.

Хаббл ее не получил.

Космический телескоп «Хаббл»

Косми́ческий телеско́п «Хаббл» — автоматическая обсерватория на орбите вокруг Земли, названная в честь Эдвина Хаббла. Телескоп «Хаббл» — совместный проект НАСА и Европейского космического агентства; он входит в число Больших обсерваторий НАСА.

На картинке – фотографии с телескопа «Хаббл»: Трехраздельная туманность.  Эта туманность обозначается также M20. Ее можно легко найти на небе с помощью бинокля в созвездии Стрельца. Мощный процесс звездообразования создал не только многоцветие, но и хаос.

Красное свечение обусловлено высокоэнергичным излучением, которое возбуждает межзвездный водород. Темные пылевые волокна, пронизывающие M20 , образовались в атмосферах холодных гигантских звезд и в остатках вспышек сверхновых. Пока еще остается неизвестным, какая яркая молодая звезда освещает голубую отражательную туманность.

M20 находится на расстоянии 3 тысяч световых лет от нас. Диаметр этой туманности составляет 50 световых лет. 

Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна – в первую очередь, в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы, разрешающая способность телескопа в 7-10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле.

На картинке: старт шаттла «Дискавери» с телескопом «Хаббл» на борту.

Источник: http://ency.info/earth/issledovateli-vselennoj/110-edvin-khabbl

Ссылка на основную публикацию