Джим Брейтот - 101 ключевая идея: Астрономия

• Название: 101 ключевая идея: Астрономия
• Автор: Джим Брейтот
• Издательство: ФАИР- ПРЕСС
• Жанр: Энциклопедии
• Год: 2002
• ISBN: 5–8183–0382–9; 0–340–78214–5

Астрономия — сплав физики, математики и бездонной красоты звездного неба — не одно столетие вдохновляла человечество на осознание своего места во Вселенной, на поиски и открытия. Эта обширная область науки обладает собственным языком, который, однако, может освоить и человек, не имеющий специального образования. В этой книге в доступной форме дано краткое описание основополагающих идей астрономии, а также современные принципы и факты, необходимые для всех, кто хочет узнать как можно больше о ночном небе. Вы узнаете о черных дырах и гравитационных линзах, о пульсарах, квазарах и многом другом, что поражает воображение, заставляя людей с пристальным интересом всматриваться в небеса. Статьи расположены в алфавитном порядке.

Книга предназначена для широкого круга читателей, а также для учащихся школ и вузов.

---

Внутри Солнца находится ядро, где происходит реакция ядерного синтеза, в процессе которой высвобождаются фотоны и кванты гамма-излучения. По пути от ядра наружу фотоны взаимодействуют с быстро движущимися атомными ядрами и электронами, пока не достигают области, называемой зоной конвекции, где ядра и электроны соединяются в виде атомов и ионов. Внешняя граница этой области образует фотосферу. Внутренняя часть Солнца между энерго-производящим ядром и зоной конвекции называется зоной излучения. Вещество в этой зоне представляет собой плотный газ, состоящий из разрозненных ядер и электронов со слишком высокой кинетической энергией для образован и я атомов и йонов. Воздействие силы тяготения на вещество в зоне излучения сталкивается с противодействием в виде внешнего давлен и я газовых масс при условии, что газ продолжает разогреваться постоянным потоком излучения из ядерной "топки" в ядре Солнца.

Напоминаем: ни при каких обстоятельствах не смотрите на Солнце без защитных фильтров, так как это может привести к повреждению зрения.

См. также статьи "Ядерный синтез", "Звезды 2".

СОЛНЦЕ 2: СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ

На фотографиях солнечной фотосферы, сделанных с высоким разрешением, видно, что она имеет гранулированную, или пятнистую, структуру. Пятна представляют собой конвекционные ячейки шириной примерно 1000 км. Эти конвекционные ячейки являются частью конвекционной зоны, которая, как считается, составляет до 0,3 радиуса Солнца. Каждая гранула существует не более нескольких минут, по мере того как раскаленное вещество поднимается вверх в ее центре, а затем остывает и опускается вниз по краям. Хромосферой называется тонкий слой газа, гораздо менее плотного, чем фотосфера, и находящегося над ней. Температура хромосферы меняется от 4000К на границе фотосферы до более 20 000К на границе хромосферы. Реактивные струи газа, которые называются спикулами, поднимаются с высокой скоростью до высоты 10 000 км и падают, исчезая через 10–20 минут. Спикулы возникают по границам супергранул, которые представляют собой крупные группы гранул неправильной формы. Газовые потоки пересекают фотосферу от центральных регионов супергранулы до ее границ, где газ опускается обратно в ее недра.

Солнечная корона — это оболочка горячего газа, окружающая Солнце и простирающаяся на разные расстояния во всех направлениях от Солнца. Ее плотность составляет около 1 миллионной миллионной плотности фотосферы,[36] а температура достигает почти 2 млн. градусов. На ультрафиолетовых изображениях короны, сделанных космическим зондом SOHO, можно видеть дыры в солнечной короне, которые играют роль выпускных клапанов для солнечного ветра. Во время мощных извержений в короне происходят выбросы солнечного газа в космос на огромные расстояния. Кроме того, из фотосферы вырастают гигантские дуги, состоящие из солнечного вещества и называемые протуберанцами. Протуберанцы продолжаются несколько дней или даже недель, а затем их активность затухает. Солнечные вспышки отличаются еще большей мощностью. При солнечной вспышке из фотосферы происходит выброс огромного количества вещества и излучения, а отдельные участки фотосферы внезапно нагреваются до температур более 5 000 000К.

См. также статью "Солнечный ветер".

СОЛНЦЕ 3: СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА

Солнечные пятна, возникающие в фотосфере, имеют неправильную форму и варьируют по размеру от 10 000 км и более. Солнечное пятно существует от нескольких часов до нескольких месяцев, а потом исчезает. Часто возникают группы солнечных пятен; каждое пятно имеет свой темный центр с температурой около 4000К. Этот темный участок, который называется тенью, окружен более светлым регионом с температурой около 5000К, называемым полутенью.

Солнечные пятна движутся по солнечному диску, так как Солнце постоянно вращается, совершая полный оборот вокруг своей оси примерно за 4 недели. Чем дальше солнечное пятно расположено от экватора, тем больше времени ему требуется на полный оборот вместе с вращающимся Солнцем. Солнечные пятна вблизи экватора совершают полный оборот примерно за 25 дней, тогда как солнечные пятна около полюсов совершают полный оборот за 35 дней. Причина заключается в том, что Солнце представляет собой шар газообразного материала и скорость его вращения уменьшается вместе с уменьшением широты.

Каждые 11 лет количество солнечных пятен в фотосфере увеличивается до максимального, а затем уменьшается до минимума. Максимальное количество солнечных пятен наблюдалось в 1989 и 2000 году; следующий максимум произойдет в 2011 году. В 1986 году на Солнце было очень мало пятен. В каждом 11 — летнем цикле солнечные пятна сначала появляются в 30° к северу и югу от экватора и постепенно приближаются к экватору. Через 11 лет они оказываются в экваториальной области, перед тем как исчезнуть и вновь появиться в 30° к северу и югу от экватора. Солнечные пятна связаны с магнитным полем Солнца, так как пятна в тыловой зоне, движущиеся группой, имеют противоположный магнитный заряд по сравнению с пятнами во фронтальной группе. Кроме того, магнитная полярность, связанная с солнечными пятнами, испытывает инверсию каждые 11 лет, когда полярность магнитных полюсов Солнца меняется на противоположную.

Яркие пятна в фотосфере, называемые факелами, или флоккулами, наблюдаются незадолго до появления солнечных пятен. Кроме того, считается, что темные "волокна", наблюдаемые в окрестностях факелов и солнечных пятен, состоят из хромосферного вещества, изогнутого в огромные дуги под воздействием магнитного поля. Когда эти дуги наблюдаются у края солнечного диска, они образуют протуберанцы, которые могут существовать в течение нескольких месяцев.

См. также статью "Солнце 1".

СПЕКТР ОПТИЧЕСКИЙ

Свет звезды состоит из непрерывного спектра цветов. Спектр солнечного света можно видеть в радуге или пропустив луч света через призму и наблюдая выходной луч на экране. В обоих случаях наблюдается непрерывная полоса цветов от красного и оранжевого через желтый и зеленый до голубого и фиолетового. С помощью спектроскопа (прибора, предназначенного для разложения луча света на составляющие цвета) можно наблюдать спектр любого источника света.[37] Каждый цвет спектра соответствует свету с определенной длиной волны, изменяющейся в пределах от 0,0004 мм для голубого света до примерно 0,0007 мм для красного цвета.

Лампа накаливания тоже дает постоянный спектр, но газовые лампы, такие, как натриевая или неоновая лампа, дают спектр состоящий из ярких линий разного цвета. Расположение линий, а следовательно, длина волн в таком спектре характерна для атомов, присутствующих в источнике света, что называется линейчатым эмиссионным спектром. Измерив длину волны каждого цвета в линейчатом эмиссионном спектре, можно определить химические элементы, присутствующие в источнике света, так как каждый вид атомов соответствует конкретному химическому элементу.

Солнечный спектр содержит темные вертикальные линии, которые видны на фоне непрерывного спектра. Эти линии поглощения соответствуют определенным длинам волн и возникают из-за того, что некоторые цвета, составляющие свет солнечной фотосферы, поглощаются газами во внешней короне. Расположение линий поглощения, как и расположение линий в эмиссионном спектре, можно использовать для определения химических элементов, присутствующих в темных участках. Гелий был открыт в 1868 году Норманом Локьером[38] в результате наблюдения и измерения линий спектра солнечного света.

См. также статью "Солнце 2".

ТЕЛЕСКОПЫ 1: РЕФРАКТОРЫ И РЕФЛЕКТОРЫ

Телескоп предназначен для увеличения отдаленных объектов или для усиления яркости точечных объектов, таких, как звезда. Простой телескоп-рефрактор состоит из двух выпуклых линз, объектива и окуляра. Объектив формирует реальное изображение отдаленного объекта в своей фокусной плоскости. При нормальной настройке наблюдатель, глядящий в окуляр, видит увеличенное виртуальное изображение реального объекта.

Чем шире объектив телескопа, тем больше света может быть собрано от точечного объекта, такого, как звезда, поэтому широкоугольный объектив позволяет видеть звезды слишком тусклые для наблюдения с более узким объективом. Кроме того, чем шире объектив, тем большее количество деталей можно разглядеть на изображении протяженного объекта. В больших оптических телескопах в качестве объектива для фокусировки света используется широкое вогнутое зеркало. Это делается потому, что большие зеркала проще изготовить и ими легче пользоваться, чем большими линзами. Небольшое зеркало, расположенное в околофокусной точке вогнутого зеркала, используется для отражения света в окуляр. Хроматическая аберрация[39] устраняется в объективе благодаря использованию вогнутого зеркала вместо выпуклых линз. Кроме того, если вогнутое зеркало имеет параболическую форму, оно устраняет и сферическую аберрацию.[40]