Более чем в шести тысячах световых годах от поверхности Земли находится быстро вращающаяся нейтронная звезда — пульсар Чёрная Вдова. У неё есть компаньон, коричневый карлик, которого она постоянно обрабатывает своим мощным излучением. Они обращаются друг вокруг друга каждые 9 часов. Наблюдая за ними в телескоп с нашей планеты, вы можете подумать, что этот смертельный танец никак вас не касается, что вы являетесь лишь сторонним свидетелем этого «преступления». Однако это не так. Оба участника этого действа притягивают вас к себе.
И вы тоже их притягиваете — на расстоянии в триллионы километров, с помощью гравитации. Гравитация — это сила притяжения между любыми двумя объектами, имеющими массу. Это значит, что любой объект нашей Вселенной притягивает любой другой объект, находящийся в ней, и одновременно притягивается к нему. Звёзды, чёрные дыры, люди, смартфоны, атомы — всё это находится в постоянном взаимодействии. Так почему же мы не чувствуем этого притяжения с миллиардов разных сторон?
Причины всего две — масса и расстояние. Уравнение, с помощью которого можно вычислить силу притяжения между двумя объектами, впервые было сформулировано Исааком Ньютоном в 1687 году. Понимание гравитации с тех пор несколько эволюционировало, но в большинстве случаев классическая теория тяготения Ньютона применима для вычисления её силы и сегодня.
Выглядит эта формула так — чтобы узнать силу притяжения между двумя объектами, надо массу одного умножить на массу другого, получившийся результат умножить на гравитационную постоянную, и всё это поделить на квадрат расстояния между объектами. Всё, как видим, довольно несложно. Можем даже немного поэкспериментировать. Если вы удвоите массу одного объекта, сила притяжения увеличится в два раза. Если вы «отодвинете» объекты друг от друга в те же два раза, сила притяжения составит одну четвёртую от того, что была раньше.
Сила притяжения между вами и Землёй тянет вас в направлении центра планеты, и вы ощущаете эту силу, как свой вес. Это значение равно 800 ньютонам, если вы стоите на уровне моря. Но если вы поедете к Мёртвому морю, оно увеличится на небольшую долю процента. Если же вы совершите подвиг и заберётесь на вершину Эвереста, значение снизится — опять-таки крайне незначительно.
Сила притяжения Земли воздействует на МКС, находящуюся на высоте около 400 километров, практически с той же силой, что на поверхности планеты. Если бы эта станция была водружена на огромную неподвижную колонну, основание которой стояло бы на Земле, то сила гравитации на ней составляла бы около 90% от той, что ощущаем мы. Астронавты находятся в невесомости по той простой причине, что МКС постоянно падает на нашу планету. К счастью, станция при этом движется с той скоростью, которая позволяет ей избегать столкновения с Землёй.
Летим дальше — на Луну. Это уже 400000 километров от родного дома. Сила притяжения Земли здесь составляет всего 0.03% от изначальной. Зато в полной мере ощущается гравитация нашего спутника, которая в шесть раз меньше привычной нам. Если вы решите полететь ещё дальше, сила притяжения Земли будет падать, но избавиться от неё окончательно не удастся никогда.
Когда вы находитесь на поверхности нашей планеты, то ощущаете притяжение великого множества объектов — как очень далёких, так и находящихся в непосредственной близости. Солнце, например, притягивает вас к себе с силой пол-ньютона. Если вы находитесь на расстоянии нескольких метров от своего смартфона, то вас тянет к нему не только желание проверить полученные сообщения, но и сила в несколько пиконьютонов. Это приблизительно равно гравитационному притяжению между вами и галактикой Андромеды, находящейся на расстоянии 2.5 миллиона световых лет и имеющей массу в триллионы раз больше, чем у Солнца.
Если же вы хотите совсем избавиться от гравитации, то можете использовать очень хитрый приём. Все массы, что находятся вокруг, постоянно тянут нас к себе, но как они поведут себя, если вы пророете очень глубокую скважину прямо к центру планеты и спуститесь туда, избежав каким-то образом всех опасностей, что могут встретиться на этом длинном пути? Если представить, что внутри идеально сферической Земли есть полость, то сила притяжения к её стенкам будет одинакова со всех сторон. И ваше тело неожиданно окажется в невесомости, в подвешенном состоянии — ровно посередине этой полости. Так что вы можете не чувствовать гравитацию Земли — но для этого надо оказаться ровно внутри неё. Это законы физики, и ничего с ними не поделаешь.
И другие планеты. Разглядывая небо, они смогли установить, что Луна, двигаясь по небосводу, загораживает то одну, то другую звезду, но сами звезды никогда не бывает перед . Иногда и планеты загораживают звезды. Это говорит о том, что звезды расположены дальше планет.
Но как дальше? еще тогда указал, что звезды находятся очень далеко от Земли и поэтому смещения положений звезд мы не в силах заметить. Но они обязательно должны быть в силу движения Земли вместе со звездами в мировом пространстве.
Такие движения звезд астрономам не удалось увидеть спустя примерно три века после . Хотя в тот период были достигнуты большие успехи в изобретениях инструментов для наблюдения за небом, а также в точности наблюдений. В середине XVIII в. известные ученые Брадлей (в Англии) и Ламберт (в Германии) установили, что расстояния до самых близких к нам звезд во много раз превышают расстояния от Земли до . Но точно узнать расстояния до звезд им так и не удалось.
Впервые в истории науки В. Я. Струве измерил . Он много раз измерял положения Веги и пришел к выводу, что Вега смещается за полгода на угол около 1/4 секунды дуги. Под столь малым углом с Веги должен быть виден диаметр земной орбиты - иначе говоря, двойное расстояния от Земли до Солнца, а само это расстояние - под углом 1/8 секунды дуги.
Известно, что круг делится на 360 градусов по 60 угловых минут в каждом градусе, каждая минута - на 60 секунд. Значит, в круге 1 296 000 угловых секунд.
Если радиус земной орбиты с Веги под углом около 1/8 доли секунды, или около 1/10000000 доли окружности (астрономы называют этот угол параллаксом данной звезды),- значит, расстояние до этой звезды составляет почти 250 триллионов километров.
Такие числа использовать, естественно, неудобно. Обычно в таких случаях астрономы используют более крупные единицы длины. Например световой год . Так коротко обозначается расстояние, которое световой луч проходит за период, равный земному году со скоростью около 300 000 км/сек. Световой год - это примерно 9,5 триллионов километров. Коротко его можно записать так: 9,5 х 10 в 12 степени км.
Астрономы пользуются также другой системой измерения расстояний до звезд. Если окружность содержит 1296000 угловых секунд, то радиан равен 206 265 угловых секунд (57°,3). Если бы радиус орбиты Земли был виден с какого-то небесного тела под углом в 1 секунду окружности, то это говорило бы о том, что расстояние до такого тела в 206 265 раз больше радиуса орбиты Земли, и равно примерно 31 триллион км или 374 световой год. Такая величина называется параллакс-секунда или парсек .
Вега находится от нас на расстоянии 8 парсек, или 26,5 светового года. Чтобы пролететь такое расстояние, самолету ТУ-154 понадобилось бы сорок миллионов лет.
Вега действительно одна из сравнительно близких к нам звезд, но не самая близкая. Из ярких звезд самой близкой к нам является звезда альфа в созвездии Центавра, невидимая с территории России. Ее можно видеть в южных странах. Свет от нее идет до нас 4,3 года.
К настоящему времени таким способом установлены расстояния до многих тысяч звезд.
Но при всей точности, которой достигли астрономы в измерении звездных параллаксов, этот способ применим только для определения расстояний до сравнительно близких звезд. Для далеких звезд, отстоящих от нас на сотни, тысячи и десятки тысяч световых лет, он не годится: углы оказываются настолько ничтожно малыми (сотые и тысячные доли секунды), что не поддаются измерению. Астрономы нашли и другие вполне достоверные способы для измерения расстояний более далеких звезд. В результате теперь известны точные расстояния до десятков тысяч отдельных звезд, а до еще большего числа звезд расстояние можно оценить приближенно.
Если звезды можно видеть с невообразимо больших расстояний, - значит, они должны иметь огромную силу света (светимость). Звезды - это очень далекие от нас солнца. Некоторые из них излучают света гораздо больше, чем наше огромное
Определение расстояния в астрономии зависит обычно от того, насколько далеко находится небесное тело. Некоторые методы можно применять лишь для относительно близких объектов, например, соседних с нами планет. Другие - для более удаленных, таких как звёзды или даже галактики. Однако эти способы, как правило, менее точны.
Как определить расстояние до объекта в космосе
Способ определения расстояния до соседних планет
В Солнечной системе это относительно просто: движение планет здесь рассчитывается по законам Кеплера, и можно вычислить удаленность близлежащих планет и астероидов с помощью радиолокационных измерений. Таким путём устанавливать расстояние весьма легко.
Внутри Солнечной системы действуют законы Кеплера
Как измеряют расстояние до звезд
Для относительно близких к нам звезд можно определять так называемый параллакс. При этом необходимо наблюдать, как изменяется положение звезды в результате обращения Земли вокруг нашего светила относительно звезд, гораздо более удаленных от нас. В зависимости от точности измерения возможно довольно точное и прямое определение расстояние.
Вычисление расстояний по параллаксу звезд
Если это не подходит, можно попытаться определить тип звезды по спектру, чтобы по истинной яркости сделать вывод об удаленности. Это уже косвенный метод, так как нужно делать о звезде определенные предположения.
Измерение расстояний по спектру звезд
Если невозможно применить и этот метод, то ученые пытаются обойтись"шкалой расстояний". При этом ищут звезды, яркость которых точно известна по наблюдениям в нашей Галактике. Такие объекты называются "стандартные свечи". Ими служат, например, звезды-цефеиды, чьи яркость периодически изменяется. Согласно теории, скорость этих изменений зависит от максимальной яркости звезды.
Вычисление расстояний по цефеидам
Если такие цефеиды обнаруживают в другой галактике и можно наблюдать, как меняется яркость звезды, то определяется её максимальная яркость, а затем расстояние от нас. Другим примером стандартной свечи служит определенный вид взрыва сверхновой, у которой, как считают астрономы, всегда одинаковая максимальная яркость.
Стандартной свечой может быть взрыв сверхновой
Тем не менее, даже этот метод имеет свои ограничения. Тогда астрономы используют красное смещение в спектрах галактик.
Увеличение длины волны света, исходящего из галактики, придает ему на спектре более красный цвет, названный красным смещением
Исходя из него, может быть рассчитана скорость удаления галактики, которая непосредственно связана - согласно закону Хаббла - с расстоянием до этой галактики от Земли.
Покинем наш солнечный город и отправимся мысленно путешествовать в далекие края Вселенной.
В этой книжке уже говорилось, что еще в древности люди называли звезды неподвижными. В самом деле, вокруг Земли вращается целиком весь небесный свод (ты теперь знаешь, что это вращение кажущееся). А одна звезда от другой находится все время на одинаковом расстоянии.
Вот созвездие Большая Медведица. Какую фигуру образовывали его семь звезд две тысячи лет назад, такая же она и теперь, такой же останется еще в продолжение нескольких тысяч лет.
Однако неподвижность звезд кажущаяся: они с огромной скоростью несутся в мировом пространстве, но мы не замечаем их передвижений, так как звезды страшно далеки от нас.
В течение нескольких столетий астрономы пытались узнать, насколько далеки от нас звезды, и не могли это сделать.
В 1837 году директор Пулковской обсерватории В. Я. Струве сумел найти расстояние до звезды Беги. Оказалось, что эта звезда примерно в 1700 тысяч раз дальше от нас, чем Солнце!
Важно было сделать первый шаг. Одновременно со Струве и позднее ученые нашли расстояние до многих звезд.
Ближайшую к нам звезду астрономы назвали Проксима, по-латыни это и означает «Ближайшая». Проксима (она находится в созвездии Центавра) - звезда небольшая, ее видно только в хороший телескоп и только с Южного полушария Земли.
Посчитаем, как скоро можно добраться до Проксимы.
А на чем мы отправимся?
Представим себе фантастическую картину.
До Проксимы проложен рельсовый путь, и первый пассажирский поезд ожидает сигнала к отправлению. Мы с тобой, запыхавшись, подбегаем к кассе.
- Есть еще билеты до Проксимы?
- Пожалуйста. - спокойно отвечает кассир.
- Два билета!
- Платите деньги.
- А сколько?
- Сейчас подсчитаю, - говорит кассир. - Так как путь далекий, то начальство дороги установило выгодную для публики цену: по одному рублю за каждый миллион километров.
- Это прямо даром! - радостно удивляемся мы.
- Подождите немного! - улыбается кассир. - Итак, один рубль за миллион километров - это сто пятьдесят рублей за астрономическую единицу. А до Проксимы двести шестьдесят тысяч астрономических единиц, значит… с вас по тридцать девять миллионов рублей, граждане!
Мы пятимся от кассы в испуге.
- А… а как долго будет идти поезд?
- Сейчас высчитаем и это, - успокаивает нас кассир. - Мы отправляем экспресс - триста километров в час. Путь до Солнца занял бы пятьдесят восемь лет, а до Проксимы в двести шестьдесят тысяч раз дальше… Через пятнадцать миллионов лет доедете до цели, товарищи!
- Станции по дороге будут?
- Вряд ли… Разве какая-нибудь комета попадется.
Мы сконфуженно пятимся от кассы.
- В другой раз зайдем, когда будем посвободнее…
Кассир смотрит вслед нам с грустью.
- Видно, не состоится рейс. Все пассажиры убегают…
Оказывается, поезд для межзвездных путешествий совсем неподходящее дело. Мы вспоминаем о ракете. Предположим, что уже изобретено такое горючее, при котором скорость ракеты достигает 20 километров в секунду, 72 000 километров в час.
Сейчас мы с тобой узнаем, нисколько выгоднее лететь на ракете. Скорость ракеты в 240 раз больше скорости поезда, значит, времени понадобится в 240 раз меньше. Делим 15 миллионов на 240.
Однако же! Даже на ракете придется лететь 62 500 лет. Как далеки от нас звезды!
В этой книге уже говорилось, что самое быстрое в мире - световой луч. Каждую секунду он пробегает расстояние в 300 тысяч километров - почти столько же, сколько от Земли до Луны. Вот если бы путешествовать на световом луче!
Расстояние от Земли до Солнца, то есть одну астрономическую единицу, световой луч пробежит за 8 минут 20 секунд. В сутках 1440 минут - это в 173 раза больше, чем 8 минут 20 секунд. Значит, за сутки свет пробегает около 173 астрономических единиц, а за год он проделает путь в 63 000 астрономических единиц, то есть путь, который в 63000 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца.
Расстояние, которое свет проходит за год, астрономы назвали световым годом, и этой огромно, мерой длины измеряют расстояния во Вселенной.
В самом деле, астрономическая единица хороша для Солнечной системы, а когда речь идет о звездных расстояниях, она становится совсем маленькой. Даже до Проксимы 260 тысяч астрономических единиц, а есть звезды, которые в тысячи и даже миллионы раз дальше от Земли. Мерить расстояние до таких звезд астрономическими единицами - это все равно что измерять расстояние от Москвы до Владивостока миллиметрами.
Твердо запомни: год - мера времени, 365 с четвертью суток; световой год - мера длины, 63 000 астрономических единиц.
Сколько световых лет до Проксимы? В одном световом году 63 000 астрономических единиц, а всего до Проксимы 260 тысяч астрономических единиц - это значит, что до нее четыре с лишним световых года. осказках.ру - сайт
Вот еще одна фантастическая сценка.
Экспедиция, посланная с Земли до Проксимы, добралась туда. Путешественники взяли с собой мощный радиопередатчик и ведут разговор с Землей.
- Алло, алло! Говорит Проксима! Земля, слышите нас?
- Алло, алло, говорит Земля! Слышим Проксиму хорошо! Как прошло путешествие?
- Очень хорошо! Никаких особенных происшествий по дороге не случилось. Ждем присылки людей и продовольствия.
- А разве вы не нашли там обитаемых планет?
- Пока не нашли. Устроились временно на одной небольшой планете, но природа на ней скудная и пища не годится для земных желудков.
- Хорошо, пришлем пассажирские и транспортные корабли. На этом разговор кончаем. До свиданья, Проксима!
- До свиданья, Земля!
Как ты думаешь, сколько времени займет этот немногословный разговор? Больше 25 лет! Между каждым вопросом и получением ответа на него пройдет больше восьми лет, так как радиоволны летят в пространстве с такой же скоростью, как и свет.
Свет с его колоссальной скоростью, 300 тысяч километров в секунду, мчится от Проксимы до нас больше четырех лет. А есть звезды, которые находятся неизмеримо дальше.
Необъятно велика Вселенная! И почти невозможно представить себе, как далеки от нас даже ближайшие звезды. Быть может, тебе помогут рассказы о поезде, о ракете и о разговоре по радио.
Какой маленькой представляли себе Вселенную древние!
В одной древнегреческой легенде рассказывается, что бог Гефест уронил с неба наковальню, и она летела до Земли девять дней и девять ночей. Древним грекам это расстояние казалось неимоверно большим, а падающий предмет пройдет за девять суток всего 580 тысяч километров - это чуть дальше, чем от Земли до Луны.
Даже Солнечная система в тысячи раз больше, чем вся Вселенная в представлении греков.
При наблюдении за какой-нибудь звездой с двух противоположных точек земного шара практически невозможно заметить различия в направлениях на звезду. Звезды находятся от Земли во много раз дальше, чем Луна, планеты, Солнце. Определить расстояние до ближайшей к нам звезды удалось русскому ученому В. Я. Струве. Это было более ста лет назад. Для этого ему пришлось наблюдать ее не с концов земного диаметра, а с концов прямой линии, которая в 23600 раз длиннее. Где же он мог взять такую прямую линию, которая на земном шаре не может уместиться? Оказывается, эта линия существует в природе. Это диаметр земной орбиты. За полгода земной шар перенесет нас на другую сторону от Солнца. Зная диаметр земной орбиты (а он вдвое больше среднего расстояния до Солнца), измерив углы, под которыми наблюдается звезда, можно вычислить расстояние до нее.
Самые близкие к нам звезды — Проксима Центавра и Альфа Центавра — находятся в 270 000 раз дальше от Земли, чем Солнце. Лучу света от этих звезд приходится лететь до Земли 4,5 года.
Расстояния до звезд огромны и измерять их километрами неудобно. Получается слишком большое число километров. И ученые ввели более крупную единицу измерения: световой год. Это такое расстояние, которое свет проходит в течение одного года.
Во сколько раз эта единица измерения больше, чем километр? 300000 км/с надо умножить на число секунд в году. Получим приблизительно 10 триллионов километров. Значит, один световой год больше одного километра в 10 триллионов раз (10 000 000 000 000).
Звезды могут находиться от нас на расстояниях, равных десяткам, сотням, тысячам световых лет и более.
Великий астроном Кеплер считал, что комет так же много, как рыб в воде. Не станем оспаривать этот тезис. Ведь есть же далеко за пределами нашей Солнечной системы кометное облако Оорта, где «хвостатые звезды» собрались в «косяк». Согласно одной из гипотез, оттуда они иногда «заплывают» в наши края и мы можем их наблюдать на небосводе. Как…
Многие из вас видели на ночном небе мерцающие звезды. Причина мерцания звезд — неоднородность воздуха и его движение. Мерцание звезд усиливается к горизонту. Уже это одно указывает, что на данное явление влияет атмосфера. Посмотрите на рисунок, и вы увидите, что чем длиннее путь луча, тем меньше угол между лучом и плоскостью горизонта. Мерцание звезд объясняется…
По территории нескодьких американских штатов — Юта, Аризона, Невада и Калифорния — течет река Колорадо. Она уникальна тем, что движется по дну созданного ею самой несколько миллионов лет назад гигантского каньона, равного которому нет на всей планете. Наиболее яркое представление о грандиозности этого чуда природы можно получить во время полета по туристскому маршруту из аэропорта…
На географических картах озера окрашены то в голубой, то в сиреневый цвет. Голубой цвет означает, что озеро пресное, а сиреневый, — что оно соленое. Соленость воды в озерах различна. Одни озера так насыщены солями, что в них невозможно утонуть, и их называют минеральными. В других вода только чуть солоноватая на вкус. Концентрация растворенных веществ зависит…
Мир, в котором мы живем, огромен, необозрим. Пространству нет ни начала, ни конца, оно беспредельно. Если представить себе ракетный корабль с неисчерпаемыми запасами энергии, то можно легко вообразить, что ты летишь в любой конец Вселенной, к какой-то самой далекой звезде. И что же дальше? А дальше — такое же беспредельное пространство. Астрономия — наука об…
Римский император Юлий Цезарь в 46 году до н.э. провел реформу календаря. Разработку нового календаря осуществила группа александрийских астрономов во главе с Созигеном. В основу календаря, позже получившего название юлианского, положен солнечный год, продолжительность которого была принята равной 365,25 суток. Но в календарном году может быть лишь целое число суток. Поэтому условились считать в течение…
Созвездие Рака — одно из самых малозаметных зодиакальных созвездий. История его очень интересна. Существует несколько довольно экзотических объяснений происхождения названия этого созвездия. Так, например, всерьез утверждалось, что египтяне поместили в эту область неба Рака как символ разрушения и смерти, потому что это животное питается падалью. Рак движется хвостом вперед. Около двух тысяч лет назад в…
Михаил Васильевич Ломоносов — великий русский ученый-энкциклопедист. Круг его интересов и исследований в естествознании охватил самые различные области наук — физика, химия, география, геология, астрономия. Умение анализировать явления в их взаимосвязи и широта интересов привели его к ряду важных выводов и достижений в области астрономии. Изучая явления атмосферного электричества, он выдвинул идею об электрической природе…
Нам часто приходится наблюдать, как в ясный солнечный день тень от облака, подгоняемого ветром, пробегает по Земле и достигает того места, где мы находимся. Облако скрывает Солнце. Во время солнечного затмения Луна проходит между Землей и Солнцем и скрывает его от нас. Наша планета Земля вращается в течение суток вокруг своей оси, одновременно движется вокруг…
Наше Солнце — это обычная звезда, а все звезды рождаются, живут и умирают. Любая звезда рано или поздно гаснет. К сожалению, и наше Солнце не будет светить вечно. Когда-то ученые полагали, что Солнце медленно остывает или “сгорает”. Однако теперь мы знаем, что если бы это происходило на самом деле, то его энергии хватило бы в…
