Маркус Чаун - Твиты о вселенной Страница 34

Разреженный светящийся газ излучает только характеристические длины волн. Натриевые лампы: оранжевый свет. Космические облака горячего водорода: розоватый свет.

Газы в атмосфере Солнца поглощают определенные длины волн. Результирующие темные фраунгоферовы линии в спектре несут информацию о составе.

Поляризация света дает информацию о магнитных полях. Красный или синий сдвиги спектральных линий дают информацию о движении частиц.

Распределение энергии света (голубой/красный) говорит вам о температуре излучающего тела. Все обо всем, свет содержит в себе массу информации.

Видимый свет — это только малая часть полного электромагнитного спектра. Астрономы также используют приборы для исследования других видов излучения.

132. Что такое скорость света и почему она так важна?

Скорость света (с) играет роль бесконечной скорости во Вселенной. Точно так же, как недосягаема бесконечность, скорость света недостижима для материального объекта.

Почему с недостижима? Энергия связана с массой. Если толкать тело быстрее, растет не только его энергия движения, но и масса. При приближении к с масса возрастает многократно до бесконечности.

Если что-то движется бесконечно быстро, то ваша скорость по сравнению с этим пренебрежимо мала. Таким образом, это что-то представляется бесконечно быстрым, независимо от того, какова ваша скорость.

Аналогично, вы всегда получите при измерении одно и то же значение для скорости света, независимо от того, насколько быстро вы движетесь относительно источника света.

Даже если кто-то приближается к вам со скоростью, равной половине скорости света, и светит фонариком вам в глаза, свет достигает вас не со скоростью 1,5 с, а все с той же скоростью с.

Так что, поскольку каждый получает при измерении одно и то же значение для скорости света (отношение расстояние/время), оценки расстояния и времени, сделанные каждым в отдельности, будут различаться.

В какой степени интервалы времени и пространства претерпевают изменения для кого-то движущегося полностью зависит от того, как быстро он движется по отношению к вам.

Движущиеся часы идут медленнее, движущиеся линейки сжимаются. Проходящий человек движется в замедленном темпе и сжимается, как блин, в направлении движения.

Но «замедление времени» и «лоренцевское сокращение длины» заметны, только если кто-то движется по отношению к вам с немалой долей скорости света.

Свет движется со скоростью (300 000 км/с), в миллион раз большей, чем пассажирский самолет, поэтому эффекты специальной теории относительности незаметны в повседневной жизни.

Если отправиться к звездам со скоростью, близкой к скорости света, то время будет течь так медленно, что при возвращении выяснится, что уже прошли миллионы лет.

133. Что слушают радиотелескопы?

Радиоволны это электромагнитные волны с длиной волны более 1 см. Они представляют собой низкоэнергетическую часть электромагнитного спектра.

В 1930 Карл Янский, радиоинженер из Лаборатории Белл Телефон, обнаружил радиоволны от Млечного Пути. Так родилась радиоастрономия.

Семь лет спустя Грот Ребер построил управляемую параболическую радиоантенну на своем заднем дворе в США. Направив ее на небо, он обнаружил дискретные источники радиоволн.

Преимущество радиоастрономии: космические радиоволны могут быть зафиксированы при ярком дневном свете и даже в дождь или снежную бурю — нет необходимости в темном небе.

Во время Второй мировой войны голландский астроном Хендрик ван де Хюльст показал, что атомарный холодный нейтральный водород должен давать слабое радиоизлучение на длине волны 21 см.

21-сантиметровое излучение впервые обнаружили в марте 1951 Харольд Юэн и Эдвард Перселл в Гарварде, за ними сразу последовали голландцы в мае 1951.

Вскоре были построены большие радиотелескопы: (1956, 25 м в диаметре) в Двингелоо, Нидерланды; (1957, 76 м) в Джодрелл-Бэнк, Англия.

Используя радиотелескопы, астрономы смогли построить карту спиральной структуры галактики Млечный Путь и холодных удаленных областей других галактик.

Радиотелескопы также поймали «синхротронное излучение» (на разных длинах волн), испускаемое быстрыми электронами, движущимися по спирали вокруг линий магнитного поля.

Таким образом, радиоастрономия позволяет изучать быстро вращающиеся пульсары, активные ядра галактик, энергетические струи от черных дыр и удаленные квазары.

Крупнейшая радиоантенна (тарелка): Аресибо в Пуэрто-Рико (305 м), построена в чаше долины. Крупнейшая управляемая тарелка: Зеленый берег в Вирджинии (100 х 110 м).

Very Large Array (Очень Большой Массив, Нью-Мексико) и Wester-bork Array (Массив Вестерборк, Нидерланды) являются одними из крупнейших интерферометров: небольшие тарелки, связанные в сеть.

В будущем Square Kilometre Array (SKA) с тысячами небольшим антенн станет самой большой в истории радиообсерваторией в Южном полушарии.

134. Как выглядит микроволновое небо?

Если посмотреть на ночное небо, вы увидите отдельные звезды. Но самое удивительное, что ночное небо в основном черное.

Видимый свет — это только малая часть «электромагнитного спектра». Другие виды света (невидимого) включают рентгеновское, УФ, ИК излучения и радиоволны.

Представьте, что у вас есть «волшебные очки», и, просто крутя ручку на оправе, вы можете изменить тип света, который видите.

Если настроить ваши очки на рентгеновские лучи, вы увидите такие объекты, как черные дыры. Но небо для вас по-прежнему преимущественно черное. То же для других типов света.

Исключение: микроволны, коротковолновое радиоизлучение — типа «света», который используют мобильные телефоны, телевизоры и, конечно, микроволновые печи.

Если настроить ваши очки на микроволны, небо больше не будет преимущественно черным. Наоборот, оно будет полностью ослепительно белым.

То, что вы видите, есть «послесвечение» огненного шара Большого взрыва. Невероятно: 13,7 млрд лет прошло после этого события, но оно по-прежнему наполняет собой все пространство.

Космическое фоновое излучение, охладившееся из-за расширения Вселенной до -270 °C, составляет 99,9 % всех фотонов во Вселенной.

Хотя посмотрите внимательно. Вы увидите отсвет не равномерно белый; узоры чуть светлее или чуть менее яркие, чем в среднем.

Горячие и холодные точки в «послесвечении творения» раскрывают природу огненного шара Большого взрыва, начавшего сворачиваться в первую в истории галактику.

Послесвечение Большого взрыва показывает нам Вселенную через 380 000 лет после ее рождения. Это наиболее дальняя по времени точка, от которой мы сейчас можем увидеть свет.

Факт, что Вселенная — все пространство — по-прежнему светится благодаря остаточному теплу, является наиболее ярким свидетельством того, что зарождение Вселенной произошло в Большом взрыве.

135. Как же астрономы измеряют температуру Вселенной?

Инфракрасное (ИК) излучение с длиной волны от 700 нм до 1 мм было открыто в 1800 Уильямом Гершелем (1738–1822).

Гершель использовал призму, чтобы получить спектр солнечного света, от красного до синего. Он использовал обыкновенные термометры для измерения энергии в спектре.

Он отметил, что термометр вне красной части спектра также нагревается в результате воздействия невидимого длинноволнового излучения.

Сегодня инфракрасное излучение (тепловое излучение) известно и используется в очках ночного видения и видеокамерах для записи ночных сцен.

В астрономии холодные объекты, такие как темные облака пыли, выделяют большую часть своей энергии в виде ИК волн. ИК астрономия показывает пыльную Вселенную.

Пыль также прозрачна для инфракрасного света. Инфракрасные телескопы показывают протозвезды, встроенные в облака пыли, даже когда видимый свет поглощается.

Проблема: космическое ИК излучение частично поглощается водяным паром в атмосфере Земли. Телескоп должен быть на высокой горе или в космосе.

Сегодня большинство гигантских наземных телескопов (например, Кек и VLT) оснащены камерами видимого света и ближними ИК-детекторами.

Первые ИК-детекторы не имели четкой направленной чувствительности. Вы не могли использовать их, чтобы сделать снимки инфракрасного неба, получались только размытые снимки.