Сделай Сам Свою Работу на 5

Определение расстояний до галактик по «красному смещению»





В настоящее время по данным астрономических наблюдений установлено, что Вселенная в больших масштабах однородна, т.е. все ее области размером от 300 млн. световых лет и больше выглядят одинаково. В меньших масштабах во Вселенной есть районы, где обнаруживаются скопления галактик и, наоборот, пустоты, где их мало.

Галактикой называется система звезд имеющих общее происхождение и связанных силами притяжения. Галактика, в которой находится наше Солнце – Млечный путь

 

Расстояния до небесных тел в астрономии определяются по-разному в зависимости от того близко или далеко от нашей планеты эти объекты находятся. В космическом пространстве принято использовать следующие единицы для измерения расстояний:

 

1 а.е.(астрономическая единица) = (149597870 2) км;

 

1 пк (парсек) = 206265 а.е. = 3,086·10 м;

 

1 с.г. (световой год) = 0,307 пк = 9,5·10 м. Световой год – путь, который свет проходит за год.

 

В настоящей работе предлагается метод определения расстояний до далеких галактик по «красному смещению», т.е. по увеличению длин волн в спектре наблюдаемого удаленного источника излучения по сравнению с соответствующими длинами волн линий в эталонных спектрах.



Под источником света понимают излучение далеких галактик (наиболее ярких звезд или газопылевых туманностей в них). Под «красным смещением» - сдвиг спектральных линий в спектрах химических элементов, из которых состоят эти объекты, в длинноволновую (красную) сторону, по сравнению с длинами волн в спектрах эталонных элементов на Земле. «Красное смещение» обусловлено эффектом Доплера.

Эффект Доплера состоит в том, что излучение, посланное источником, удаляющимся от неподвижного приемника, будет приниматься им как более длинноволновое, по сравнению с излучением от такого же неподвижного источника. Если же источник приближается к приемнику, то длина волны регистрируемого сигнала, наоборот, будет уменьшаться.

 

В 1924 г советский физик Александр Фридман предсказал, что Вселенная расширяется. Имеющиеся в настоящее время данные показывают, что эволюция Вселенной началась с момента Большого Взрыва.Около 15 млрд. лет назад Вселенная представляла собой точку (ее называют точкой сингулярности), к которой из-за сильнейшей гравитации в ней, очень высокой температуры и плотности неприменимы известные законы физики. В соответствии с принятой сейчас моделью Вселенная начала раздуваться из точки сингулярности с нарастающим ускорением.



В 1926 г. были получены экспериментальные доказательства расширения Вселенной. Американский астроном Э.Хаббл, при исследовании с помощью телескопа спектров далеких галактик, открыл красное смещение спектральных линий. Это означало, что галактики удаляются друг от друга, причем со скоростью, возрастающей с расстоянием. Хаббл построил линейную зависимость между расстоянием и скоростью, связанную с эффектом Доплера (закон Хаббла):

(1), где

 

r – расстояние между галактиками;

 

v –скорость удаления галактик;

 

Н– постоянная Хаббла. Значение Н зависит от времени, прошедшего с начала расширения Вселенной до настоящего момента, и меняется в интервале от 50 до 100 км/с·Мпк. В астрофизике, как правило, используют Н= 75 км/с·Мпк. Точность определения постоянной Хаббла составляет

0,5 км/с·Мпк;

 

с– скорость света в вакууме;

 

Z– красное смещение длины волны, т.н. космологический фактор.

 

 

(2), где

 

– длина волны принятого приемником излучения;

 

– длина волны излучения, испущенного объектом.

 

 

Таким образом, измеряя величину смещения линий, например, ионизированного водорода ( Н+) в видимой части спектра, можно для наблюдаемой с Земли галактики, определить по формуле (2) ее красное смещение Zи, пользуясь законом Хаббла (1), вычислить расстояние до нее или скорость ее удаления:



 

и (3)

 

Порядок выполнения работы

1. Вызвать программу «Определение расстояний до галактик» на рабочем столе компьютера. На экране монитора появится область Вселенной с девятью разными галактиками, наблюдаемыми с поверхности Земли. В верхней части экрана появляется спектр видимого света и маркер длины волны ионизированного водорода H+.

 

2. Установите курсор на галактике, указанной преподавателем и щелкните клавишей.

 

3. Запишите в таблицу измерений длину волны и λ излучаемую этой галактикой при ее удалении.

 

4. Определите величину красного смещения для галактики по формуле (2) и затем рассчитайте либо ее скорость перемещения v, либо расстояние до нее r по формулам (3). Задание получите у преподавателя.

 

5. По формулам (4) и (5) рассчитайте погрешности определения v и r :

 

(4)

 

(5),

 

Приняв и

 

 

6. Запишите окончательный результат лабораторной работы в виде:

 

r = (r расч ± Δr) Мпк

v = (vрасч ± Δv) м/с

 

 

галактика: Таблица измерений

 

λ Z v r Δv Δr
           

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Чем занимается наука космология?

2. Что называется космологическим красным смещением?

3. В чем состоит эффект Доплера?

4. Сформулируйте закон Хаббла.

5. Какие опытные факты являются в настоящее время свидетельством расширения Вселенной?

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.