Визначення відстаней до галактик за «червоного зсуву»

В даний час за даними астрономічних спостережень встановлено, що Всесвіт у великих масштабах однорідна. тобто всі її області розміром від 300 млн. світлових років і більше виглядають однаково. У менших масштабах у Всесвіті є райони, де виявляються скупчення галактик і, навпаки, порожнечі, де їх мало.

Галактикою називається система зірок мають спільне походження і пов'язаних силами тяжіння. Галактика, в якій знаходиться наше Сонце - Чумацький шлях

Відстані до небесних тіл в астрономії визначаються по-різному в залежності від того близько чи далеко від нашої планети ці об'єкти знаходяться. У космічному просторі прийнято використовувати такі одиниці для вимірювання відстаней:

1 а.о. (астрономічна одиниця) = (149597870 2) км;

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

1 ц.р. (Світловий рік) = 0,307 пк = 9,5 · 10 м. Світловий рік - шлях, який світло проходить за рік.

У даній роботі пропонується метод визначення відстаней до далеких галактик по «червоному зсуву», тобто по збільшенню довжин хвиль в спектрі спостерігається віддаленого джерела випромінювання в порівнянні з відповідними довжинами хвиль ліній в еталонних спектрах.

Під джерелом світла розуміють випромінювання далеких галактик (найбільш яскравих зірок або газопилових туманностей в них). Під «червоним зміщенням» - зрушення спектральних ліній в спектрах хімічних елементів, з яких складаються ці об'єкти, в довгохвильову (червону) сторону, в порівнянні з довжинами хвиль в спектрах еталонних елементів на Землі. «Червоний зсув» обумовлено ефектом Доплера.

Ефект Доплера полягає в тому, що випромінювання, надіслане джерелом, віддаляється від нерухомого приймача, буде прийматися їм як більш довгохвильове, в порівнянні з випромінюванням від такого ж нерухомого джерела. Якщо ж джерело наближається до приймача, то довжина хвилі реєстрованого сигналу, навпаки, буде зменшуватися.

У 1924 р радянський фізик Олександр Фрідман передбачив, що Всесвіт розширюється. Наявні в даний час дані показують, що еволюція Всесвіту почалася з моменту Великого Вибуху. Близько 15 млрд. Років тому Всесвіт представляв собою точку (її називають точкою сингулярності), до якої через найсильнішу гравітації в ній, дуже високої температури і щільності незастосовні відомі закони фізики. Відповідно до прийнятої зараз моделлю Всесвіт початку роздуватися з точки сингулярності з наростаючим прискоренням.

У 1926 р були отримані експериментальні докази розширення Всесвіту. Американський астроном Е. Хаббл, при дослідженні за допомогою телескопа спектрів далеких галактик, відкрив червоне зміщення спектральних ліній. Це означало, що галактики віддаляються один від одного, причому зі швидкістю, зростаючої з відстанню. Хаббл побудував лінійну залежність між відстанню і швидкістю, пов'язану з ефектом Доплера (закон Хаббла):

r - відстань між галактиками;

v - швидкість віддалення галактик;

Н - постійна Хаббла. Значення Н залежить від часу, що пройшов з початку розширення Всесвіту до справжнього моменту, і змінюється в інтервалі від 50 до 100 км / с · Мпк. У астрофізиці, як правило, використовують Н = 75 км / с · Мпк. Точність постійної Хаббла становить

с - швидкість світла у вакуумі;

Z - червоне зміщення довжини хвилі, т.зв. космологічний фактор.

- довжина хвилі прийнятого приймачем випромінювання;

- довжина хвилі випромінювання, випущеного об'єктом.

Таким чином, вимірюючи величину зміщення ліній, наприклад, іонізованого водню (Н +) у видимій частині спектру, можна для спостережуваної з Землі галактики, визначити за формулою (2) її червоне зміщення Z і, користуючись законом Хаббла (1), обчислити відстань до неї або швидкість її видалення:

Порядок виконання роботи

1. Викликати програму «Визначення відстаней до галактик» на робочому столі комп'ютера. На екрані монітора з'явиться область Всесвіту з дев'ятьма різними галактиками, які спостерігаються з поверхні Землі. У верхній частині екрану з'являється спектр видимого світла і маркер довжини хвилі іонізованого водню H +.

2. Встановіть курсор на галактиці, зазначеної викладачем і клацніть клавішею.

3. Запишіть в таблицю вимірювань довжину хвилі і # 955; випромінюється цієї галактикою при її видаленні.

4. Визначте величину червоного зсуву для галактики за формулою (2) і потім розрахуйте або її швидкість переміщення v, або відстань до неї r за формулами (3). Завдання отримаєте у викладача.

5. За формулами (4) і (5) розрахуйте похибки визначення v і r: