Расстояния в космосе
Все когда-либо путешествовали, затрачивая конкретное время на преодоление пути. Какой же бесконечной казалась дорога, когда она измерялась сутками. От столицы России до Дальнего Востока – семь дней езды на поезде! А если на этом транспорте преодолевать расстояния в космосе? Чтобы добраться до Альфа Центавра поездом потребуется всего-то 20 млн. лет. Нет, лучше на самолёте – это в пять раз быстрее. И это до звезды, находящейся рядом. Конечно, рядом — это по звёздным меркам.
Расстояние до Солнца
Расстояния до ближайших объектов
Мы мало задумываемся о расстояниях, когда смотрим прямые трансляции из дальних уголков земного шара. Телевизионный сигнал приходит к нам практически мгновенно. Даже с нашего спутника, Луны, радиоволны долетают до Земли за секунду с хвостиком. Но стоит заговорить об объектах более дальних, и тотчас приходит удивление. Неужели до такого близкого Солнца свет летит 8,3 минуты, а до ледяного Плутона – 5,5 часов? И это, пролетая за секунду почти 300 000 км! А для того, чтобы добраться к той же Альфе в созвездии Центавра, лучу света потребуется 4,25 года.
Даже для ближнего космоса не совсем годятся наши, привычные, единицы измерения. Конечно, можно проводить измерения в километрах, но тогда цифры будут вызывать не уважение, а некоторый испуг своими размерами. Для нашей Солнечной системы принято проводить измерения в астрономических единицах.
Теперь космические расстояния до планет и других объектов ближнего космоса будут выглядеть не так страшно. От нашего светила до Меркурия всего 0,387 а.е., а до Юпитера – 5,203 а.е. Даже до самой удалённой планеты – Плутона – всего 39,518 а.е.
До Луны расстояние определено с точностью до километра. Это удалось сделать, поместив на его поверхность уголковые отражатели, и применив метод лазерной локации. Среднее значение расстояния до Луны получилось 384 403 км. Но Солнечная система простирается гораздо дальше орбиты последней планеты. До границы системы целых 150 000 а. е. Даже эти единицы начинают выражаться в грандиозных величинах. Тут уместны другие эталоны измерений, потому что расстояния в космосе и размеры нашей Вселенной – за границами разумных представлений.
Средний космос
Быстрее света в природе ничего не бывает (пока не известны такие источники), поэтому именно его скорость была взята за основу. Для объектов, ближайших к нашей планетной системе, и для удалённых от неё, принят за единицу путь, пробегаемый светом за один год. До границы Солнечной системы свет летит около двух лет, а до ближайшей звезды в Центавре 4,25 св. года. Всем известная Полярная звезда расположилась от нас на удалении в 460 св. лет.
Каждому из нас мечталось отправиться в прошлое или будущее. Путешествие в прошлое вполне возможно. Нужно лишь взглянуть в ночное звёздное небо – это и есть прошлое, далёкое и бесконечно далёкое.
Наша галактика имеет размер в поперечнике 100 000 св. лет, а толщину около 1 000 св. лет. Представить такие расстояния невероятно трудно, а оценить их практически невозможно. Наша Земля, вместе со своим светилом и другими объектами Солнечной системы, обращается вокруг центра галактики, за 225 млн. лет, и делает один оборот за 150 000 св. лет.
Дальний космос
Расстояния в космосе до далёких объектов измеряют, используя метод параллакса (смещения). Из него вытекла ещё одна единица измерения – парсек Парсек (пк) — от параллактической секундыЭто та дистанция, с которой радиус земной орбиты наблюдается под углом в 1″. . Величина одного парсека составила 3,26 св. года или 206 265 а. е. Соответственно, есть и тысячи парсек (Кпк), и миллионы (Мпк). А самые дальние объекты во Вселенной будут выражаться в расстояниях миллиард парсек (Гпк). Параллактическим способом можно пользоваться для определения расстояний до объектов, удалённых не далее 100 пк, большие расстояния будут иметь очень значительные погрешности измерений. Для исследования далёких космических тел применяется фотометрический метод . В основе этого метода находятся свойства цефеид – переменных звёзд.
Также для определения расстояний по яркости используют сверхновые звёзды, туманности или очень большие звёзды классов сверхгигантов и гигантов. Посредством этого способа реально вычислять космические расстояния до объектов, расположенных не далее 1000 Мпк. Например, до ближайших к Млечному Пути галактик – Большого и Малого Магеллановых Облаков, получается соответственно 46 и 55 Кпк. А ближайшая галактика Туманность Андромеды окажется на удалении 660 Кпк. Группа галактик в созвездии Большая Медведица отстоит от нас на 2,64 Мпк. А размер видимой вселенной 46 миллиардов световых лет, или 14 Гпк!
Измерения из космоса
Для повышения точности измерений в 1989 году стартовал спутник «Гиппарх». Задачей спутника было определение параллаксов более 100 тысяч звёзд с миллисекундной точностью. В результате наблюдений, были вычислены расстояния для 118 218 звёзд. В их число вошли больше 200 цефеид. Для некоторых объектов изменились ранее известные параметры. Например, рассеянное звёздное скопление Плеяды приблизилось – вместо 135 пк прежнего расстояния получилось всего 118 пк.
Источник
Почему в космосе холодно, если Солнце горячее?
Порой я часто слышу интересные вопросы, например: почему в космосе холодно, если там так много горячих звёзд? Почему на ночной стороне Меркурия температура может достигать – 190 С, хотя он так близко расположен к Солнцу, ведь на дневной стороне этой планеты может быть + 430 С ?
Все тела Солнечной системы получают тепло и свет от единого источника – Солнца. Тепло от любой звезды распространяется в космос в виде излучения – инфракрасной волны энергии, которая перемещается от раскалённых объектов к холодным. Волны излучения пробуждают молекулы и заставляют их нагреваться – так и распространяется тепло от звезды к другим телам. Но есть один момент: излучение нагревает только те молекулы, которые находятся у него на пути. Именно поэтому на дневной стороне Меркурия очень жарко, до + 430 С, а на ночной – жуткий холод.
На Венере жарче, чем на Меркурии, несмотря на то, что она дальше от Солнца. Температура на второй планете Солнечной системы достигает + 460 С, причём, неважно, на полюсах ли вы будете её измерять или на экваторе, в тени или на светлой стороне: всё дело в атмосфере, состоящей на примерно на 98 % из углекислого газа, и в вызванном им мощном парниковом эффекте.
Тепло распространяется тремя способами: проводимость (например, когда вы положили холодные руки на тёплую батарею, тепло передаётся при непосредственном контакте), конвекция (когда вы греетесь, сидя у батареи, не касаясь её, – это явление переноса энергии самими струями жидкости или газа – в данном случае вы получаете тепло от движущихся горячих потоков воздуха) и излучение . Когда лучи звёзд нагревают молекулы в земной атмосфере, то те передают энергию другим молекулам, расположенным ниже. Так возникает цепная реакция, которая нагревает те области, что остались за пределами солнечного луча.
В космосе же негде возникать этой цепной реакции, так как вакуум – это слишком разреженное пространство, в котором атомы находятся очень далеко друг от друга, поэтому они не могут постоянно сталкиваться и обмениваться теплом. Получается, что проводимость не подходит.
Конвекция может работать лишь там, где может возникнуть сила тяжести, ведь потоки теплого воздуха более легкие и поднимаются вверх, а холодные – более плотные и тяжёлые — опускаются ниже. В невесомости конвекция попросту не может существовать, поэтому она тоже не подойдёт.
А что насчёт излучения? Получается, что оно остаётся единственной возможностью! Когда солнечное тепло в форме излучения падает на объект, атомы, составляющие этот объект, начинают поглощать энергию. Эта энергия заставляет атомы двигаться и производить тепло в процессе своего движения. Однако с этим явлением происходит нечто интересное. Поскольку нет возможности проводить тепло, температура объектов в пространстве будет оставаться неизменной в течение длительного времени. Горячие предметы остаются горячими, а холодные остаются холодными. Но когда солнечные лучи попадают в земную атмосферу, появляется много материи для возбуждения. Следовательно, мы чувствуем излучение солнца как тепло, и нам кажется, что тёплые солнечные лучи нас согревают, только вот на самом деле это не тёплые лучи, а прогретый воздух, попавший под излучение. В космосе исходит излучение от звёзд, но нет молекул и атомов, способных его поглотить. Даже когда скалистая поверхность объекта нагревается выше 100°C излучением Солнца, пространство вокруг нее не будет поглощать никакой температуры по той же причине. Когда нет материи, передача температуры не происходит.
Таким образом, температуру звезды можно почувствовать только в случае, если есть материя, способная её поглотить. Поскольку в открытом космосе пространство практически пустое (в вакууме атомы вещества находятся слишком далеко друг от друга, чтобы «дотянуться» до своих соседей и передать им энергию), в космосе царит холод.
На дневной стороне на Меркурии мы бы поджарились, так как там будет действовать теплообмен: представьте, если вас бросят на раскалённую сковородку – эффект будет примерно таким же. На Земле мы мёрзнем в холодной воде, или на улице зимой в мороз, потому что воздух и вода являются теплообменниками, которые всё время взаимодействуют с живыми телами, отбирая у них тепло. Тепловое излучение человека невелико, поэтому, окажись он в открытом космосе вдали от звёзд без скафандра, он не превратится моментально в сосульку – да, переохлаждение наступит, но далеко не сразу, так как нет внешнего источника тепла – звезды, горячей поверхности или атмосферы. А вот если подлететь в окрестности Меркурия и даже ближе, то солнечные лучи встретят на своём пути материю — в данном случае нас, и заставят атомы нашего тела двигаться — отсюда получится и перегрев.
Кстати, на Луне перепады температур экстремальные: на солнечной стороне температура поднимается до + 127 С, а на теневой может опускаться до – 170 С. Почему же на Земле нет такого эффекта? Благодаря нашей атмосфере инфракрасные волны от Солнца отражаются, и те, которые входят в атмосферу Земли, равномерно распределены. Вот почему мы чувствуем постепенное изменение температуры, а не крайнюю жару или холод.
Источник
В чём измеряются далёкие расстояния в космосе?
Расстояния в космосе настолько огромны, что нам очень трудно понять: а насколько это далеко? Например, мы можем представить легко расстояния до соседних населённых пунктов, гораздо труднее нам вообразить расстояние до другой страны, а мысленно проложить путь на иной континент, пожалуй, под силу лишь путешественникам. А теперь попробуйте представить путь, к примеру, на край Солнечной системы! В километрах их уже не запишешь (ибо получаются слишком громоздкие цифры), и у астрономов есть для этого особые единицы измерения – астрономическая единица, парсек, световой год. В этой статье мне бы и хотелось рассказать о них!
Километр
Если учёным необходимо описать расстояние между относительно близкими объектами, например, между соседними планетами и их спутниками, то удобнее это сделать в километрах. Например, расстояние от Солнца до Меркурия – 58 млн км, от Земли до Луны 380 000 км, ближайшее от Земли до Марса – 55, 76 млн км.
Астрономическая единица
В масштабах Солнечной системы ещё актуальны привычные нам километры и метры, но всё же они довольно неудобны. Чтобы не писать слишком длинные цифры, учёные часто используют астрономические единицы. Одна астрономическая единица (сокращённо а. е.) соответствует среднему расстоянию от Солнца до Земли – 150 миллионов км. Ну а если вам хочется узнать наиболее конкретное число, то астрономическая единица считается равной в точности 149 597 870 700 метрам. Например, если мы будем описывать расстояние от Земли до Сатурна в км, то кратчайший путь составит 1195 млн км, или 8 астрономических единиц. Среднее расстояние от Земли до Нептуна = 4, 35 млрд км, или 29 а. е. Как видим, проще записывать в а. е.
Чтобы хотя бы немного представить, насколько это далеко, то скажем, что одну а. е. пешеход со скоростью 5 км/ч преодолел бы за 3424 года! Если ехать на машине со скоростью в 100 км/ч, то на этот же путь у вас бы ушли долгих 170 лет.
Астрономическая единица в пределах «домашних» масштабов – величина, конечно же, большая. Но всё-таки за пределами Солнечной системы она будет всего лишь крохотным отрезком на очень длинной «линейке», поэтому переходим к следующей величине – световому году.
Световой год
Это наиболее распространённая единица измерения. Огромные расстояния в космосе измеряются световыми годами. Световой год – это путь, который свет преодолевает за год — 9 триллионов км, ну а кому хочется более громоздкое число, то вот, пожалуйста: 9 460 730 472 581 км.
Парсек
Это ещё одна единица измерения расстояний в космосе, которая довольно часто встречается в разных источниках. Парсек больше светового года примерно в 3 раза. 1 парсек = 3, 2616 светового года, или 1 парсек = 30, 9 трлн км! С их помощью определяют очень большие расстояния, в основном между звёздами, галактиками и их скоплениями, причём, не просто в парсеках, а даже в кило- и мегапарсеках.
Само слово «парсек» образовано от двух слов: «параллакс» и «секунда», поскольку его определяют, как расстояние до объекта, годичный параллакс которого будет равен одной угловой секунде.
Чтобы понять это определение, рассмотрим движение Земли вокруг Солнца. Каждые полгода наша планета оказывается на противоположных по отношению друг к другу точках орбиты. Если смотреть с Земли на достаточно близкую звезду, нам будет казаться, что она колеблется «туда-сюда» на фоне Вселенной.
Тот же эффект возникнет, если поднять вверх большой палец, вытянуть вперёд руку и поочерёдно закрывать один глаз. Попробуйте это сделать прямо сейчас 🙂 Что заметили? Создаётся ощущение, будто вы двигаете рукой – это и есть параллакс – мнимое смещение ближнего объекта относительно дальнего фона (пусть это даже будет стена).
Проследив, как меняются углы от наблюдателя до звезды или до какой-нибудь далёкой галактики, можно вычислить расстояние. Как это сделать? Представьте прямоугольный треугольник, основание которого – это расстояние от Земли до Солнца (напомним, что оно равняется одной а. е.). Катет треугольника – это расстояние до звезды, а угол определяет, насколько с нашей точки зрения будет меняться положение объекта на небе.
Небо делится на 360 градусов. В каждом градусе 60 угловых минут, а в каждой угловой минуте 60 угловых секунд. Получается, что небосвод поделён на 3600 угловых секунд. Так, параллакс ближайшей к нам звезды Проксима Центавра составляет примерно 0, 77 угловой секунды. Именно настолько она смещается за то время, пока наша планета совершает половину оборота вокруг Солнца. С помощью этих данных учёные вычислили, что от Проксимы Центавра нас отделяет расстояние в 1,3 парсека или 4 световых года.
Источник