Скорость света конечна. И мы всегда видим прошлое
Как Вы наверное знаете, скорость света составляет 300 000 километров в секунду. Это в вакууме. В других средах он движется медленнее. Например через алмаз он движется в два с половиной раза медленнее. Так что свету, отраженному от всего, что нас окружает, требуется время, чтобы достичь наших глаз. Например для того, чтобы вы увидели этот текст, свету нужно преодолеть около 50 сантиметров. Это занимает 1,6 наносекунды. Или около одной миллиардной доли секунды. Таким образом, можно сказать, что это происходит почти мгновенно.
В нашей повседневной жизни все вокруг нас движется в таком вот наносекундном масштабе. Знаки на улицах, люди, которых мы видим, машины, которые мы видим в начале улицы… Во всех этих случаях нам нужен свет, чтобы мы могли видеть все это глазами. Таким образом, всегда существует небольшая задержка между реальным положением объекта и тем, что мы наблюдаем.
Например, свет от самолета, летящего на высоте 10 километров, путешествует до нас около 30 микросекунд. Международная космическая станция, высота орбиты которой около 400 км. находится не совсем там, где мы ее можем увидеть ночью.
Чем дальше, тем дольше
За пределами Земли есть планеты Солнечной системы. Из них Венера является ближайшей к нам. Свет от нее в среднем преодолевает около 42 миллионов километров. На этом расстоянии свет Венеры летит к нам 2 минуты и 20 секунд. Это время, необходимое для разогрева тарелки с едой в микроволновой печи. Марс, безусловно, один из самых интересных случаев. Но, как Вы уже поняли, эта тема ясна. Чем дальше объект, который мы видим, тем больше времени нужно свету, чтобы добраться до нас. Когда Вы видите Луну в небе, Вы на самом деле видите ее такой, какой она была чуть более секунды назад.
По причине задержки сигналов мы программируем свои автоматические зонды, которые отправляем в космос, заранее определенными алгоритмами посадки. Потому что это невозможно сделать в реальном времени.
Солнце всегда в прошлом
Как вы уже догадались, когда мы видим свет Солнца, на самом деле мы видим его в прошлом. Через 8 минут 18 секунд после того, как он покинул наше светило.
Это имеет положительное и отрицательное значение. Это как посмотреть. Если Солнце вдруг перестанет светить, еще целых 8 минут об этом никто не узнаете. Что же здесь хорошего, спросите Вы? Положительным моментом является то, что у нас будет еще 8 минут счастливого неведения, прежде чем мы поймем, что что-то произошло. Что-то в этом есть, правда?
Галактические расстояния
Самая близкая галактика к Млечному Пути (не считая спутниковых галактик) — Андромеда. Расстояние до нее 2,5 миллиона световых лет. Таким образом свет, который мы видим сегодня (кстати, это самый дальний объект, который мы можем увидеть невооруженным глазом), родился в звездах тогда, когда наши предки начали использовать первые простые инструменты.
Но мы можем пойти еще дальше. Галактика Мессье 100 находится на расстоянии около 55 миллионов световых лет от нас. Поэтому ее свет родился через 10 миллионов лет после исчезновения динозавров. Самая дальняя галактика, которую мы наблюдали во Вселенной, — это GN-z11. Она расположена в созвездии Большой Медведицы. Ее свет появился через 400 миллионов лет после Большого взрыва (13,4 миллиарда лет назад).
Из-за расширения Вселенной она находится на расстоянии 32 000 миллионов световых лет от Земли. Свет, который мы получили от этой галактики, улетел оттуда задолго до того, как появилась наша планета и наша Солнечная система. Тогда не существовало даже Млечного Пути!
Можно ли увидеть наcтоящее?
Поэтому, из-за того что свет имеет конечную скорость, мы можем видеть вещи только такими, какими они были в прошлом. Вы можете задаться вопросом — а есть ли способ увидеть что-то в настоящем, не дожидаясь, пока свет достигнет нас? Ответ — да … Просто нужно стать самим светом. Потому что если у вас есть масса, пусть маленькая, Вы никогда не достигнете 100% скорости света.
С точки зрения фотона, движущегося со скоростью света, расстояние и время не существуют вообще. Для него все происходит мгновенно. И поэтому он может путешествовать куда угодно, в любое время года, за ноль секунд. По сути, вся Вселенная для фотона является точкой. Конечно, это звучит довольно странно, но теория относительности позволяет такие штуки. Потому что объект, который движется со скоростью света, испытывает бесконечное расширение времени и бесконечное сжатие пространства.
Источник
Галактики и Вселенная
» Вопросы и ответы » Галактики и Вселенная
Как при наблюдении отличить комету без хвоста от обычной туманности?
Комета перемещается относительно звезд. Это перемещение можно заметить за несколько часов или даже за несколько десятков минут.
Каких звезд больше всего в галактиках?
Звезд с малыми массами существенно больше, чем звезд с большими массами. Основная часть звезд с малыми массами — это красные карлики.
Почему старые звезды спиральных галактик образовывают сферическую подсистему, а молодые — тонкий вращающийся диск?
Самые старые звезды в таких галактиках занимают область пространства примерно такую же, какое занимало протогалактическое облако, из которого они сформировались. Оставшемуся газу сжаться в галактической плоскости мешали центробежные силы, отбрасывая его от центра. В результате в плоскости вращения спиральных галактик возник тонкий вращающийся газовый диск, в котором и образуются самые молодые звездные объекты галактики.
Какое самое древнее космическое тело попадало в руки человека?
Возраст одного из образцов лунной породы, привезенного на Землю экспедицией «Аполлон-15», оценен в 4 млрд 150 млн лет.
Какие галактики видны невооруженным глазом?
Одна из таких галактик — это наша галактика Млечный Путь. Мы рассматриваем ее изнутри, поэтому она представляется в виде светлой полосы на ночном небе. Следующая галактика — это знаменитая туманность Андромеды. Она видна невооруженным глазом в виде светящегося пятнышка. Кроме этих галактик на южном небе хорошо видны спутники нашей галактики — Большое и Малое Магеллановы Облака.
Почему в веществе самых старых звезд галактики очень мало тяжелых элементов, а в веществе самых молодых, наоборот, повышенное их содержание?
Самые старые звезды образовались из бедного тяжелыми элементами протогалактического газового облака. Массивные звезды, быстро эволюционируя, взрывались и обогащали газ протогалактики образовавшимися в них тяжелыми элементами. Поздние поколения звезд образовались из веществ с большим содержанием металлов.
Какие космические объекты напоминают гигантские атомные ядра? Могут ли они состоять из протонов?
Нейтронные звезды в основном состоят из плотно упакованных нейтронов. В таком состоянии нейтронную звезду можно рассматривать как гигантское атомное ядро. Космическое тело не может состоять из одних протонов, так как между ними возникнут гигантские силы отталкивания и тело разрушится.
Каким образом на звездах может возникнуть сильное рентгеновское излучение?
В двойной звездной системе одним из компонентов может быть нейтронная звезда. Вещество, засасываемое этой звездой, в ее окрестностях разгоняется до очень высоких скоростей. При соударении вещества с поверхностью выделяется энергия в виде рентгеновского излучения. Такое излучение может возникнуть и при столкновении между собой падающих на черную дыру частиц.
Какие космические тела не могут быть разделены, в то время как их слияние возможно?
Такими свойствами обладают только черные дыры.
Где в космосе образовались химические элементы, из которых состоит тело человека?
Человеческое тело на 65% состоит из кислорода, на 18% из углерода, а также азота, магния, фосфора и многих других элементов. Всего в живых организмах установлено 70 химических элементов. Все элементы, более тяжелые, чем водород и гелий, включая железо, синтезировались при термоядерных реакциях в недрах звезд. Химические элементы, более тяжелые, чем железо, образовались во время вспышек сверхновых звезд.
Как доказать, что Солнце расположено и всегда находилось близко к галактической плоскости?
Свидетельством того, что Солнце находится близко к середине галактического диска, является то, что середина Млечного Пути почти совпадает с большим кругом небесной сферы. Вектор скорости Солнца относительно центра галактики тоже лежит в галактической плоскости. Это указывает на то, что Солнце всегда двигалось в этой плоскости.
Влияет ли расширение Вселенной на расстояние Земли:
2) до центра Млечного Пути;
3) до галактики М 31 в созвездии Андромеды;
4) до центра местного сверхскопления галактик?
В космологическом расширении не участвуют гравитационно связанные системы (Солнечная система, галактика, скопления галактик). Поэтому в первых трех случаях космологическое расширение не влияет на расстояния между Землей и указанными объектами, а в последнем, четвертом, — влияет.
Можно ли увидеть прошлое Вселенной?
Это может сделать любой человек, наблюдая звездное небо. Чем дальше от нас расположены звезды или галактики, тем дольше от них идет свет и в тем более далекое прошлое можно заглянуть. Например, самую близкую к нам звездную группу альфу Центавра мы видим такой, какой она была 4,3 года назад. А туманность Андромеды имеет вид, какой был у нее 2,5 млн лет назад.
Почему в различных космических объектах почти одинаковое относительное содержание гелия, но разное содержание более тяжелых элементов?
Содержание гелия в космических телах одинаково (20,8%), так как определяется термоядерным синтезом в первые минуты Большого взрыва. Образование тяжелых элементов происходило в результате синтеза в ходе эволюции конкретных звезд, поэтому содержание их различно в разных космических телах.
Конечна или бесконечна звездная Вселенная?
Граница наблюдаемой звездной Вселенной находится от Земли на расстоянии порядка 13,4 млрд световых лет. Такое расстояние пройдет свет за время с момента образования первых звезд. На более далеких от нас расстояниях звезд пока не обнаружено.
Первым черным человеком, полетевшим в космос был Гуйон Блуфо Младший, входивший в состав экипажа третьего полета «Чэллинджера» (30 августа 1983 года).
Источник
Венди Фридман: Увидеть зарождение Вселенной в новый телескоп
С чего началась наша Вселенная? Международная группа астрономов хочет ответить на этот вопрос, заглянув в прошлое с помощью огромного нового телескопа. Венди Фридман возглавила разработку Гигантского Магелланова телескопа, строящегося в Южной Америке. На TEDGlobal в Рио она делится радужной перспективой открытий, которые будут возможны с ГМТ
Венди Фридман Будущее
Когда мне было 14 лет, мне очень нравилась физика, она меня поражала, и мне хотелось все о ней узнать. У нас в школе был учитель физики, который начинал урок с фразы: «Девочки могут и не слушать».
Воодушевляет, не правда ли? Я и впрямь не слушала, но только эту фразу.
Давайте перенесемся в Анды в Чили, 500 километров или 300 миль на северо-восток от Сантьяго. Уединенное, очень засушливое и очень красивое место. Там почти ничего нет. Разве что кондоры и тарантулы. А ночью, когда гаснет свет, мы видим самое темное небо на Земле. Эти горы — волшебное место. Чудесное сочетание удаленной от всего горной вершины и невероятно сложных технологий.
На протяжении всей истории наши предки всматривались в звездное небо и размышляли о природе нашего существования. И наше поколение не исключение. Единственная трудность теперь то, что ночное небо трудно увидеть из-за света городских огней. Поэтому астрономы перебираются на далекие горные вершины, чтобы наблюдать и изучать Вселенную. Телескоп — это окно во Вселенную.
Можно без преувеличения сказать, что Южное полушарие – это будущее астрономии XXI века. Уже сейчас массив телескопов расположен в Андах в Чили, и скоро к ним будут добавлены телескопы с абсолютно новыми возможностями. Две международные группы ученых будут конструировать гигантские телескопы, чувствительные к световому излучению, как и наши глаза. Будет построен обзорный телескоп, предназначенный для съемки доступной области неба каждые три ночи. Будет создан радиотелескоп для приема собственного радиоизлучения небесных объектов. Будут построены космические телескопы. Например, преемник космического телескопа «Хаббл» под названием телескоп имени Джеймса Уэбба, который запустят в 2018 году. Будет создан спутник TESS для обнаружения ранее неизвестных транзитных экзопланет около ярких звезд.
Последние десять лет я возглавляю группу ученых, точнее ассоциацию, международную группу, задача которой построить самый большой оптический телескоп в мире. Он называется Гигантский Магелланов телескоп или ГМТ. В телескопе будет установлена система из семи первичных зеркал диаметром 8,4 м каждое. То есть почти 27 футов. Одно зеркало превосходит размеры сцены и тянется примерно до 4-го ряда. Каждое из семи зеркал телескопа будет около 8 метров в диаметре. Вместе семь зеркал будут 24 метра в диаметре. То есть практически совпадут по размеру со всем этим залом. По высоте телескоп будет 43 метра. Раз мы сейчас в Рио, многие из вас видели огромную статую Христа. Ее высота соотносима с высотой телескопа. На самом деле, статуя будет даже ниже телескопа. По высоте он сравним и со статуей Свободы. Он будет храниться в корпусе высотой в 22 этажа или 60 метров. Для защиты телескопа был сделан необычный корпус. Его окна открыты к небу, его можно направлять на конкретное место на небе, он также может вращаться, представьте, 2000-тонная вращающаяся постройка.
Гигантский Магелланов телескоп будет иметь разрешающую способность в 10 раз выше, чем у телескопа «Хаббл». Его чувствительность превосходит человеческий глаз в 20 млн раз. Впервые нам, может быть, удастся найти жизнь на планетах вне Солнечной системы. То есть мы сможем взглянуть на первый свет во Вселенной, буквально на ее зарождение. Рассвет Вселенной. Благодаря телескопу мы сможем увидеть прошлое, увидеть галактики такими, какими они были, когда зарождались, первые черные дыры во Вселенной, первые галактики.
На протяжении тысячи лет, что мы изучаем космос, мы пытались отыскать свое место во Вселенной. Древние греки сказали, что Земля — это центр Вселенной. 500 лет спустя Коперник вместо Земли поставил Солнце в ее сердце. В течение многих веков мы узнавали новое, начиная с Галилео Галилея, итальянского физика, который первым взглянул на небо через двухдюймовый телескоп. Каждый раз с появлением большего телескопа мы узнавали все больше о Вселенной и совершали новые открытия. В XX веке мы узнали, что Вселенная расширяется, что центр этого расширения вовсе не Солнечная система. Сегодня нам известно, что Вселенная состоит из ста миллиардов галактик, которые нам видны, и внутри каждой из этих галактик находятся более ста миллиардов звезд.
Вы смотрите на самый глубокий снимок космоса в истории. Его сделали с помощью космического телескопа «Хаббл», направив его на участок неба, который казался пустым до запуска «Хаббла». Представьте, насколько мал этот участок, ведь это всего одна пятая размера полной Луны, представьте полную Луну. И на одном этом снимке видны 10 тысяч галактик. Нечеткость снимка и малый размер объясняются тем, что галактики находятся очень далеко, на очень большом расстоянии. В каждой из галактик есть несколько миллиардов или сотен миллиардов звезд. Телескоп — это практически машина времени. Чем глубже в космос мы смотрим, тем дальше во времени мы движемся. Телескоп — как световой ковш, он буквально собирает свет. Чем больше ковш, чем больше в нем зеркал, тем больше света в нем собирается, тем дальше во времени мы продвигаемся.
За прошлый век мы узнали, что во Вселенной есть необычные объекты: черные дыры. Мы узнали, что существует темная материя и темная энергия, которые нам не видны. Вы как раз смотрите на снимок темной материи.
Догадались? Обычно не все понимают.
Темную материю можно обнаружить, хоть она и не видна, благодаря гравитационному эффекту. Сегодня на небе можно увидеть бездну галактик в расширяющейся Вселенной.
Моя работа — измерять, как Вселенная расширяется. В одном из проектов, который я провела в 1990-х годах, с помощью телескопа «Хаббл» измерялась скорость расширения Вселенной. Мы можем отследить историю последних 14 млрд лет. Нам стало известно, что у каждой звезды есть история: они рождаются, достигают зрелости, некоторые из них даже погибают. Из остатков погибших звезд образуются новые звезды, которые мы видим, и вокруг большинства из них вращаются планеты.
Неожиданным открытием последних 20 лет стало вращение планет вокруг звезд, так называемых экзопланет. До 1995 года мы не подозревали о существовании других планет кроме тех, что вращаются вокруг Cолнца. На сегодня известны почти 2 000 планет у других звезд, мы можем их увидеть и измерить их массу. Из них 500 — это планетные системы. Известно также 4 000 — и число это будет расти, — кандидатов на звание планет. Существует невероятное множество видов экзопланет. Одни, так же как Юпитер, с очень высокой температурой поверхности, другие холодные, третьи покрыты океаном воды, есть и скальные экзопланеты вроде Земли, так называемые сверхземли, и даже планеты, которые предположительно состоят из алмазов.
Мы знаем, что существует хотя бы одна планета, на которой есть жизнь — Земля. Мы даже обнаружили планеты, двигающиеся по орбите сразу двух звезд. Это больше не научная фантастика, а реальность. Повсюду на нашей планете есть жизнь настолько развитая, что мы задаемся вопросами о нашем происхождении. Учитывая все наши открытия, ошеломляющее число фактов показывает, что, возможно, есть еще миллионы, возможно, сотни миллионов других планет, находящихся достаточно близко, точнее, на достаточном расстоянии от звезд, вокруг которых они вращаются, чтобы обеспечить наличие воды и существование жизни. Мы с восхищением смотрим на эту удивительную возможность. Поразительно, что в течение следующего десятилетия ГМТ, возможно, сможет определить характеристики атмосферы этих планет и выявить, возможна ли на них жизнь.
Итак, что же такое проект ГМТ? Это международный проект, включающий Австралию, Южную Корею, и, будучи в Рио, мне приятно отметить, что наш самый новый партнер — это Бразилия. Он также задействует научные институты в Соединенных Штатах, в том числе Гарвардский университет, Смитсоновский институт и Институт Карнеги, университеты Аризоны, Чикаго, Техасский университет в Остине и A&M. Он также включает Чили.
Создание зеркал для нового телескопа — уникальный процесс уже сам по себе. Куски стекла плавятся во вращающейся печи. Это происходит под футбольным стадионом Университета Аризоны. Лаборатория спрятана под 52 тысячами сидений. Никто даже не подозревает. По существу это вращающийся котел. Зеркала отливаются и они очень медленно остывают, затем их полируют до совершенной точности. Чтобы представить, насколько точные эти зеркала: на всей поверхности в 8 метров неровностей на зеркале меньше, чем одна миллионная дюйма. Трудно представить? Ай! Неровность в 5 тысяч раз меньше моего волоса на всех 8 метрах. Выдающееся достижение. Именно это даст нам нужную точность.
Но что она для нас значит? ГМТ, чтобы вы могли представить, если бы я держала монетку, которая у меня как раз есть, и посмотрела бы на одну из ее сторон, то отсюда я бы увидела надпись и изображение на монете. Думаю, что даже люди в первом ряду не смогут этого разглядеть. Но если бы мы развернули Гигантский Магелланов телескоп, со всем его диаметром в 24 метра, размером с этот зал, и направили бы его на 321 километр вдаль, если бы я стояла в Сан-Пауло, мы бы увидели изображение на монете. Вот какое невероятное разрешение и мощность у этого телескопа. И если бы космонавт отправился на Луну, на 420 тысяч километров отсюда, и зажег бы свечу, всего одну свечу, мы бы легко ее обнаружили с помощью ГМТ. Удивительно, правда?
Вот фотография звездного скопления в ближайшей галактике. «Ближайшей» — астрономический термин, и он относительный. Она находится в десятках миллионов световых лет от нас. Вот так он выглядит сейчас. Всмотритесь в четыре яркие точки, и давайте сравним его с изображением, сделанным телескопом «Хаббл». Вы видите, как бледные очертания звезд начинают прорисовываться. Наконец, вот что покажет ГМТ. Взгляните, насколько лучше этот снимок. Всмотритесь в яркие точки еще раз. Вот что мы видим с помощью одного из мощнейших телескопов на Земле, а вот что мы увидим с помощью ГМТ. Невероятная четкость.
Как же продвигается работа? Мы выровняли площадку на вершине горы в Чили. С этим разобрались. Протестировали и отполировали первое зеркало. Отлили второе и третье. И готовимся отлить четвертое зеркало. В этом году было несколько осмотров. Международные группы экспертов проверили нашу работу и сказали: «Вы готовы к строительству». Поэтому мы готовимся строить телескоп с первыми четырьмя зеркалами. Мы планируем быстро запустить его и начать собирать данные, в астрономии это называется «первый свет», в 2021 году. Завершен телескоп будет к середине следующего десятилетия со всеми семью зеркалами.
Мы готовимся взглянуть вглубь Вселенной, на зарю Вселенной. Мы сможем изучить другие планеты до мельчайших деталей.
Но для меня главное в постройке ГМТ — это возможность открыть то, о чем мы еще не знаем, чего пока даже не можем представить, что-то совершенно новое. Я надеюсь, что постройка этого и других телескопов вдохновит молодых девушек и юношей тянуться к звездам.
Большое спасибо. (По-португальски) Спасибо.
Бруно Джуссани: Спасибо, Венди. У меня есть один вопрос. Вы упомянули, что существуют разные лаборатории. Например, Магелланов телескоп, ALMA и другие в Чили и по всему миру, включая Гавайи. Какая связь между ними: сотрудничество или борьба за финансирование? Мне известно, что идет борьба за финансирование, но что насчет науки?
Венди Фридман: В плане науки они дополняют друг друга. Телескопы в космосе и на земле, телескопы с разной длиной волн, одинаковые телескопы, использующие разные приборы, — все они отвечают за разные области изучения. Когда мы откроем новые планеты, мы сможем протестировать наши наблюдения, провести измерения атмосфер, взглянуть в космос при очень высоком разрешении. Все они дополняют друг друга. Вы точно подметили по поводу финансирования, но с научной точки зрения все они взаимодополняемы.
Источник