Закон Хаббла
Одной из важнейших работ Эдвина Хаббла стало наблюдение за туманностью, находящейся в созвездии Андромеда. Изучая её с помощью стодюймового рефлектора, учёный смог классифицировать туманность как некоторую звёздную систему. Это же касается и туманности в созвездие Треугольник, которая также получила статус галактики. Открытие Хаббла расширило объёмы материального мира. Теперь Вселенная стала выглядеть пространством, наполненным галактиками – гигантскими скоплениями звёзд. Рассмотрим открытый им закон — закон Хаббла, один из самых фундаментальных законов современной космологии.
История и суть открытия
Космологический закон, характеризующий расширение Вселенной, известен ныне именно как закон Хаббла. Это главнейший наблюдательный факт в современной космологии. Он помогает в оценке времени расширения Вселенной. Вычисления производятся с учётом коэффициента пропорциональности, называемой постоянной Хаббла. Сам закон получил свой нынешний статус вначале, как результат работ Ж. Леметра, а позже и Э. Хаббла, который для этого использовал свойства цефеид. Эти интересные объекты имеют периодические изменения светимости, что делает возможным определить их удаление достаточно надёжно. При помощи зависимости «период-светимость», он измерил расстояния до некоторых цефеид. Ещё он определил красные смещения их галактик, что позволило вычислить радиальные скорости. Все эти эксперименты были проведены в 1929 году.
Величина коэффициента пропорциональности, которую вывел учёный, составила примерно 500 км/сек на 1 Мпк. Но в наше время параметры коэффициента изменились. Теперь он составляет 67,8 ± 0,77 км/сек на 1 Мпк. Эта нестыковка объясняется тем, что Хаббл не учёл поправки на поглощение, которая в его время ещё не была открыта. Плюс к этому, не были приняты во внимание собственные скорости галактик, вкупе со скоростью, общей для группы галактик. Также следует учитывать, что под расширением Вселенной понимается не простой разлёт галактик в пространстве. Это ещё и динамическое изменение самого пространства.
Постоянная Хаббла
Это составляющая величина закона Хаббла, которая увязывает значения расстояния до объекта, находящегося за пределами нашей галактики, и скорости его удаления. Положения этой постоянной определяют средние значения скоростей галактик. Используя постоянную Хаббла, можно определить, что галактика, расстояние до которой 10 Мпк, удаляется со скоростью 700 км/сек. А галактика, удалённая на 100 Мпк, будет иметь скорость уже в 7000 км/сек. Пока все обнаруженные объекты сверхдальнего космоса вписываются в рамки хаббловского закона.
Выводы из закона
Определив, что туманность Андромеды – галактика, состоящая из отдельных звёзд, Хаббл обратил внимание на смещение в спектральных линиях излучений соседних галактик. Смещение было сдвинуто в красную сторону, и учёный охарактеризовал это, как проявление эффекта Доплера. У него получилось, что галактики, по отношению к Земле, удаляются. Дальнейшие исследования помогли понять, что галактики тем быстрее убегают, чем дальше от нас они находятся. Именно этот факт и определил, что закон Хаббла – центростремительное разбегание Вселенной со скоростями, нарастающими по мере удаления от наблюдателя. Кроме того, что Вселенная расширяется, закон определяет, что она ещё имела своё начало во времени. Для понимания данного постулата, нужно попытаться происходящее расширение визуально запустить обратно. В таком случае можно дойти до начальной точки. В этой точке – маленьком комке протоматерии – и был сосредоточен весь объём нынешней Вселенной.
Закон Хаббла также способен пролить свет и на возраст нашего мира. Если удаление всех галактик происходило изначально с той же скоростью, которая наблюдается и ныне, то время, прошедшее с начала разлёта, и есть само значение возраста. При современном значении постоянной Хаббла (67,8 ± 0,77 км/сек на 1 Мпк), возраст нашей Вселенной оценён в (13,798 ± 0,037) . 10 9 лет.
Значение в астрономии
Эйнштейн оценивал работу Хаббла достаточно высоко, а закон получил быстрое признание в науке. Именно наблюдения Хабблом (совместно с Хьюмасоном) красных смещений сделало вероятным допущение, что Вселенная не является стационарной. Закон, сформулированный великим учёным, фактически стал указанием, что во Вселенной присутствует некая структура, влияющая на разбегание галактик. Она имеет свойство сглаживать неоднородности космического вещества. Поскольку разбегающиеся галактики не замедляются, как это должно было быть вследствие действия их собственного тяготения, то должна существовать какая-то сила, их расталкивающая. И эта сила получила название тёмной энергии, которая имеет около 70% всей массы/энергии видимой Вселенной.
Сейчас расстояния до удалённых галактик и квазаров оцениваются посредством закона Хаббла. Главное, чтобы он действительно оказался верным для всей Вселенной, безграничной в пространстве и во времени. Ведь мы ещё не знаем свойств тёмного вещества, которое вполне может подкорректировать любые представления и законы.
Источник
Закон Хаббла
График из оригинальной работы Хаббла 1929 года
В свое время закон Хаббла сделал переворот в профессиональной астрономии. В начале ХХ века американский астроном Эдвин Хаббл доказал, что наша Вселенная не статична, как казалось ранее, а постоянно расширяется.
Общие сведения
Постоянная Хаббла: данные с различных космических аппаратов
Закон Хаббла – физико-математическая формула, доказывающая, что наша Вселенная постоянно расширяется. Причем расширение космического пространства, в котором находится и наша галактика Млечный путь, характеризуется однородностью и изотропией. То есть, наша Вселенная расширяется одинаково во всех направлениях. Формулировка закона Хаббла доказывает и описывает не только теорию расширение Вселенной, но и главную идею ее происхождения – теорию Большого взрыва.
Наиболее часто в научной литературе закон Хаббла встречается под следующей формулировкой: v=H0*r. В этой формуле v означает скорость галактики, H0 – коэффициент пропорциональности, который связывает расстояние от Земли до космического объекта со скоростью его удаления (этот коэффициент еще называют «Постоянной Хаббла»), r – расстояние до галактики.
В некоторых источниках встречается другая формулировка закона Хаббла: cz=H0*r. Здесь c выступает, как скорость света, а z символизирует собой красное смещение – сдвиг спектральных линий химических элементов в длинноволновую красную сторону спектра по мере их удаления. В физико-теоретической литературе можно обнаружить и другие формулировки данного закона. Однако от разности формулировок суть закона Хаббла не меняется, а его суть заключается в описании того факта, что наша Вселенная непрерывно расширяется во всех направлениях.
Открытие закона
Возраст и будущее Вселенной может быть определено путем измерения постоянной Хаббла
Предпосылкой к открытию закона Хаббла был целый ряд астрономических наблюдений. Так, в 1913 году американский астрофизик Вейл Слайдер обнаружил, что Туманность Андромеды и несколько других огромных космических объектов движутся с большой скоростью, относительно Солнечной системы. Это дало ученому основание предположить, что туманность – это не формирующиеся в нашей галактике планетарные системы, а зарождающиеся звезды, которые находятся за пределами нашей галактики. Дальнейшее наблюдение за туманностями показало, что они не только являются другими галактическими мирами, но и постоянно удаляются от нас. Этот факт дал возможность астрономическому сообществу предположить, что Вселенная постоянно расширяется.
В 1927 году бельгийский ученый-астроном Жорж Леметр экспериментально установил, что галактики во Вселенной удаляются друг от друга в космическом пространстве. В 1929 году американский ученый Эдвин Хаббл при помощи 254-сантиметрового телескопа установил, что Вселенная расширяется и галактики в космическом пространстве удаляются друг от друга. Используя свои наблюдения, Эдвин Хаббл сформулировал математическую формулу, которая по сегодняшний день точно описывает принцип расширения Вселенной, и имеет огромное значение, как для теоретической, так и практической астрономии.
Закон Хаббла: применение и значение для астрономии
Закона Хаббла имеет огромное значение для астрономии. Его широко применяют современные ученые в рамках создания различных научных теорий, а также при наблюдении космических объектов.
Материалы по теме
Горизонт событий
Главное значение закона Хаббла для астрономии заключается в том, что он подтверждает постулат: Вселенная постоянно расширяется. Вместе с этим закон Хаббла служит дополнительным подтверждением теории Большого взрыва, ведь, как считают современные ученые, именно Большой взрыв послужил толчком для расширения «материи» Вселенной.
Закон Хаббла позволил выяснить также, что Вселенная расширяется во всех направлениях одинаково. В какой точке космического пространства не оказался бы наблюдатель, если он посмотрит вокруг себя, он заметит, что все объекты вокруг него одинаково от него удаляются. Наиболее удачно этот факт можно выразить цитатой философа Николая Кузанского, который еще в XV веке сказал: «Любая точка есть центр Безграничной Вселенной».
При помощи закона Хаббла современные астрономы могут с высокой долей вероятности просчитывать положение галактик и скоплений галактик в будущем. Точно так же с его помощью можно вычислить предположительное месторасположение любого объекта в космическом пространстве, спустя определенное количество времени.
Интересные факты
- Величина, обратная постоянной Хаббла, равна примерно 13,78 миллиардам лет. Эта величина указывает на то, сколько времени прошло с момента начала расширения Вселенной, а значит, вполне вероятно указывает и на ее возраст.
- Наиболее часто закон Хаббла используют для определения точных расстояний до объектов в космическом пространстве.
3. Закон Хаббла определяет удаление от нас далеких галактик. Что касается ближайших к нам галактик, то здесь его действие не так ярко выражено. Связано это с тем, что эти галактики помимо скорости, связанной с расширением Вселенной, обладают еще и своей собственной скоростью. В связи с этим они могут, как удаляться от нас, так и приближаться к нам. Но, в общем и целом закон Хаббла актуален для всех космических объектов во Вселенной.
‘ alt=»yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 — Закон Хаббла» title=»Закон Хаббла»>
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Источник
Закон Хаббла
Вы будете перенаправлены на Автор24
Сущность закона Хаббла
Закон Хаббла – это понятие означает физико–математическую формулу, которая доказывает, что Вселенная, в которой мы живем, расширяется постоянно.
Космическое пространство, в котором мы находимся, в том числе и наша галактика Млечный путь характеризуется однородным расширением и изотропией.
Таким образом, во Вселенной происходит постоянный процесс расширения одинаковый во всех направлениях.
Согласно закону Хаббла устанавливается зависимость между расстоянием до некой галактики $D$ и лучевой скоростью этой галактики $Vr$. При этом лучевая скорость определяется при помощи эффекта Доплера. В итоге получаем:
$D = Vr / H$, где $H$ — постоянная Хаббла.
Отметим, что постоянная Хаббла равна приближенному значению примерно 60-80 км/с/Мпк.
Помощь со студенческой работой на тему
Закон Хаббла
Лучевая скорость – так именуют скорость, с которой изменяется расстояние между определенным объектом и наблюдателем.
В свою очередь метод определения лучевой скорости различных небесных тел основан на применении так называемого эффекта Доплера. То есть лучевая скорость определяется по характеру смещений линий (излучения или поглощения) в спектре нужного источника. Также лучевую скорость, возможно, определить при помощи анализа изменений частоты отраженного сигнала при применении радиолокации.
Закон Хаббла был выведен американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году. Разработанный им закон является отражением происходящего расширения Вселенной, в которой мы находимся.
Исследователи, используя закон Хаббла, могут вычислить расстояние до галактик или систем галактик при помощи измерения красного смещения или лучевой скорости.
В тоже время отмечается, что если расстояние до галактик относительно невелико и равняется нескольким Мпк, то в результате закон Хаббла способен дать лишь очень приблизительную, грубую оценку, или же может вообще не исполняться. В таком случае измерение расстояния до галактик осуществляют при помощи иных методов.
Порою закон Хаббла называют «законом расширения Вселенной», но это не значит, что в соответствии с данным законом происходит расширение всех без какого-либо исключения предметов или же космических систем.
Наоборот, следует сказать, что небесные тела (такие как звезды, планеты и т.п.), связанные между собою гравитационными силами или же системы таких небесных тел (Солнечная система, Галактика или скопление галактик) не расширяются согласно закону, созданному Хабблом.
Это связано со следующими моментами. Дело в том, что в процессе расширения, галактики и их скопления из-за взаимного притяжения постепенно способствуют уменьшению скорости удаления друг от друга. В результате увеличение расстояния между галактиками и их скоплениями и уменьшение скорости разлета галактик ведет к изменению со временем значения постоянной Хаббла.
А это означает, что постоянную Хаббла нельзя считать некой мировой неизменной константой. Примером таких мировых констант служит в частности постоянная тяготения, а также заряд и масса электрона.
В итоге постоянную Хаббла, вычисленную в наше время, отмечают индексом «ноль» у величины $H_0$.
Закон Хаббла универсален. Эта универсальность определяется тем, что закон будет одинаково верен и справедлив для любого наблюдателя в какой бы он галактике не находился и проводящего измерения в том или ином направлении. Таким образом закон Хаббла показывает, что наша Вселенная расширяется однородно и изотропно.
В научной литературе наиболее часто закон Хаббла можно встретить в такой формулировке:
Рисунок 1. Закон Хаббла. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В данной формуле $v$ обозначает скорость галактики, $H_0$ является коэффициентом пропорциональности или же постоянной Хаббла, о которой мы уже упоминали. Отметим также, что эта постоянная помогает связать расстояние от Земли до астрономического объекта со скоростью удаления его. $r$– здесь это обозначение расстояния до той или иной галактики.
В иных работах можно также встретить и иную формулировку закона Хаббла:
Открытие закона и его значение
К открытию закона Хаббла были ряд предпосылок в развитии научной мысли начала ХХ века, в частности были проведены ряд астрономических исследований. Следует сказать, что в начале прошлого века официально считалась, что существует одна огромная галактика – Млечный путь, а все остальные видимые объекты являются её частью.
Так, одной из предпосылок разработке Эдвином Хабблом закона послужили следующие обстоятельства.
В 1913 году другой американский астрофизик Вейл Слайдер пришел к выводу, что туманность Андромеды и некоторые иные огромные космические области перемещаются относительно нашей Солнечной системы с большой скоростью.
В результате специалист пришел к предположению, что туманности, являются не звездными системами, которые формируются в нашей галактике, а образованиями звезд, которые зарождаются за границами нашей галактики.
В дальнейшем исследования показали, что туманности являются иными галактическими мирами, которые постоянно удаляются от нашей галактики. Такой факт сделал возможным предположение о том, что Вселенная расширяется постоянно.
В 1927 году Жорж Леметр ученый — астроном из Бельгии доказал при помощи экспериментов, что галактики в наблюдаемой Вселенной удаляются друг от друга.
В 1920 году уже американский астроном Эдвин Хаббл на основе астрономических наблюдений пришел к выводу, что Вселенная, в которой мы все живем, расширяется, и галактики взаимно удаляются в космическом гигантском пространстве. И уже на основе своих наблюдений Эдвин Хаббл и сформулировал свой знаменитый закон и вывел его формулу.
Закон Хаббла имеет очень большое значение для астрономии как в практической, так и в теоретической её части. Важность его состоит в том, что с помощью него подтверждается постулат о том, что Вселенная неуклонно и беспрерывно расширяется.
Также закон Хаббла является ещё одним подтверждением теории Большого взрыва, который по мнению современных исследователей и стал тем отправным толчком, что привел к возникновению и расширению нашей Вселенной.
Источник