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
Помогите пожалуйста решить тест по астрономии. На некоторых вопросах варианта ответа несколько
В некоторых вопросах несколько вариантов ответов
Вопрос 1
Раздел астрономии, изучающий свойства, строение и эволюцию Вселенной в целом?
Вопрос 2
Вселенная — это
Варианты ответов:
совокупность наблюдаемых галактик всех типов.
совокупность наблюдаемых скоплений галактик всех типов.
межгалактическая среда.
совокупность наблюдаемых галактик всех типов и их скоплений, а также межгалактической среды.
Вопрос 3
Первая научно обоснованная космологическая модель Вселенной.
Варианты ответов
*Геоцентрическая система мира Аристотеля — Птолемея.
*Геоцентрическая система мира Коперника.
*Космологическая модель древних индийцев, в которой земля покоится на трёх слонах, которые стоят на спине черепахи, плывущей в безграничном космосе.
*Модель горячей Вселенной.
*ΛCDM модель.
Вопрос 4
О чём свидетельствует красное смещение в спектрах галактик?
Варианты ответов
*Вселенная расширяется
*Вселенная стационарна
*Вселенная нестационарна
*Вселенная сжимается
*Вселенная расширяется с ускорением
Вопрос 5
Укажите учёных, заложивших фундамент космологической модели расширяющейся Вселенной.
Варианты ответов
А. Эйнштейн
А. Фридман
Г. Гамов
Ж. Леметр
Э. Хаббл
Вопрос 6
Сравнение смещений спектральных линий в различных частях одной и той же галактики показывает, что эти смещения неодинаковы по величине. Что из этого следует?
Варианты ответов
*Различные части галактики имеют разные скорости.
*Галактика вращается.
*Галактика удаляется от нас с некоторым постоянным ускорением.
*Распределение вещества в галактике является неоднородным.
Вопрос 7
Современная космологическая модель строения Вселенной предполагает, что она на 68,3 % состоит из . на 26,8 % из . оставшиеся 4,9 % занимает . Вставьте пропущенные слова, указав их правильный порядок.
Варианты ответов
тёмная энергия
тёмная материя
барионная материя
Вопрос 8
Как в астрономии называются объекты, светимость которых заранее известна?
Варианты ответов
*Цефеиды
*Стандартные свечи
*Сверхновые звёзды
*Галактика
Вопрос 9
Укажите верные утверждения.
Варианты ответов
*Скорость разбегания галактик пропорциональна их возрасту.
*Скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до наблюдателя.
*Скорость разбегания галактик обратно пропорциональна расстоянию от центра Вселенной.
*При помощи постоянной Хаббла можно оценить массу Вселенной.
*При помощи постоянной Хаббла можно оценить возраст Вселенной.
*При помощи постоянной Хаббла можно оценить радиус Вселенной.
*Наблюдения показывают, что по всем направлениям от нас в космосе расположено примерно одинаковое количество галактик. *Следовательно, наша Галактика является центром Вселенной.
Источник
Закон Хаббла
Из Википедии — свободной энциклопедии
Зако́н Ха́ббла (закон всеобщего разбегания галактик) — космологический закон, описывающий расширение Вселенной. В статьях и научной литературе в зависимости от её специализации и даты публикаций он формулируется по-разному [1] [2] [3] .
v = H 0 r , <\displaystyle v=H_<0>r,> 
Однако в современных работах наблюдателей эта зависимость принимает вид
c z = H 0 r , <\displaystyle cz=H_<0>r,>
где с — скорость света, а z — красное смещение. Также, последнее является стандартным обозначением расстояния во всех современных космологических работах.
Третий вид закона Хаббла можно встретить в теоретических публикациях:
H = a ˙ ( t 1 ) a ( t 1 ) , <\displaystyle H=<\frac <<\dot >(t_<1>)>
Закон Хаббла является одним из основных наблюдаемых фактов в космологии. С его помощью можно примерно оценить время расширения Вселенной (так называемый Хаббловский возраст Вселенной):
t H = r V = 1 H 0 . <\displaystyle t_
Эта величина с точностью до численного множителя порядка единицы соответствует возрасту Вселенной, рассчитываемому по стандартной космологической модели Фридмана.
Источник
trim_c
trim_c trim_c
Сегодня мы полагаем, что такую закономерность объяснить можно единственным образом: это не галактики все дружно летят почему-то именно от нас, это расширяется само пространство, сама Вселенная. Т.е. все галактики, находящиеся достаточно далеко от нас дружно удаляются друг от друга — не потому что они так движутся, движутся они хаотично, просто «растягивается» пространство между ними.
Как бы мы ни интерпретировали наблюдения, измерения и уточнения значения постоянной Хаббла с тех пор становится одной из фундаментальных задач наблюдательной астрономии. И вот последние «вести с полей»
С помощью телескопов Gaia и «Хаббл» астрономы выполнили самые точные измерения скорости расширения Вселенной, сообщается в журнале The Astrophysical Journal . Они определили расстояния между соседними галактиками, наблюдая за цефеидами — пульсирующими переменными звездами, которые традиционно используются астрономами в качестве «стандартных свеч». По новым данным, постоянная Хаббла H0 составляет 73,5 километров в секунду на мегапарсек — то есть расхождение между уже известными значениями оказалось еще больше, чем считалось ранее.
Почти 100 лет назад астрофизик Эдвин Хаббл, наблюдая за далекими галактиками, определил, что они не стоят на месте, а постепенно разбегаются в стороны, причем скорость удаления конкретной галактики прямо пропорциональна расстоянию до нее. Сегодня этот закон называется законом Хаббла, а входящую в него постоянную — постоянной Хаббла. Чуть позже, в конце 20 века, ученые, наблюдавшие за сверхновыми первого типа, выяснили еще одну особенность: оказалось, что Вселенная расширяется не с постоянной скоростью, а с ускорением. Причиной этому может быть темная энергия, которая действует на материю как своеобразная «антигравитация».
С увеличением точности измерений, астрономы столкнулись с проблемой: разные способы определения постоянной Хаббла приводят к разным результатам, противоречащим друг другу. Например, измерение углового разрешения колебаний реликтового излучения, которое выполнила обсерватория «Планк», дало значение H0 = 67,6 ± 0,6 километров в секунду на мегапарсек, а сопоставление расстояния и красного смещения удаленных сверхновых приводит к величине H0 = 73,24 ± 1,74 километров в секунду на мегапарсек. Это расхождение — одна из больших проблем в современной астрофизике.
Группа астрономов под руководством нобелевского лауреата Адама Рисса (Adam Riess), получившего премию за открытие ускоренного расширения Вселенной посредством наблюдения дальних сверхновых, «подогрела» это противоречие, получив данные с помощью телескопов Gaia и «Хаббл». Астрономы посчитали расстояние до окружающих галактик по цефеидам. Этот класс звезд имеет хорошо установленную зависимость между периодом изменения блеска и звездной величиной — чем ярче звезда, тем медленнее она пульсирует. Если нам известны две звезды, которые пульсируют с одним и тем же периодом, и расстояние до одной из них (определенное методом параллакса), то расстояние до другой можно определить по несложной формуле.
Исследователи сравнили абсолютную звездную величину 50 цефеид, определенную благодаря телескопу «Хаббл», с видимой звездной величиной, и определили расстояние до них. Затем исследователи уточнили данные с помощью телескопа Gaia, который с большой точностью измеряет параллакс и собственные движения звезд. Это позволило исследователям откалибровать данные и более точно определить расстояния до цефеид вне нашей Галактики.
По новым данным, постоянная Хаббла H0 составляет 73,52 ± 1,62 километров в секунду на мегапарсек. Это значит, что галактики, которые мы видим на расстоянии 10 мегапарсек, убегают от нас со скоростью 735 километров в секунду, а галактики, которые мы видим на расстоянии в 11 мегапарсек — со скоростью 808 километров в секунду. Эта величина сильно расходится с данными обсерватории «Планк». Несоответствие между полученными разными методами значениями постоянной Хаббла составляет более 3,8 сигма. Таким образом, чем более точными становятся измерения, тем сильнее расхождение, объяснить которое ученые пока что не могут.
Кристина Уласович для сайта N+1
Попытка объяснить необъяснимое
Разумеется, столь заметные расхождения в полученных значениях столь важной величины сама по себе тревожна: или мы где-то зевнули грубую ошибку, или ошибочны наши самые основные представления об устройстве Вселенной. И это заставляет ученых напрягаться.
Но мне пришла охота порассуждать не об этом. А об одной вещи, которую я сам долго не понимал совсем, а потом стал понимать, но плохо. И мне кажется, что подобные трудности непонимания должны возникать не только у меня.
Речь пойдет о размерах Вселенной.
Наивное рассуждение
Вот 13,7 млрд лет назад случился Большой взрыв. И все полетели в разные стороны. Ну пускай даже со скоростью света. Тогда сегодня радиус Вселенной — 13,7 миллиардов световых лет, диаметр (расстояние между двумя самыми удаленными точками) грубо вдвое больше — 27 млрд. св. лет.
Но т.к. расширяться со скоростью света невозможно — то наверняка меньше.
Смотрим в Вики и видим оценку — примерно 93 млрд световых лет — ВТРОЕ БОЛЬШЕ!
Это как такое может быть. (это уже сидя на полу и растерянно озираясь — как я сюда попал?)
Пытаемся прикинуть
Та-акс, считаем: постоянная Хаббла по последним данным 73,5 км/сек на мегапарсек ≈ 22км/сек на миллион световых лет расстояния, 22000 км/сек на миллиард световых лет расстояния.
А давайте прикинем — на каком расстоянии скорость удаления сравняется со скоростью света?
Простой расчет L = 300 000/ 22 000 млрд световых лет ≈ 13,63 миллиарда световых лет
С ума сойти — почти в точности возраст Вселенной? Трудно поверить в случайность совпадения.
Т.е. постоянная Хаббла связана с возрастом Вселенной? (опять ошарашено озираюсь — тут что-то не так)
Между прочим, это значит, что те, кто подальше, а даже в наивной модели таких половина, улетают от нас БЫСТРЕЕ СКОРОСТИ СВЕТА!
Во-первых, это невозможно, а во-вторых мы их не увидим никогда.
И невозможное возможно
Да, нельзя двигаться быстрее скорости света, ну вот совсем нельзя.
Но ведь никто быстрее скорости света и не двигается. просто в грубом приближении (для наглядности) мы живем на поверхности шарика из резины. Шарик раздувается, никто не знает почему, но именно это утверждает постоянная Хаббла.
Для простоты считайте даже что это не шарик, а полоса из резины. Вот есть две точки на полосе из резины. Ее растягивают. И хотя точки вовсе не движутся, расстояние между ними растет.
Просто растет расстояние — на растяжение пространства ограничения теории относительности не распространяются. Тут скорости могут быть любыми.
Представьте себе, что вы стоите на такой бесконечной полосе, расстояние от вас до пушки 200км, и она в вас выстрелила снарядом, который летит со скоростью 100км/час. При этом резина растягивается на 10 процентов за час. За те 2 часа, что летит снаряд, она растянется на 20%, — и расстояние между вами и пушкой станет уже не 200 а 240 км.
В ньютоновской механике это означает, что в реальности будет не так — ведь уже через час резина удлинится на 10 процентов, и вторая половина расстояния, которую снаряду придется преодолевать, уже будет не 100 а 110 км (реально даже больше, и для точности нужно решать диф. уравнение,но нам сейчас это не важно) и он будет лететь не два часа а дольше, а пушка окажется не на 240 км а на 247км но это уже детали.
А теперь поглядим поближе к реальности.
Дело в том, что свет не снаряд, он преодолеет расстояние за то же самое время.
Это уже чисто релятивистский эффект — время вдоль луча света вообще стоит. Но то, что пространство растянулось, все же скажется — скажется на его цвете. Потому, что растяжение пространства означает что растянулись и расстояния между соседними гребнями световой волны, возросла длина волны — это и есть «красное смещение», именно по «покраснению» спектральных линий мы и определяем «хаббловское расстояние».
Однако то, что за время путешествия света расстояние между объектами изменилось, — вот это правда. И если свет к нам летел 13 миллиардов световых лет, и мы отправим свет от того же самого объекта «сегодня» — он к нам за 13 миллиардов уже не долетит, времени ему понадобится намного больше.
Вот один из самых удаленных наблюдаемых объектов — галактика GN-z11. Свет от нее к нам шел 13,4 миллиарда лет, но сегодня до нее (Сопутствующее расстояние) примерно 32 миллиарда световых лет. т.е. достаточно скоро (по астрономическим меркам ) она «уйдет за наблюдаемый горизонт», т.е. скорость ее удаления превысит скорость света — и уже никакой обмен сигналами между нами и ею не будет возможен. (вспомним оценку скорости удаления из пункта «Пытаемся прикинуть«)
Автор хотя отчасти но отдает себе отчет и в степени своего невежества и в степени вульгаризации космологии. Но он пытался помочь хоть что-то понять тем, кто еще хуже это понимает, но любопытствует.
Вот тут совсем не знаю, была ли попытка хоть чуточку успешной
Источник