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
Что такое постоянная Хаббла?
Постоянная Хаббла — это константа, используемая для описания расширения Вселенной. Она устанавливает связь между удаленностью космического объекта и скоростью его удаления. Космос становится все больше и больше с тех пор, как начал расширяться с момента Большого Взрыва, произошедшего 13,82 миллиарда лет назад. Вселенная постоянно расширяется, и это расширение постоянно ускоряется.
По утверждению НАСА, у ученых существует не только интерес к самому расширению и его ускорению, но и к последствиям этого процесса. Если расширение вдруг начинает замедляться, это будет означать, что во Вселенной есть что-то, что замедляет ее рост — возможно, это гипотетическая темная материя, которая не может быть обнаружена современными инструментами. Если расширение Вселенной будет продолжать ускоряться, возможно, что именно темная материя несет ответственность за это явление. В общем, ученым пока не понятен механизм, заставляющий пространство менять свой объем. Но во всем виновата, несомненно, темная материя (поскольку она не обнаружена, а значит все непонятное в космосе можно списать на нее).
По состоянию на январь 2018 года измерения, полученные с нескольких телескопов показали, что скорость расширения Вселенной различается в зависимости от того, куда смотреть. Ближняя к нам часть Вселенной (исследуется с помощью орбитальных телескопов «Хаббл» и «Гайя») имеет скорость расширения около 73,5 километров в секунду на мегапарсек. В то время как более отдаленная Вселенная (измеряется космическим телескопом «Планк») расширяется немного медленнее, со скоростью около 67 км в секунду на мегапарсек. Мегапарсек — это расстояние в один миллион парсеков, или около 3,3 миллиона световых лет, так что это немыслимо большая скорость.
Открытие Хаббла
Постоянная была впервые предложена американским астрономом Эдвином Хабблом. Он занимался изучением галактик, и особенно его интересовали те, которые находятся наиболее далеко от Земли.
В 1929 году, на основании данных, полученных астрономом Харлоу Шепли, говорящих о том, что галактики, похоже, удаляются от Млечного Пути, Хаббл обнаружил, что чем дальше эти галактики с Земли, тем быстрее они движутся.
В то время ученые решили, что это явление — это всего лишь разлет галактик друг от друга. Однако сегодня астрономы знают, что на самом деле наблюдается расширение всей Вселенной. Независимо от того, где вы будете находиться в космосе, вы будете наблюдать одно и то же явление, происходящее с той же самой скоростью.
Первоначальные расчеты Хаббла уточнялись на протяжении многих лет, поскольку для проведения измерений использовались все более чувствительные телескопы, в том числе «Хаббл» и «Гайя», данные с которых уточняли значение постоянной на основе измерений космического микроволнового фона — постоянного температурного фона Вселенной, иногда еще называемый «послесвечением» Большого Взрыва.
Цефеиды — маяки Вселенной
Существует много видов переменных звезд, но те, которые наиболее полезны для уточнения значения постоянной Хаббла, называется цефеидами. Это звезды, которые регулярно меняют свою яркость в определенном интервале, который обычно колеблется от 1 до 100 дней (Полярная Звезда входит в число самых известных членов этой группы). Астрономы проводят измерения расстояния до этих звезд, измеряя изменчивость их светимости.
Чем ярче выглядит цефеида с Земли, тем легче измерить расстояние до нее. Некоторые цефеиды можно увидеть с Земли, но для получения более точных измерений лучше всего это делать в космосе.
Эдвин Хаббл смог измерить расстояния до цефеид, удаленных на расстояния до 900 000 световых лет от Земли — поразительное значение на то время — находящихся в пространстве, которое было все еще относительно близким к Земле. Дальше в пространстве цефеиды слабеют и их видно все меньше. Лишь запуск космического телескопа «Хаббл» смог изменить ситуацию в 1990-х годах. В 2013 году появился космический телескоп «Гайя», которому удалось точно определить позиции и светимость около 1 миллиарда звезд. Его данные также помогли уточнить значение постоянной Хаббла.
Однако цефеиды не идеальны для измерения космических расстояний. Они часто расположены в пыльных областях (которые затеняют некоторые длины волн на снимках). А более отдаленные из них — трудно обнаружить, потому что они слабо светятся с нашей точки зрения.
По словам Шоко Сакаи, научного сотрудника Национальной оптической астрономической обсерватории, астрономами используются и другие методы, которые дополняют измерения расстояний до цефеид, такие как например, отношение Талли-Фишера, использующее обнаруженную корреляцию между яркостью спиральной галактики и скоростью ее вращения. «Идея состоит в том, что чем больше галактика, тем быстрее она вращается», — писал он. «Это означает, что если вы знаете скорость вращения спиральной галактики, вы можете определить, используя зависимость Талли-Фишера, ее внутреннюю яркость. Сравнивая внутреннюю яркость с кажущейся величиной (той, на самом деле наблюдается — потому что чем дальше галактика, тем она становится «темнее»), можно рассчитать расстояние до нее».
Телескопы, умеющие измерять космический микроволновый фон, например телескоп «Планк», используют другой метод измерения расстояний, который для уточнения значения постоянной Хаббла анализирует флуктуации космического микроволнового фона.
Источник