ГАЛАКТИКИ РАЗБЕГАЮТСЯ
Вселенная – это мир галактик. Все в этом мире находится в движении. Галактики вращаются, движутся, задевают друг друга краями, сливаются, проходят друг через друга. В галактиках вращаются и движутся по своим орбитам звезды, плывут на гигантской скорости газопылевые облака, из центральных частей галактик могут вылетать куски раскаленной плазмы. Пространство между галактиками пронизано частицами света – фотонами, летящими с максимальной в природе скоростью, и другими частицами, которые летят почти с такой же скоростью. Все в космосе движется.
Но оказывается, этим совсем не исчерпывается движение во Вселенной.
Оказывается, все галактики удаляются от нашего Млечного Пути и друг от друга. Поэтому расстояния между галактиками постоянно увеличиваются. Это явление называется разбеганием галактик. Его открыли независимо друг от друга ученый и монах Леметр во Франции и астроном Хаббл в США.
Чем дальше друг от друга находятся галактики, тем с большей скоростью они разлетаются. Например, галактика, которая находится от нас в 2 раза дальше, удаляется с вдвое большей скоростью, чем близкая, а та, что находится в 10 раз дальше, удаляется со скоростью в 10 раз большей и т.д. Это соотношение называется законом Хаббла.
На языке математики закон Хаббла говорит, что скорость удаления галактики равна расстоянию до нее, умноженному на число, одинаковое для всех галактик. Это число называется постоянной Хаббла.
Как определяют скорости галактик. Что такое красное смещение
Галактики находятся так далеко от нас, что кажутся неподвижными. Как же астрономы измеряют их скорости? Для этого существует специальный метод. Вот на чем он основан.
Представим, что мы стоим на железнодорожной станции и ждем электричку или поезд. Когда локомотив приближается к станции, машинист дает длинный гудок. И пока поезд приближается к нам, тон гудка становится все выше. Поезд проносится мимо, и тон гудка начинает снижаться. Чем быстрее приближается состав, тем выше тон гудка, и чем быстрее удаляется, тем ниже. Поэтому по изменению тона гудка можно определить скорость состава.
Гудок создает звуковые волны, и наше ухо воспринимает их как звук. Звук бывает выше и ниже, и мы говорим, что он имеет разную частоту.
Свет – это тоже волны. Он может иметь разную частоту точно так же как звук. Звезды, движущиеся с разными скоростями, излучают свет разной частоты. А свет разной частоты по-разному окрашен. Если галактика удаляется, свет ее звезд становится более красным. Насколько он станет краснее, зависит от скорости галактики.
“Покраснение” света называется красным смещением. Астрономы определяют красное смещение галактики с помощью специальных приборов, установленных на телескопах, и затем находят ее скорость.
Астрономы обнаружили, что галактики, расположенные на расстоянии около 100 миллионов световых лет от нас, удаляются со скоростью 2100 километров в cекунду. Это было найдено с помощью телескопа “Хаббл”, установленного на борту космического корабля, который летает по орбите вокруг Земли.
Почему галактики разбегаются
Что заставляет галактики разбегаться, и к тому же с такими громадными скоростями? Ответ на этот вопрос совсем не прост. На самом деле галактики вовсе не разбегаются. Расширяется пространство Вселенной, в котором находятся галактики.
Как представить себе расширение всего пространства? Ученые приводят такой наглядный пример, объясняющий расширение Вселенной.
Возьмем воздушный шарик и нарисуем на нем точки. А теперь начнем надувать шарик. Он сделан из эластичной пленки, которая легко растягивается. Шарик будет раздуваться, и его поверхность начнет растягиваться. Нарисованные на шарике точки будут удаляться друг от друга. Чем дальше друг от друга точки были вначале, тем быстрее они будут разбегаться. Шарик – это модель нашей Вселенной, а нарисованные на нем точки – галактики. Вселенная раздувается как воздушный шарик, и мы видим, что галактики удаляются друг от друга. Чем дальше расположены галактики, тем с большей скоростью они разлетаются.
Но почему Вселенная расширяется? Это вопрос о Вселенной в целом. Отвечает на такие вопросы специальная область физики и астрономии – космология. Космологи узнали совершенно неожиданные вещи о нашей Вселенной. И о них мы расскажем в отдельной книжке.
Наша книжка о мире галактик закончена.
Открытия современной науки помогли нам увидеть стройность и красоту Вселенной. Она создана Творцом. Когда были созданы звезды, восхвалиша Меня великим гласом все Ангелы Мои (Иов: 38, 7). Совершенство Вселенной зримо воплощено в звездном небе над нашей головой. Оно приводит человека в благоговейный трепет.
А кому-то Вселенная покажется пугающей: невообразимо громадные, абсолютно безжизненные пространства, фантастические по мощи процессы в центрах галактик.
И тогда, думая о Вселенной, мы, может быть, еще раз осознаем милость Творца, создавшего планету для нашей жизни в этом огромном мире
На следующих страницах помещены изображения галактик,
Источник
Разбегание галактик (окончание)
Это соотношение между скоростью υ удаления галактики и расстоянием r до неё получило название закона Хаббла. Его записывают обычно в виде
Коэффициент пропорциональности Н назвали постоянной Хаббла. Из её определения следует, что эта постоянная имеет размерность [1/время]. Из астрономических наблюдений следует, что
Что же означает этот стоящий в знаменателе огромный промежуток времени? Чтобы ответить на этот вопрос, запишем закон Хаббла в виде r = υT, где
Формула r = υT описывает равномерное движение, то есть движение с постоянной скоростью: удаляясь с постоянной скоростью υ, галактика за время Т удалилась от нас на расстояние r.
Расширение Вселенной
Итак, из закона Хаббла следует удивительный вывод: примерно 13 миллиардов лет назад все галактики начали разбегаться от нас! Но почему именно от нас? Значит ли это, что мы находимся в центре Вселенной?
Увы, честолюбивая надежда человека на центральное место во Вселенной в очередной раз не оправдалась! Чтобы понять, почему это так, представьте галактики точками, нарисованными на огромном резиновом листе, который равномерно растягивают во все стороны. При этом расстояния между любыми точками на поверхности резинового листа каждую минуту увеличиваются в одно и то же число раз.
А отсюда следует, что наблюдателю, живущему в любой галактике расширяющейся Вселенной, будет казаться, что все галактики разбегаются именно от него! Итак, наблюдаемое разбегание галактик означает просто, что Вселенная расширяется.
Источник
Хаббла закон
Закон Хаббла (закон всеобщего разбегания галактик) — правило физической космологии, согласно которому красное смещение удалённых объектов пропорционально их расстоянию от наблюдателя. Таким образом, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она от нас удаляется.
Другими словами, между расстояниями D до галактик и скоростями их удаления Vr (разбегания) наблюдается линейная зависимость:
.
Чем дальше от наблюдателя космический объект (галактика, квазар), тем быстрее он удаляется.
На каждый миллион парсек расстояния до объекта его скорость убегания увеличивается приблизительно на 75 км/с.
,
С помощью этого закона можно рассчитать так называемый Хаббловский возраст Вселенной (в предположении, что «разбегание» галактик действительное):
,
этот возраст лишь по порядку соответствует возрасту Вселенной, рассчитываемому по стандартной космологической модели Фридмана.
Содержание
Суть закона Хаббла
С точки зрения классической механики, закон Хаббла можно наглядно объяснить следующим образом. Когда-то давно Вселенная образовалась в результате Большого взрыва. В момент взрыва различные частицы материи (осколки) получили различные скорости. Те из них, которые получили бо́льшие скорости — соответственно успели к настоящему моменту улететь дальше, чем те, которые получили меньшие скорости. Если провести численный расчёт, то окажется, что зависимость расстояния от скорости оказывается линейной. Кроме того, получается, что эта зависимость одна и та же для всех точек пространства, то есть, по наблюдениям за разлетающимися осколками нельзя найти точку взрыва: с точки зрения каждого осколка, именно он находится в центре. Однако, несмотря на такую наглядность, следует помнить, что расширение Вселенной должно описываться не классической механикой, а общей теорией относительности.
| Космология |
|
| Родственные темы |
|
| Шаблон: Просмотр • Обсуждение • Править |
Первое замечание касается того, учитывается ли при наблюдениях тот факт, что из-за того, что свет идёт от галактик миллионы лет, мы наблюдаем их в прошлом. В результате, поскольку они удаляются от нас, в настоящий момент они должны находиться уже дальше. Вопрос: для какого из двух расстояний определена зависимость Хаббла? Ответ: до середины прошлого века это не имело значения. Из графика Хаббла видно, что наибольшие скорости галактик, рассмотренных Хабблом, составили до 1000 км/с. В принципе это большая скорость, но за время движения света от них до Земли, они всё равно успели сдвинуться на незначительный процент общего расстояния.
Второе замечание заключается в том, что расширение Вселенной не является простым разлётом галактик в пустом пространстве. Оно заключается в динамическом изменении самого пространства. Непонимание этого факта часто заставляет делать неверные заключения авторов даже серьёзной литературы. Например, часто говорят, что скорость убегания галактик не должна превышать скорость света и потому на тех расстояниях, где это должно наблюдаться, должны наблюдаться и отклонения от закона Хаббла. Это не так: согласно общей теории относительности, должны существовать и наблюдаться галактики, убегающие быстрее света [1] .
Экспериментальное открытие
Закон Хаббла установлен экспериментально Э. Хабблом в 1929 для галактик, до которых было определено расстояние по ярчайшим звёздам. Исходное наблюдение состояло в том, что красные линии в спектрах внегалактических туманностей смещаются пропорционально расстоянию до них. Позднее закон был подтверждён по наблюдениям большого количества галактик.
Теоретическая интерпретация
За несколько лет до экспериментального открытия Александром Фридманом были теоретически решены уравнения Эйнштейна для всей Вселенной и в результате было получено, что если распределение вещества в ней в среднем равномерно, то она должна или сжиматься или расширяться, причём в последнем случае должен наблюдаться линейный закон между расстоянием и скоростью убегания. Эта особенность решений Фридмана была сразу же отождествлена с явлением, открытым Хабблом.
В соответствии с этой (общепринятой) моделью космологическое красное смещение нельзя интерпретировать как Эффект Доплера, так как получаемая из наблюдаемого z по формулам этого эффекта скорость не соответствует (лишь приближенно равна) никакой скорости в смысле изменения космологического расстояния между галактиками. Галактики неподвижны (за исключением пекулярных собственных скоростей), а расширяется пространство, что и вызывает расширение волнового пакета. (См. в статье Космологическое красное смещение). Так соотношение
является приближённым, в то время как равенство
где D — расстояние в данный момент, есть точное равенство, то есть красное смещение линейно связано с расстоянием только приближённо для близких галактик, а скорость их удаления линейно возрастает с расстоянием точно. Таким образом, в последней формуле скорость V не соответствует скорости, рассчитываемой по эффекту Допплера.
Оценка постоянной Хаббла и её физический смысл
В процессе расширения, если оно происходит равномерно, постоянная Хаббла должна уменьшаться, и индекс «0» при её обозначении указывает на то, что величина Н0 относится к современной эпохе. Величина, обратная постоянной Хаббла должна быть в таком случае равна времени, прошедшему с момента начала расширения, то есть, возрасту Вселенной.
Значение Н0 определяется по наблюдениям галактик, расстояния до которых измерены без помощи красного смещения (прежде всего, по ярчайшим звёздам или цефеидам). Большинство независимых оценок Н0 дают для этого параметра значение 70—80 км/с на мегапарсек. Это означает, что галактики, находящиеся на расстоянии 100 мегапарсек, удаляются от нас со скоростью 7000—8000 км/с. В настоящее время (2009) наиболее надёжной (хотя и модельно зависимой) считается оценка Н0=(74,2 ± 3,6) км/с/Мпк.
Проблема оценки Н0 осложняется тем, что, помимо космологических скоростей, обусловленных расширением Вселенной, галактики ещё обладают собственными (пекулярными) скоростями, которые могут составлять несколько сотен км/с (для членов массивных скоплений галактик — более 1000 км/с). Это приводит к тому, что закон Хаббла плохо выполняется или совсем не выполняется для объектов, находящихся на расстоянии ближе 10-15 млн св. лет, то есть как раз для тех галактик, расстояния до которых наиболее надёжно определяются без красного смещения.
Закон Хаббла плохо выполняется и для галактик на очень больших расстояниях (в миллиарды св. лет), которым соответствует величина z > 1. Расстояния до объектов с таким большим красным смещением теряют однозначность, поскольку зависят от принимаемой модели Вселенной и от того, к какому моменту времени они отнесены. В качестве меры расстояния в этом случае обычно используется только красное смещение.
Возможная нелинейность закона
В наше время наблюдениями, говорящими в пользу существования тёмной энергии, были, по-видимому, обнаружены отклонения от линейного закона Хаббла (как связи красного смещения с расстоянием). Было обнаружено, по-видимому, что наша Вселенная расширяется с ускорением. Этот факт не отменяет закона Хаббла, так как последний действует на более близких расстояниях, чем эти новые эффекты.
Источник