Teadmiste ökoloogia. Teadus ja avastused: Universum on lõpmatu ja selles pole tähti. Metsa keskel, mis on väiksem kui universum ja kus pole nii palju puid kui tähti, ei näe vahesid - vaatevälja blokeerivad tüved ja lehed. Miks siis öötaevas tähti täis pole? See on Olbersi paradoks ehk fotomeetriline paradoks. Täna leiame talle lahenduse.
Universum on lõpmatu ja selles pole tähti. Metsa keskel, mis on väiksem kui universum ja kus pole nii palju puid kui tähti, ei näe vahesid - vaatevälja blokeerivad tüved ja lehed.
Miks siis öötaevas tähti täis pole? See on Olbersi paradoks ehk fotomeetriline paradoks. Täna leiame talle lahenduse.
Võimas teleskoop suudab väikesel taevaruudul näha nii palju tähti. Asi on selles, et neid peaks veelgi rohkem olema.
Teadus vs. Loogika
Müsteerium, miks öötaevas nii vähe tähti on, piinas astronoome ka teaduslikult küpsel 19. sajandil. Tõsi, teadlased on teleskoopide kaudu näinud palju rohkem valgusteid – kuid vähem kui lõpmatus universumis põleb. Õppitud otsaesiste võlvide all nõudis loogika, et öine taevas peaks välja nägema umbes nagu selle kõrval olev animatsioon.
Paradoksi lahendus osutus sõnastusest veelgi lihtsamaks.
Nähtamatud tähed
Alustame sellest, et eelmise aastatuhande tähevaatlejad nii väga ei eksinud. Allolev foto on tehtud Hubble'i orbitaalteleskoobiga (uskumatult lahe seade). Siin on kujutatud tükk, mis moodustab 1/13 000 000 kogu taevasfäärist.
Taevas Olbersi paradoksi järgi
Kõik need värvilised tähed on silmale nähtamatud galaktikad. Selle pildi tegemiseks pidi teleskoop minema kosmosesse, kasutama ülitundlikke maatrikseid ja hoidma raami üle 11 päeva! Sellised tehnoloogiad ilmusid alles eelmise sajandi lõpus.
Hubble'i ülisügav väli
Kui inimene näeks kõike, mida orbiidil olev teleskoop suudab, oleks öine taevas sama hele kui meie Linnutee haru keskpunkt! Siiski on endiselt musti lünki, mida Olbersi paradoks eitab. Vastus nendele tühimikele peitub samas põhjuses, miks galaktikad on palja silma eest varjatud.
Universum paisub liiga kiiresti
Oleme juba koos arutanud, kuidas ja miks maailm meie ümber paisub. Lühidalt öeldes liigub kaugetest galaktikatest tulev valgus meieni suurema vahemaa kui kodust lahkudes. See tekitab punanihke efekti – kaugete tähtede kiirte sagedus ja energia vähenevad.
Mis sellest järeldub? On selliseid kaugeid tähti, mille kiired kaovad juba enne Maale jõudmist. Seetõttu on ruumi mustades kuristikes valgus – me lihtsalt ei näe seda kunagi.
Punane nihe
Muide, kaugus on fotomeetrilise paradoksi peamine allikas.
Valguse Maale jõudmiseks kulub aega. See läbib Päikesest meieni 149 600 000 kilomeetrit 8,3 minutiga ja 81360544648396 kilomeetrit tähest Siiriusest 8,6 aastaga. Mida suurem vahemaa, seda kauem valgus liigub, siin on kõik selge.
Meie universum on umbes 13,8 miljardit aastat vana. Kuid ruumi mõõtmed on lõpmatud! Kõige võimsamad teleskoobid suutsid tuvastada valgust 12-13 miljardi aasta kauguselt. See tähendab, et galaktikate vahe jääb nähtamatuks – need on nii kaugel, et kiirgusel ei olnud füüsiliselt aega jõuda isegi tabamatute neutriinode kujul!
Sündmuste horisondil on palju pistmist sellega, miks mustad augud on mustad.
Universumi paisudes peab valgus läbima veelgi suuremaid vahemaid. Ja ühel päeval muutub paisumine maailma äärealadel võrdseks valguse kiirusega - see loob nn sündmuste horisondi. See liigub meile aina lähemale, kuni isegi lähimad tähed pole enam nähtavad.
See juhtub ainult siis, kui laienemine jätkub ja seejärel paljude miljardite aastate pärast. Hiljuti kirjutasime laiaulatuslikest kosmosekatastroofidest – isegi nende tabamine on lihtsam kui sündmuste horisondi ootamine ukse ees.
Lõpuks
TELLI MEIE YouTube'i kanal Ekonet.ru, mis võimaldab vaadata veebivideoid inimeste tervise ja noorendamise kohta. Armastus teiste ja enda vastu, kui kõrgete vibratsioonide tunne, on oluline tegur
Selgub, et Olbersi mõistatus pole üldse paradoks - lihtsalt füüsikaseadused ei lase kõigil tähtedel meie silmi korraga pimestada. See ei saa aga teadlasi peatada ja nad jätkavad uute tähtede avastamist. avaldatud
Pane LIKE ja jaga oma SÕPRADEGA!
https://www.youtube.com/channel/UCXd71u0w04qcwk32c8kY2BA/videos
Telli -
Meie universum koosneb mitmest triljonist galaktikast. Päikesesüsteem asub üsna suure galaktika sees, mille koguarv Universumis on piiratud mitmekümne miljardi ühikuga.
Meie galaktikas on 200–400 miljardit tähte. 75% neist on nõrgad punased kääbused ja vaid mõni protsent galaktika tähtedest on sarnased kollastele kääbustele, spektritüübile, kuhu meie täht kuulub. Maapealse vaatleja jaoks on meie Päike lähimale tähele 270 tuhat korda lähemal (). Samal ajal väheneb heledus otseses proportsioonis kauguse vähenemisega, seega on Päikese nähtav heledus maa taevas 25 magnituudi ehk 10 miljardit korda suurem kui lähima tähe nähtav heledus (). Sellega seoses pole Päikese pimestava valguse tõttu tähti päevases taevas näha. Sarnane probleem tekib siis, kui üritatakse pildistada lähedalasuvate tähtede ümber asuvaid eksoplaneete. Lisaks Päikesele võib päeval näha ka Rahvusvahelist Kosmosejaama (ISS) ja esimese Iriidiumi tähtkuju satelliitide rakette. Seda seletatakse asjaoluga, et Kuu, mõned ja tehissatelliidid (Maa tehissatelliidid) maa taevas näevad välja palju heledamad kui kõige heledamad tähed. Näiteks Päikese näiv heledus on -27 magnituudi, täisfaasis Kuu puhul -13, Iriidiumi esimese tähtkuju satelliitide rakettide puhul -9, ISS-i puhul -6, Veenuse puhul -5, Jupiteri ja Marsi puhul. -3, Merkuuri puhul -2 , Siriusel (kõige heledam täht) on -1,6.
Erinevate astronoomiliste objektide näiva heleduse suurusskaala on logaritmiline: ühe tähesuuruse astronoomiliste objektide näiva heleduse erinevus vastab 2,512-kordsele erinevusele ja 5 tähesuuruse erinevus vastab 100-kordsele erinevusele.
Miks sa ei näe linnas tähti?
Lisaks päevases taevas tähtede vaatlemise probleemidele on asustatud piirkondades (suurte linnade ja tööstusettevõtete läheduses) ka öises taevas tähtede vaatlemise probleem. Valgussaaste on sel juhul põhjustatud tehiskiirgusest. Sellise kiirguse näideteks on tänavavalgustus, valgustatud reklaamplakatid, tööstusettevõtete gaasitõrvikud ja meelelahutusürituste prožektorid.
2001. aasta veebruaris lõi Ameerika Ühendriikide amatöörastronoom John E. Bortle valgusskaala taeva valgusreostuse hindamiseks ja avaldas selle ajakirjas Sky&Telescope. See skaala koosneb üheksast jaotusest:
1. Täiesti tume taevas
Sellise öötaevaga pole see mitte ainult selgelt nähtav, vaid üksikud Linnutee pilved heidavad selgeid varje. Üksikasjalikult on nähtav ka sodiaagivalgus koos vastukiirgusega (päikesevalguse peegeldumine tolmuosakestelt, mis asuvad teisel pool Päikese-Maa joont). Kuni 8 tähesuurused on taevas palja silmaga nähtavad, taeva tausta heledus on 22 tähesuurust ruutkaaresekundi kohta.
2. Looduslik tume taevas
Sellise öötaevaga on Linnutee detailides selgelt näha ja sodiaagivalgus koos vastukiirgusega. Palja silmaga on näha tähed, mille näiline heledus on kuni 7,5 tähesuurust, taustataeva heledus on ligi 21,5 tähesuurust ruutkaaresekundi kohta.
3. Maataevas
Sellise taevaga on sodiaagivalgus ja Linnutee jätkuvalt selgelt nähtavad ja minimaalsete detailidega. Palja silmaga on näha tähti kuni 7 tähesuuruseni, taeva tausta heledus on ligi 21 tähesuurust ruutkaaresekundi kohta.
4. Külade ja eeslinnade vahelise üleminekuala taevas
Sellise taevaga on Linnutee ja sodiaagivalgus jätkuvalt nähtavad minimaalse detailiga, kuid ainult osaliselt – kõrgel horisondi kohal. Palja silmaga on näha tähti kuni 6,5 magnituudini, taeva tausta heledus on ligi 21 tähesuurust ruutkaaresekundi kohta.
5. Taevas ümbritsevad linnad
Sellise taevaga on sodiaagivalgus ja Linnutee ideaalsete ilmastiku- ja hooajatingimuste korral harva nähtavad. Palja silmaga on näha tähti kuni 6 tähesuuruses, taeva tausta heledus on ligi 20,5 tähesuurust ruutkaaresekundi kohta.
6. Linna äärelinnade taevas
Sellise taevaga ei täheldata sodiaagivalgust mitte mingil juhul ja Linnutee on vaevalt nähtav ainult seniidis. Palja silmaga on näha tähti kuni 5,5 magnituudini, taeva tausta heledus on ligi 19 magnituudi ruutkaaresekundi kohta.
7. Üleminekutaevas eeslinnade ja linnade vahel
Sellises taevas pole mitte mingil juhul näha ei sodiaagivalgust ega Linnutee. Palja silm näitab tähti ainult kuni 5 tähesuuruses, taeva tausta heledus on 18 magnituudi lähedal kaaresekundi ruutsekundi kohta.
8. Linnataevas
Sellises taevas on palja silmaga näha vaid üksikud eredamad avatud täheparved. Palja silmaga on näha tähti vaid kuni 4,5 magnituudini, taeva tausta heledus jääb alla 18 magnituudi ruutkaaresekundi kohta.
9. Linnade keskosa taevas
Sellises taevas on näha ainult täheparvesid. Palja silm näitab parimal juhul tähti kuni 4 magnituudini.
Kaasaegse inimtsivilisatsiooni elamu-, tööstus-, transpordi- ja muude majandusrajatiste valgusreostus toob kaasa vajaduse luua kõrgetel mägipiirkondadel suurimad astronoomilised vaatluskeskused, mis on inimtsivilisatsiooni majanduslikest rajatistest võimalikult kaugel. Nendes kohtades järgitakse erieeskirju tänavavalgustuse piiramiseks, öise liikluse minimeerimiseks ning elamute ja transpordi infrastruktuuri rajamiseks. Sarnased reeglid kehtivad ka vanimate vaatluskeskuste erikaitsealadel, mis asuvad suurte linnade läheduses. Näiteks 1945. aastal korraldati Peterburi lähedal asuva Pulkovo observatooriumi ümber 3 km raadiuses kaitsepargi vöönd, milles oli keelatud laiaulatuslik elamu- või tööstustootmine. Viimastel aastatel on Venemaa ühe suurima metropoli lähedal asuva maa kõrge hinna tõttu sagenenud katsed korraldada elamute ehitamist selles kaitsevööndis. Sarnast olukorda täheldatakse Krimmi astronoomiliste vaatluskeskuste ümbruses, mis asuvad turismi jaoks äärmiselt atraktiivses piirkonnas.
NASA pilt näitab selgelt, et kõige tugevamalt valgustatud alad on Lääne-Euroopa, USA mandriosa idaosa, Jaapan, ranniku-Hiina, Lähis-Ida, Indoneesia, India ja Brasiilia lõunarannik. Teisest küljest on minimaalne tehisvalguse hulk tüüpiline polaaraladele (eriti Antarktikale ja Gröönimaale), Maailma ookeani aladele, troopiliste Amazonase ja Kongo jõgede vesikondadele, Tiibeti kõrgmäestikule, kõrbepiirkondadele. Põhja-Aafrika, Kesk-Austraalia, Siberi põhjapiirkonnad ja Kaug-Ida.
2016. aasta juunis avaldas ajakiri Science üksikasjaliku uurimuse valgusreostuse teemal meie planeedi erinevates piirkondades (“The new world atlas of artist night sky brightness”). Uuringust selgus, et enam kui 80% maailma elanikest ning üle 99% inimestest USA-s ja Euroopas elab tugeva valgusreostuse tingimustes. Rohkem kui kolmandik maailma elanikest on ilma jäänud võimalusest Linnuteed jälgida, sealhulgas 60% eurooplastest ja peaaegu 80% põhjaameeriklastest. Äärmuslik valgusreostus mõjutab 23% maapinnast 75. põhjalaiuskraadi ja 60. lõunalaiuskraadi vahel, samuti 88% Euroopa pinnast ja peaaegu poolt USA pinnast. Lisaks märgitakse uuringus, et energiasäästlikud tehnoloogiad tänavavalgustuse muutmiseks hõõglampidest LED-lampideks toovad kaasa valgussaaste suurenemise ligikaudu 2,5 korda. Selle põhjuseks on asjaolu, et LED-lampide maksimaalne valguse emissioon efektiivse temperatuuriga 4 tuhat Kelvinit langeb sinistele kiirtele, kus inimese silma võrkkesta valgustundlikkus on maksimaalne.
Uuringu kohaselt täheldatakse maksimaalset valgusreostust Kairo piirkonnas Niiluse deltas. Selle põhjuseks on Egiptuse suurlinna ülisuur asustustihedus: poole tuhande ruutkilomeetri suurusel alal elab 20 miljonit Kairo elanikku. See tähendab keskmiseks rahvastikutiheduseks 40 tuhat inimest ruutkilomeetri kohta, mis on umbes 10 korda suurem kui Moskva keskmine rahvastikutihedus. Mõnes Kairo piirkonnas ületab keskmine asustustihedus 100 tuhat inimest ruutkilomeetri kohta. Muud maksimaalse kokkupuutega piirkonnad on Bonn-Dortmundi suurlinnapiirkondades (Saksamaa, Belgia ja Hollandi piiri lähedal), Padaania tasandikul Põhja-Itaalias, USA linnade Bostoni ja Washingtoni vahel, Inglismaa linnade Londoni ümbruses, Liverpool ja Leeds ning Aasia megalinnade Peking ja Hongkong piirkonnas. Pariisi elanikel tuleb pimeda taeva nägemiseks sõita vähemalt 900 km kaugusele Korsikale, Kesk-Šotimaale või Hispaania Cuenca provintsi (valgusesaaste on alla 8% loomulikust valgusest). Ja selleks, et Šveitsi elanik näeks ülitumedat taevast (valgusreostuse tase on alla 1% loomulikust valgusest), peab ta sõitma rohkem kui 1360 km kaugusele Šotimaa loodeossa, Alžeeriasse või Ukraina.
Maksimaalne pimeda taeva puudumise aste on leitud 100% Singapurist, 98% Kuveidist, 93% Araabia Ühendemiraatidest (AÜE), 83% Saudi Araabiast, 66% Lõuna-Koreast, 61% Iisraelist, 58%. Argentinast, 53% Liibüast ning 50% Trinidadist ja Tobagost. Linnutee vaatlemise võimalus puudub kõigil väikeriikide Singapuri, San Marino, Kuveidi, Katari ja Malta elanikel, aga ka 99%, 98% ja 97% AÜE, Iisraeli ja Egiptuse elanikel, vastavalt. Suurima territooriumi osakaaluga riigid, kus pole võimalust Linnuteed jälgida, on Singapur ja San Marino (mõlemas 100), Malta (89%), Läänekallas (61%), Katar (55%), Belgia ja Kuveit ( kumbki 51%), Trinidad ja Tobago, Holland (mõlemad 43%) ja Iisrael (42%).
Seevastu Gröönimaa (ainult 0,12% selle territooriumist on tume taevas), Kesk-Aafrika Vabariik (KAV) (0,29%), Vaikse ookeani territoorium Niue (0,45%), Somaalia (1,2%) ja Mauritaania (1,4%). %) on minimaalse valgusreostusega.
Vaatamata maailmamajanduse jätkuvale kasvule on koos energiatarbimise kasvuga ka elanikkonna astronoomilise hariduse tõusu. Selle ilmekaks näiteks oli iga-aastane rahvusvaheline üritus “Earth Hour”, mille käigus enamik elanikkonnast kustutab tuled märtsi viimasel laupäeval. Algselt kavandas Maailma Looduse Fond (WWF) seda tegevust katsena populariseerida energiasäästu ja vähendada kasvuhoonegaaside heitkoguseid (võitleda globaalse soojenemise vastu). Ent samal ajal kogus populaarsust ka aktsiooni astronoomiline aspekt – soov muuta megalinnade taevas vähemalt lühiajaliselt amatöörvaatlusteks sobivamaks. Kampaania viidi esmakordselt läbi Austraalias 2007. aastal ja järgmisel aastal levis see üle maailma. Igal aastal meelitab üritus üha rohkem osalejaid. Kui 2007. aastal võttis üritusest osa 400 linna 35 riigist, siis 2017. aastal osales üle 7 tuhande linna 187 riigist.
Samas võib märkida tegevuse miinuseid, mis seisnevad suure hulga elektriseadmete äkilise samaaegse välja- ja sisselülitumise tõttu suurenenud õnnetuste ohus maailma energiasüsteemides. Lisaks näitab statistika tugevat seost tänavavalgustuse puudumise ning vigastuste, tänavakuritegevuse ja muude hädaolukordade arvu suurenemise vahel.
Miks ei ole tähed ISS-i piltidel nähtavad?
Fotol on selgelt näha Moskva tuled, aurora rohekas kuma silmapiiril ja tähtede puudumine taevas. Päikese heleduse ja isegi heledamate tähtede tohutu erinevus muudab tähtede vaatlemise mitte ainult päevases taevas Maa pinnalt, vaid ka kosmosest võimatuks. See fakt näitab selgelt, kui suur on Päikesest lähtuva "valgusreostuse" roll võrreldes Maa atmosfääri mõjuga astronoomilistele vaatlustele. Kuid tõsiasi, et mehitatud Kuule lendude ajal taevafotodel tähti ei olnud, sai üheks peamiseks "tõendiks" vandenõuteooriast NASA astronautide puudumise kohta Kuule.
Miks pole Kuu fotodel tähti näha?
Kui Päikese nähtava heleduse ja heledaima tähe – Siiriuse vahe maataevas on umbes 25 magnituudi ehk 10 miljardit korda, siis Täiskuu nähtava heleduse ja Siiriuse heleduse vahe väheneb 11 tähesuurusele või umbes 10 tuhat korda.
Sellega seoses ei too täiskuu kohalolek kaasa tähtede kadumist kogu öötaevas, vaid muudab nende nägemise Kuuketta lähedal ainult raskeks. Üks esimesi viise tähtede läbimõõdu mõõtmiseks oli aga sodiaagitähtkujude heledaid tähti katva Kuuketta kestuse mõõtmine. Loomulikult kiputakse selliseid vaatlusi läbi viima Kuu minimaalses faasis. Sarnane probleem eredate valgusallikate läheduses olevate hämarate allikate tuvastamisel esineb ka siis, kui üritatakse pildistada planeete lähedalasuvate tähtede ümber (Jupiteri analoogi näiv heledus lähedalasuvates tähtedes peegeldunud valguse tõttu on ligikaudu 24 magnituudi, Maa analoogil aga ainult umbes 30 magnituudi ). Sellega seoses on astronoomidel seni õnnestunud infrapunapiirkonnas vaatluste käigus pildistada ainult noori massiivseid planeete: noored planeedid on pärast planeedi moodustumise protsessi väga kuumad. Seetõttu töötatakse kosmoseteleskoopide jaoks välja kaks tehnoloogiat, et õppida lähedal asuvate tähtede ümber asuvaid eksoplaneete tuvastama: koronagraafia ja nullinterferomeetria. Esimese tehnoloogia järgi kaetakse ere allikas varjatud kettaga (kunstlik varjutus teise tehnoloogia järgi, ereda allika valgus “nullifitseeritakse” spetsiaalsete lainehäirete tehnikate abil). Ilmekas näide esimesest tehnoloogiast oli see, mis alates 1995. aastast jälgib päikese aktiivsust esimesest libratsioonipunktist. Kosmoseobservatooriumi 17-kraadise koroonakaamera piltidel on tähed kuni 6 magnituudini (erinevus 30 magnituudi ehk triljon korda).
Must auk on gravitatsiooni tulemus. Seetõttu võib mustade aukude avastamise eellugu alata I. Newtoni ajast, kes avastas universaalse gravitatsiooni seaduse – seaduse, mis valitseb jõudu, millele allub absoluutselt kõik. Ei I. Newtoni ajal ega tänapäeval, sajandeid hiljem, pole avastatud teist sellist universaalset jõudu. Kõik muud tüüpi füüsilised vastasmõjud on seotud aine spetsiifiliste omadustega. Näiteks elektriväli mõjub ainult laetud kehadele ja neutraalkehad on selle suhtes täiesti ükskõiksed. Ja looduses valitseb absoluutselt ainult gravitatsioon. Gravitatsiooniväli mõjutab kõike: kergeid osakesi ja raskeid (ja samadel algtingimustel täpselt samamoodi), isegi valgust. Seda, et valgust tõmbavad ligi massiivsed kehad, oletas juba I. Newton. Sellest faktist, arusaamast, et valgus allub ka gravitatsioonijõududele, algab mustade aukude eelajalugu, nende hämmastavate omaduste ennustamise ajalugu.
Üks esimesi, kes seda tegi, oli kuulus prantsuse matemaatik ja astronoom P. Laplace.
P. Laplace’i nimi on teaduse ajaloos hästi tuntud. Esiteks on ta tohutu viieköitelise teose "Traktaat taevamehaanika kohta" autor. Selles aastatel 1798–1825 avaldatud töös esitas ta klassikalise kehade liikumise teooria Päikesesüsteemis, mis põhines ainult Newtoni universaalse gravitatsiooni seadusel. Enne seda tööd ei selgitatud täielikult planeetide, Kuu ja teiste Päikesesüsteemi kehade liikumise jälgitud tunnuseid. Paistis isegi, et need läksid Newtoni seadusega vastuollu. P. Laplace näitas peene matemaatilise analüüsiga, et kõik need tunnused on seletatavad taevakehade vastastikuse külgetõmbe, planeetide gravitatsiooni mõjuga üksteisele. Ta kuulutas, et taevas valitseb ainult üks jõud ja see on gravitatsioonijõud. „Kõige üldisemast vaatenurgast vaadatuna on astronoomia suur mehaanika probleem,” kirjutas P. Laplace oma „Traktaadi” eessõnas. Muide, just tema kasutas esmakordselt just seda mõistet "taevamehaanika", mis on teaduses nii kindlalt kinnistunud.
P. Laplace oli ka üks esimesi, kes mõistis taevakehade süsteemide omaduste selgitamise ajaloolise käsitluse vajadust. I. Kanti järgides pakkus ta välja hüpoteesi päikesesüsteemi tekke kohta algselt haruldasest ainest.
Laplace'i hüpoteesi põhiidee puudutab Päikese ja planeetide kondenseerumist gaasiudukogust ning on endiselt aluseks tänapäevastele Päikesesüsteemi päritolu teooriatele...
Sellest kõigest on kirjanduses ja õpikutes palju kirjutatud, nagu ka P. Laplace’i uhked sõnad, kes vastuseks Napoleoni küsimusele: miks ei mainita Jumalat tema “Taevamehaanikas”? - ütles: "Ma ei vaja seda hüpoteesi."
Kuid see, millest kuni viimase ajani vähe teada, oli tema ennustus nähtamatute tähtede olemasolu kohta.
Ennustus tehti tema 1795. aastal ilmunud raamatus Exposition of the Systems of the World. Selles raamatus, mida me nimetaksime tänapäeval populaarseks, ei kasutanud kuulus matemaatik kordagi valemeid ja jooniseid. P. Laplace’i sügav veendumus, et gravitatsioon mõjub valgusele samamoodi kui teistele kehadele, võimaldas tal kirjutada järgmised tähenduslikud sõnad: „Hendav täht, mille tihedus on võrdne Maa tihedusega ja mille läbimõõt on 250 korda suurem kui läbimõõt. Päike ei anna gravitatsiooni tõttu meieni jõuda ükski valguskiir; Seetõttu on võimalik, et universumi heledaimad taevakehad osutuvad sel põhjusel nähtamatuks.
Raamat ei esitanud selle väite kohta tõendeid. Tema avaldas selle mitu aastat hiljem.
Kuidas P. Laplace põhjendas? Ta arvutas Newtoni gravitatsiooniteooriat kasutades välja väärtuse, mida me nüüd nimetame teiseks põgenemiskiiruseks tähe pinnal. See on kiirus, mis tuleb anda igale kehale, et see pärast gravitatsiooni ületamist lendaks igaveseks tähelt või planeedilt kosmosesse. Kui keha algkiirus on väiksem kui teine kosmiline kiirus, siis gravitatsioonijõud aeglustuvad ja peatavad keha liikumise ning sunnivad seda uuesti gravitatsioonikeskme poole kukkuma. Meie kosmoselendude ajal teavad kõik, et teine põgenemiskiirus Maa pinnal on 11 kilomeetrit sekundis. Mida suurem on selle keha mass ja väiksem raadius, seda suurem on teine põgenemiskiirus taevakeha pinnal. See on arusaadav: massi suurenedes ju gravitatsioon suureneb ja keskpunktist kaugenedes see nõrgeneb.
Kuu pinnal on teine põgenemiskiirus 2,4 kilomeetrit sekundis, Jupiteri 61 pinnal, Päikese pinnal - 620 ja nn neutrontähtede pinnal, mis on massilt ligikaudu samad kui Päike, kuid mille raadius on vaid kümme kilomeetrit, ulatub see kiirus poole valguse kiirusest - 150 tuhat kilomeetrit sekundis.
Kujutagem ette, arutles P. Laplace, et võtame taevakeha, mille pinnal ületab teine kosmiline kiirus juba valguse kiirust. Siis ei saa sellise tähe valgus gravitatsiooni toimel kosmosesse lennata, ei jõua kauge vaatlejani ja me ei näe tähte, hoolimata sellest, et see valgust kiirgab!
Kui suurendada taevakeha massi, lisades sellele sama keskmise tihedusega ainet, siis teine kosmiline kiirus suureneb sama palju, kui suureneb raadius või diameeter.
Nüüd on P. Laplace'i järeldus selge: selleks, et gravitatsioon valgust edasi lükata, on vaja võtta täht, mille aine on Maaga sama tihedusega ja mille läbimõõt on 250 korda suurem kui Päikesel. ehk 27 tuhat korda suurem kui Maa oma. Tõepoolest, ka teine põgenemiskiirus sellise tähe pinnal on 27 tuhat korda suurem kui Maa pinnal ja on ligikaudu võrdne valguse kiirusega: täht lakkab olemast nähtav.
See oli suurepärane ülevaade musta augu ühest omadusest – valguse mitte väljalaskmisest, nähtamatusest. Ausalt öeldes tuleb märkida, et P. Laplace polnud ainus teadlane ja formaalselt isegi mitte päris esimene, kes sellise ennustuse tegi. Suhteliselt hiljuti selgus, et 1783. aastal tegi sarnase avalduse inglise preester ja geoloog, üks teadusliku seismoloogia rajajaid J. Michell. Tema argumentatsioon oli väga sarnane P. Laplace'i omaga.
Nüüd käib prantslaste ja brittide vahel vahel naljaga pooleks ja vahel tõsine vaidlus: keda tuleks pidada nähtamatute tähtede olemasolu võimalikkuse avastajaks – prantslast P. Laplace’i või inglast J. Michelli? 1973. aastal tsiteerisid kuulsad inglise teoreetilised füüsikud S. Hawking ja G. Ellis ruumi ja aja struktuuri tänapäevastele matemaatika eriküsimustele pühendatud raamatus prantslase P. Laplace'i tööd tõestuseks selle olemasolu võimalikkuse kohta. mustadest tähtedest; Sel ajal J. Michelli loomingut veel ei tuntud. 1984. aasta sügisel ütles kuulus inglise astrofüüsik M. Riess Toulouse’i konverentsil esinedes, et kuigi Prantsusmaa territooriumil pole eriti mugav esineda, peab ta rõhutama, et inglane J. Michell oli esimene ennustama nähtamatuid tähti ja näitas oma vastavate teoste esimeselt leheküljelt pilti. See ajalooline märkus pälvis kohalviibijate aplausi ja naeratuse.
Kuidas ei saa meenutada prantslaste ja inglaste arutelusid selle üle, kes ennustas Uraani liikumise häirete põhjal planeedi Neptuuni asukohta: kas prantslane W. Le Verrier või inglane J. Adams? Nagu teada, märkisid mõlemad teadlased iseseisvalt õigesti uue planeedi asukoha. Siis vedas rohkem prantslane W. Le Verrier. See on paljude avastuste saatus. Sageli teevad neid peaaegu samaaegselt ja iseseisvalt erinevad inimesed. Tavaliselt eelistatakse neid, kes on probleemi olemusse sügavamale tunginud, kuid mõnikord on see lihtsalt õnne kapriis.
Kuid P. Laplace'i ja J. Michelli ennustus ei olnud veel tõeline musta augu ennustus. Miks?
Fakt on see, et P. Laplace’i ajal ei teatud veel, et looduses ei saa miski liikuda valgusest kiiremini. Valgust on tühjuses võimatu ületada! Selle kehtestas A. Einstein erirelatiivsusteoorias juba meie sajandil. Seetõttu oli P. Laplace'i jaoks täht, mida ta kaalus, ainult must (mittehelendav) ja ta ei võinud teada, et selline täht kaotab võime välismaailmaga kuidagi "suhelda", "teatada". midagi kaugetesse maailmadesse sellel toimuvate sündmuste kohta. Teisisõnu, ta ei teadnud veel, et see pole mitte ainult “must”, vaid ka “auk”, kuhu võis kukkuda, kuid sealt oli võimatu välja pääseda. Nüüd teame, et kui valgus ei saa mingist ruumipiirkonnast välja tulla, siis ei saa sealt üldse midagi välja tulla ja me nimetame sellist objekti mustaks auguks.
Teine põhjus, miks P. Laplace'i arutluskäiku rangeks pidada ei saa, on see, et ta käsitles tohutu tugevusega gravitatsioonivälju, milles langevad kehad kiirendatakse valguse kiiruseni ja tekkivat valgust saab edasi lükata, ning rakendas Newtoni gravitatsiooniseadust.
A. Einstein näitas, et Newtoni gravitatsiooniteooria ei ole selliste väljade puhul rakendatav, ning lõi uue teooria, mis kehtib ülitugevate, aga ka kiiresti muutuvate väljade jaoks (mille puhul ei ole ka Newtoni teooria rakendatav!), ning nimetas seda üldteooriaks. suhtelisus. Just selle teooria järeldusi tuleb kasutada mustade aukude olemasolu võimalikkuse tõestamiseks ja nende omaduste uurimiseks.
Üldrelatiivsusteooria on hämmastav teooria. Ta on nii sügav ja sihvakas, et tekitab esteetilise naudingu tunde kõigis, kes teda tundma saavad. Nõukogude füüsikud L. Landau ja E. Lifshitz nimetasid seda oma õpikus "Välja teooria" "kõige ilusamaks kõigist olemasolevatest füüsikateooriatest". Saksa füüsik Max Born ütles relatiivsusteooria avastamise kohta: "Ma imetlen seda kui kunstiteost." Ja nõukogude füüsik V. Ginzburg kirjutas, et see tekitab "... tunde... sarnaselt sellega, mida kogetakse maali, skulptuuri või arhitektuuri silmapaistvamaid meistriteoseid vaadates."
Arvukad katsed Einsteini teooriat populaarseks esitleda võivad sellest mõistagi jätta üldmulje. Kuid ausalt öeldes sarnaneb see teooria enda tundmise rõõmuga sama vähe kui tutvumine Sixtuse Madonna reproduktsiooniga kogemusest, mis tekib Raffaeli geeniuse loodud originaali uurides.
Ja veel, kui pole võimalust originaali imetleda, saab (ja peaks!) tutvuma saadaolevate reproduktsioonidega, soovitavalt heade (ja neid on igasuguseid).
Et mõista mustade aukude uskumatuid omadusi, peame lühidalt rääkima Einsteini üldise relatiivsusteooria mõningatest tagajärgedest.
| <<< Назад
|
Edasi >>> |
Arvatakse, et kõige esimesed tähed said energiat tumeainest. Võimalik, et need peaaegu 13 miljardit aastat tagasi tekkinud nähtamatud hiiglased on Universumis siiani olemas. Võimalik, et need lihtsalt ei kiirga nähtavat valgust, mistõttu on neid raske tuvastada.
Esialgu soovis Utah’ ülikooli (USA) osakeste astrofüüsika professor, uurija Paolo Gondolo, kes selle probleemiga tegeleb, nimetada uut, teoreetiliselt olemasolevat tüüpi nähtamatuid tähti – "pruunid hiiglased", nagu pruunid kääbused, mis on Jupiteri ligikaudse suurusega, kuid vastavalt palju suurema massiga. Tema kolleegid aga nõudsid, et nad kutsuksid neid "tumedateks tähtedeks" samanimelise laulu järgi, mille 1967. aastal esmakordselt esitas armastatud rokkbänd Grateful Dead.
Teadlaste sõnul peaksid “tumedad tähed” olema 200–400 tuhat korda suurema läbimõõduga kui meie Päike ja 500–1000 korda suuremad kui ülimassiivsed mustad augud.
Peaaegu 13 miljardit aastat tagasi sündinud "tumedad tähed" võivad eksisteerida ka tänapäeval, kuigi nad ei kiirga nähtavat valgust. Fakt on see, et astronoomidel on raske neid salapäraseid hiiglasi tuvastada, kuna nähtavaks saamiseks peavad nad kiirgama gammakiirgust, neutroneid ja antiainet. Veelgi enam, need peaksid olema kaetud külma molekulaarse vesinikgaasi pilvedega, millest praegu ei piisa selliste objektide energeetiliste osakeste toitmiseks.
Kui teadlastel õnnestub need tuvastada, aitab see tumeainet leida ja tuvastada. Siis on võimalik välja selgitada, miks mustad augud nii kiiresti tekivad.
Teadlased usuvad, et nähtamatu ja seni tuvastamata tumeaine moodustab ligikaudu 95 protsenti kogu universumist. Nad on veendunud, et see on olemas – selle kohta on palju tõendeid. Näiteks galaktikad pöörlevad palju kiiremini kui peaks, kui võtta arvesse ainult neid objekte, mis on tänaseks meie vaateväljast avastatud.
Teadlaste hinnangul võivad tumeaine osakesed olla nn WIMP-id ehk nõrgalt interakteeruvad massiivsed osakesed. Teadlased peavad gravitatsioonilises interaktsioonis osalevaid neutriinosid üheks uuritud WIMP-i sortideks. Sellised osakesed võivad üksteist hävitada, tekitades kõrgeid temperatuure.
Tumeaine osakesed toodavad ka kvarke (hüpoteetilised põhielemendid, millest moodsate ideede kohaselt koosnevad kõik tugeva jõuga seotud elementaarosakesed), aga ka antiaine koopiaid – antikvarke, mis kokkupõrkel kiirgavad gammakiirgust, neutriinosid. ja antiaine, nagu positronid ja antiprootonid.
Teadlased arvutasid välja, et vastsündinud universumis, umbes 80–100 miljonit aastat pärast Suure Paugu toimumist, hävinud vesiniku ja heeliumi prototähtede pilved jahtusid ja tõmbusid kokku, jäädes samas kuumaks ja massiivseks.
Nende protsesside tulemusena võivad tekkida tumedad tähed, mille toiteallikaks on tuumaenergia asemel tumeaine (nagu tavaliste tähtede puhul). Need koosnesid suures osas tavalisest ainest, peamiselt vesinikust ja heeliumist, kuid olid oluliselt massiivsemad ja mahult suuremad kui Päike ja enamik teisi tänapäevaseid tähti.
"See on täiesti uut tüüpi tähed, millel on uus energiaallikas," ütleb Michigani ülikooli teoreetiline füüsik Katherine Freese.
Nähtamatu Naine seisis päris kivi serval ja vaatas, kuidas selles hõljuv mudapruun, räpane vesi koos okste, närtsinud lehtede ja juurtega tema käppade ümber loksus. Ja hoolimata sellest, kuidas kass teda vaatas, ei suutnud ta isegi jõe põhjas kive eristada, rääkimata peegeldustest kalade seljal, mis varem alati saagi olemasolu reetsid. Ta kummardus alla, et keelega veepinda puudutada. Kibe ja räpane.
Üldse mitte nagu varem, eks? – märkis lähedal seisev täpitäht kurvalt. Udujalg tõstis pea, et oma juhile otsa vaadata. Varem säranud kuldne karv tuhmus hallis koiduhämaruses ja sellele nime andnud tumedad laigud muutusid viimase kuu ajal nii tuhmiks, et neid polnud enam võimalik eristada. - Kui vesi tagasi tuli, otsustasin, et nüüd on kõik nagu varem. - Täpiline täht ohkas ja käpa vette langetades liigutas seda veidi küljelt küljele. Siis ajas ta selle sirgeks, vaadates, kuidas mustus tema küünistest kivile tilkus.
Kala tuleb varsti tagasi,” noogutas Nähtamatu Mees. - Ju on ojad jälle täis. Miks peaksid kalad neid vältima?
Kuid Täpiline Täht vaatas loksuvat vett ega paistnud kuuldavat heeroldi sõnu.
Põua ajal suri nii palju kalu,” ohkas ta uuesti. - Mis siis, kui järv jääb tühjaks? Mida me sööme?
Nähtamatu Mees liikus talle lähemale, puudutas ta õlga ja tundis õudusega, kuidas teravad ribid naha alt välja paistsid.
"Kõik saab korda," pomises ta. - Kobraste kodu hävis ja pärast vihma lõppes põud. See oli raske hooaeg, aga oleme selle juba üle elanud.
Must küünis, säga ja priimula – ei,” paljastas juht vastuseks hambad. - Kolm surnud vanemat ühe rohelise lehe eest! Olen sunnitud vaatama, kuidas mu rahvas sureb. Ja seda kõike sellepärast, et järves pole peale mustuse midagi järel! Ja Scalfish? Ta oli julge, nagu ka ülejäänud kassid, kes jõge üles läksid – miks ta siis ei väärinud võimalust tagasi pöörduda? Võib-olla ainult sellepärast, et ta läks liiga kaugele, kuhu Täheklann midagi ei näinud?
Nähtamatu Naine silitas abitult sabaga ta selga.
Soomkala suri, päästes järve, hõimud ja meid kõiki. Austame alati tema mälestust.
Leopard Star pöördus ärritunult ümber ja hakkas kaldast üles ronima.
"Ta maksis liiga palju," urises kass ümber pööramata. "Ja kui kalad järve tagasi ei naase, on tema ohver asjata."
Juht komistas ja Nähtamatu tormas edasi, valmis teda toetama. Kuid ta ainult susises ärritunult ja jätkas komistades ja koperdades üles ronimist.
Nähtamatu mees seadis end tema selja taha, mitme saba kaugusele, tahtmata uhke kuldse kassi ümber askeldada. Ta teadis, et nüüd tunneb Leopard Star pidevalt valu, mida isegi kõik Mothwingi ürdid ei suutnud summutada, hoolimata asjaolust, et see haigus polnud sugugi ebatavaline - lihtsalt närbunud janu, järsk kaalukaotus, pidev nälg ja kasvav nõrkus. mis nüristas tema kuulmise ja nägemise. Udujalg tundis kergendust alles siis, kui tema juht pressis läbi Jõeklanni laagrit ümbritsevate sõnajalgade ja kadus sisse.
Ja äkki sealt, sügavusest, kostis summutatud kisa.
Leopardi täht? - sisemiselt külmetades tormas kass trepist üles. Juht lamas maas, silmad valust pärani ja püüdis meeleheitlikult hingata.
Ärge liigutage," käskis Nähtamatu Mees. - Ma toon abi.
Ta murdis läbi sõnajalgade ja kukkus laagri keskel lagendikule.
Mothwing, kiirusta! Täpiline täht on langenud!
Oli kuulda rasket käppade kolinat maas, siis välgatas Mothwingi liivane karv ja lõpuks ilmus ta ise telgi lävele. Siis ta peatus ja raputas pead, teadmata, kuhu minna.
Siin! - hüüdis Nähtamatu Naine talle.
Kõrvuti pressisid kassid roheliste varte vahelt oma juhi juurde. Leopard Star sulges väsinult silmad, õhk pulbitses kurgus iga hingetõmbega. Mothwing kummardus tema kohale ja nuusutas karva. Nähtamatu naine tuli samuti lähemale, kuid tõmbus tagasi, kui tundis haigest kassist väljuvat roiskunud lõhna. Lähedalt nägi ta Leopard Stari karusnaha mustust, nagu poleks teda terve kuu lakkunud.
"Tooge Myatnik ja Reedworm," palus ravitseja talt vaikselt üle õla pöörates. "Nad pole veel patrulli läinud ja aitavad Täpilise tähe tema telki kanda."
Tundes kergendust, et tal on nüüd põhjust lahkuda, ja süüdi, et ta seda tahtis teha, noogutas Udujalg vaikselt, taganes ja tormas tagasi lagendikule. Ta naasis koos Myatniku ja Kamõšinnikuga. Mothwing aitas juhil püsti tõusta, ta toetus tugevalt sõdalastele. Herald kõndis edasi, lahutas sõnajalad ja hoidis kergelt nende lehti hõimumeeste ees, kes haiget kassi kas juhtisid või vedasid.
Kas Leopard Star on surnud? - kuuldi ühe Duski kassipoja helisevat häält.
"Muidugi mitte, mu kallis," vastas kuninganna sosinal. - Ta on lihtsalt väga väsinud.
Nähtamatu Naine jäi seisma juhitelgi lävele ja vaatas, kuidas pilliroomees lamava kassi pea all sammalt riisus. See on rohkem kui kurnatus. Koobas näis olevat muutunud pimedaks, varjud kogunesid nurkadesse, nagu oleksid Tähe-esivanemad juba valmis ilmuma ja tervitama Jõe hõimu lahkuvat juhti. Münt trügis heerolditest mööda, lõhnas sõnajalgade lõhnaga.
"Andke mulle teada, kui saan veel midagi tema heaks teha," ütles ta vaikselt ja Udujalg noogutas. Välja tuli ka Reedail, kes langetas pea ja lohistas saba enda järel, jättes pika jälje tolmu.
Mothwing nihutas Leopardstaari käpa veidi mugavamasse asendisse ja ajas end sirgu.
"Ma pean oma telgist rohtu tooma," teatas ta. "Jää siia, et ta mõistaks, et olete lähedal," vaatas ravitseja liikumatule kassile tagasi, tuli siis lähemale ja sosistas talle kõrva: "Ole tugev, mu sõber."
Pärast tema lahkumist valitses telgis surmvaikus. Täpitähe hingamine muutus pinnapealseks, tema vilinad liigutasid vaevu koonu kõrval olevat sammalt. Nähtamatu naine vajus tema kõrvale ja silitas sabaga liidri luust külge.
"Maga hästi," nurises ta vaikselt. - Nüüd saab kõik korda. Koi toob varsti rohtu ja enesetunne paraneb.
Tema üllatuseks hakkas Leopard Star segama.
On juba hilja,“ röögatas ta silmi avamata. - Tähe esivanemad on lähedal, ma tunnen neid enda kõrval. Minul on käes aeg lahkuda.
Ära ütle seda! - sisistas Nähtamatu Mees talle. - Sinu üheksas elu on just alanud! Mothwing ravib su terveks, küll sa näed!
Mothwing on hea ravitseja, kuid ta ei saa alati aidata. Las ma lähen vaikselt. Ma ei võitle seda viimast lahingut ja ma ei taha, et sa prooviksid,” üritas Leopard Star irvitada, kuid ta ei saanud muud teha, kui vilistada.
Aga ma ei taha sind kaotada! - oli Nähtamatu Mees nördinud.
Kas see on tõsi? - kähises juht, avades kergelt ühe silma. Uuriv merevaigukollane pilk vaatas teda pealaest jalatallani. - Pärast kõike, mida ma su vennaga tegin? Kõigi poolverelistega?
Hetkeks tundis Udujalg end jälle lõksus sellesse kohutavasse jänese järgi haisvasse musta auku, mis asub jõeklanni vana laagri lähedal. Seejärel ühinesid Leoparditäht ja Tiigritäht Tiigriklanni loomiseks ning püüdes puhastada sõdalaste verd, vallutasid nad kõik poolverelised. Udujalg ja Stone, kes oli tollal Jõeklanni kuulutaja, said just teada, et nende ema on Sinitäht. Liidrite silmis piisas sellest lauseks ja Täpiline täht lubas Blackfootil Stone külmavereliselt tappa. Tema õe päästis Tuletäht ja ta viis ta Äikeseklanni, kuhu ta jäi, kuni tema võim koos Tiigritähe üheksa eluga lõppes lahingus Vereklanniga.