Kunnskapsøkologi. Vitenskap og oppdagelser: Universet er uendelig, og det er ikke mange stjerner i det. I sentrum av skogen, som er mindre enn universet, og det er ikke så mange trær som stjerner, kan du ikke se hullene - synsfeltet er blokkert av stammer og blader. Hvorfor er ikke nattehimmelen full av stjerner? Dette er Olbers paradoks, eller fotometrisk paradoks. I dag skal vi finne en løsning for ham.
Universet er uendelig, og det er ikke mange stjerner i det. I sentrum av skogen, som er mindre enn universet, og det er ikke så mange trær som stjerner, kan du ikke se hullene - synsfeltet er blokkert av stammer og blader.
Hvorfor er ikke nattehimmelen full av stjerner? Dette er Olbers paradoks, eller fotometrisk paradoks. I dag skal vi finne en løsning for ham.
Et kraftig teleskop kan se så mange stjerner på en liten firkant på himmelen. Poenget er at det skal bli enda flere av dem.
Vitenskap vs. Logikk
Mysteriet om hvorfor det er så få stjerner på nattehimmelen plaget astronomer selv i det vitenskapelig modne 1800-tallet. Gjennom teleskoper har forskerne riktignok sett mye flere lyskilder - men færre enn det som brenner i det endeløse universet. Under buene til lærde panner insisterte logikken på at nattehimmelen skulle se omtrent ut som animasjonen ved siden av.
Løsningen på paradokset viste seg å være enda enklere enn formuleringen.
Usynlige stjerner
La oss starte med det faktum at stjernekikkerne fra forrige årtusen ikke tok så feil. Bildet nedenfor ble tatt av Hubble Orbital Telescope (en utrolig kul enhet). Avbildet her er et stykke som måler 1/13 000 000 av hele himmelsfæren.
Sky ifølge Olbers' Paradox
Alle disse fargede stjernene er galakser som er usynlige for øyet. For å ta dette bildet måtte teleskopet ut i verdensrommet, bruke ultrasensitive matriser og holde rammen i mer enn 11 dager! Slike teknologier dukket opp først på slutten av forrige århundre.
Hubble Ultra Deep Field
Hvis en person kunne se alt som et kretsende teleskop kan, ville nattehimmelen vært like lys som midten av armen til Melkeveien vår! Imidlertid er det fortsatt svarte hull som Olbers' paradoks benekter. Svaret på disse tomrommene ligger i den samme grunnen til at galakser er skjult for det blotte øye.
Universet ekspanderer for raskt
Vi har allerede diskutert sammen hvordan og hvorfor verden rundt oss blåses opp. Kort sagt, lys fra fjerne galakser reiser en større avstand til oss enn det gjorde da det dro hjemmefra. Dette skaper en rødforskyvningseffekt - frekvensen og energien til stråler fra fjerne stjerner reduseres.
Hva følger av dette? Det er slike fjerne stjerner, strålene som vil forsvinne selv før de når jorden. Derfor er det lys i rommets svarte avgrunner – vi ser det bare aldri.
Rødforskyvning
Avstand er forresten hovedkilden til det fotometriske paradokset. Mer om dette nedenfor.
Det tar tid før lyset når jorden. Den reiser 149 600 000 kilometer fra Solen til oss på 8,3 minutter, og 81360544648396 kilometer fra stjernen Sirius på 8,6 år. Jo større avstanden er, jo lengre reiser lyset, her er alt klart.
Universet vårt er omtrent 13,8 milliarder år gammelt. Men dimensjonene til rommet er uendelige! De kraftigste teleskopene var i stand til å oppdage lys fra en avstandstid på 12-13 milliarder år. Dette betyr at galaksegapet forblir usynlig - de er så langt unna at strålingen fysisk ikke rakk å nå selv i form av unnvikende nøytrinoer!
Hendelseshorisonten har mye å gjøre med hvorfor sorte hull er svarte.
Når universet utvider seg, må lys reise enda større avstander. Og en dag, i utkanten av verden, vil utvidelsen bli lik lysets hastighet - dette vil etablere den såkalte hendelseshorisonten. Den vil bevege seg nærmere og nærmere oss til selv de nærmeste stjernene ikke lenger er synlige.
Dette vil skje bare hvis utvidelsen fortsetter, og da etter mange milliarder år. Vi skrev nylig om store romkatastrofer – selv å fange dem er lettere enn å vente på hendelseshorisonten rett utenfor dørstokken.
Endelig
ABONNER på VÅR YouTube-kanal Ekonet.ru, som lar deg se online videoer om menneskers helse og foryngelse. Kjærlighet til andre og til deg selv, som en følelse av høye vibrasjoner, er en viktig faktor
Det viser seg at Olbers gåte ikke er et paradoks i det hele tatt - det er bare at fysikkens lover ikke tillater alle stjernene å blinde øynene våre samtidig. Dette kan imidlertid ikke stoppe forskerne, og de fortsetter å oppdage nye stjerner. publisert
LIK og del gjerne med dine VENNER!
https://www.youtube.com/channel/UCXd71u0w04qcwk32c8kY2BA/videos
Abonnere -
Universet vårt består av flere billioner galakser. Solsystemet er plassert inne i en ganske stor galakse, det totale antallet i universet er begrenset til flere titalls milliarder enheter.
Galaksen vår inneholder 200-400 milliarder stjerner. 75 % av dem er svake røde dverger, og bare noen få prosent av stjernene i galaksen ligner på gule dverger, den spektrale stjernetypen vår tilhører. For en jordisk observatør er solen vår 270 tusen ganger nærmere den nærmeste stjernen (). Samtidig avtar lysstyrken i direkte proporsjon med avstandsnedgangen, slik at den synlige lysstyrken til Solen på jordens himmel er 25 størrelsesorden eller 10 milliarder ganger større enn den synlige lysstyrken til den nærmeste stjernen (). I denne forbindelse, på grunn av solens blendende lys, er ikke stjerner synlige på daghimmelen. Et lignende problem oppstår når man prøver å fotografere eksoplaneter rundt stjerner i nærheten. I tillegg til solen på dagtid, kan du se den internasjonale romstasjonen (ISS) og fakler av satellitter fra det første stjernebildet Iridium. Dette forklares av det faktum at månen, noen og kunstige satellitter (jordens kunstige satellitter) på jordens himmel ser mye lysere ut enn de lyseste stjernene. For eksempel er den tilsynelatende lysstyrken til solen -27 størrelsesorden, for månen i full fase -13, for fakler av satellitter i det første stjernebildet Iridium -9, for ISS -6, for Venus -5, for Jupiter og Mars -3, for Merkur -2 har Sirius (den lyseste stjernen) -1,6.
Størrelsesskalaen for den tilsynelatende lysstyrken til forskjellige astronomiske objekter er logaritmisk: en forskjell i den tilsynelatende lysstyrken til astronomiske objekter av en størrelsesorden tilsvarer en forskjell på 2,512 ganger, og en forskjell på 5 størrelser tilsvarer en forskjell på 100 ganger.
Hvorfor kan du ikke se stjernene i byen?
I tillegg til problemene med å observere stjerner på daghimmelen, er det problemet med å observere stjerner på nattehimmelen i befolkede områder (nær store byer og industribedrifter). Lysforurensning i dette tilfellet er forårsaket av kunstig stråling. Eksempler på slik stråling inkluderer gatebelysning, opplyste reklameplakater, gassfakler fra industribedrifter og spotlights for underholdningsarrangementer.
I februar 2001 laget en amatørastronom fra USA, John E. Bortle, en lysskala for å vurdere lysforurensning på himmelen og publiserte den i magasinet Sky&Telescope. Denne skalaen består av ni divisjoner:
1. Helt mørk himmel
Med en slik nattehimmel er den ikke bare godt synlig, men individuelle skyer fra Melkeveien kaster klare skygger. Også synlig i detalj er dyrekretslyset med motstråling (refleksjon av sollys fra støvpartikler plassert på den andre siden av Sol-Jord-linjen). Stjerner opp til størrelsesorden 8 er synlige for det blotte øye på himmelen. bakgrunnslysstyrken på himmelen er 22 størrelser per kvadratbuesekund.
2. Naturlig mørk himmel
Med en slik nattehimmel er Melkeveien godt synlig i detaljer og dyrekretslyset sammen med motstrålingen. Det blotte øye viser stjerner med tilsynelatende lysstyrke på opptil 7,5 styrker, bakgrunnshimmelens lysstyrke er nær 21,5 størrelser per kvadratbuesekund.
3. Landshimmel
Med en slik himmel fortsetter dyrekretslyset og Melkeveien å være godt synlig med et minimum av detaljer. Det blotte øye viser stjerner opp til styrke 7, bakgrunnshimmelens lysstyrke er nær 21 styrke per kvadratbuesekund.
4. Himmelen i overgangsområdet mellom landsbyer og forsteder
Med en slik himmel fortsetter Melkeveien og stjernelyset å være synlig med et minimum av detaljer, men bare delvis - høyt over horisonten. Det blotte øye viser stjerner opp til styrke 6,5, bakgrunnshimmelens lysstyrke er nær 21 styrke per kvadratbuesekund.
5. Himmelen rundt byer
Med slike himmelstrøk er dyrekretslyset og Melkeveien sjelden synlige, under ideelle vær- og sesongmessige forhold. Det blotte øye viser stjerner opp til styrke 6, bakgrunnshimmelens lysstyrke er nær 20,5 styrke per kvadratbuesekund.
6. Himmel av byens forsteder
Med en slik himmel observeres ikke dyrekretslyset under noen forhold, og Melkeveien er knapt synlig bare i senit. Det blotte øye viser stjerner opp til styrke 5,5, bakgrunnshimmelens lysstyrke er nær styrke 19 per kvadratbuesekund.
7. Overgangshimmel mellom forsteder og byer
På en slik himmel er under ingen omstendigheter verken dyrekretslyset eller Melkeveien synlig. Det blotte øye viser bare stjerner opp til styrke 5, bakgrunnshimmelens lysstyrke er nær styrke 18 per kvadratbuesekund.
8. Byhimmel
På en slik himmel er det bare noen få av de klareste åpne stjernehopene som kan sees med det blotte øye. Det blotte øye viser stjerner bare opp til styrke 4,5, bakgrunnshimmelens lysstyrke er mindre enn 18 magnituder per kvadratbuesekund.
9. Himmelen i den sentrale delen av byer
På en slik himmel er det bare stjernehoper som kan sees. Det blotte øye viser i beste fall stjerner opp til størrelsesorden 4.
Lysforurensning fra bolig-, industri-, transport- og andre økonomiske fasiliteter i moderne menneskelig sivilisasjon fører til behovet for å lage de største astronomiske observatoriene i høyfjellsområder, som er så fjernt som mulig fra de økonomiske fasilitetene til menneskelig sivilisasjon. På disse stedene overholdes spesielle regler for å begrense gatebelysning, minimere trafikk om natten og bygge boligbygg og transportinfrastruktur. Lignende regler gjelder i spesielle beskyttede soner i de eldste observatoriene, som ligger i nærheten av store byer. For eksempel ble det i 1945 organisert en beskyttende parksone innenfor en radius på 3 km rundt Pulkovo-observatoriet nær St. Petersburg, hvor stor bolig- eller industriproduksjon var forbudt. De siste årene har forsøk på å organisere bygging av boligbygg i denne beskyttende sonen blitt hyppigere på grunn av de høye kostnadene for land nær en av de største metropolene i Russland. En lignende situasjon er observert rundt astronomiske observatorier på Krim, som ligger i en region som er ekstremt attraktiv for turisme.
Bildet fra NASA viser tydelig at de mest opplyste områdene er Vest-Europa, den østlige delen av det kontinentale USA, Japan, kyst-Kina, Midtøsten, Indonesia, India og den sørlige kysten av Brasil. På den annen side er en minimal mengde kunstig lys typisk for polarområdene (spesielt Antarktis og Grønland), områder av verdenshavet, bassengene til den tropiske Amazonas og Kongo-elvene, det høyfjellsrike tibetanske platået, ørkenregioner av nordlige Afrika, sentrale Australia, nordlige regioner i Sibir og Fjernøsten.
I juni 2016 publiserte tidsskriftet Science en detaljert studie om temaet lysforurensning i forskjellige regioner på planeten vår ("The new world atlas of artificial night sky brightness"). Studien fant at mer enn 80 % av verdens innbyggere og mer enn 99 % av menneskene i USA og Europa lever under forhold med alvorlig lysforurensning. Mer enn en tredjedel av verdens innbyggere er fratatt muligheten til å observere Melkeveien, inkludert 60 % av europeerne og nesten 80 % av nordamerikanerne. Ekstrem lysforurensning påvirker 23 % av jordoverflaten mellom 75 grader nordlig breddegrad og 60 grader sørlig breddegrad, samt 88 % av overflaten til Europa og nesten halvparten av USAs overflate. I tillegg bemerker studien at energibesparende teknologier for å konvertere gatebelysning fra glødelamper til LED-lamper vil føre til en økning i lysforurensning med omtrent 2,5 ganger. Dette skyldes det faktum at den maksimale lysutslippet fra LED-lamper med en effektiv temperatur på 4 tusen Kelvin faller på blå stråler, der netthinnen til det menneskelige øyet har maksimal lysfølsomhet.
Ifølge studien er maksimal lysforurensning observert i Nildeltaet i Kairo-regionen. Dette skyldes den ekstremt høye befolkningstettheten i den egyptiske metropolen: 20 millioner innbyggere i Kairo bor i et område på et halvt tusen kvadratkilometer. Dette betyr en gjennomsnittlig befolkningstetthet på 40 tusen mennesker per kvadratkilometer, som er omtrent 10 ganger gjennomsnittlig befolkningstetthet i Moskva. I noen områder av Kairo overstiger den gjennomsnittlige befolkningstettheten 100 tusen mennesker per kvadratkilometer. Andre områder med maksimal eksponering er i Bonn-Dortmund storbyområdene (nær grensen mellom Tyskland, Belgia og Nederland), på Padanian Plain i Nord-Italia, mellom de amerikanske byene Boston og Washington, rundt de engelske byene London, Liverpool og Leeds, og i området av de asiatiske metropolene Beijing og Hong Kong. For innbyggere i Paris, må du reise minst 900 km til Korsika, sentrale Skottland eller Cuenca-provinsen i Spania for å se mørke himmel (lysforurensningsnivåer mindre enn 8 % av naturlig lys). Og for at en innbygger i Sveits skal se en ekstremt mørk himmel (nivået av lysforurensning er mindre enn 1 % av naturlig lys), må han reise mer enn 1 360 km til den nordvestlige delen av Skottland, Algerie eller Ukraina.
Den største graden av fravær av mørk himmel finnes i 100 % av Singapore, 98 % av Kuwait, 93 % av De forente arabiske emirater (UAE), 83 % av Saudi-Arabia, 66 % av Sør-Korea, 61 % av Israel, 58 % av Argentina, 53 % av Libya og 50 % av Trinidad og Tobago. Muligheten til å observere Melkeveien er fraværende fra alle innbyggere i de små statene Singapore, San Marino, Kuwait, Qatar og Malta, samt fra 99%, 98% og 97% av innbyggerne i UAE, Israel og Egypt, hhv. Land med den største andelen territorium der det ikke er mulighet til å observere Melkeveien er Singapore og San Marino (100 hver), Malta (89 %), Vestbredden (61 %), Qatar (55 %), Belgia og Kuwait ( 51 %), Trinidad og Tobago, Nederland (43 %) og Israel (42 %).
På den annen side, Grønland (bare 0,12 % av territoriet har en mørk himmel), Den sentralafrikanske republikk (CAR) (0,29 %), Stillehavsterritoriet Niue (0,45 %), Somalia (1,2 %) og Mauritania (1,4 %). %) har minimal lysforurensning.
Til tross for den pågående veksten i den globale økonomien, sammen med en økning i energiforbruket, er det også en økning i befolkningens astronomiske utdanning. Et slående eksempel på dette var det årlige internasjonale Earth Hour-arrangementet der flertallet av befolkningen slår av lyset den siste lørdagen i mars. Opprinnelig ble denne handlingen unnfanget av World Wildlife Fund (WWF) som et forsøk på å popularisere energisparing og redusere klimagassutslipp (bekjempe global oppvarming). Men samtidig ble det astronomiske aspektet av handlingen også populær - ønsket om å gjøre himmelen til megabyer mer egnet for amatørobservasjoner, i det minste for en kort tid. Kampanjen ble første gang gjennomført i Australia i 2007, og året etter spredte den seg over hele verden. Hvert år tiltrekker arrangementet et økende antall deltakere. Hvis i 2007 deltok 400 byer fra 35 land i arrangementet, så deltok i 2017 mer enn 7 tusen byer fra 187 land.
Samtidig kan man merke seg ulempene med kampanjen, som består i økt risiko for ulykker i verdens energisystemer på grunn av plutselig samtidig ut- og påkobling av et stort antall elektriske apparater. I tillegg viser statistikken en sterk sammenheng mellom mangel på gatebelysning og økning i skader, gatekriminalitet og andre akutte hendelser.
Hvorfor er ikke stjerner synlige på bilder fra ISS?
Bildet viser tydelig lysene fra Moskva, den grønnaktige gløden fra nordlyset i horisonten og fraværet av stjerner på himmelen. Den enorme forskjellen mellom solens lysstyrke og selv de lyseste stjernene gjør det umulig å observere stjerner ikke bare på daghimmelen fra jordens overflate, men også fra verdensrommet. Dette faktum viser tydelig hvor stor rollen "lysforurensning" fra solen spiller i forhold til påvirkningen av jordens atmosfære på astronomiske observasjoner. Imidlertid ble det faktum at det ikke var noen stjerner på himmelen fotografier under bemannede flyreiser til månen et av de viktigste "bevisene" for konspirasjonsteorien om fraværet av NASA-astronauter som flyr til månen.
Hvorfor er ikke stjerner synlige på fotografier av månen?
Hvis forskjellen mellom den synlige lysstyrken til solen og den klareste stjernen - Sirius på jordens himmel er omtrent 25 størrelsesorden eller 10 milliarder ganger, så synker forskjellen mellom den synlige lysstyrken til fullmånen og lysstyrken til Sirius til 11 størrelsesorden eller ca 10 tusen ganger.
I denne forbindelse fører tilstedeværelsen av en fullmåne ikke til at stjerner forsvinner på hele nattehimmelen, men gjør det bare vanskelig å se dem i nærheten av måneskiven. En av de første måtene å måle stjernenes diameter på var imidlertid å måle varigheten til måneskiven som dekker de klare stjernene i dyrekretsen. Naturligvis har slike observasjoner en tendens til å bli utført ved minimumsfasen av månen. Et lignende problem med å oppdage svake kilder nær en sterk lyskilde eksisterer når man prøver å fotografere planeter rundt nærliggende stjerner (den tilsynelatende lysstyrken til Jupiter-analogen i nærliggende stjerner på grunn av reflektert lys er omtrent 24 størrelsesorden, mens jordanalogen bare er rundt 30 størrelsesordener ). I denne forbindelse har astronomer så langt kun vært i stand til å fotografere unge massive planeter under observasjoner i det infrarøde: unge planeter er veldig varme etter planetdannelsesprosessen. Derfor, for å lære å oppdage eksoplaneter rundt nærliggende stjerner, utvikles to teknologier for romteleskoper: koronografi og nullinterferometri. I følge den første teknologien er en lys kilde dekket av en formørket disk (kunstig formørkelse i henhold til den andre teknologien, lyset fra en lys kilde blir "ugyldiggjort" ved hjelp av spesielle bølgeinterferensteknikker; Et slående eksempel på den første teknologien var, som siden 1995 har overvåket solaktiviteten fra det første frigjøringspunktet. Bilder fra romobservatoriets 17-graders koronagrafkamera viser stjerner opp til størrelsesorden 6 (en forskjell på 30 størrelsesordener, eller en billion ganger).
Et sort hull er et produkt av tyngdekraften. Derfor kan forhistorien til oppdagelsen av sorte hull begynne fra tiden til I. Newton, som oppdaget loven om universell gravitasjon - loven som styrer kraften som absolutt alt er underlagt. Verken på I. Newtons tid, eller i dag, århundrer senere, har en annen slik universell kraft blitt oppdaget. Alle andre typer fysisk interaksjon er assosiert med spesifikke egenskaper ved materie. For eksempel virker et elektrisk felt bare på ladede legemer, og nøytrale legemer er helt likegyldige til det. Og bare tyngdekraften hersker absolutt i naturen. Gravitasjonsfeltet påvirker alt: lette partikler og tunge (og under de samme startforholdene på nøyaktig samme måte), til og med lette. Det faktum at lys tiltrekkes av massive legemer ble allerede antatt av I. Newton. Fra dette faktum, fra forståelsen av at lys også er utsatt for gravitasjonskrefter, begynner forhistorien til sorte hull, historien til spådommer om deres fantastiske egenskaper.
En av de første som gjorde dette var den berømte franske matematikeren og astronomen P. Laplace.
Navnet P. Laplace er godt kjent i vitenskapens historie. Først av alt er han forfatteren av et stort fembindsverk, "Treatise on Celestial Mechanics." I dette arbeidet, publisert fra 1798 til 1825, presenterte han den klassiske teorien om bevegelsen til legemer i solsystemet, kun basert på Newtons lov om universell gravitasjon. Før dette arbeidet ble noen observerte trekk ved bevegelsen til planetene, månen og andre kropper i solsystemet ikke fullstendig forklart. Det så til og med ut til at de var i strid med Newtons lov. P. Laplace, med en subtil matematisk analyse, viste at alle disse trekkene er forklart av den gjensidige tiltrekningen av himmellegemer, påvirkningen av planetenes tyngdekraft på hverandre. Bare én kraft hersker i himmelen, forkynte han, og det er tyngdekraften. "Astronomi, betraktet fra det mest generelle synspunktet, er et stort problem innen mekanikk," skrev P. Laplace i forordet til sin "Treatise." Forresten, selve begrepet "himmelmekanikk", som har blitt så godt etablert i vitenskapen, ble først brukt av ham.
P. Laplace var også en av de første som forsto behovet for en historisk tilnærming til å forklare egenskapene til systemer av himmellegemer. Han, etter I. Kant, foreslo en hypotese om opprinnelsen til solsystemet fra opprinnelig sjeldnet materie.
Hovedideen til Laplaces hypotese handler om kondensering av solen og planetene fra en gasståke og fungerer fortsatt som grunnlaget for moderne teorier om solsystemets opprinnelse ...
Mye har blitt skrevet om alt dette i litteraturen og i lærebøker, akkurat som de stolte ordene til P. Laplace, som, som svar på Napoleons spørsmål: hvorfor er ikke Gud nevnt i hans "Celestial Mechanics"? - sa: "Jeg trenger ikke denne hypotesen."
Men det som var lite kjent inntil nylig, var hans spådom om muligheten for eksistensen av usynlige stjerner.
Spådommen ble gjort i hans bok Exposition of the Systems of the World, utgitt i 1795. I denne boken, som vi vil kalle populær i dag, tyr den berømte matematikeren aldri til formler og tegninger. P. Laplaces dype overbevisning om at tyngdekraften virker på lys på samme måte som på andre kropper tillot ham å skrive følgende betydningsfulle ord: «En lysende stjerne med en tetthet lik jordens tetthet og en diameter 250 ganger større enn diameteren av Solen gir ikke en eneste lysstråle kan nå oss på grunn av sin gravitasjon; Derfor er det mulig at de lyseste himmellegemene i universet viser seg å være usynlige av denne grunn.»
Boken ga ingen bevis for denne påstanden. Den ble utgitt av ham flere år senere.
Hvordan resonerte P. Laplace? Han beregnet, ved å bruke Newtons gravitasjonsteori, verdien som vi nå kaller den andre rømningshastigheten på stjernens overflate. Dette er hastigheten som må gis til ethvert legeme slik at det, etter å ha overvunnet tyngdekraften, for alltid flyr bort fra en stjerne eller planet ut i verdensrommet. Hvis starthastigheten til kroppen er mindre enn den andre kosmiske hastigheten, vil gravitasjonskreftene bremse og stoppe kroppens bevegelse og tvinge den til å falle igjen mot gravitasjonssenteret. I vår tid med romflyvninger vet alle at den andre rømningshastigheten på jordens overflate er 11 kilometer per sekund. Jo større masse og jo mindre radius til dette legemet, desto større er den andre rømningshastigheten på overflaten av et himmellegeme. Dette er forståelig: Tross alt, med økende masse, øker tyngdekraften, og med økende avstand fra sentrum svekkes den.
På månens overflate er den andre rømningshastigheten 2,4 kilometer per sekund, på overflaten av Jupiter 61, på solen - 620, og på overflaten til de såkalte nøytronstjernene, som har omtrent samme masse som solen, men har en radius på bare ti kilometer, denne hastigheten når halvparten av lysets hastighet - 150 tusen kilometer per sekund.
La oss forestille oss, resonnerer P. Laplace, at vi tar et himmellegeme på overflaten hvis andre kosmiske hastighet allerede overstiger lysets hastighet. Da vil ikke lyset fra en slik stjerne kunne fly ut i verdensrommet på grunn av tyngdekraften, vil ikke kunne nå en fjern observatør, og vi vil ikke se stjernen, til tross for at den sender ut lys!
Hvis du øker massen til et himmellegeme ved å legge til materie med samme gjennomsnittlige tetthet, øker den andre kosmiske hastigheten like mye som radiusen eller diameteren øker.
Nå er konklusjonen gjort av P. Laplace klar: for at tyngdekraften skal forsinke lyset, er det nødvendig å ta en stjerne med et stoff med samme tetthet som jorden, og med en diameter som er 250 ganger større enn solens, det vil si 27 tusen ganger større enn jordens. Faktisk vil den andre rømningshastigheten på overflaten til en slik stjerne også være 27 tusen ganger større enn på jordens overflate, og vil være omtrent lik lysets hastighet: stjernen vil slutte å være synlig.
Dette var et strålende innblikk i en av egenskapene til et sort hull - ikke slippe ut lys, være usynlig. For å være rettferdig bør det bemerkes at P. Laplace ikke var den eneste vitenskapsmannen og formelt sett heller ikke den aller første som kom med en slik spådom. Relativt nylig viste det seg at i 1783 kom en engelsk prest og geolog, en av grunnleggerne av vitenskapelig seismologi, J. Michell, med en lignende uttalelse. Hans argumentasjon var veldig lik den til P. Laplace.
Nå mellom franskmennene og britene er det noen ganger en halvt spøkefull, og noen ganger en alvorlig debatt: hvem bør betraktes som oppdageren av muligheten for eksistensen av usynlige stjerner - franskmannen P. Laplace eller engelskmannen J. Michell? I 1973 siterte de berømte engelske teoretiske fysikerne S. Hawking og G. Ellis, i en bok viet moderne spesielle matematiske spørsmål om strukturen til rom og tid, arbeidet til franskmannen P. Laplace med bevis på muligheten for eksistens. av svarte stjerner; På det tidspunktet var arbeidet til J. Michell ennå ikke kjent. Høsten 1984 sa den berømte engelske astrofysikeren M. Riess på en konferanse i Toulouse at selv om det ikke er særlig praktisk å snakke på Frankrikes territorium, må han understreke at engelskmannen J. Michell var den første som forutsi usynlige stjerner, og viste et øyeblikksbilde av den første siden av de tilsvarende verkene hans. Denne historiske bemerkningen ble møtt med applaus og smil fra de fremmøtte.
Hvordan kan man ikke huske diskusjonene mellom franskmennene og britene om hvem som forutså posisjonen til planeten Neptun fra forstyrrelser i Uranus bevegelse: franskmannen W. Le Verrier eller engelskmannen J. Adams? Som kjent indikerte begge forskerne uavhengig riktig posisjonen til den nye planeten. Da var franskmannen W. Le Verrier heldigere. Dette er skjebnen til mange funn. Ofte gjøres de nesten samtidig og uavhengig av forskjellige mennesker. Vanligvis prioriteres de som har trengt dypere inn i essensen av problemet, men noen ganger er dette rett og slett lykkens luner.
Men spådommen til P. Laplace og J. Michell var ennå ikke en reell spådom om et svart hull. Hvorfor?
Faktum er at på P. Laplaces tid var det ennå ikke kjent at ingenting i naturen kunne bevege seg raskere enn lyset. Det er umulig å løpe fra lyset i tomhet! Dette ble etablert av A. Einstein i den spesielle relativitetsteorien allerede i vårt århundre. Derfor, for P. Laplace, var stjernen han vurderte bare svart (ikke-lysende), og han kunne ikke vite at en slik stjerne ville miste evnen til å "kommunisere" med omverdenen på noen måte, til å "rapportere" alt til fjerne verdener om hendelsene som finner sted på den. Med andre ord, han visste ennå ikke at dette ikke bare var et "svart", men også et "hull" som man kunne falle ned i, men det var umulig å komme seg ut. Nå vet vi at hvis lys ikke kan komme ut av et område i rommet, kan ingenting i det hele tatt komme ut, og vi kaller et slikt objekt et sort hull.
En annen grunn til at P. Laplaces resonnement ikke kan betraktes som strengt, er at han vurderte gravitasjonsfelt med enorm styrke, der fallende kropper akselereres til lysets hastighet, og selve lyset som kommer ut kan forsinkes, og anvendte tyngdeloven Newton.
A. Einstein viste at Newtons tyngdekraftsteori er uanvendelig for slike felt, og skapte en ny teori som er gyldig for supersterke, så vel som raskt skiftende felt (som Newtons teori også er ubrukelig for!), og kalte den den generelle teorien om relativt. Det er konklusjonene i denne teorien som må brukes for å bevise muligheten for eksistensen av sorte hull og for å studere egenskapene deres.
Generell relativitetsteori er en fantastisk teori. Hun er så dyp og slank at hun vekker en følelse av estetisk nytelse hos alle som blir kjent med henne. De sovjetiske fysikerne L. Landau og E. Lifshitz kalte den i sin lærebok «Field Theory» «den vakreste av alle eksisterende fysiske teorier». Den tyske fysikeren Max Born sa om oppdagelsen av relativitetsteorien: "Jeg beundrer den som et kunstverk." Og den sovjetiske fysikeren V. Ginzburg skrev at det fremkaller "... en følelse ... som ligner på den man opplever når man ser på de mest fremragende mesterverkene innen maleri, skulptur eller arkitektur."
Tallrike forsøk på populær presentasjon av Einsteins teori kan selvsagt gi et generelt inntrykk av den. Men ærlig talt ligner det like lite på gleden av å kjenne selve teorien som å bli kjent med en reproduksjon av den "sixtinske madonnaen" skiller seg fra opplevelsen som oppstår når man undersøker originalen skapt av Rafaels geni.
Og likevel, når det ikke er anledning til å beundre originalen, kan (og bør!) du gjøre deg kjent med tilgjengelige reproduksjoner, gjerne gode (og det finnes alle slags).
For å forstå de utrolige egenskapene til sorte hull, må vi kort snakke om noen konsekvenser av Einsteins generelle relativitetsteori.
| <<< Назад
|
Videresend >>> |
Det antas at de aller første stjernene ble drevet av mørk materie. Det er mulig at disse usynlige kjempene, som oppsto for nesten 13 milliarder år siden, fortsatt eksisterer i universet. Det er mulig de rett og slett ikke sender ut synlig lys, noe som gjør dem vanskelige å oppdage.
Opprinnelig ønsket forsker Paolo Gondolo, professor i partikkelastrofysikk ved University of Utah (USA), som jobber med dette problemet, å navngi en ny, teoretisk eksisterende type usynlige stjerner - "brune kjemper", som brune dverger, som har omtrentlig størrelse på Jupiter, men følgelig mye større massiv. Kollegene hans insisterte imidlertid på å kalle dem «dark stars», etter sangen med samme navn, som først ble fremført i 1967 av det elskede rockebandet Grateful Dead.
Ifølge forskere bør "mørke stjerner" være 200-400 tusen ganger større i diameter enn vår sol, og 500-1000 ganger større enn supermassive sorte hull.
Født for nesten 13 milliarder år siden, kan «mørke stjerner» fortsatt eksistere i dag, selv om de ikke sender ut synlig lys. Faktum er at det er vanskelig for astronomer å oppdage disse mystiske gigantene, siden de for å bli synlige må sende ut gammastråler, nøytroner og antimaterie. Dessuten bør de være innhyllet i skyer av kald molekylær hydrogengass, som foreløpig ikke er nok til å gi drivstoff til de energiske partiklene til slike gjenstander.
Hvis forskere klarer å oppdage dem, vil det hjelpe å finne og identifisere mørk materie. Da vil det være mulig å finne ut hvorfor det dannes sorte hull så raskt.
Forskere tror at usynlig og ennå uidentifisert mørk materie utgjør omtrent 95 prosent av hele universet. De er overbevist om at det eksisterer – det er mye bevis for dette. For eksempel spinner galakser mye raskere enn de burde være hvis vi bare tar i betraktning de objektene som har blitt oppdaget innenfor vår synslinje til dags dato.
Ifølge forskere kan mørk materie-partikler være såkalte WIMP-er, eller svakt samvirkende massive partikler. Forskere anser nøytrinoer involvert i gravitasjonsinteraksjon for å være en av de studerte variantene av WIMP. Slike partikler kan ødelegge hverandre, og produsere høye temperaturer.
Mørk materiepartikler produserer også kvarker (de hypotetiske grunnleggende elementene som, ifølge moderne ideer, alle elementærpartikler involvert i den sterke kraften er sammensatt av), samt kopier av antimaterie - antikvarker, som ved kollisjon sender ut gammastråler, nøytrinoer og antimaterie, slik som positroner og antiprotoner.
Forskerne regnet ut at i det nyfødte universet, omtrent 80-100 millioner år etter at Big Bang skjedde, avkjølte de ødelagte protostjerneskyene av hydrogen og helium og trakk seg sammen, mens de forble varme og massive.
Som et resultat av disse prosessene kan mørke stjerner dannes, drevet av mørk materie i stedet for kjerneenergi (som i vanlige stjerner). De var hovedsakelig sammensatt av vanlig materie, hovedsakelig hydrogen og helium, men var betydelig mer massive og større i volum enn Solen og de fleste andre moderne stjerner.
"Dette er en helt ny type stjerne som har en ny energikilde," sier forsker Katherine Freese, en teoretisk fysiker ved University of Michigan.
Den usynlige kvinnen sto helt på kanten av fjellet og så på mens det gjørmete-brune, skitne vannet med kvister, visne blader og røtter som fløt i det, sprutet, buktet seg rundt potene hennes. Og uansett hvordan katten kikket på henne, kunne hun ikke engang skjelne steinene på bunnen av elven, enn si refleksjonene på ryggen til fisken, som tidligere alltid forrådte tilstedeværelsen av byttedyr. Hun bøyde seg ned for å berøre vannoverflaten med tungen. Bitter og skitten.
Ikke i det hele tatt som før, ikke sant? – Spotted Star, stående i nærheten, noterte trist. Mistyfoot løftet hodet for å se på lederen hennes. Ullen, som tidligere hadde skinnet av gull, bleknet i morgengryets grå skumring, og de mørke flekkene som ga den navnet ble så svake under den siste månen at det ikke lenger var mulig å skille dem. – Da vannet kom tilbake bestemte jeg meg for at nå skulle alt bli som før. - Spotted Star sukket og senket labben ned i vannet og flyttet den litt fra side til side. Så rettet hun på den og så hvordan skitt dryppet fra klørne hennes på steinen.
Fisken kommer snart tilbake," mjauet den usynlige mannen. – Bekkene er tross alt fulle igjen. Hvorfor skulle fisk unngå dem?
Men Spotted Star så på det rislende vannet og så ikke ut til å høre heroldens ord.
Så mange fisk døde under tørken,» sukket hun igjen. – Hva om innsjøen forblir tom? Hva skal vi spise?
Den usynlige mannen beveget seg nærmere henne, rørte ved skulderen hennes og kjente med skrekk de skarpe ribbeina som stakk ut under huden.
"Alt vil bli bra," mumlet hun. – Bevernes hjem ble ødelagt, og etter regnet tok tørken slutt. Det var en vanskelig sesong, men vi har allerede overlevd den.
Black Claw, Catfish og Primrose - nei», bar lederen tennene som svar. - Tre døde eldste for en Green Leaves! Jeg er tvunget til å se mitt folk dø. Og alt fordi det ikke er noe igjen i innsjøen bortsett fra skitt! Og skjellfisk? Han var modig, som resten av kattene som gikk oppover elven – så hvorfor fortjente han ikke muligheten til å komme tilbake? Kanskje bare fordi han gikk for langt, dit StarClan ikke kunne se noe?
Den usynlige kvinnen strøk henne hjelpeløst over ryggen med halen.
Skjellfisken døde og reddet innsjøen, stammene og oss alle. Vi vil alltid hedre hans minne.
Leopardstjerne snudde seg irritert og begynte å klatre oppover bredden.
"Han betalte for mye," knurret katten uten å snu seg. "Og hvis fisken ikke kommer tilbake til innsjøen, vil hans offer være forgjeves."
Lederen snublet, og den usynlige stormet frem, klar til å støtte henne. Men hun bare hveste irritert og fortsatte å klatre opp, snublende og vaklende.
Den usynlige mannen slo seg ned bak henne, flere haler unna, og ville ikke mase rundt den stolte gullkatten. Hun visste at nå hadde Leopard Star konstant smerte, som selv alle Mothwings urter ikke kunne overdøve, til tross for at denne sykdommen slett ikke var uvanlig - bare en visnende tørst, et kraftig vekttap, konstant sult og økende svakhet som sløvet hørselen og synet hennes. Mistyfoot følte bare lettelse da lederen hennes presset seg gjennom bregnene rundt RiverClans leir og forsvant inn.
Og plutselig derfra, fra dypet, hørtes et dempet skrik.
Leopardstjerne? - innvendig ble det kaldt, løp katten opp. Lederen lå på bakken med store øyne i smerte og forsøkte desperat å puste.
Ikke beveg deg,» beordret den usynlige mannen. - Jeg tar med hjelp.
Hun brøt gjennom bregnene og falt ned i en lysning i sentrum av leiren.
Mothwing, skynd deg! Spotted Star har falt!
Det tunge klappet av poter på bakken ble hørt, så blinket den sandete pelsen til Mothwing, og til slutt dukket hun opp på terskelen til teltet. Så stoppet hun og ristet på hodet, uten å vite hvor hun skulle gå.
Her! - ropte den usynlige kvinnen til henne.
Side ved side klemte kattene seg mellom de grønne stilkene til lederen sin. Leopardstjerne lukket øynene trett, luften boblet i halsen for hvert pust. Mothwing lente seg over henne og snuste på pelsen. Den usynlige kvinnen kom også nærmere, men trakk seg tilbake da hun kjente den bedervede lukten fra den syke katten. På nært hold så hun skitten på Leopard Stars pels, som om hun ikke hadde blitt slikket en hel måne.
"Ta med Myatnik og Reedworm," spurte healeren henne stille og snudde seg over skulderen. "De har ikke dratt på patrulje ennå og vil hjelpe med å bære Spotted Star til teltet hennes."
Mistyfoot følte seg lettet over at hun nå hadde en grunn til å dra og skyldfølelse for at hun ville gjøre det, nikket stille, rygget tilbake og skyndte seg tilbake inn i lysningen. Hun kom tilbake med Myatnik og Kamyshinnik. Mothwing hjalp lederen med å reise seg, hun støttet seg tungt på krigerne. Herolden gikk i forveien, delte bregnene og holdt lett bladene deres foran stammemennene som enten ledet eller dro den syke katten.
Er Leopard Star død? - den ringe stemmen til en av Dusks kattunger ble hørt.
"Selvfølgelig ikke, min kjære," svarte dronningen hviskende. - Hun er bare veldig sliten.
Den usynlige kvinnen ble stående på terskelen til lederens telt og så på mens Reed Man raket mose under hodet til den liggende katten. Dette er mer enn utmattelse. Hulen så ut til å ha blitt mørk, skygger samlet seg i hjørnene, som om stjerneforfedrene allerede var klare til å dukke opp og hilse på den avgående lederen av River Tribe. Mynten presset forbi heroldene, duftende med duft av bregner.
"Gi meg beskjed hvis det er noe annet jeg kan gjøre for henne," sa han stille, og Mistyfoot nikket. Reedtailen kom også ut, senket hodet og dro halen bak seg, og etterlot et langt spor i støvet.
Mothwing flyttet labben til Leopardstar litt til en mer komfortabel posisjon og rettet seg opp.
"Jeg trenger å få noen urter fra teltet mitt," kunngjorde hun. «Bli her, slik at hun forstår at du er i nærheten,» så healeren tilbake på den ubevegelige katten, og kom så nærmere og hvisket henne i øret: «Vær sterk, vennen min.»
Etter at hun dro, var det dødstille i teltet. Spotted Stars pust ble grunt, hvesingen hennes beveget knapt mosen ved siden av snuten. Den usynlige kvinnen sank ned ved siden av henne og strøk lederens benete side med halen hennes.
"Sov godt," spinnet hun lavt. – Nå skal alt ordne seg. Møllen vil snart bringe urter og du vil føle deg bedre.
Til hennes overraskelse begynte Leopard Star å røre på seg.
"Det er sent," raspet hun uten å åpne øynene. – Stjerneforfedrene er nære, jeg kjenner dem ved siden av meg. Tiden er inne for meg å gå.
Ikke si det! - Invisible Man hveste på henne. – Ditt niende liv har akkurat begynt! Mothwing vil kurere deg, skal du se!
Mothwing er en god healer, men hun kan ikke alltid hjelpe. La meg gå stille. Jeg vil ikke kjempe denne siste kampen, og jeg vil ikke at du skal prøve,» prøvde Leopard Star å glise, men alt han kunne gjøre var å puste.
Men jeg vil ikke miste deg! – Den usynlige mannen var indignert.
Er det sant? - kvet lederen og åpnet det ene øyet. Et søkende gult blikk så på henne fra topp til tå. - Etter alt jeg gjorde mot broren din? Med alle halvrasene?
Et øyeblikk følte Mistyfoot seg igjen fanget i det forferdelige sorte hullet, stinkende av kanin, nær den gamle RiverClan-leiren. Så forente Leopardstar og Tigerstar seg for å skape TigerClan, og i et forsøk på å rense krigernes blod, fanget de alle halvblods. Mistyfoot og Rock, som da var RiverClans herald, hadde nettopp fått vite at moren deres var Bluestar. I ledernes øyne var dette nok til en dom, og Spotted Star lot Blackfoot drepe Stone med kaldt blod. Søsteren hans ble reddet av Firestar, og han brakte henne til ThunderClan, hvor hun ble værende til makten hans, sammen med Tigerstars ni liv, endte i kampen med BloodClan.