Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Мая 2010 в 19:20, Не определен
Данный реферат посвящен современным вопросам астрономии - той области знаний, которые за последние годы дали наибольшее число научно-технических открытий.
Вся история изучения Вселенной есть, в сущности, поиск средств, улучшающих человеческое зрение. До начала XVII века невооруженный глаз был единственным оптическим инструментом астрономов. Вся астрономическая техника древних сводилась к созданию различных угломерных инструментов, как можно более точных и прочных. Уже первые телескопы сразу резко повысили разрешающую и проницающую способность человеческого глаза. Вселенная оказалась совсем иной, чем она казалась до тех пор. Постепенно были созданы приемники невидимых излучении и в настоящее время Вселенную мы воспринимаем во всех диапазонах электромагнитного спектра - от гамма-лучей до сверхдлинных радиоволн.
Первые пятнадцать лет радиоастрономия почти не развивалась. Многим было еще не ясно, принесут ли радиометоды какую-нибудь существенную пользу астрономии.
Разразившаяся вторая мировая война привела к стремительному росту радиотехники. Радиолокаторы были приняты на вооружение всех армий. Их совершенствовали, всячески стремились повысить чувствительность, вовсе не предполагая, конечно, использовать радиолокаторы для исследования небесных тел.
Советские ученые академики Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны еще в 1943 году.
Это было первое радиоастрономическое исследование в Советском Союзе. Два года спустя (в 1946 году) оно было проверено на практике сначала в США, а затем в Венгрии. Радиоволны, посланные человеком, достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю, где были уловлены чувствительным радиоприемником.
Последующие десятилетия - это период необыкновенно быстрого прогресса радиоастрономии. Его можно назвать триумфальным, так как ежегодно радиоволны приносят из космоса удивительные сведения о природе небесных тел. На сравнительно коротком интервале времени, начиная с 50-х гг., в радиоастрономии достигнут большой прогресс. Разрешение от 1-10 уг. мин. дошло до 0.1 тыс .уг. сек и значительно превосходит возможности оптической астрономии. Чувствительность от 1-10 Ян повысилась до 1 мкЯн. Наблюдения проводятся в диапазоне от 0.01 до 300-400 ГГц. Одновременно принимаемая полоса частот от 100-200 кГц доведена до 1-10 ГГц. Радиоастрономия имеет сопоставимые, а по некоторым проблемам и большие по сравнению с оптикой, возможности проникновения в глубины Вселенной.
Прогресс радиоастрономических исследований определяется уровнем экспериментальной техники. Можно указать на два достижения, которые являются основой современной радиоастрономии.
Первое: разработка апертурного синтеза и синтезированных радиотелескопов, разработка радиоинтерферометров со сверхбольшой базой. Смысл этих систем состоит в том, что сигналы, принятые разными антеннами, определенным образом складываются. В итоге удается воссоздать картину, которую дала бы одна большая остронаправленная антенна. И вот результат - в радиоастрономии получена разрешающая сила в десятитысячной доли угловой секунды, что на несколько порядков выше разрешения наземных оптических телескопов.
Второе: разработка на основе ЭВМ многоканальных систем космической радиоспектроскопии, создание радиотелескопов-спектрометров. Эти инструменты позволили исследовать структуру мазерных источников, открыть в космосе более 50 различных органических молекул, в том числе сложные молекулы, состоящие более чем из десятка атомов.
Через 50 лет, надо полагать, будут открыты (если они имеются) планеты у ближайших к нам 5-10 звезд. Скорее всего их обнаружат в оптическом, инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах волн с внеатмосферных установок.
В будущем появятся межзвездные корабли-зонды для полета к одной из ближайших звезд в пределах расстояний 5-10 световых лет, разумеется, к той, возле которой будут обнаружены планеты. Такой корабль будет двигаться со скоростью не более 0,1 скорости света с помощью термоядерного двигателя.
В радиоастрономии будут использоваться гигантские космические системы апертурного синтеза с размерами радиотелескопов более 100 метров и расстоянием между ними до нескольких сотен тысяч километров (сейчас наибольшее расстояние между радиотелескопами ограничено размерами Земли).
В первой трети XXI в. будет обсуждаться проблема ограничения производства термоядерной энергии, которая к тому времени станет доминирующей, предпримутся также серьезные шаги, чтобы использовать фоновую энергию, существующую на Земле всегда (энергию ветра, приливов, солнечную энергию и т.п.), утилизация которой не приводит к дополнительному нагреву планеты.
Вероятно, будут построены специальные большие радиотелескопы для наблюдения и поиска электромагнитных сигналов разумного (искусственного) происхождения во всем перспективном диапазоне волн, проведены наблюдения сигналов от значительной части звезд Галактики, получит дальнейшее развитие теория возникновения и эволюции внеземных цивилизаций.
Радиоастрономия использует сейчас самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенные системы. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются недосягаемыми для обычных оптических телескопов. Радиоастрономия стала неотъемлемой частью современного естествознания. Перед человечеством раскрылся радиокосмос - картина Вселенной в радиоволнах.
Как известно, успехи в радиоастрономии главным образом определяются возможностями получить высокую чувствительность и разрешающую способность. Из оптической астрономии пришло разделение инструментов на два класса: рефлекторов и рефракторов. В середине 50-х годов велась активная дискуссия, какие системы лучше развивать в радиоастрономии, где короче и дешевле путь достижения высокого разрешения и чувствительности.
Каждая наука изучает определенные явления природы, используя свои методы и средства. Для радиоастрономии объектом изучения служит весь необъятный космос, все бесчисленное множество небесных тел. Правда, это изучение несколько одностороннее - оно ведется лишь посредством радиоволн. Но и в таком «разрезе» Вселенная оказывается бесконечно многообразной, неисчерпаемой для исследователя.
Человеческому глазу доступна узкая область длин волн электромагнитного спектра излучения - от 0,39 до 0,65 мкм. Это очень небольшая щель, сквозь которую люди в течение тысячелетий заглядывали во Вселенную. Но сколько потрясших воображение открытий принесли эти наблюдения!
На протяжении нескольких тысячелетий астрономы ограничивались определением положений светил на небесной сфере и оценкой их блеска невооруженным глазом. Ныне в их распоряжении мощные приборы, позволяющие улавливать буквально отдельные кванты света, идущие от далеких звездных систем.
Некоторое время наибольшими из астрономических телескопов были 250-сантиметровый рефлектор обсерватории Маунт Вильсон и 500-сантиметровый рефлектор Паломарской обсерватории в США.
Сегодня крупнейшим в Европе является телескоп рефлектор с диаметром зеркала 600 см. Он установлен на .Северном Кавказе, вблизи станицы Зеленчукская. Вот некоторые его технические характеристики: вес зеркала около 40т, фокусное расстояние - 24 м, вес инструмента вместе с монтировкой - свыше 850 т. Телескоп вращается вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Компьютер пересчитывает координаты светила с экваториальной в горизонтальную систему координат и подаст соответствующие команды на управляющую механическую систему, вращающую инструмент вслед за этим светилом.
До последнего времени наиболее распространенной оптической системой телескопов была система Кассегрена В таком телескопе главное зеркало имеет форму параболоида. Отразившись от него, световые лучи возвращаются сходящимся пучком назад, попадают на меньшее выпуклое гиперболическое зеркало, опять изменяют направление своего движения и, пройдя через отверстие в главном зеркале, собираются позади него в фокальной плоскости.
Несколько лет назад в США (обсерватория Китт-Пик), а затем в Австралии (обсерватория Сайдинг-Спринг) введены в действие телескопы системы Ричи-Кретьена с диаметрами зеркал 400 см. В этой системе как главное, так и вспомогательное зеркала имеют гиперболическую форму. Это значительно уменьшает длину трубы телескопа, облегчает его монтировку, а диаметр поля зрения увеличивается в 5-10 раз Аналогичный телескоп установлен в Канаде на горе Кобау. В Чили американские ученые устанавливают телескоп этой же системы с диаметром главного зеркала 400 см, а на так называемой Объединенной Европейской обсерватории (там же) устанавливается телескоп с диаметром 360 см. Отметим, что стоимость 4-метрового гиганта оценивается в 10 млн. долларов.
Сейчас в разных странах строится около 8 телескопов с D>3 м и более, 20 - с D>1 м. В частности, мощность современного телескопа оценивается такой цифрой: в 6-метровый телескоп можно увидеть звезды до 24m. Световой поток от этих объектов в 6 млн. раз меньше, чем от звезд 6-й величины.
Теперь в мире насчитывается около 1000 астрономических обсерваторий и станций наблюдений за искусственными спутниками Земли. Почти 100 из них - в России. Своими исследованиями приобрели мировое признание Пулковская астрономическая обсерватория, Крымская астрофизическая обсерватория, Бюраканская астрофизическая обсерватория, Государственный астрономический институт имени Штернберга (Москва) и многие другие.
На миллиарды световых лет (световой год - это, 9.460 Х 1012 км) проникает сейчас во Вселенную глаз наблюдателя. Самые слабые объекты, доступные современным телескопам, имеют примерно 24-ю звездную величину. Самое яркое светило на небе (исключая Солнце и Луну) - планета Венера - в периоды наибольшей яркости имеет звездную величину, равную -4. Значит, блеск слабейшей из галактик в 150 миллиардов раз меньше блеска Венеры. Таков «проницающий взгляд» оптической астрономии.
Обо всем, что происходит вокруг нас, о далеких звездных и галактических мирах рассказывают нам световые лучи. Но в наше время визуальные наблюдения небесных светил проводятся очень редко. Более эффективными оказались фотографические и фотоэлектрические методы наблюдений. Возможности фотографического метода действительно сказочные: ведь при длительном фотографировании количество квантов, поглощенных фотоэмульсией, возрастает. В частности, при помощи 6-метрового телескопа можно получить изображения звезд до 20m при экспозиции всего 10 минут. К тому же на одной пластинке фиксируются изображения многих тысяч объектов, каждый из которых в свое время может стать чем-то интересным.
В последние годы все больше используется фотоэлектрический метод pегистрации слабых световых потоков. В этом случае пучок света направляется не на фотопластинку, а на фотокатод (металлическую пластинку, вмонтированную в стеклянный баллон). Для астрономических наблюдений сегодня используются очень чувствительные фотоумножители, способные регистрировать очень слабые световые потоки. Так, современные фотоумножители, установленные на 5 метровом телескопе, регистрируют быстрые изменения яркости объектов до 24-й видимой величины.
Огромный выигрыш во времени фотографирования слабых объектов дают электронно-оптические преобразователи (ЭОП). Очень перспективным оказался телевизионный метод.
Большое значение имеет исследование химического состава звезд путем тщательного анализа их спектров. При этом необходимо учитывать температуру и давление в поверхностных слоях звезд, которые также получают из спектров. Вообще спектрографические наблюдения дают наиболее полную информацию об условиях, господствующих в звездных атмосферах.
2000 лет тому назад расстояние Земли от Солнца, согласно Аристарху Самосскому, составляло около 361 радиуса Земли, т.е. около 2.300.000 км. Аристотель считал, что «сфера звезд» размещается в 9 раз дальше. Таким образом, геометрические масштабы мира 2000 лет тому назад «измерялись» величиной в 20.000.000 км.
При помощи современных телескопов астрономы наблюдают объекты, находящиеся на расстоянии около 10 млрд. световых лет, что составляет 9,5-1022 км. Таким образом, за упомянутый промежуток времени масштабы мира «выросли» в 5-1015 раз.
Согласно византийским христианским богословам (середина IV столетия н.э.) мир был создан 5508 лет до н.э., т.е. менее чем 7,5 тыс. лет тому назад.
Современная астрономия дала доказательства того, что уже около 10 млрд. лет тому назад доступная для астрономических наблюдений Вселенная существовала в виде гигантской системы галактик. Масштабы во времени «выросли» в 13 млн. раз.
Но главное, конечно, не в цифровом росте пространственных и временных масштабов, хотя и от них захватывает дыхание. Главное в том, что человек, наконец, вышел на широкий путь понимания действительных законов мироздания.