Введение
Наибольшая часть наших сведений о Вселенной получена благодаря исследованию света звезд. Свет, излучаемый звездой, распространяется в космосе в форме волны. Волна - это поднимающееся и опадающее периодическое колебание, которое переносит энергию от источника к приемнику без переноса вещества.
Световая волна - электромагнитное колебание. Световые волны переносят энергию от звезд (источник) к сетчатке нашего глаза (приемник). Расстояние от какой-либо точки на волне до следующей такой же самой точки, например, от гребня до гребня, называется длиной волны.
Человеческий глаз ощущает свет с очень короткой длиной волны. Волны, благодаря которым мы видим, называются видимым светом. Длины волн видимого света обычно измеряют в ангстремах. Один ангстрем равен одной стомиллионной доле сантиметра (10-8 см). Видимый свет имеет длины волн между 4000 А и 7000 А.
Различные длины волн видимого света воспринимаются как разные цвета. Расположение цветов по длинам волн называется спектром.
Основные понятия
Видимый свет - это лишь небольшая доля всего электромагнитного излучения в космосе. Энергия переносится также в форме гамма-лучей, рентгеновских лучей, ультрафиолетового излучения, инфракрасного излучения и радиоволн.
Нам известно, что гамма-лучи используют в медицине для лечения опухолевых заболеваний, а рентгеновские - для диагностики. Ультрафиолетовые лучи вызывают на теле загар, а инфракрасные - согревают. Радиоволны используются для связи.
Все эти формы излучения представляют собой тот же вид энергии, что и видимый свет. Отличаются они только длиной волны. Эта же причина приводит к резко различным свойствам излучения. Самые короткие волны (гамма-лучи) имеют наибольшую энергию, в то время как самые длинные (радиоволны) - наименьшую энергию.
Все семейство электромагнитного излучения, составленное согласно длинам волн, называется электромагнитным спектром.
Все виды электромагнитных волн распространяются в пустом пространстве с одной и той же скоростью, а именно со скоростью света. Скорость света в вакууме составляет примерно 299 793 км/с. Для расчетов берется значение 300 000 км/с. Ни один из известных объектов во Вселенной не может двигаться быстрее света. Во всех других средах (например, в воздухе, в стекле) скорость света меньше.
Световой год - это расстояние, которое проходит свет в пустоте за один год.
Задача. Сколько километров содержится в одном световом году?
Решение.
1 св. год = скорость света x 1 год. Так как в 1 году содержится 3,156∙107 секунд, то 1 св. год = 299 793 км/с ∙ 3,156∙107 с = 9,46 триллионов км.
Волновое движение может быть описано либо с помощью понятия длины волны, либо с помощью понятия частоты. Частота волны - это число волн, которые прошли за данное время через данную точку пространства. Например, за 1 секунду. Количество колебаний в секунду измеряется в герцах (Гц).
Человеческий глаз воспринимает световые волны различных цветов, обладающие очень высокой частотой.
Для всех видов волнового движения справедливо соотношение:
V=v*λ, где V - скорость волны, ν - частота волны, λ - длина волны. Для электромагнитных волн в пустоте скорость V равна скорости света с.
Законы излучения
Звезды, как и другие горячие тела, излучают энергию во всех длинах волн (закон излучения Планка). Чем горячее звезда, тем больше энергии она излучает. Температура звезды также определяет, какая длина волны соответствует самому интенсивному излучению.
Чем звезда горячее, тем на более короткие длины волн приходится максимум света. Это есть закон смещения излучения Вина. По цвету звезды можно узнать ее температуру. Горячие звезды выглядят бело-голубыми (короткие длины волн), а холодные - красными (длинные волны). Самые горячие (очень короткие длины волн) и самые холодные (очень длинные волны) практически невидимы.
Всеволновая астрономия
Для астрономов важны электромагнитные волны всех длин, потому что каждая волна несет особенную ценную информацию о наблюдаемом объекте. Земная атмосфера поглощает большую часть излучения из космоса, и до телескопов, находящихся на земной поверхности, доходят лишь волны некоторых диапазонов.
Астрономы видят Вселенную с Земли через три "окна прозрачности":
оптический (видимый), радио, инфракрасный. Современная техника дает возможность поднять инструменты над земной атмосферой, то есть, проводить наблюдения из космоса. Современная астрономия стала всеволновой - ей доступны все длины волн. Оказалось, что в различных диапазонах электромагнитного излучения небо "выглядит" совершенно по-разному. Объекты, яркие в одних лучах, могут быть невидимы в других, и наоборот. Например, на "радионебе" ярче всего "светит" центр нашей Галактики и отдельный источник в созвездии Кассиопеи - остаток взрыва Сверновой. В рентгеновских и гамма-лучах наблюдается множество источников, которые вообще не видны в других диапазонах, и о которых ранее даже не догадывались.
Приемники излучения
Электромагнитные волны разной длины воспринимаются разными приемниками излучения.
Приемником видимого света является человеческий глаз. Все оптические телескопы в итоге направляют световое излучение от звезд в глаз наблюдателя. На выходе телескопа можно также установить камеру с фотопленкой.
Существуют две основные конструкции оптических телескопов - рефракторы (преломляющие лучи линзовые системы) и рефлекторы (отражающие свет зеркальные устройства).
Увеличение телескопа определяется следующим образом:
увеличение = фокусное расстояние объектива / фокусное расстояние окуляра
Приемником радиоволн является антенна радиотелескопа. Чем больше размеры антенны, тем более слабый источник может "видеть" радиотелескоп. Основные достоинства радиотелескопов: 1) "видят" источники, скрывающиеся за облаками межзвездной пыли; 2) могут работать и днем и в облачную погоду; 3) изучают объекты, восприятие которых находится за пределами наших органов чувств.
Приемниками инфракрасного излучения являются специальные приборы - термопары и болометры. Они охлаждаются до температуры космического пространства и надежно защищаются от окружающей наземной среды. Существуют также и специальные фотопленки, чувствительные к тепловому инфракрасному излучению.
Астрофизика высоких энергий изучает объекты являющиеся источниками ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения. Приемниками этих видов волн являются особые составы - люминофоры, светящиеся под воздействием лучей и сложные устройства (пузырьковая камера, счетчик Гейгера), устанавливаемые на космических аппаратах-обсерваториях.
