Содержание
Топ заблуждений об астрономии. 9. На небе мы видим звёзды
Казалось бы, ну а здесь-то как можно ошибиться? Ну, ОК, кроме звёзд, мы ещё видим планеты, искусственные спутники, а с телескопом ещё галактики и туманности (впрочем, некоторые из них и без телескопа тоже). Где тут проблема? Или мы, на самом деле, не видим звёзды?
Да, на самом деле, мы их не видим: увы, мы способны видеть только лишь свет от звёзд. Ну, или иное от них излучение — через спецприборы.
Казалось бы, зачем тут эта придирка к деталям? Когда мы говорим: «я вижу стол», — мы ведь тоже имеем в виду, что мы увидели свет, отражённый столом, сложившийся в некоторую картинку на сетчатке нашего глаза, которую мозг распознал, как стол. Однако для краткости мы называем это «я вижу стол». Может быть, со звёздами всё точно так же?
Не совсем.
Дело в том, что у света конечная скорость распространения. Очень большая — порядка 300 000 км/с, но всё же конечная.
Пока мы находимся в пределах Земли, мы имеем дело с расстояниями от сантиметров до, максимум, километров (расстояние до горизонта — порядка четырёх километров), поэтому изображение предмета долетает до нас за миллионные или даже миллиардные доли секунды.
Ввиду чего мы можем отождествлять увиденный нами свет с самим объектом? За миллионную долю секунды стол вряд ли успел сильно измениться, да и если даже он двигался с нашими земными скоростями, то ошибка в его наблюдаемом нами местоположении, по сравнению с реальным, слишком ничтожна, чтобы иметь для нас значение.
Но в космосе иные масштабы. Луна находится в среднем в 380 000 километрах от Земли, поэтому свет передаёт нам то, что было на ней чуть более секунды назад.
Марс в самом оптимистичном для нас случае находится уже в 55 миллионах километров от Земли, поэтому его мы видим с задержкой в три минуты. В среднем же он удалён от нас на 225 миллионов километров и тут уже речь о задержке в двенадцать минут.
Плутон от нас в среднем в 5,7 миллиардах километров. Поэтому мы видим его с запозданием более чем в пять часов.
Глядя на небо, мы всё время смотрим в прошлое.
Но в далёкое ли? ОК, Плутон мы видим в его состоянии пять часов назад, но это ж вроде бы не так много? Он, конечно, успел куда-то улететь, но наверно ведь недалеко?
Скорость Плутона порядка 16 800 км/ч, то есть за пять часов он улетает примерно на 85 000 километров, что примерно вчетверо больше максимально возможного расстояния на поверхности Земли.
И Плутон ещё относительно близко от нас.
Удобной единицей измерения для космических расстояний является «световой год». Про него часто ошибочно думают, будто бы в световых годах каким-то хитрым способом измеряется время — ведь «год» же. Но нет, «световой год» — это буквально то расстояние, которое свет проходит в вакууме за год.
Легко догадаться, что если измерять расстояние в световых годах, то ровно с той же задержкой в годах мы будем видеть этот объект.
Так вот, до ближайшей (кроме, конечно, Солнца) к нам звезды — Проксимы Центавра — 4,2 светового года.
Чуть подальше — примерно в 6 световых годах — находится звезда Барнарда. Эта звезда примечательна тем, что она довольно быстро движется относительно нашей системы. Её скорость порядка 142 км/с.
За год она проходит 4,5 миллиарда километров. Как было сказано выше, расстояние до Плутона — 5,7 миллиарда километров. И вот эта звезда за год преодолевает четыре пятых от него.
За то время, пока от неё доходит до нас свет, она успевает преодолеть шесть таких расстояний — 28 миллиардов километров.
Диаметр нашей галактики — порядка 100 000 световых лет.
Если бы звезда Барнарда была бы расположена на другом краю галактики, то за то время, пока к нам бы дошёл её свет, она успела бы пролететь 11 расстояний от нас до ближайшей к нам звезды.
Ну, или если мы, предположим, сумели бы каким-то образом разглядеть планету на этом самом противоположном к нам галактическом краю, то ситуация на ней соответствовала бы стотысячелетней давности. У нас на планете всего 5500 лет прошло от появления письменности до современной цивилизации, 40 000 лет назад вымерли последние неандертальцы, а 45 000 лет назад появилось то, что сейчас называется «нами» — Homo sapiens — как видом.
Там ведь тоже всё могло поменяться за 100 000 лет.
Одна из ближайших к нам галактик — галактика Андромеды — находится от нас в 2,5 миллионах световых лет и движется в нашу сторону со скоростью примерно 300 км/с. В результате она сейчас находится в 2500 световых годах от того положения, где мы её видим.
Это почти как 600 расстояний от нас до Проксимы Центавра.
Сейчас в телескопы можно разглядеть и гораздо более далёкие объекты. И увидеть, таким образом, ещё более далёкое прошлое. Тем более далёкое, чем дальше от нас находится данный объект.
Расположение звёзд на небе не просто не соответствует их текущему расположению в пространстве, но вдобавок ещё и не соответствует расположению ни в какой момент времени вообще: поскольку более дальние от нас объекты успели сместиться на большее расстояние, чем ближние.
Вот как это можно проиллюстрировать. Предположим, что с зелёного кружка в центре данной иллюстрации мы наблюдаем некие, вращающиеся вокруг него объекты. Все эти объекты находятся довольно далеко, поэтому задержка по времени уже существенна.
Слева изображено, как объекты расположены в пространстве в данный момент, а справа — то расположение, которое мы бы видели с этого зелёного кружка.
Чтобы было понятнее, наложим картинки друг на друга.
В нашей гипотетической ситуации хотя бы сохраняется сам рисунок, хотя и смещаются расположения его фрагментов, однако в реальности небесные объекты движутся друг относительно друга не столь простым образом. И наблюдаем мы ситуацию вовсе не из неподвижного центра кругового вращения.
Иными словами, видимые нами созвездия — это именно что «видимые нами». Это не только уникальная пространственная их проекция на нашу личную «небесную сферу», но и наш уникальный временной срез ситуации — по сферическим слоям.
Переместившись на относительно далёкую звезду, мы бы увидели звёздные расклады совершенно иными. Не только «под другим углом из другой точки», но и «в другом расположении во времени».
Во вселенной всё сейчас уже не так, как мы сейчас видим. И ни в какой момент времени не было так.
Бетельгейзе.
Причём не так не только расположение объектов, но и сами объекты. У звёзд ведь есть свой жизненный цикл — они рождаются в туманностях, взрываются сверхновыми, сгорают и превращаются в звёзды другого типа.
Всё это мы можем наблюдать с Земли, но наблюдаем мы по-прежнему прошлое.
В настоящем же, возможно, некоторые из тех звёзд, которые мы видим на небе, уже не существуют. И не только в далёких-далёких галактиках, а даже в нашем ближайшем окружении. И не только видимые в телескоп, а даже видимые невооружённым глазом.
Например, одно из наиболее узнаваемых созвездий — созвездие Ориона, несёт на своём плече одну из самых ярких на нашем небе звёзд — Бетельгейзе.
Увы, вполне возможно, что её уже нет.
Мы видим её такой, какой она была 450—600 лет назад (точная оценка расстояния до звёзд такого типа сейчас сопряжена с некоторыми трудностями), и уже тогда она была в стадии, в которой весьма вероятен её взрыв, как сверхновой.
Вероятность, правда, не означает гарантии — астрономические масштабы времени весьма протяжённы, и она вполне может просветить ещё миллион лет, а то и вообще не взорваться, а просто выгореть, однако вероятность всё-таки не нулевая, а потому не исключено, что она взорвалась прямо сейчас, но узнаем мы об этом только через полтысячелетия.
Как не исключено и то, что как раз полтысячелетия назад она и взорвалась, поэтому мы узнаем об этом прямо сейчас.
Следует заметить, что учёные не предсказывали гибель всего живого на Земле из-за взрыва Бетельгейзе — это «предсказали» журналисты, неправильно понявшие слова учёных и перенёсшие описание событий, которые будут происходить вблизи Бетельгейзе на нашу Солнечную систему.
Впрочем, даже если Бетельгейзе продержится ещё долго, то всё равно ведь вспышки сверхновых постоянно наблюдаются. И большинство на самом деле произошли десятки тысяч, сотни тысяч, а то и десятки миллионов лет назад.
И в тот момент, когда с небосвода исчезает какая-то звезда, на самом деле всего лишь исчезает с нашего неба «фотография» её далёкого прошлого.
GISMETEO: Глядя в небо, можно увидеть далекое прошлое — События
Вспышка молнии, пауза, и только через несколько секунд до нас доносится отдаленный гул грома. Мы слышим прошлое. И видим тоже прошлое.
Звук за три секунды проходит около километра, а свет — 300 тысяч километров каждую секунду.
Когда мы видим вспышку света в трех километрах от нас, мы видим что-то, что произошло сотую миллисекунды назад. Но если мы посмотрим дальше, и еще дальше, мы можем увидеть, что произошло секунды, минуты, часы и годы назад. Таким образом, глядя в телескоп, мы можем заглянуть в далекое прошлое.
© rukawajung | shutterstock
Секунды
Если вы хотите оглянуться назад во времени, вам нужно посмотреть вверх. Луна — наш ближайший небесный сосед — находится на расстоянии 380 тысяч километров, и свету требуется 1,3 секунды, чтобы добраться до нас. Мы видим Луну не такой, какая она есть сейчас, а такой, какой она была 1,3 секунды назад. Радиоволны распространяются со скоростью света, поэтому столько же будет идти сообщение до космонавтов, высадившихся на поверхности спутника.
Минуты
Солнце находится на расстоянии 150 миллионов километров, и мы видим его таким, каким оно было 8 минут назад. Наши планетные соседи, Венера и Марс, находятся на расстоянии десятков миллионов километров, и мы видим их такими, какими они были несколько минут назад.
Когда Марс максимально приближается к Земле, задержка составляет 3 минуты, но в других случаях свету требуется более 20 минут, чтобы дойти от Марса до нас.
При управлении марсоходами с Земли это создает некоторые проблемы. Например, когда надо срочно передать команду роверу. По этой причине они путешествуют очень медленно со скоростью 5 см/с по заданному маршруту и используют бортовые компьютеры, чтобы избежать опасного препятствия.
Часы
Давайте проследуем немного дальше. Сатурн даже во время приближения к Земле находится на расстоянии более миллиарда километров, поэтому мы видим его таким, каким он был более часа назад. Когда космический корабль «Кассини» погрузился в атмосферу Сатурна в 2017 году, мы услышали эхо его разрушения только спустя более часа.
Года
Ночное небо заполнено звездами, и звезды эти невероятно далеки. Расстояния до них измеряются в световых годах, а за один год свет проходит около 9 триллионов километров.
Альфа Центавра, ближайшая к нам звезда, видимая невооруженным глазом, находится на расстоянии в 270 000 раз превышающем расстояние между Землей и Солнцем. Это 4 световых года, поэтому мы видим звезду такой, какой она была 4 года назад.
Столетия и миллионы лет
Звезда Бетельгейзе в созвездии Ориона находится на расстоянии 640 световых лет. Если завтра она взорвется, мы не будем знать об этом веками.
Галактика Андромеды и Магеллановы Облака — относительно близкие галактики и достаточно яркие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Большое Магелланово Облако находится на расстоянии 160 000 световых лет, а Андромеда — 2,5 миллиона световых лет. Для сравнения: современные люди ходят по Земле всего около 300 000 лет.
Миллиарды лет
Невооруженным глазом вы можете заглянуть в прошлое на миллионы лет назад. Чтобы охватить миллиардов, вам понадобится любительский телескоп.
Квазар 3C 273 — невероятно яркий объект в созвездии Дева, но до него 2,5 миллиарда световых лет.
И вы можете увидеть его с помощью телескопа с апертурой 200 мм. Телескоп большего размера позволит заглянуть еще дальше в космос и увидеть объекты, расстояние до которых сравнимо с возрастом Вселенной — 13,8 миллиарда лет. Одним из таких является квазар APM 08279 + 5255.
Так что помните: когда вы смотрите в небо, вы видите объекты не такими, какие они есть сейчас, а такими, какими они были секунды, минуты, часы или годы назад.
Что вы изучаете в астрономии?
Во все времена небо пленяло людей. В древних цивилизациях люди смотрели вверх и удивлялись увиденному.
Их любопытство руководило их изучением. С широко открытыми глазами и полными благоговения эти ранние астрономы сделали много удивительных открытий о космосе. Они узнали о планетах, звездах, солнце и луне.
Если ваш ребенок также интересуется космосом, изучение астрономии для начинающих — это увлекательный способ поддержать его любопытство! На начальном уроке астрономии дети узнают об объектах в космосе и их роли во Вселенной.
Они будут изучать открытия астрономов на протяжении всего времени. Также включены инструменты, используемые в исследовании космоса, в том числе телескопы и ракеты.
Вот подробнее о том, чему ваш ребенок может научиться в астрономии:
Солнце
Солнце дает свет и тепло, в которых нуждается наш мир. Раньше ученые считали Землю центром Солнечной системы. Они думали, что Солнце движется вокруг нашей планеты. Однако со временем ученые опровергли это убеждение. Теперь астрономы знают, что Солнце является центром нашей Солнечной системы. Все планеты вращаются вокруг него.
В астрономии студенты изучают солнце и его силу. Они узнают, как определить время без часов и почему опасно смотреть прямо на солнце.
Звезды
Маленькие точки света становятся видимыми, когда небо темнеет каждый вечер. На ночном небе столько звезд!
Некоторые группы звезд создают изображения.
Они известны как созвездия. Существует почти девяносто различных созвездий. Некоторые из этих звездных узоров видны без каких-либо специальных инструментов. Вам понадобится телескоп, чтобы увидеть других. Пока ваш ребенок не изучит все созвездия, он научится определять некоторые ключевые.
Планеты
Земля — не единственная планета в нашей Солнечной системе. Ваш ребенок узнает о других планетах, вращающихся вокруг Солнца. От Меркурия до Нептуна ваш ребенок узнает некоторые факты о каждом и создаст модель, которая поможет ему запомнить порядок.
Законы движения Ньютона
Один из первых астрономов по имени сэр Исаак Ньютон создал теорию гравитации. Он также обнаружил три ключевых факта о движении. Законы движения Ньютона все еще используются сегодня, спустя много столетий после того, как он впервые представил их.
Эти законы помогли изобретателям понять, как создавать машины, способные летать.
После самолетов другие изобретатели нацелились на звезды. Они усердно работали, используя информацию сэра Исаака Ньютона и других астрономов. В конце концов, им удалось построить космический корабль.
История космических путешествий
Когда космические путешествия стали возможными, люди начали планировать экспедиции. Они отправили ракеты в космос для сбора информации. Со временем они запустили космический корабль с людьми внутри.
Эти астронавты помогли людям многое узнать о космосе. Сегодня астронавты продолжают исследовать Солнечную систему. Эта тема часто увлекает детей во время занятий астрономией.
Ваш ребенок хочет больше узнать об астрономии этим летом?
Ваш ребенок готов к незабываемому летнему лагерю? Летние лагеря в Далласе от Club SciKidz помогут вашему ребенку учиться, развлекаясь. Их практические проекты помогают привнести науку в жизнь для детей.
В лагере «Космос» ваш ребенок будет изучать законы движения на воздушных шарах-ракетах. Они узнают больше о планетах, создав модель. Они узнают, как исследователи использовали звезды для навигации, и многое другое. Это будет неделя, которую ваш маленький астроном никогда не забудет, так что зарегистрируйтесь в Camp Cosmos прямо сейчас!
Зарегистрируйтесь сегодня!
Ученые определили лучшее место на Земле для наблюдения за звездами — холодное и далекое
СИДНЕЙ, Австралия — Когда вы смотрите на ночное небо, какие созвездия вы можете различить? Сможете ли вы найти Большую Медведицу? Видишь Пояс Ориона? Считать звезды довольно сложно в районах с большим количеством света, таких как крупные города. Исследование говорит, что даже при самом чистом небе вы все еще видите турбулентность в атмосфере, которая заставляет звезды мерцать.
Хотите по-настоящему идеальный вид на космическое пространство? Международная исследовательская группа нашла это место, но вам нужно собраться. Это в Антарктиде!
Звезды не должны мерцать?
По данным Университета Нового Южного Уэльса, турбулентность заставляет свет, исходящий от звезд, искривляться, когда он достигает поверхности Земли. Эта нестабильность в воздухе придает звездам фирменный эффект мерцания.
Однако в Антарктиде турбулентность настолько мала, что почти не мешает свету звезд, что делает вид необычайно четким. Исследовательская группа под руководством Китая построила систему телескопов на вершине плато под названием Купол А, которое находится на высоте 4000 футов над уровнем моря.
«После десятилетия косвенных доказательств и теоретических рассуждений мы, наконец, получили прямое наблюдательное доказательство необычайно хороших условий в Куполе А», — говорит профессор UNSW Майкл Эшли в заявлении университета.
«Купол А — самая высокая точка в районе центрального плато Антарктиды, и атмосфера здесь чрезвычайно стабильна, гораздо стабильнее, чем где-либо еще на Земле», — добавляет он.
«В результате мерцание звезд значительно уменьшилось, а изображения звезд стали намного четче и ярче».
Что делает Купол А таким особенным?
На большей части местности горы и долины вызывают бурные водовороты. Это искажает лучи света, исходящие от звезд. Купол А плоский на сотни миль во всех направлениях, поэтому турбулентность не возникает.
С 8-метровой башни в Куполе А в Антарктиде открывается уникально четкий вид на звезды. (Фото: Zhaohui Shang)
Команда также построила восьмиметровую платформу для телескопа, чтобы он находился над «пограничным слоем» турбулентности, который обычно остается близко ко льду. Это позволяет ученым делать очень четкие снимки ночного неба. Профессор Эшли говорит, что у этого особого места есть даже преимущества перед знаменитым космическим телескопом Хаббл.
«Спутники намного дороже, мы говорим, может быть, в 10-100 раз дороже», — объясняет астроном. «Но еще одно преимущество проведения наземных наблюдений заключается в том, что вы всегда можете добавить новейшие технологии к своему наземному телескопу.