Godine 1929. Hubble je objavio svoje otkriće fundamentalnog zakona. Otkrio je da su spektralne linije svih galaksija, sa izuzetkom nekoliko najbližih galaksija, pomaknute u crveno. Kao iu slučaju pomaka u zvjezdanim spektrima koji se objašnjavaju Doplerovim fenomenom, omjer promjene talasne dužine Δƛ i same talasne dužine ƛ je isti za sve spektralne linije date galaksije. Ako ovu pojavu, kao i obično, objasnimo Doplerovim efektom, onda moramo zaključiti da se sve galaksije, s izuzetkom nekoliko najbližih, udaljavaju od nas, a brzina uklanjanja υ svake galaksije je određena od proporcije

υ / c = Δƛ / ƛ (1)

gdje je c brzina svjetlosti.

Ali ovo nije bio kraj otkrića. Pokazalo se da što je galaksija u prosjeku slabija, to su linije njenog spektra više pomjerene na crvenu stranu, a kako slab sjaj galaksije, općenito govoreći, ukazuje na njenu veću udaljenost, možemo zaključiti da što je dalje galaksija, to je jači pomak njenog spektra u crvenom smjeru.

Nakon što je detaljno proučio problem, Hubble je otkrio da je omjer Δƛ / ƛ, određen iz spektra galaksije, proporcionalan udaljenosti do galaksije, tj. crveni pomak u spektrima galaksija je proporcionalan udaljenosti do galaksije. galaksije.

Ovaj obrazac je prvi put ustanovljen za svijetle i stoga relativno bliske galaksije. Ali onda 1936. i 1953. Hubble je pokazao da vrijedi za sve galaksije, uključujući i one najslabije, zbog čega je otkriveni obrazac dobio karakter univerzalnog zakona. Ovaj zakon, koji se naziva zakon crvenog pomaka spektra galaksija, a ponekad i Hablov zakon, jedan je od najosnovnijih zakona Univerzuma, jedan od osnovnih zakona prirode.

S obzirom na izuzetnu važnost zakona crvenog pomaka spektra galaksija, pokazat ćemo kako ga je Hubble ustanovio, ali ćemo koristiti opširniji materijal radijalnih brzina 806 galaksija, koji je 1956. godine dobio Humason. , Mayall i Sandage.

Pretpostavimo da vrijedi zakon crvenog pomaka spektra galaksija i, prema tome, jednakost

s*(Δƛ / ƛ)= H*r (2)

gdje je c brzina svjetlosti, a H određeni koeficijent proporcionalnosti, koji se u čast Habla obično označava prvim slovom njegovog prezimena (Hubble). Zatim, zamjena u dobro poznatu jednakost

umjesto r njegov izraz iz (2), dobijamo

m = 5lg(c* Δƛ / ƛ) + M – 5 – 5 lg * H (4)

Posljednja dva člana u jednačini su konstante. Ako bi apsolutna magnituda M i dalje bila ista za sve galaksije, onda, crtanje na osi

apscisa log(c* Δƛ / ƛ), a na ordinati m, pronađenoj iz posmatranja galaksija, mi bismo, ako je Hablov zakon zadovoljen, prema (4) trebali dobiti tačke koje se nalaze striktno duž određene prave linije. Zapravo, apsolutne magnitude galaksija se razlikuju jedna od druge, i, kao što znamo, prilično snažno. Kao rezultat ovoga (ako je zadovoljen Hubbleov zakon), tačke neće biti locirane striktno duž prave linije, već će biti grupisane oko nje sa nekim rasipanjem.

Grafikon koji su konstruisali Humason, Mayall i Sandage uvjerava nas u valjanost Hubbleovog zakona. Ovdje je također važno da nagib prave linije oko koje su tačke razbacane ispadne upravo onakav kakav bi trebao biti prema koeficijentu 5 ispred logaritma u jednačini (4).

Da bi postigli još uvjerljiviji rezultat, kako bi smanjili raspršivanje tačaka oko prave linije, Humason, Mayall i Sandage su koristili sljedeću tehniku. U 18 jata galaksija izmjerili su crveni pomak spektra prve, treće, pete i desete najsjajnije galaksije i za njih odredili prosječne vrijednosti log(c* (Δƛ / ƛ)) i m. Može se pretpostaviti da se najsjajniji članovi klastera ne razlikuju mnogo od klastera do klastera u apsolutnoj zvezdanoj veličini. Osim toga, ovdje se uzimaju prosječne vrijednosti. Stoga, ako je Hubbleov zakon tačan, raspršivanje tačaka bi trebalo biti znatno smanjeno.

Kao što slika pokazuje, to se zapravo dogodilo. Rezultirajuće tačke sa vrlo malim rasipanjem leže blizu prave linije. Hubbleov zakon je jasno izražen.

Dakle, zakon je potvrđen: uslov (2) je zadovoljen za galaksije.

Ali je li moguće reći da je crveni pomak spektra galaksija posljedica Doplerovog efekta, odnosno da je uzrokovan uklanjanjem galaksija? Ako pretpostavimo da je to upravo tako, onda iz jednakosti (1) i (2) slijedi da

i dolazimo do zaključka na koji su se astronomi navikli u proteklih 45 godina, ali koji zadivljuje maštu svakoga ko ga prvi put sazna: galaksije se udaljavaju brzinama proporcionalnim njihovim udaljenostima! Ako se jedan od njih nalazi sto puta dalje od drugog, onda se udaljava od nas sto puta brže.

Hubble je objasnio crveni pomak spektra galaksija Doplerovim efektom, pa se zakon (5) naziva i Hablovim zakonom. Neophodno je, međutim, shvatiti da je zakon (2) apsolutno tačan, provjeren je opservacijama, a zakon (5) je istinit da je pomak spektra uzrokovan Doplerovim efektom, što se ne može dokazati opservacijama. Može se samo suditi o većem ili manjem stepenu uvjerljivosti ove izjave.

Ako je cijeli vidljivi svijet nastao kao rezultat grandiozne eksplozije i galaksije su nastale od majke raspršene eksplozijom, onda su one koje su nastale u dijelovima materije koji su imali veliku brzinu u trenutku eksplozije već trebali letjeti dalje , u potpunoj saglasnosti sa Hubbleovim zakonom.

Prihvatanje Hubbleovog zakona u obliku (5), koji kaže da galaksije imaju pozitivne brzine proporcionalne njihovim udaljenostima, neminovno mora dovesti do zaključka da nikada u prošlosti (koliko davno zavisi od koeficijenta H) sve galaksije, ili komadići materije iz koje su se formirale i izletele istovremeno, ali različitim brzinama, iz neke relativno male zapremine.

Ovaj zaključak je toliko važan za sve naše ideje o nastanku i strukturi Univerzuma da je, prije nego što ga prihvatimo, potrebno provjeriti postoje li druge mogućnosti za objašnjenje crvenog pomaka osim Doplerovog efekta.

Predloženo je nekoliko drugih objašnjenja. Jedna od njih, nazvana hipoteza "kvantnog starenja", je da fotoni, odnosno čestice svjetlosti, krećući se u svemiru, gube dio energije sadržane u njima. Tvrdi se da je to zakon kretanja fotona u svemiru. Energija fotona je proporcionalna frekvenciji, odnosno obrnuto proporcionalna talasnoj dužini zračenja. Stoga, kako foton putuje kroz svemir, talasna dužina zračenja postaje veća i ceo spektar udaljenog objekta se ispostavlja da je pomeren u crveno, a veličina pomaka će biti proporcionalna

razdaljina. Na malim udaljenostima, pa čak i na velikim (ali ne i vrlo velikim) udaljenostima, efekat kvantnog starenja je i dalje toliko beznačajan da se ne može detektovati iz posmatranja, pa utiče samo na spektre veoma udaljenih tela – drugih galaksija.

Drugo objašnjenje predloženo umjesto Doplerovog efekta bilo je navođenje uzroka "kvantnog starenja". Gubitak energije fotona nije samo zakon njegovog kretanja, već je uzrokovan interakcijom s drugim fotonima zračenja koji ispunjavaju prostor Metagalaksije i kreću se u svim mogućim smjerovima. Što duže foton putuje, više interakcija doživljava u prosjeku i veći je crveni pomak spektra galaksije.

Slabost svih hipoteza koje se svode na "kvantno starenje" kako se svjetlost kreće kroz prostor je u tome što zahtijevaju napuštanje zakona održanja energije. Ako je “starenje kvanta” jednostavno zakon njegovog kretanja, tada se energija gubi a da se ni na šta ne prenosi, odnosno krši se zakon održanja energije. Ako foton izgubi dio svoje energije, prenoseći je na neki medij, druge fotone ili neke čestice općenito, onda svaki takav prijenos energije mora biti povezan s mogućnošću promjene smjera leta fotona. Fotoni koji su prešli veliku udaljenost moraju primjetno promijeniti smjer svog kretanja u prostoru. Kao rezultat toga, slike udaljenih galaksija trebale bi biti mutne, a što je galaksija udaljenija, to je veći stepen zamućenosti njene slike.

Ali zapažanja pokazuju da su obrisi udaljenih i veoma udaljenih galaksija jednako jasni i jasni kao i obrisi nama najbližih zvezdanih sistema.

Stoga hipoteza o „kvantnom starenju“, o kojoj se ozbiljno raspravljalo prije trideset godina, trenutno ne nalazi gotovo nikakve pristalice.

Samo Doplerov efekat može dovesti do snažnog crvenog pomaka spektra galaksija i istovremeno sačuvati različite slike galaksija na fotografskim pločama, poput onih koje se stvarno posmatraju. Dakle, iako se ovo ne može smatrati striktno dokazanim, već jednostavno u nedostatku drugih zadovoljavajućih objašnjenja, razumno je vjerovati da je crveni pomak spektra galaksija zaista uzrokovan njihovim uklanjanjem.

To znači da moramo prihvatiti i posljedicu iz ovog zaključka, naime, da su u nekom trenutku u prošlosti sve galaksije, ili komadići materije iz kojih su nastale galaksije, bile istovremeno izbačene u jednakim smjerovima i različitim brzinama iz male zapremine prostor. Ovaj fundamentalni kosmogonski zaključak tridesetih godina našeg veka dao je povoda za hipoteze koje smatraju da je eksplozija koja je dovela do galaksija stvaranje sveta kao rezultat božanskog čina.

S druge strane, zaključak o naizgled početnom trenutku postojanja čitavog opserviranog Univerzuma uzbunio je mnoge astronome i naveo ih na nepovjerenje u Hubbleov zakon. Ali pokušaji da se zanemari zakon zasnovan na tačnim zapažanjima nikada ne dovode do naučnog napretka. Danas je postalo potpuno jasno da je pretpostavka o nekom grandioznom procesu eksplozivne prirode, koji je stvorio galaksije i dao im različite brzine, opservacijska činjenica koja je u potpunosti u skladu s materijalističkim idejama o Univerzumu.

Pokazalo se da su eksplozivni procesi različitih razmjera vrlo česti u Univerzumu. Eksplozije Nove, eksplozije supernove, velika eksplozija u jezgru galaksije NGC 3034 i druge pojave o kojima ćemo pisati u nastavku ukazuju na postojanje procesa eksplozivne prirode, pokazujući da su procesi ove vrste obrazac u evoluciji Univerzum. Eksplozivni proces koji je doveo do svih vidljivih galaksija treba se smatrati u lancu ovih fenomena najgrandioznijim od njih.

Pretpostavimo da su se kao rezultat eksplozije koja se dogodila prije 1,5 miliona godina u jezgru galaksije NGC 3034 formirale zvijezde. Oko jednog od njih formirao se planetarni sistem i razvio se inteligentni život. Tačna naučna istraživanja koja su sprovela inteligentna bića dovest će ih do zaključka da su planetarni sistem u kojem žive i zvijezde oko njih nastali istovremeno eksplozijom i izbacivanjem iz malog područja unutar galaktičkog jezgra prije 1,5 miliona godina. Hoće li takav zaključak biti naučni? Naravno. Da li to zahtijeva prepoznavanje natprirodne božanske moći? Naravno da ne. Inteligentna bića u galaksiji NGC 3034, poput nas, moraće da prepoznaju da podaci posmatranja ukazuju na postojanje i važnu ulogu u kosmogoniji još neistraženih eksplozivnih procesa. Oni, kao i mi, treba da smatraju prioritetnim proučavanje ovih procesa povezanih sa brzim prelaskom materije iz jednog stanja u drugo. Činjenica da se eksplozivni procesi manifestuju u različitim oblicima i da imaju različite razmjere treba da doprinese proučavanju suštine ovih pojava.

Budući da je cijeli vidljivi prostor Univerzuma ispunjen galaksijama i nije uočeno nijedno drugo tijelo koje odstupa od Hubbleovog zakona, ovaj zakon se može tumačiti kao opća ekspanzija vidljivog područja Univerzuma, širenje Metagalaksije. Može se čak pretpostaviti da dolazi do uniformnog i izotropnog, odnosno identičnog u svim tačkama i u svim smjerovima, širenja prostora, što podrazumijeva udaljavanje tijela u njemu jedno od drugog.

Uklanjanje galaksija u svim pravcima od zemaljskog posmatrača uopšte ne znači da Zemlja, ili bolje reći, naša Galaksija zauzima centralni položaj u Univerzumu, u Metagalaksiji. Zamislite čvrstu gumenu loptu, koju nekako ravnomjerno razvlačimo u svim smjerovima. U kojoj god tački ove lopte da se posmatrač nalazi, centralnoj ili bilo kojoj drugoj, činiće mu se da se sve ostale tačke lopte udaljavaju od njega i da se udaljavaju brzinama proporcionalnim njihovim udaljenostima. Zanimljivo je da ako brzina uklanjanja galaksija ne zavisi od pravca, onda samo zakon proporcionalnosti brzine i udaljenosti ne vodi ka antropocentrizmu - zaključku o centralnom položaju čoveka u Univerzumu. Kada bi se, na primjer, sve galaksije, bez obzira na njihovu udaljenost, udaljavale od Zemlje istom brzinom, tada bi, kao što je lako zamisliti, položaj naše Galaksije u Univerzumu bio izuzetan. Samo kada se posmatra iz ove tačke došlo bi do širenja u svim pravcima, au svim pravcima brzina širenja bi bila ista. Za svaku od ostalih tačaka u prostoru postojao bi smjer u kojem nema širenja, au ostalim smjerovima brzina širenja bi bila drugačija

Pogodno je smatrati uklanjanje galaksija kao širenje svemira iz drugog razloga. Galaksije koje su članovi istog galaktičkog jata nalaze se na gotovo istoj udaljenosti od nas, budući da je veličina jata obično mala u odnosu na takve udaljenosti. U međuvremenu, radijalne brzine ovih galaksija obično se značajno razlikuju jedna od druge. Razlika je mnogo veća od one koja proizlazi iz Hubbleovog zakona ako su se neke galaksije nalazile na granicama jata koje su nam najbliže, a druge na granicama jata koje su nam najbliže; Ovaj fenomen se objašnjava činjenicom da se čitavo jato galaksija udaljava od nas brzinom koju bi trebalo da ima prema Hubbleovom zakonu, ali unutar jata svaka galaksija se još nekako kreće u odnosu na centar inercije jata. . Dakle, ukupna brzina galaksije je zbir dvije brzine - opće prema Hubbleovom zakonu za datu udaljenost, odnosno za lokaciju datog jata, i pojedinačne brzine u odnosu na jato u kojem se galaksija nalazi. nalazi.

Svaka galaksija, a ne samo član klastera, ima individualno kretanje. Stoga je najbolje zamisliti opštu sliku kretanja galaksija na sljedeći način: cijeli prostor Metagalaksije se širi izotropno i sa sobom nosi galaksije koje se u njemu nalaze. Istovremeno, svaka galaksija ima i pojedinačno kretanje, tj. čiji smjer može biti bilo koji - i od nas i prema nama, i u bilo kojem drugom smjeru.

Zahvaljujući pojedinačnim pomeranjima, spektri nekih od najbližih galaksija se pomeraju ne na crvenu, već na ljubičastu stranu, odnosno, ove galaksije nam se približavaju. U obližnjim galaksijama, udaljenost uzrokovana širenjem svemira je mala zbog komparativne male udaljenosti, a ova brzina može biti pokrivena individualnom brzinom ako je potonja usmjerena prema nama. U udaljenim galaksijama brzina povlačenja uzrokovana širenjem svemira je tolika da utjecaj individualne brzine postaje neprimjetan.

Na listi Lokalnog sistema galaksija 7 galaksija imaju negativnu radijalnu brzinu, odnosno približavaju nam se. Međutim, potrebno je uzeti u obzir da radijalne brzine određujemo iz Sunčevog sistema, koji se i sam kreće brzinom od oko 220 km/s u našoj galaksiji. Dakle, da bi se dobila brzina drugih galaksija u odnosu na našu Galaktiku, a upravo je to ono što je interesantno u pitanju koje se razmatra, potrebno je izvršiti korekcije brzine Sunca u Galaksiji u dobijeni radijal brzine.

Ako se to učini, ispada da će radijalna brzina svih članova Lokalnog sistema zadržati svoj predznak. Konkretno, za šest članova Lokalnog sistema radijalna brzina će ostati negativna, iako će se smanjiti u apsolutnoj vrijednosti. Dakle, maglina Andromeda (NGC 224) se zaista približava našoj galaksiji brzinom od 143 km/s, a NGC 185 brzinom od 180 km/s. Proučavanje radijalnih brzina obližnjih galaksija pokazalo je da pojedinačne brzine galaksija koje se nalaze izvan jata u prosjeku iznose 200-300 km/s, dok su za galaksije koje su članice nekih gustih jata veće i jednake 400-600 km/s. .

Veličine spektralnih crvenih pomaka ukazuju na vrlo velike brzine slabih udaljenih galaksija. Na primjer, za jednu slabu galaksiju, vrijednost Δƛ / ƛ koju je izmjerio Minkowski u opservatoriji Palomar ispostavilo se da je 0,46. Stoga, ako primijenimo formulu (1), tada će brzina recesije galaksije biti jednaka 0,46 s ili 138 000 km/s. Međutim, za tako velike brzine formula (1) je netačna. On približno izražava Doplerov zakon samo u slučaju kada je υ vrlo malo u poređenju sa c. Tačnu formulu Doplerovog zakona daje teorija relativnosti i ima oblik

υ / c = (((Δƛ / ƛ)+1) 2 -1)/(((Δƛ / ƛ)+1) 2 +1) (6)

U slučaju vrlo malog Δƛ / ƛ ova formula se svodi na jednakost (1), a za ne baš malu Δƛ / ƛ razlika između formula (1) i (6) je značajna. Ako se, na primjer, pokaže da je pomak valne dužine jednak samoj valnoj dužini (što nije nemoguće), onda se prema formuli (1) dobija maksimalna brzina u prirodi υ = s, a prema ispravnoj formuli (6) υ = (3/5) s. Prema formuli (6), bez obzira koliko su veliki pomaci spektra uočeni, brzina uklanjanja je manja od brzine svjetlosti. Za gore navedenu galaksiju, koja ima spektralni crveni pomak Δƛ / ƛ = 0,46, koristeći formulu (6) nalazimo tačnu vrijednost υ = 0,36 s ili 108000 km/s.

Sada samo treba da preduzmemo poslednji i najvažniji korak u razumevanju Hubbleovog zakona. Potrebno je odrediti vrijednost koeficijenta proporcionalnosti H, koji u formuli (5) povezuje brzinu uklanjanja galaksija sa udaljenostima do njih. Koeficijent H je jedna od glavnih svjetskih konstanti - karakterizira brzinu širenja svjetskog prostora.

Istorijat određivanja ovog koeficijenta prikazan je u sljedeća dva posta: i.

T.A. Agekyan “Zvijezde, galaksije, metagalaksije” 1981. Treće izdanje, revidirano i prošireno

Pozivamo vas da razgovarate o ovoj publikaciji na našoj.

Ako neko misli da riječ "bježi" ima čisto sportski, ili u najboljem slučaju "antibračni" karakter, onda se vara. Ima mnogo zanimljivijih interpretacija. Na primjer, kosmološki Hubble zakon ukazuje da se... galaksije raspršuju!

Tri vrste maglina

Zamislite: u crnom, ogromnom bezvazdušnom prostoru, zvezdani sistemi se tiho i polako udaljuju jedan od drugog: „Zbogom! Zbogom! Zbogom!". Možda, ostavimo po strani "lirske digresije" i okrenimo se naučnim informacijama. Godine 1929. najuticajniji astronom 20. veka, američki naučnik Edvin Pauel Habl (1889-1953), došao je do zaključka da se Univerzum stalno širi.

Čovjek koji je cijeli svoj odrasli život posvetio razotkrivanju strukture svemira, rođen je u Marshfieldu, od malih nogu se zanimao za astronomiju, iako je s vremenom postao ovlašteni pravnik. Nakon što je diplomirao na Univerzitetu Cambridge, Edwin je radio u Čikagu na opservatoriji York. Borio se u Prvom svjetskom ratu (1914-1918). Godine na frontu samo su odgodile otkriće na vrijeme. Danas cijeli naučni svijet zna šta je Hablova konstanta.

Na putu ka otkriću

Vraćajući se s fronta, naučnik je skrenuo pažnju na opservatoriju Mount Wilson na velikoj nadmorskoj visini (Kalifornija). Tamo je primljen. Zaljubljen u astronomiju, mladić je proveo dosta vremena gledajući kroz sočiva ogromnih teleskopa veličine 60 i 100 inča. Za to vrijeme - najveći, gotovo fantastičan! Izumitelji su radili na uređajima skoro deceniju, postigavši ​​najveće moguće povećanje i jasnoću slike.

Podsjetimo se da se vidljiva granica Univerzuma zove Metagalaksija. Prelazi u stanje u vrijeme Velikog praska (kosmološka singularnost). Moderne odredbe navode da su vrijednosti fizičkih konstanti homogene (što znači brzina svjetlosti, elementarni naboj itd.). Vjeruje se da Metagalaksija sadrži 80 milijardi galaksija (nevjerovatna brojka zvuči i ovako: 10 sekstiliona i 1 septilion zvijezda). Oblik, masa i veličina - za Univerzum su to potpuno drugačiji koncepti od onih koji su prihvaćeni na Zemlji.

Misteriozne cefeide

Da bi se potkrijepila teorija koja objašnjava širenje Univerzuma, bila su potrebna dugoročna dubinska istraživanja, složena poređenja i proračuni. Početkom dvadesetih godina 20. veka, jučerašnji vojnik je konačno mogao da klasifikuje magline posmatrane odvojeno od Mlečnog puta. Prema njegovom otkriću, oni su spiralni, eliptični i nepravilni (tri vrste).

U najbližoj, ali ne i najbližoj, spiralnoj maglini, Andromedi, Edvin je uočio Cefeide (klasu pulsirajućih zvezda). Hubbleov zakon postao je bliži svom konačnom oblikovanju nego ikada. Astronom je izračunao udaljenost do ovih svjetionika i veličinu najvećeg.Prema njegovim zaključcima, Andromeda sadrži približno trilion zvijezda (2,5-5 puta veće od Mliječnog puta).

Konstantno

Neki naučnici, objašnjavajući prirodu cefeida, upoređuju ih sa gumenim loptama na naduvavanje. Oni se ili povećavaju ili smanjuju, ponekad se približavaju, ponekad udaljavaju. Radijalna brzina u ovom slučaju fluktuira. Kada se kompresuje, temperatura "putnika" raste (iako se površina smanjuje). Pulsirajuće zvijezde su neobično klatno koje će, prije ili kasnije, stati.

Kao i druge magline, i Andromedu naučnici karakterišu kao ostrvski univerzalni prostor koji podseća na našu galaksiju. Edwin je 1929. otkrio: radijalne brzine galaksija i njihove udaljenosti su međusobno povezane i linearno zavisne. Određen je koeficijent, izražen u km/s po megaparsecu, takozvana Hubble konstanta. Kako se svemir širi, konstanta se mijenja. Ali u određenom trenutku, u svim tačkama u sistemu univerzuma, to je isto. U 2016. godini - 66,93 ± 0,62 (km/s)/Mpc.

Ideje o sistemu svemira koji nastavlja svoju evoluciju i širi se tada su dobile opservacijsku osnovu. Proces su astronomi aktivno proučavali do samog početka Drugog svjetskog rata. Godine 1942. vodio je odjel za vanjsku balistiku na poligonu Aberdeen (SAD). Da li je o tome sanjao sljedbenik možda najmisterioznije nauke na svijetu? Ne, on je želio da "dešifruje" zakone skrivenih uglova dalekih galaksija! Što se tiče njegovih političkih stavova, astronom je otvoreno osudio vođu Trećeg Rajha, Adolfa Hitlera. Na kraju svog života, Hubble je postao poznat kao moćni protivnik upotrebe oružja za masovno uništenje. No, vratimo se na magline.

Great Edwin

Mnoge astronomske konstante se vremenom prilagođavaju i pojavljuju se nova otkrića. Ali svi se oni ne mogu porediti sa Zakonom širenja Univerzuma. Čuveni astronom 20. veka Habl (od vremena Kopernika nije imao ravnog!) stavlja se u ravan sa osnivačem eksperimentalne fizike Galileom Galilejem i autorom inovativnog zaključka o postojanju zvezdanih sistema , William Herschel.

Čak i prije nego što je Hubbleov zakon otkriven, njegov autor je postao član Nacionalne akademije nauka Sjedinjenih Američkih Država, kasnije akademija u različitim zemljama, i ima mnogo nagrada. Mnogi ljudi su vjerovatno čuli da je prije više od deset godina svemirski teleskop Hubble lansiran u orbitu i da uspješno radi. Ovo ime je dato jednoj od malih planeta koje rotiraju između orbite Marsa i Jupitera (asteroid).

Ne bi bilo sasvim pošteno reći da je astronom samo sanjao da ovjekovječi svoje ime, ali postoje indirektni dokazi da je Edwin volio privlačiti pažnju. Postoje fotografije na kojima veselo pozira pored filmskih zvijezda. U nastavku ćemo govoriti o njegovim pokušajima da "popravi" svoje postignuće na nivou laureata i tako uđe u historiju kosmologije.

Metoda Henrietta Leavitt

Čuveni britanski astrofizičar napisao je u svojoj knjizi Kratka istorija vremena da je “otkriće da se svemir širi bila najveća intelektualna revolucija 20. stoljeća”. Hubble je imao sreću da bude na pravom mjestu u pravo vrijeme. Opservatorija Mount Wilson bila je centar opservatorskog rada koji je bio u osnovi nove astrofizike (kasnije nazvane kosmologija). Najmoćniji teleskop na Zemlji, Hukerov teleskop, upravo je postao operativan.

Ali Hablovu konstantu teško da je otkrila samo sreća. Bilo je potrebno strpljenje, upornost i sposobnost da se poraze naučnici rivali. Ovako je američki astronom Harlow Shapley predložio svoj model Galaksije. Već je bio poznat kao naučnik koji je odredio veličinu Mlečnog puta. Široko je koristio tehniku ​​određivanja udaljenosti od Cefeida, koristeći tehniku ​​koju je 1908. sastavila Henrietta Swan Leavitt. Ustanovila je udaljenost do objekta na osnovu standardnih varijacija svjetlosti sjajnih zvijezda (Cepheid varijable).

Ne prašina i gas, već druge galaksije

Harlow Shapley je vjerovao da je galaksija široka 300.000 svjetlosnih godina (oko deset puta šira od normalne). Međutim, Shapley je, kao i većina astronoma tog vremena, bio siguran: Mliječni put je cijeli svemir. Uprkos pretpostavci koju je prvi izneo William Herschel u 18. veku, on je delio zajedničko uverenje da su sve magline za relativno obližnje objekte samo delovi prašine i gasa na nebu.

Koliko je gorkih, hladnih noći Habl proveo sedeći za moćnim Hukerovim teleskopom pre nego što je uspeo da dokaže da Šepli nije u pravu. U oktobru 1923. godine, Edwin je primijetio "svijetli" objekat u maglini M31 (sazviježđe Andromeda) i sugerirao da ne pripada Mliječnom putu. Nakon što je pažljivo proučio fotografske ploče koje su prikazivale istu oblast koju su prethodno proučavali drugi astronomi, uključujući Shapleyja, Edwin je shvatio da se radi o Cefeidi.

Svemir otkriven

Hubble je koristio Shapleyjevu metodu za mjerenje udaljenosti do promjenljive zvijezde. Ispostavilo se da je udaljen milionima svjetlosnih godina od Zemlje, koja je daleko izvan Mliječnog puta. Sama galaksija sadrži milione zvijezda. Poznati univerzum se dramatično proširio istog dana i – na neki način – otkriven je i sam Kosmos!

New York Times je napisao: "Otkrivene spiralne magline su zvjezdani sistemi. Dr. Hubbel (sic) potvrđuje stav da su one poput 'ostrvskih univerzuma' sličnih našem." Otkriće je bilo značajno za astronomski svijet, ali Hubbleov najveći trenutak tek je dolazio.

Nema statike

Kao što smo rekli, pobeda je došla do Kopernika br. 2 1929. godine, kada je klasifikovao sve poznate magline i izmerio njihove brzine iz spektra emitovane svetlosti. Njegovo zapanjujuće otkriće da se sve galaksije povlače od nas brzinama koje rastu proporcionalno njihovoj udaljenosti od Mliječnog puta šokiralo je svijet. Hubbleov zakon je ukinuo tradicionalnu ideju statičkog Univerzuma i pokazao da je i sam pun dinamike. I sam Ajnštajn je pognuo glavu pred tako neverovatnom moći zapažanja.

Autor teorije relativnosti ispravio je vlastite jednadžbe, kojima je opravdao širenje Univerzuma. Sada je Hubble pokazao da je Ajnštajn bio u pravu. Hubble vrijeme je recipročna vrijednost Hubble konstante (t H = 1/H). Ovo je karakteristično vrijeme širenja Univerzuma u trenutnom trenutku.

Eksplodirao i rasuo

Ako je konstanta u 2016. godini jednaka 66,93 ± 0,62 (km/s)/Mpc, tada je proširenje trenutno okarakterisano sljedećim brojkama: (4,61 ± 0,05) 10 17 s ili (14,610 ± 0,016) 10 9 godina. I opet malo humora. Optimisti kažu: dobro je što se galaksije "rasipaju". Ako zamislimo da im se približavaju, prije ili kasnije bi došlo do Velikog praska. Ali s njim je počelo rođenje Univerzuma.

Galaksije su "jurile" (počele se kretati) u različitim smjerovima u isto vrijeme. Da brzina uklanjanja nije proporcionalna udaljenosti, teorija eksplozije je besmislena. Druga izvedena konstanta je Hablova udaljenost – proizvod vremena i brzine svjetlosti: D H = ct H = c/H. U trenutnom trenutku - (1,382 ± 0,015) 10 26 m ili (14,610 ± 0,016) 10 9 svjetlosnih godina.

I opet o lopti na naduvavanje. Postoji mišljenje da čak ni astronomi ne tumače uvijek ispravno širenje Univerzuma. Neki stručnjaci smatraju da nabubri poput gumene lopte, ne znajući za nikakva fizička ograničenja. Istovremeno, same galaksije ne samo da se udaljavaju od nas, već i haotično „švrljaju“ unutar stacionarnih klastera. Drugi tvrde da udaljene galaksije "odlebde" kao fragmenti Velikog praska, ali to rade smireno.

Mogao bi postati nobelovac

Hubble je pokušao da dobije Nobelovu nagradu. Krajem 1940-ih čak je unajmio reklamnog agenta (sada bi ga zvali PR menadžer) da promovira posao. Ali napori su bili uzaludni: nije bilo kategorije za astronome. Edwin je umro 1953. tokom naučnog istraživanja. Nekoliko noći je posmatrao vangalaktičke objekte.

Njegov posljednji ambiciozni san ostao je neostvaren. Ali naučniku bi verovatno bilo drago da svemirski teleskop nazove njegovo ime. A generacije braće u umu nastavljaju da istražuju ogroman i divan prostor. I dalje krije mnoge misterije. Koliko otkrića je pred nama! A izvedene Hubble konstante će sigurno pomoći jednom od mladih naučnika da postane „Kopernik br. 3“.

Izazivati ​​Aristotela

Šta će se dokazati ili opovrgnuti, kada se teorija o beskonačnosti, večnosti i nepromenljivosti prostora oko Zemlje, koju je i sam Aristotel podržavao, raspala? Univerzumu je pripisivao simetriju i savršenstvo. Potvrdio je kosmološki princip: sve teče, sve se mijenja.

Vjeruje se da će za milijarde godina nebo biti prazno i ​​mračno. Ekspanzija će "odnijeti" galaksije izvan kosmičkog horizonta, odakle svjetlost neće moći doći do nas. Hoće li Hubble konstanta biti relevantna za prazan svemir? Šta će se dogoditi sa naukom kosmologije? Hoće li nestati? Sve ovo su spekulacije.

Crveni pomak

U međuvremenu je teleskop Hubble napravio sliku koja pokazuje da smo još daleko od univerzalne praznine. U stručnim krugovima postoji mišljenje da je otkriće Edwina Hubblea vrijedno, ali ne i njegov zakon. Međutim, on je bio taj koji je gotovo odmah prepoznat u naučnim krugovima tog vremena. Zapažanja „crvenog pomaka” ne samo da su izborila pravo na postojanje, već su relevantna i u 21. veku.

I danas, kada određuju udaljenost do galaksija, oslanjaju se na naučnikovo superotkriće. Optimisti kažu: čak i ako naša galaksija ostane jedina, neće nam biti "dosadno". Biće milijarde patuljastih zvezda i planeta. To znači da će pored nas i dalje postojati “paralelni svjetovi” koje ćemo morati istražiti.

Jedno od najvažnijih radova Edvina Habla bilo je posmatranje magline koja se nalazi u sazvežđu Andromeda. Proučavajući ga sa reflektorom od sto inča, naučnik je mogao da klasifikuje maglinu kao neku vrstu zvezdanog sistema. Isto važi i za maglinu u sazvežđu Trougao, koja je takođe dobila status galaksije. Hablovo otkriće proširilo je opseg materijalnog svijeta. Sada je Univerzum počeo da liči na prostor ispunjen galaksijama - džinovskim jatima zvezda. Razmotrimo zakon koji je otkrio - Hubbleov zakon, jedan od najosnovnijih zakona moderne kosmologije.

Hubble konstanta je N 0 = (67,80 ± 0,77) (km/s)/Mpc

Istorijat i suština otkrića

Kosmološki zakon koji karakteriše širenje Univerzuma sada je poznat upravo kao Hubbleov zakon. Ovo je najvažnija opservacijska činjenica u modernoj kosmologiji. Pomaže u procjeni vremena širenja Univerzuma. Proračuni se vrše uzimajući u obzir koeficijent proporcionalnosti koji se naziva Hubble konstanta. Sam zakon je prvobitno dobio svoj sadašnji status, kao rezultat rada J. Lemaitrea, a kasnije i E. Hubblea, koji je koristio svojstva za to. Ovi zanimljivi objekti imaju periodične promjene u osvjetljenju, što omogućava prilično pouzdano određivanje njihovog uklanjanja. Koristeći odnos period-svjetlost, izmjerio je udaljenosti do nekih cefeida. Takođe je identifikovao njihove galaksije, što je omogućilo izračunavanje radijalnih brzina. Svi ovi eksperimenti izvedeni su 1929.

Vrijednost koeficijenta proporcionalnosti koju je naučnik izveo bila je otprilike 500 km/sec po 1 Mpc. Ali u naše vrijeme parametri koeficijenta su se promijenili. Sada je 67,8 ± 0,77 km/sec po 1 Mpc. Ovo odstupanje se objašnjava činjenicom da Hubble nije uzeo u obzir korekciju apsorpcije, koja u njegovo vrijeme još nije bila otkrivena. Osim toga, vlastite brzine galaksija nisu uzete u obzir, zajedno sa brzinom uobičajenom za grupu galaksija. Takođe treba uzeti u obzir da širenje Univerzuma ne znači jednostavno širenje galaksija u svemiru. Ovo je također dinamična promjena u samom prostoru.

Hubble konstanta

Ovo je komponenta Hubbleovog zakona, koji povezuje udaljenost do objekta koji se nalazi izvan naše galaksije i brzinu njegovog uklanjanja. Položaji ove konstante određuju prosječne brzine galaksija. Koristeći Hubble konstantu, možemo utvrditi da se galaksija, do koje je udaljenost 10 Mpc, udaljava brzinom od 700 km/sec. A galaksija udaljena 100 Mpc već će imati brzinu od 7000 km/s. Do sada, svi otkriveni ultra-duboki svemirski objekti uklapaju se u okvir Hablovog zakona.

U modelima u kojima postoji svemir koji se širi, Hubble konstanta mijenja svoju vrijednost tokom vremena.

Naziv je opravdan svojom postojanošću u svim tačkama Univerzuma, ali samo u određenom trenutku. Neki astronomi se poigravaju sa ovom promenom nazivajući konstantu promenljivom.

Zaključci iz zakona

Utvrdivši da je maglina Andromeda galaksija koja se sastoji od pojedinačnih zvijezda, Hubble je skrenuo pažnju na pomak spektralnih linija zračenja susjednih galaksija. Pomak je pomaknut na crvenu stranu, a naučnik je to okarakterisao kao manifestaciju Doplerovog efekta. Ispostavilo se da se galaksije, u odnosu na Zemlju, udaljavaju. Dalja istraživanja su pomogla da se shvati da galaksije bježe brže što su dalje od nas. Upravo je ta činjenica odredila da je Hubbleov zakon centripetalna ekspanzija svemira sa brzinama koje rastu s rastojanjem od posmatrača. Pored činjenice da se Univerzum širi, zakon određuje da je i on imao svoj početak u vremenu. Da biste razumjeli ovaj postulat, morate pokušati vizualno preokrenuti tekuću ekspanziju. U tom slučaju možete doći do početne tačke. U ovom trenutku - mala gruda proto-materije - bio je koncentrisan čitav volumen trenutnog Univerzuma.

Hubbleov zakon takođe može baciti svjetlo na starost našeg svijeta. Ako se uklanjanje svih galaksija u početku dogodilo istom brzinom koja se sada opaža, onda je vrijeme koje je prošlo od početka širenja sama vrijednost starosti. Sa trenutnom vrijednošću Hubble konstante (67,8 ± 0,77 km/sec po 1 Mpc), starost našeg Univerzuma se procjenjuje na (13,798 ± 0,037). 10 9 godina.

Značenje u astronomiji

Einstein je vrlo visoko cijenio Hubbleov rad, a zakon je brzo dobio priznanje u nauci. Upravo su Hubbleova zapažanja (sa Humasonom) crvenih pomaka učinila vjerodostojnim pretpostaviti da Univerzum nije stacionaran. Zakon koji je formulisao veliki naučnik zapravo je postao indikacija da u Univerzumu postoji određena struktura koja utiče na recesiju galaksija. Ima svojstvo da izglađuje nehomogenosti kosmičke materije. Budući da se galaksije koje se povlače ne usporavaju, kao što bi trebalo biti zbog djelovanja njihove vlastite gravitacije, mora postojati neka vrsta sile koja ih razdvaja. A ova sila se zove tamna energija, koja ima oko 70% ukupne mase/energije vidljivog Univerzuma.

Trenutno se udaljenosti do udaljenih galaksija i kvazara procjenjuju korištenjem Hubbleovog zakona. Glavna stvar je da se to zaista ispostavi istinitim za cijeli Univerzum, neograničen u prostoru i vremenu. Na kraju krajeva, još ne poznajemo svojstva tamne materije, koja bi mogla ispraviti bilo koju ideju i zakone.


1. Hubbleov zakon. Newton-Hubble zakon.

Bibliografija

Hubbleov zakon. Newton-Hubble zakon

Hubbleov zakon (zakon univerzalne recesije galaksija) je empirijski zakon koji povezuje crveni pomak galaksija i udaljenost do njih na linearni način:

gdje je z crveni pomak galaksije, D je udaljenost do nje, H0 je koeficijent proporcionalnosti, nazvan Hubble konstanta. Pri maloj vrijednosti z, zadovoljena je približna jednakost cz=Vr, gdje je Vr brzina galaksije duž linije vida posmatrača, c je brzina svjetlosti. U ovom slučaju zakon poprima klasičan oblik:

Ovo doba je karakteristično vrijeme širenja Univerzuma u ovom trenutku i, do faktora 2, odgovara starosti Univerzuma izračunatoj korištenjem standardnog Friedmannova kosmološkog modela.

Godine 1913-1914, američki astronom Vesto Slifer ustanovio je da se maglina Andromeda i više od desetak nebeskih objekata kreću u odnosu na Sunčev sistem ogromnim brzinama (oko 1000 km/s). To je značilo da su se svi nalazili izvan Galaksije (ranije su mnogi astronomi vjerovali da su magline planetarni sistemi koji se formiraju u našoj Galaksiji).

Još jedan važan rezultat: sve magline koje je Slipher ispitao, osim 3, udaljile su se od Sunčevog sistema. U 1917-1922, Slipher je dobio dodatne podatke koji potvrđuju da je brzina skoro svih ekstragalaktičkih maglina usmjerena od Sunca. Arthur Eddington, na osnovu kosmoloških modela Opće teorije relativnosti o kojima se raspravljalo tih godina, sugerirao je da ova činjenica odražava opći prirodni zakon: Univerzum se širi, a što je astronomski objekt udaljeniji od nas, to je njegova relativna brzina veća.

Tip zakona za širenje Univerzuma je eksperimentalno ustanovio za galaksije belgijski naučnik Georges Lemaitre 1927. godine, a kasnije i čuveni E. Hubble 1929. godine pomoću teleskopa od 100 inča, koji razlaže obližnje galaksije u zvijezde. Među njima su bile i Cefeide, koristeći odnos period-svjetlost, Hubble je izmjerio udaljenost do njih, kao i crveni pomak galaksija, što omogućava određivanje njihove radijalne brzine.

Koeficijent proporcionalnosti koji je dobio Hubble bio je oko 500 km/s po megaparsecu. Moderna vrijednost je 73,8 ± 2,4 km/s po megaparsecu. Ovako značajnu razliku osiguravaju dva faktora: odsustvo korekcije nulte tačke za odnos period-luminoznost za izumiranje (koja još nije bila otkrivena) i značajan doprinos njegovih vlastitih brzina ukupnoj brzini za lokalnu grupu galaksija.

Sa stanovišta klasične mehanike, Hubbleov zakon se može jasno objasniti na sljedeći način. Nekada davno, Univerzum je nastao kao rezultat Velikog praska. U trenutku eksplozije različite čestice materije (fragmenti) dobijale su različite brzine. Oni od njih koji su imali velike brzine su, shodno tome, do sada uspjeli letjeti dalje od onih koji su imali manje brzine. Ako izvršimo numerički proračun, ispada da je ovisnost udaljenosti o brzini linearna. Osim toga, ispada da je ova ovisnost ista za sve točke u prostoru, odnosno iz promatranja letećih fragmenata nemoguće je pronaći točku eksplozije: s gledišta svakog fragmenta, ona je u središtu . Međutim, uprkos ovoj jasnoći, treba imati na umu da širenje svemira ne treba opisati klasičnom mehanikom, već općom teorijom relativnosti.

Prva stvar se tiče toga da li posmatranja uzimaju u obzir činjenicu da, pošto svjetlost putuje iz galaksija milionima godina, mi ih posmatramo u prošlosti. Kao rezultat toga, budući da se udaljavaju od nas, trebali bi biti dalje u ovom trenutku. Pitanje: Za koju od dvije udaljenosti je određena Hubbleova ovisnost? Odgovor: Sve do sredine 20. vijeka to nije bilo važno. Hubble graf pokazuje da su najveće brzine galaksija koje je Hubble ispitivao bile do 1000 km/s. U principu, ovo je velika brzina, ali za vrijeme dok je svjetlost putovala od njih do Zemlje, oni su ipak uspjeli da pređu samo mali procenat ukupne udaljenosti.

Druga stvar je da širenje Univerzuma nije jednostavno širenje galaksija u praznom prostoru. Ona leži u dinamičkoj promeni samog prostora. Nerazumijevanje ove činjenice često navodi autore čak i ozbiljne literature na pogrešne zaključke. Na primjer, često se kaže da brzina bijega galaksija ne bi trebala biti veća od brzine svjetlosti i stoga, na onim udaljenostima na kojima to treba promatrati, treba uočiti i odstupanja od Hubbleovog zakona. To nije tačno: prema opštoj teoriji relativnosti, galaksije koje beže brže od svetlosti treba da postoje i da se posmatraju.

Nekoliko godina prije eksperimentalnog otkrića Hubbleovog zakona, Alexander Friedman je teorijski izveo rješenja Einsteinove jednadžbe za cijeli Univerzum, i kao rezultat toga je utvrđeno da ako je raspodjela materije u njemu u prosjeku jednolična, onda bi se on trebao ili sužavati ili proširiti, au potonjem slučaju treba se pridržavati linearnog zakona između udaljenosti i brzine bijega. Ova karakteristika Friedmanovih rešenja odmah je identifikovana sa fenomenom koji je otkrio Habl.

U skladu sa ovim (općeprihvaćenim) modelom, kosmološki crveni pomak se ne može tumačiti kao Doplerov efekat, jer brzina dobijena iz uočenog z pomoću formula za ovaj efekat ne odgovara (samo približno jednaka) nijednoj brzini u smislu promjena kosmološke udaljenosti između galaksija. Galaksije su stacionarne (osim njihovih specifičnih brzina), a prostor se širi, što uzrokuje širenje valnog paketa. (Vidi članak Kosmološki crveni pomak). Relacija je približna, dok je jednakost

gdje je udaljenost u datom trenutku, postoji tačna jednakost, odnosno crveni pomak je linearno povezan s udaljenosti samo približno za obližnje galaksije, a brzina njihovog uklanjanja raste linearno s rastojanjem tačno. Dakle, u posljednjoj formuli, brzina V ne odgovara brzini izračunatoj Doplerovim efektom.

Tokom procesa ekspanzije, ako se odvija ujednačeno, Hablova konstanta treba da se smanji, a indeks “0” kada se označava ukazuje da se vrednost H0 odnosi na moderno doba. Recipročna vrijednost Hubble konstante bi u ovom slučaju trebala biti jednaka vremenu koje je prošlo od početka širenja, odnosno starosti Univerzuma.

Vrijednost H0 se utvrđuje iz promatranja galaksija, udaljenosti do kojih se mjere bez pomoći crvenog pomaka (prvenstveno od najsjajnijih zvijezda ili cefeida). Većina nezavisnih procjena H0 daje vrijednost od 70--80 km/s po megaparsecu za ovaj parametar. To znači da se galaksije koje se nalaze na udaljenosti od 100 megaparseka udaljavaju od nas brzinom od 7000-8000 km/s. Trenutno se smatra da je najpouzdanija (iako zavisna od modela) procjena N0 = (73,8 ± 2,4) km/(s·Mpc).

Problem procjene H0 komplikuje činjenica da, osim kosmoloških brzina zbog širenja Univerzuma, galaksije imaju i svoje (neobične) brzine, koje mogu biti nekoliko stotina km/s (za članove masivnih klastera galaksija - više od 1000 km/s). To dovodi do činjenice da je Hubbleov zakon slabo ispunjen ili uopšte nije zadovoljen za objekte koji se nalaze na udaljenosti većoj od 10-15 miliona svjetlosnih godina. godine, odnosno upravo za one galaksije čije su udaljenosti najpouzdanije određene bez crvenog pomaka.

Hubbleov zakon je također slabo zadovoljen za galaksije na veoma velikim udaljenostima (milijarde svjetlosnih godina), koje odgovaraju vrijednosti z > 1. Udaljenosti do objekata sa tako velikim crvenim pomakom postaju nedvosmisleni, jer zavise od prihvaćenog modela Univerzuma i o trenutku u kojem su povezani sa vremenom. U ovom slučaju, samo crveni pomak se obično koristi kao mjera udaljenosti.

U naše vrijeme, zapažanja u prilog postojanju tamne energije očito su otkrila odstupanja od linearnog Hubble zakona (kao odnos između uočenog crvenog pomaka i udaljenosti). Otkriveno je da se čini da se naš svemir širi ubrzano. Ova činjenica ne poništava Hubbleov zakon ako se shvati kao ovisnost o udaljenosti u određenom trenutku vremena, odnosno ako uzmemo u obzir da promatramo udaljene objekte u prošlosti.

Hubble offset galaksija geoid

2. Šta je „geoid“, njegove karakteristike, oblik. Zašto Zemlja ima ovaj poseban oblik?

Fizička figura Zemlje ograničena je površinom kontinenata, mora i okeana. Predmet proučavanja je lik čvrste ljuske Zemlje - površine kopna, dna mora i okeana. Fizička figura Zemlje ima složen oblik, pa se za njeno proučavanje, kao i za rješavanje teorijskih i primijenjenih problema geodezije uvode jednostavnije uporedne figure, među kojima geoid zauzima značajno mjesto.

Površina koja je svuda okomita na visak zove se nivo. Zemlja stvara bezbroj ravnih površina oko sebe.

Samo jedna ravna površina prolazi kroz jednu tačku u prostoru. Sa stanovišta mehanike, ravna površina je površina jednakog gravitacionog potencijala i predstavlja lik ravnoteže tečnog ili viskoznog rotirajućeg tijela nastalog pod utjecajem privlačnih i centrifugalnih sila.

Među brojnim ravnim površinama izdvaja se jedna - glavna, koja je, na prijedlog Listinga (1871.), nazvana geoid, što znači "zemlji". Površina geoida se poklapa sa površinom mora i okeana u njihovom mirnom stanju i mentalno se nastavlja ispod kontinenata. Prolazi kroz početak brojanja visine i ponekad se naziva referentnom površinom.

Površina geoida je još uvijek prilično teška za proučavanje. Opisuje se beskonačnim nizovima, takozvanim ekspanzijama u sfernim funkcijama. Ako u nizu ostavimo konačan broj članova, dobićemo jedan ili drugi određeni model geoida. Najjednostavniji model geoida je sfera, a zatim elipsoid okretanja; kasniji modeli ne podliježu jednostavnoj geometrijskoj interpretaciji. Stoga se proučavaju odstupanja geoida od neke usporedbene figure; u pravilu će to biti biaksijalni elipsoid.

Pravi oblik Zemljine površine, sa svojim nepravilnostima i stalnim promjenama tokom vremena, beskrajno je složen. Gotovo ga je nemoguće odrediti za svaki trenutak u vremenu, a nije ni potrebno. Geodeti su uveli koncept "geoida" - imaginarne površine koja prilično precizno odražava stvarnu površinu naše planete i istovremeno je dostupna za praktično proučavanje.

Bukvalno, "geoid" znači "sličan zemlji". Ovo je površina koja se približno poklapa sa mirnom površinom Svjetskog okeana i okomicama na koje su u svakoj tački visak. Nastavljajući ovu površinu ispod kontinenata tako da u svim tačkama ostane ravna, odnosno okomita na visak, dobijamo kompletnu površinu geoida.

Proučavanje oblika geoida je glavni zadatak više geodezije. Ovaj zadatak se sastoji iz dva dijela: određivanja parametarskog elipsoida najbližeg geoidu i položaja pojedinih tačaka geoida u odnosu na elipsoid. Naravno, u rješavanju ovih problema učestvuju i gravimetristi. Istina, gravimetrijske metode omogućavaju određivanje samo oblika, ali ne i dimenzija geoida. Zato je kombinacija geodetskih i gravimetrijskih metoda pri proučavanju lika Zemlje apsolutno neophodna.

Teoretski, oblik geoida se može predstaviti na sljedeći način. U svakoj tački na Zemlji postoji takozvani gravitacijski potencijal - veličina koja karakterizira intenzitet, "napetost" ove sile. Potencijal gravitacije može se matematički predstaviti kao zbir beskonačnog broja članova, od kojih se svaki naziva harmonikom. Što više pojmova uzmemo, točnije izražavamo gravitacijski potencijal, koji određuje oblik geoida.

Kao što znamo, geološki, Zemlja je aktivna planeta. Slojevi koji formiraju Zemlju imaju različite gustine i stalno su podložni geološkim procesima, tektonskim kretanjima slojeva, pomeranju kontinenata, pomeranju centra inercije (iako minimalno), pojavama poput plime, atmosferskih pojava koje se javljaju u hidrosferi i atmosfera – svi ovi fenomeni i plus ljudska intervencija izazivaju promjene u nekim dijelovima zemljine površine. To dovodi do stalnih promjena u obliku Zemljinog geoida.

Ako uzmemo u obzir da je udaljenost od centra Zemlje do njene površine konstantna vrijednost (na najvišim vrhovima nema više od 1-2 cm smanjenja ili povećanja godišnje), a količina resursa unutar Zemlje gotovo se ne mijenja i, zanemarujući druge utjecaje, lako možete tvrditi da je glavni razlog za male razlike u gravitaciji na površini Zemlje promjene mase na površini. Otapanje leda na nekim mjestima smanjuje težinu, a brane povećavaju težinu na drugim mjestima, a sve to igra važnu ulogu u razlikama u gravitaciji na površini Zemlje. Na osnovu ovih informacija, naučnici mogu da koriste gravitaciona merenja da odrede gde i kako se masa menja. Jer kada masa promijeni lokaciju, to područje doživljava promjene u gravitaciji.

Uz pomoć gravitacionih mjerenja mogu se utvrditi i najmanje promjene masa. Promjene položaja jednog tijela na površini Zemlje znače promjenu gravitacije u ovoj oblasti. Ukratko, mjerenja gravitacije su najvažniji izvor podataka koji se koriste za razumijevanje promjena u geoidu, i štaviše, za razumijevanje koje pojave uzrokuju ove promjene. U određivanju mjesta masa koje su se pomjerile na površini Zemlje s jednog mjesta na drugo ili, drugim riječima, u kojem dijelu Zemlje je težina povećana ili smanjena, koristi se metoda mjerenja gravitacije pomoću satelita. Najnovije satelitske tehnologije koje se koriste za otkrivanje i praćenje promjena u gravitaciji su satelit GOCE Europske svemirske agencije i NASA-in GRACE satelit. Planirano je da GOCE precizno prati gravitaciono polje Zemlje dok leti oko svoje orbite. Leteći iznad područja u kojima je gravitacija jaka ili slaba, satelit otkriva razlike u gravitaciji koristeći signale koje šalje instrument gradiometar. A sateliti GRACE su sateliti blizanci smješteni u istoj orbiti na udaljenosti od 220 m jedan od drugog i na visini od 500 km od Zemlje. Koristeći mikrovalne signale, sateliti mjere udaljenost između njih s takvom preciznošću da mogu otkriti promjene manje od stotog dijela širine ljudske dlake. Istovremeno, udaljenost između njih i tačke na površini Zemlje mjeri se jednako precizno. Koristeći ova mjerenja, možemo izračunati razliku u gravitaciji. GRACE satelitski podaci pružaju 1000 puta veću preciznost od trenutnih sistema za detekciju gravitacije. Naučnici koji žele da iskoriste prednosti ovih novih satelita uradili su dosta posla i uspeli da identifikuju mnoge zanimljive pojave koje su izazvale promene u geoidu i identifikovale uzroke ovih pojava.

Ogromni valovi na površini mora, koji su nastali kao posljedica potresa magnitude 9,0 stepeni Rihterove skale koji se dogodio na ostrvu Sumatra 2004. godine, izazvali su pojavu ravne izbočine visine oko 6 metara na obali. Prema satelitu GOCE, pomjeranje centra inercije na Zemljinoj površini u ovoj oblasti izazvalo je pomak geoida od 18 mm. Ovo se smatra prilično visokom vrijednošću za promjenu geoida.

Promjene u masi polarnih ledenih kapa također utiču na promjene geoida. Prema podacima dobijenim sa satelita GRACE, led Grenlanda i Antarktika se topi mnogo brže nego što se očekivalo. Otopljeni led svake godine povećava nivo svjetskih okeana za 0,41 mm, a težina vode koja nastaje topljenjem leda uzrokuje promjenu oblika Zemlje.

Jedna od zanimljivih informacija dobijenih iz podataka o gravitaciji satelita GRACE je najveća brana na svijetu, brana Three Gorges u Kini, koja je izazvala promjenu gravitacije na površini Zemlje. Brana se gradi radi izgradnje akumulacije dužine 600 km i širine 112 km. Po završetku izgradnje tijela brane, akumulacija će sadržavati 39,3 milijarde m3 vode, a dubina vode dostići će 175 metara. Kako vodostaj poraste, 1,5 milijardi ljudi će biti prisiljeno napustiti svoje domove. Utvrđeno je da je ogroman teret vode akumuliran u završenim dijelovima brane povećao veličinu gravitacije na ovom mjestu. Zbog toga se oblik Zemlje ili struktura geoida promijenila zbog opterećenja vode na tom mjestu.

Naučnici su otkrili da izgradnjom ovakvih struktura i pod uticajem drugih intervencija, oblik Zemlje postaje sve okrugliji. Pretpostavlja se da je razlog tome bilo slabljenje opterećenja glečera na zemljinu koru uočeno krajem ledenog doba, posebno na polovima. U nekim područjima Skandinavije i Kanade, zbog topljenja glečera, Zemlja se svake godine podigne za 1 cm. Pretpostavlja se i da razlog zaokruživanja mogu biti okeanske struje, koje mijenjaju smjer i sve više se usmjeravaju prema ekvatoru. Okeanske struje pomiču vode otopljenih glečera na ekvator, što uzrokuje povećanje opterećenja u ekvatorskoj regiji. Masa se smanjuje na polovima i povećava na ekvatoru, što doprinosi promjenama oblika Zemlje.

Mnogi naučnici smatraju da su mnoge promjene u obliku Zemlje posljedica klimatskih promjena. Nažalost, treba napomenuti da je u izvještaju o šestogodišnjem radu Međuvladinog panela za klimatske promjene objavljeno da su ljudi odgovorni za 90% globalnog zagrijavanja. Kao rezultat ovih pojava, geoidna struktura Zemlje koja stari svakim danom postaje sve okrugla. Zbog zaokruživanja, poluprečnik Zemlje se godišnje povećava za 0,4-0,8 mm 11 . Pojave koje mogu uticati na promene su pod stalnim posmatranjem naučnika. Prema naučnicima, promjene u geoidu koje nastaju kao rezultat pomaka mase igraju važnu ulogu u dinamici Zemlje. Dakle, pomjeranje masa, određeno promjenama gravitacije, razlog je usporavanja brzine rotacije Zemlje oko svoje ose. Vjeruje se da promjena brzine rotacije Zemlje može dovesti do promjene dnevne vremenske zone. Na osnovu svega ovoga možemo reći da bi se u budućnosti zona 24-časovnog dana mogla produžavati paralelno sa usporavanjem rotacije.

Bibliografija

1. Guseikhanov M.K., Radzhabov O.R. Koncepti savremene prirodne nauke. - M., 2004.

2. Dubiishcheva T.Ya. Koncepti savremene prirodne nauke. - M., 2003.

3. Koncepti savremene prirodne nauke. / Ed. V.N. Lavrienko, V.P. Ratnikova. M.: JEDINSTVO, 1997.

4. Hawking S. Od Velikog praska do crnih rupa. - M.: Mir, 1990.

5. Shatkin G.A. Naša planeta - Zemlja // Nauka i život. -1999. -Ne. 5.

6. Wikipedijini materijali. Besplatna enciklopedija:

Slični dokumenti

    Evolucija ideja o strukturi Univerzuma i njegovom poreklu. Širenje Univerzuma je najveći prirodni fenomen koji je poznat čovječanstvu. Termin "crveni pomak" i njegova upotreba za označavanje kosmoloških i gravitacionih fenomena.

    sažetak, dodan 26.01.2010

    Kratak opis Univerzuma i njegovih kosmoloških modela. Model Velikog Vibuhua. Suština fotometrijskog paradoksa Olbersa. Priroda reliktnih vibracija. Inflatorni model svijeta. Hubbleov zakon (zakon radikalnog raspršivanja galaksija), yogo zmíst.

    kurs, dodato 24.05.2016

    Koncepti kosmologije: pretpostavke A. Einsteina, teorije A. Friedmana, Hubbleov empirijski zakon, hipoteze G. Gamowa, reliktne teorije A. Penzisa i R. Wilsona. Model svijeta: velika izbočina, faza evolucije u eri; jogo struktura.

    sažetak, dodan 23.08.2010

    Moderne ideje o svemiru u razvoju, procesima koji se u njemu odvijaju i njihovim karakteristikama. "Ćelijski" karakter velikih nehomogenosti u distribuciji galaksija. Poređenje udaljenosti do galaksija sa brzinom njihovog uklanjanja. Hubble konstanta.

    test, dodano 09.11.2011

    Mliječni put, opće informacije o našoj galaksiji. Otkriće porodice patuljastih galaksija, životnog puta ovih zvezdanih sistema. Položaj Sunčevog sistema (njegov nagib) u Galaksiji. Zvezdani sistemi, Hablova klasifikacija. Veliki Magelanov oblak.

    sažetak, dodan 04.03.2011

    Galaksija je veliki sistem zvijezda, međuzvjezdanog plina, prašine, tamne tvari i energije. Klasifikacija galaksija po E. Hubbleu. Eliptične, lentikularne, spiralne, ukrštene spiralne galaksije. Nepravilne galaksije su galaksije pogrešnog tipa.

    prezentacija, dodano 13.12.2010

    Fotografije Marsa na Zemljinom nebu. Slika snimljena Hubble orbitalnim teleskopom i stare skice. Dijagram orbite i opozicije date planete. Karakteristike prirode i satelita Marsa. Istraživanje planete pomoću svemirskih letjelica.

    prezentacija, dodano 16.05.2011

    Doprinos ukrajinskih studija razvoju astronautike i istraživanja svemira. Rješenje je u ludom istraživanju Marsa od strane američkih i evropskih naučnika. Misija "Rosetti" i lender "Fili". Dokaz života izvan zemlje. Svesvetske oči teleskopa Hubble.

    prezentacija, dodano 04.10.2016

    Moderna slika univerzuma. Međuzvjezdani plin i prašina. Fundamentalna jednostavnost eliptičnih galaksija. Zakon univerzalnog "rasipanja" galaksija. Fridmanova hipoteza. Svemirska čudovišta. Spektar kvazara. Koncept "crnih rupa". Šta čeka Univerzum u budućnosti.

    kurs, dodan 23.01.2009

    Najveća astronomska otkrića 15.-17. vijeka djelo su velikih naučnika. Značaj za astronomiju naučnih aktivnosti Kopernika, Tiha Brahea, Keplerovih zakona o kretanju planeta i Galilejevih istraživanja. Otkriće zakona univerzalne gravitacije I. Newtona.

print

U članku od 23.05.2013. “Novi pogled na prirodu tamne energije (DE) u posljedicama opšte relativnosti” predložena je verzija o globalnom utjecaju kosmičke gravitacije na Hubble zakon, u obliku korekcija za dodatni plavi gravitacioni pomak spektra zračenja udaljenih galaksija (interpretacija pod TE). Ovo je novi pravac u istraživanju TE, što je neočekivano našlo teorijsku potvrdu, pa verzija ima nastavak.

Okrenimo se radu Ya. Zeldovicha i I. Novikova „Struktura i evolucija univerzuma“, u poglavlju 3.5. – jednačina (10) razmatra formulu kompletnog Hablovog zakona, uzimajući u obzir plavi gravitacioni pomak, i komentariše je u poglavlju 3.12. str. 123-124, predstavljamo ga u prikladnijoj formi:

1+ Z hubble (R) -2/3 πρ mGR 2 /C 2 =ν(R)/ν o, (1)

gdje: ρ m- kritična gustina materije u svemiru, Z hubble– kosmološki crveni pomak, ν(R)– posmatrana frekvencija, ν o– prava frekvencija.

Jednačina (1) je zanimljiva po svom sadržaju, ona uključuje konstantu 2/3 πρ mG, nazovimo to konstantom gravitacionog pomaka Λ grav, koji je napisan u obliku sličnom Ajnštajnovoj kosmološkoj konstanti Λ einsh =4/3πρ m G u originalnoj verziji. U kosmologiji Λ einsh povezano sa TE, to je ono što formulu (1) čini jedinstvenom, ona je u početku teoretski sadržavala efekat pod interpretacijom TE, ali to je bilo 1975.

Analizirajmo jednačinu (1), konstantu Λ grav slijedi iz Poissonovih rješenja za sferno simetrični homogeni Univerzum,

ƒ(R) - ƒ(0) =∆ƒ =2/3 πρ mGR 2 , (2)

gdje je: ƒ – Njutnov gravitacioni potencijal (GP).

I pokazuje kako nastaje MS Univerzuma; iz jednačine (2) slijedi da glavni doprinos formiranju MS-a daju udaljene mase, za gravitacijsko vezan (vidljivi) dio Univerzuma poluprečnika R sve (t)=C∆t(Gdje ∆ t– doba Univerzuma). U Friedmannovim jednačinama proizvod ρ eR 2 sve je konstanta kroz cijelu strelicu vremena, što znači da je GP u svim tačkama Univerzuma i kroz cijelu strelicu vremena konstanta, zamjenjujući moderne vrijednosti parametara Univerzuma u jednačinu (2) mi dobiti,

∆ƒ = 2/3 πρ mGR 2 =0,75*3,14*9,6*10 -26 *6,7*10 -11 *1,7*10 52 =3*10 16 ≈S 2

približno jednaka brzini svjetlosti na kvadrat. Zatim parametar R u jednačini (2) dobija specifičnu vrijednost kao radijus vidljivog dijela Univerzuma, te je neprihvatljivo koristiti proizvoljne udaljenosti za izračunavanje GP-a, on je svuda isti.

Postavlja se pitanje o kakvom je plavom gravitacionom pomaku spektra zračenja reč u jednačini (1), ako je gravitaciono polje Univerzuma globalno homogeno, iz tog razloga je korekcija za plavi gravitacioni pomak - 2/3 πρ mGR 2 /C 2 se ne razmatra u kosmologiji. S druge strane, jednostavnost i, što je najvažnije, prirodnost objašnjenja prirode TE je sasvim logična i izuzetno privlačna; možda je amandman Zeldovich-Novikov vezan za pitanje: da li se gravitacija (kao oblik energije) povinuje Hubbleovom zakonu kosmološkog crvenog pomaka, okrenimo se teoriji inflacije.

Jedan od ključnih i neizostavnih uslova teorije inflacije su uslovi nulte energije za nastanak i dalji razvoj Univerzuma, negativna energija kosmičke gravitacije je striktno jednaka pozitivnoj energiji sve materije i zračenja. I ova energetska ravnoteža se mora održavati kroz strelicu vremena; GTR nije u suprotnosti sa ovim uvjetima; štaviše, oni u određenoj mjeri slijede iz GTR-a, konkretno.

1. Jednakost gravitacione i inercijalne mase

Ovaj aksiom nam omogućava da formalno zapišemo nulte uslove u formu

M sve C 2 + M sve ∆ƒ=0

gdje: M sve C 2- ukupna energija sve materije i zračenja; M sve ∆ƒ– gravitaciona energija čitavog Univerzuma.

Iz jednačine slijedi da ∆ƒ= -S 2, pitanje je kako nastaje ∆ƒ , razmatra se u nastavku.

2. Gravitacija nema ekrane i kumulativna je po prirodi.

GP za određenu tačku nastaje zbog nametanja (akumulacije) GP iz gravitacionih izvora kroz čitav volumen Univerzuma i u principu omogućava postizanje GP= -C 2.

3. Brzina gravitacije jednaka je brzini svjetlosti

Ovaj uslov omogućava da se oblast formiranja MS ograniči na oblast vidljivog dela Univerzuma, inače MS teži beskonačnosti.

4. Energija u opštoj relativnosti gravitira

Ovaj zaključak iz opšte teorije relativnosti nam omogućava da odgovorimo na pitanje: da li se gravitacija (kao oblik energije) povinuje Hubbleovom zakonu kosmološkog crvenog pomaka.

Energija u općoj relativnosti gravitira, stoga se svi proračuni u modernoj kosmologiji provode kroz gustoću energije, to je praktičnije i jednostavnije. Zato ćemo pojednostaviti zadatak i, kao posmatrač, analizirati parametre ranog svemira, kada je zračenje dominiralo, zračenje jasno postaje izvor gravitacije (materija i tamna materija se mogu zanemariti). Univerzum se širi uz usporavanje, tada energija kvanta koji dolazi do posmatrača, prema Hubbleovom zakonu, pada proporcionalno udaljenosti i za granice vidljivog dijela Univerzuma teži nuli. Pošto energija gravitacionih izvora teži nuli, onda bi se gravitaciona energija iz ovih izvora trebala smanjivati ​​istim redom; ako ne vidimo materiju izvan horizonta čestica, onda definitivno ne vidimo gravitaciju, na primjer: ako je GP posmatrača je jednako –S 2, zatim duž strelice vremena unazad GP, poput energije kvanta, treba da teži nuli. Samo na taj način se poštuju uslovi nulte energije.

Na osnovu navedenog, napravimo proračune, imamo Hubbleov zakon

V(R)=HR,

gdje: V(R)– brzina Hubbleove ekspanzije je proporcionalna udaljenosti R.

Kvadratirajmo obje strane,

V 2 (R)=H 2R 2, (3)

iz WIKI preuzimamo modernu vrijednost kritične gustine materije

ρ m =3H 2 /8πG,

iz čega sledi

N 2 =8/3 πρ mG,

zamijenimo to u jednačinu (3)

V 2 (R)=8/3 πρ mGR 2.

Imamo pravo vjerovati da je promjena brzine širenja povezana sa gravitacijom prostora; GP posmatrača je uvijek i svugdje jednak –S 2, i mijenja se prema Hubbleovom zakonu ekspanzije kao –S 2 +V 2 (R).

tada će razlika GP biti,

∆ƒ = –S 2 – (-S 2 +V 2 (R)) = -V 2 (R) =8/3 πρ mGR 2, (4)

uporedi sa Poissonovom jednačinom

∆ƒ = 2/3 πρ mGR 2. (2)

Vidimo da su, u smislu oblika fizičkog sadržaja, jednadžbe (2) i (4) identične, Hablov zakon (kvadrat) je nedvosmislen, slijedi iz zapažanja i pokazuje kako se MS formira duž cijele strelice vremena, dok ostaju isti u svakoj tački Univerzuma. I imamo razloga vjerovati da je jednadžba (4) Hubbleov zakon za gravitacijsko polje Univerzuma. Tada bi zračenje koje se širi u gravitirajućem Univerzumu trebalo da bude podvrgnuto, prema opštoj relativnosti, dodatnom gravitacionom pomeranju, jer ubrzanje kočenja je uvijek usmjereno prema posmatraču, tada pomak treba biti plave boje, tada Hubbleov zakon (1) poprima oblik

1+ Z hubble (R) -V 2 (R)/C 2 =ν(R)/ν o(5)

Pažljivo pogledajte kako u potpunosti jednačina (5) opisuje, i kao posljedicu, objašnjava Hubble dijagrame na slici 1, na osnovu kojih je otkriven TE.

Pri čemu je crvena linija ovisnost udaljenosti od crvenog pomaka spektra galaksija, konstruirana iz opažanja supernove tipa Ia, što odgovara ubrzanom širenju Univerzuma ( Z obs.). Plava (isprekidana) linija odgovara teoretskim proračunima za linearnu ekspanziju Univerzuma ( Z theor), zatim razlika između,