Источники радиоизлучения во Вселенной
Радиоастрономия как раздел астрономии, изучающий космические объекты путем анализа приходящего от них радиоизлучения. Типы излучения космических радиоисточников: тепловое и нетепловое (обычно синхротронное). Открытие активных процессов в ядрах галактик.
| Рубрика | Астрономия и космонавтика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.12.2009 |
| Размер файла | 1,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
В 1963 г. при помощи ракеты с установленными на ней приборами удалось обнаружить довольно мощное рентгеновское излучение от Крабовидной туманности.
В следующем, 1964 г., во время покрытия этой туманности Луной удалось показать, что этот источник рентгеновского излучения протяженен, хотя его угловые размеры в 5 раз меньше угловых размеров "Краба". Следовательно, рентгеновское излучение испускает не звезда, некогда вспыхнувшая как сверхновая, а сама туманность. Было доказано, что рентгеновское излучение Крабовидной туманности имеет также синхротронную природу и обусловлено сверхэнергичными релятивистскими электронами с энергией порядка 1013 - 1014 эВ. Дальнейшие наблюдения показали, что все без исключения туманности - остатки вспышек сверхновых звезд - оказываются более или менее мощными источниками радиоизлучения, имеющего ту же природу, что и у Крабовидной туманности. Особенно мощным источником радиоизлучения является туманность, находящаяся в созвездии Кассиопеи. На метровых волнах поток радиоизлучения от нее в 10 раз превышает поток от Крабовидной туманности, хотя она дальше последней. В оптических лучах эта быстро расширяющаяся туманность очень слаба. Как сейчас доказано, туманность в Кассиопее - остаток вспышки сверхновой, имевшей место около 300 лет назад. Не совсем ясно, почему вспыхнувшую звезду тогда не заметили. Ведь уровень развития астрономии в Европе был тогда довольно высок. Туманности - остатки вспышек сверхновых звезд, случившихся даже десятки тысяч лет назад, выделяются среди других туманностей своим мощным радиоизлучением.
1.5 Радиогалактики
Иногда среди галактик попадаются удивительные объекты, например "радиогалактики" РАДИОГАЛАКТИКИ -- по сравнению с нормальными галактиками (типа нашей Галактики) обладают аномально большим радиоизлучением. Светимость радиогалактик в радиодиапазоне составляет 1040 - 1045 эрг/с (для нормальных галактик 1037 - 1038…
Радиогалактиками называют галактики с мощным радиоизлучением, которое в тысячу и более раз превышает мощность радиоизлучения таких галактик как наша. Причиной мощного радиоизлучения является выброс высокоэнергичных частиц (протонов и электронов) из активного ядра галактики, где они получают большую энергию и разгоняются до околосветовых скоростей. Радиоизлучение возникает при движении быстрых электронов в слабых магнитных полях. Основной поток радиоволн в некоторых случаях исходит из центральной части галактики, а в некоторых - из гигантских по объему областей за пределами галактики, которые обычно расположены симметрично относительно ее ядра. Радиогалактики почти всегда относятся к числу массивных эллиптических галактик. Ближайшая к нам радиогалактика - яркая пекулярная галактика NGC 5128 известная как радиоисточник Центавр А (эллиптическая галактика с протяженным газопылевым диском вдоль ее малой оси, который наблюдается с ребра). Более мощной радиогалактикой является ярчайшая эллиптическая галактика М87 в скоплении Девы. Наиболее мощные из известных радиогалактик излучают (в форме радиоволн) энергию, которая сопоставима с энергией оптического излучения всех звезд галактики вместе взятых. Примером таких объектов является радиогалактика Лебедь А, которая, находясь на расстоянии более миллиарда св. лет от нас, тем не менее, является одним из самых ярких радиоисточников на небе.. Это такие звездные системы, которые излучают огромное количество энергии в радиодиапазоне. У некоторых радиогалактик поток радиоизлучения в несколько раз превышает поток оптического излучения, хотя в оптическом диапазоне их светимость очень велика - в несколько раз превосходит полную светимость нашей Галактики. Напомним, что последняя складывается из излучения сотен миллиардов звезд, многие из которых в свою очередь излучают значительно сильнее Солнца. Классический пример такой радиогалактики - знаменитый объект Лебедь А. В оптическом диапазоне это два ничтожных световых пятнышка 17-й звездной величины. На самом деле их светимость очень велика, примерно в 10 раз больше, чем у нашей Галактики. Слабой эта система кажется потому, что она удалена от нас на огромное расстояние - 600 млн. световых лет. Однако поток радиоизлучения от Лебедя А на метровых волнах настолько велик, что превышает даже поток радиоизлучения от Солнца (в периоды, когда на Солнце нет пятен). Но ведь Солнце очень близко - расстояние до него "всего лишь" 8 световых минут; 600 млн. лет - и 8 мин! А ведь потоки излучения, как известно, обратно пропорциональны квадратам расстояний!
Термин "Радиогалактики" был введен в результате отождествления в 1949 г. мощных источников космического радиоизлучения с относительно слабыми источниками оптического излучения - далекими галактиками. Таким образом, галактики, отождествленные с сильными радиоисточниками, и стали называть радиогалактиками. В литературе 70-х (Пахольчик, 1977), посвященной радиогалактикам, иногда под этим термином понимаются просто внегалактические радиоисточники. Общую классификацию наблюдаемых характеристик галактик можно найти, например, у Засова (1993), наc же интересуют свойства именно радиогалактик. Следует заметить, что выделение радиогалактик в особый класс условно, так как практически все галактики излучают в радиодиапазоне, но с большим различием в мощности излучения. С другой стороны, многие квазары, являющиеся радиоисточниками, также представляют собой звездные системы и могут называться радиогалактиками. Радиогалактики и квазары очень похожи по многим параметрам. Например, по радиоизображениям практически невозможно сказать, к какому из этих двух классов объектов принадлежит источник. Кроме того, существуют объединяющие модели, объясняющие разницу свойств объектов их ориентацией по отношению к лучу зрения.
1.5.1 Наиболее известные радиогалактики
Среди наиболее известных радиогалактик следует упомянуть Лебедь А, Центавр А, Дева А, Печь А, с которых и началось исследование этого класса объектов.
Лебедь А
Лебедь А - самый мощный внегалактический источник радиоизлучения, расположенный в созвездии Лебедя. Отождествлен в 1951 г. с эллиптической галактикой 16-ой звездной величины. Красное смещение галактики z=0.057. Газово-пылевой слой в центре галактики обусловливает характерное раздвоение ее оптического изображения. Оптическими методами обнаружено излучение сильно ионизованной плазмы в области ядра галактики. Галактика вращается вокруг оси, лежащей в картинной плоскости и направленной вдоль прямой, соединяющей два ярких компактных компонента радиоизлучения. Угловое расстояние между яркими областями компонентов двойной структуры около 2' (приблизительно 80 кпк). Верхний предел скорости разлета компонентов равен 0.02 скорости света. В ядре галактики обнаружен компактный радиоисточник с плоским спектром. Полная радиосветимость доминирующей в радиоизлучении двойной структуры - порядка 3x1044эрг/с и сравнима с радиосветимостью двойных структур многих квазаров.
Центавр А
Центавр А (NGC 5128) - радиоисточник в созвездии Центавра, ближайшая к нам радиогалактика (расстояние до нее около 4 Мпк). Галактика имеет сфероидальную форму, разделенную поглощающим свет звезд газово-пылевым диском, наблюдаемым практически с ребра. Радиоизображение галактики показывает, что Центавр А содержит протяженный радиоисточник, который представляет собой старую, сильно расширившуюся структуру. Общая протяженность источника вдоль большой оси около 500кпк. Помимо протяженного источника в центральной области (в пределах оптического изображения галактики), обнаружена сравнительно компактная двойная радиоструктура с расстоянием между компонентами около 12 кпк. В самом центре галактики (в ее ядре) находится очень компактный радиоисточник, интенсивность излучения которого резко растет с уменьшением длины волны в сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Радиосветимость протяженного радиоисточника - около 1042эрг/с, а заключенная в нем энергия - около 1059 эрг.
Орбитальный телескоп "Чандра" получил снимок гигантских плазменных струй, выбрасываемых из центра галактики Центавр А, где находится сверхмассивная черная дыра. Такие струи образованы из вещества аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры и ориентированы вдоль оси ее вращения.
Дева А
Дева А (NGC 4486, M 87) - радиоисточник сравнительно небольшой радиосветимости (~1042), принадлежащий массивной E-галактике (тип cD), расположенный в созвездии Девы на расстоянии около 15 Мпк. Галактика особенно интересна тем, что с одной стороны от ее ядра наблюдается выброс вещества ("джет"), излучение которого имеет синхротронную природу. Выброс имеет длину около 20 секунд дуги (около 1.5кпк), он разбивается на отдельные сгустки (узлы) и излучает не только в радио, но и в оптическом диапазоне.
Свидетельством несомненной синхротронной природы излучения выброса является сильная (до 20-35%) линейная поляризация оптического излучения. Сильно линейно поляризовано (до 12-17%) и радиоизлучение. Выброс погружен в более широкий (около 40" дуги) "радиококон". Симметрично этому радиоисточнику с противоположной стороны от центра галактики расположен второй компонент радиоизлучения точно такой же конфигурации, однако в нем нет никаких заметных оптических следов контрвыброса. Односторонний вид выброса в радиогалактике Дева А, скорее всего, есть результат направленного на наблюдателя его движения и излучения. При этом либо сгустки струи движутся с релятивистской (близкой к скорости света) скоростью, и поэтому из-за эффекта Доплера их излучение более интенсивно, чем излучение контрвыброса, либо мы имеем дело с анизотропно излучающими потоками релятивистских электронов в сложных петлеобразных элементах структуры биполярного магнитного поля радиогалактики, что также может обусловить односторонний вид выброса. Помимо выброса в двух сравнительно компактных радиоисточниках по обе стороны от центра галактики, Дева А имеет еще и протяженный радиоисточник размером 12'x16' относительно низкой поверхностной яркости. Он обнаруживает сложную структуру, а его наблюдаемая вытянутость с севера на юг, так же как и заметная деформация в этом направлении центрального двойного радиоисточника, обусловлена, вероятно, движением галактики через сравнительно плотную межгалактическую среду скопления галактик в Деве.
Печь А
Радиоисточник Печь А (NGC 1316) состоит из двух больших компонентов, имеющий сложную структуру размеров около 200 кпк каждый. Все энергичные электроны и магнитное поле в компонентах переносятся с помощью эффективного пучка. Эта энергия в центре NGC 1316 выделяется за счет "пленения" маленьких соседних галактик. Ударные волны и остатки поглощенных галактик создают кольцеподобную структуру и другие особенности в окружающем веществе.
1.5.2 Сейфертовские галактики
Галактики, для которых характерно радиоизлучение аномально большой мощности по сравнению с нормальными галактиками (такими, например, как наша Галактика или Большая галактика Андромеды). Радиогалактики составляют наиболее многочисленную группу внегалактических радиоисточников и по характеру радиоизлучения примыкают, с одной стороны, к квазарам (См. Квазары), а с другой - к нормальным (спиральным) галактикам. Однако не установлено (1975), составляют ли радиогалактики особую группу объектов или это лишь особая стадия эволюции любой галактики. Подавляющее большинство радиогалактик относится к типу гигантских эллиптических галактик, к их числу принадлежат также галактики с особенностями в ядрах: сейфертовские Существует класс галактик, который в последние годы привлекает к себе особое внимание астрономов. Речь идет о так называемых «сейфертовских галактиках». Последние представляют собой более или менее нормальные спиральные галактики, но только с очень яркими и весьма активными ядрами. Спектры последних указывают на наличие там в сравнительно малой пространственной области довольно плотных облаков горячего газа, беспорядочно движущихся с огромными скоростями в несколько тысяч км/с. Это свидетельствует о мощном выбрасывании газовых струй из ядер таких галактик. Излучение с непрерывным спектром часто бывает переменным и имеет ту же природу, что оптическое излучение Крабовидной туманности. Это означает, что там идет мощная генерация космических лучей. и N-галактики. Примерно для 100 радиогалактик измерено Красное смещение, и, Т.о., может быть определено и расстояние. Самый удалённый объект из них - радиогалактика ЗС 295 с красным смещением 0,46. Светимость радиогалактики в радиодиапазоне составляет 1040-1045 эрг/сек (для нормальных галактик - 1037-1038 эрг/сек).
Примерно 1% всех спиральных галактик является сейфертовским. Все говорит о том, что сейфертовские галактики - это более или менее часто повторяющийся этап в развитии нормальных спиральных галактик. Мы можем еще сказать, что это нормальные галактики, у которых ядра находятся в активном состоянии.
Вполне возможно и даже весьма вероятно, что много миллионов лет назад ядро нашей Галактики было "сейфертовским", т.е. активным. Так как Солнце и вся наша планетная система находятся очень близко от галактической плоскости, где много космической пыли, мы не можем методами оптической астрономии наблюдать ядро нашей Галактики. Однако в радио - и инфракрасном диапазоне это оказывается возможным. На рис.31 приведено "радиоизображение" области галактического центра. Компактный источник размерами в 10 секунд дуги в центре рис.31 и есть ядро нашей Галактики. Так как оно находится от нас на расстоянии около 30000 световых лет, его линейные размеры оказываются меньше одного парсека. Недавние радиоастрономические наблюдения показали, что в центре ядра имеется еще меньшее образование, размеры которого меньше нескольких тысячных парсека. По всем признакам в настоящее время ядро нашей Галактики "спокойно", хотя следы его довольно высокой активности в прошлом можно и сейчас наблюдать в виде газовых струй, поднимающихся над плоскостью Галактики на расстояние в несколько сотен парсек.
Интересно, что галактическое ядро также является источником инфракрасного излучения. Угловые размеры этого источника 10 секунд дуги, т.е. такие же, как и у совпадающего с ним радиоисточника. Из-за огромной величины поглощения света межзвездной пылью оптическое излучение ядра нашей Галактики наблюдать нельзя. Тем не менее из анализа инфракрасного излучения ядра можно сделать вывод, что там, в области поперечником всего лишь в 1 пк, находится несколько миллионов звезд. Это означает, что звездная плотность ядра нашей Галактики в десятки миллионов раз больше, чем в "галактических" окрестностях Солнца!
В центре туманности Андромеды в оптических лучах наблюдается компактный объект с угловыми размерами 1" x 1,5". Его видимая звездная величина около 12 m. Так как расстояние до этой гигантской звездной системы около 700000 пк, то линейные размеры ее ядра 3 x 5 пк, а светимость соответствует нескольким десяткам миллионов Солнц. Заметим, что оптические наблюдения ядра туманности Андромеды возможны потому, что ее экваториальная плоскость наклонена к лучу зрения под большим углом, так что протяженность поглощающего свет слоя межзвездной пыли сравнительно невелика. Между тем из-за того, что Солнце находится очень близко от галактической плоскости, к которой концентрируется межзвездная пыль, излучение от центра нашей Галактики проходит через огромную толщу поглощающего свет вещества.
Радиоизлучающие области обычно имеют довольно сложную структуру; для них характерно наличие протяжённых (прозрачных) и компактных (непрозрачных) областей. Большинство Р. состоит из 2 источников радиоизлучения, удалённых от оптической компоненты галактики на значительное расстояние. Часто область радиоизлучения содержит несколько компонент меньшего размера. Радиоизлучение Р. обычно линейно поляризовано, что свидетельствует об однородности магнитного поля в большом масштабе. Для многих объектов характерна переменность радиоизлучения, относящаяся в основном к компактным областям. У некоторых Р. наряду с переменностью радиоизлучения наблюдаются изменения их блеска в оптическом диапазоне.
Радиоизлучение Р., по-видимому, имеет синхротронную природу, т.е. возникает при движении ультрарелятивистских (движущихся со скоростями, близкими к скорости света) электронов в слабых магнитных полях. В соответствии с наблюдаемым потоком радиоизлучения энергия, приходящаяся на долю релятивистских частиц, оказывается чрезвычайно большой: около 1052 эрг в компактных источниках и 1057-1061 эрг в протяжённых. Последнее составляет примерно 10-4 от полной энергии галактики. Характер переменности (изменение интенсивности и поляризации с длиной волны и временем) свидетельствует о периодических выбросах плотных облаков релятивистских частиц; эти облака в дальнейшем расширяются и становятся прозрачными. Мощность таких взрывов - около 1052 эрг. Для поддержания протяжённого источника требуется около 1 взрыва в год в течение примерно 108 лет (при взрыве обычной сверхновой звезды выделяется около 1048 эрг).
Самыми трудными являются проблемы эволюции Р., природы источников энергии и перехода её в энергию релятивистских частиц. Гипотезы, предложенные для объяснения явления Р., пока нельзя считать удовлетворительными.
1.5.3 Морфологические особенности радиогалактик
Радиогалактики очень разнообразны по морфологическим свойствам. Первичными (наблюдаемыми) особенностями радиогалактик (и квазаров) являются ядро, протяженные структуры (lobes), горячие пятна и джеты (Кембави, Нарликар, 1998). Не все эти особенности наблюдаются во всех источниках, и довольно часто морфология объектов слишком сложна, чтобы уверенно выделить эти части. Тем не менее, удобно рассматривать источник "построенным" из этих "кирпичей", а сложные или плохо определяемые особенности рассматривать как возмущения в самом объекте либо как взаимодействие с окружающей средой.
Ядро - это компактный компонент, неразрешимый при наблюдениях на угловых масштабах до 0.1 сек. дуги и совпадающий с ядром оптического объекта. Ядро обычно имеет плоский или сложный радиоспектр, что в последнем случае указывает на синхротронное самопоглощение. С помощью интерферометров со сверхдлинными базами (VLBI) ядро может разрешаться на отдельные субкомпоненты, часто состоящие из неразрешенного ядра, имеющего плоский спектр, и джетоподобную структуру, в которой может быть более чем один узел. Кроме того, встречаются также компактные источники с крутыми радиоспектрами и компактные двойные. Ядра хорошо определяются на гигагерцовых частотах, потому что они часто имеют плоские спектры, в то время как протяженные компоненты имеют крутые спектры. Ядра найдены почти во всех радиоквазарах и в ~80% радиогалактик. Вклад ядра в полную радиосветимость источника меняется от одного процента у некоторых объектов до почти 100% у ряда квазаров.
Протяженные структуры ("радиопузыри" или "лобы" от английского слова "lobe" - "доля") являются протяженными областями радиоизлучения. Эти компоненты очень часто располагаются симметрично по противоположным сторонам от галактики или квазара. Иногда они содержат области, называемые горячими пятнами, с усиленным излучением. Размер этих структур от одного различимого края до противоположного может быть от нескольких килопарсек до нескольких мегапарсек. Радиогалактика 3C236 имеет размер ~4 Мпк. Протяженные структуры часто показывают вращательную симметрию и имеют Z - или S-образную структуру. Эти формы наиболее естественно интерпретируются как результат прецессии осей джетов, которые переносят энергию от центрального источника к протяженным областям. Светимости двух "пузырей" в типичном радиоисточнике обычно сравнимы, хотя максимальное различие в светимостях может достигать 2-х раз. Если источник наблюдается с одним компонентом, то это может быть вызвано тем, что двойная структура ориентирована близко к лучу зрения так, что компоненты просто накладываются друг на друга.
Джеты (струи) - тонкие вытянутые структуры, которые связывают компактное ядро с внешними областями. Джет может интерпретироваться как радиоизлучение вдоль луча, переносящего энергию от AGN к протяженным областям. Радиоджет существует на масштабах от парсека до килопарсека и может быть гладким или иметь узельную структуру. Джеты называют двусторонними, когда они наблюдаются с обеих сторон от центрального источника.
Горячие пятна ("hot spots") - это максимумы интенсивности, расположенные во внешних пределах протяженных структур радиоисточников. Когда эти структуры наблюдаются с недостаточным разрешением, горячие пятна видны на уярченных краях. Горячие пятна обычно имеют линейный размер ~1кпк и крутой спектр, но более плоский, чем интегральный спектр протяженных структур. Горячие пятна интерпретируются как место, где джет, идущий от ядра, разогревает окружающую среду и производит ударную волну, в которой кинетическая энергия струи трансформируется в случайное движение. Энергичные частицы рассеиваются от горячих пятен по протяженной области, обеспечивая непрерывный поток энергии. Горячие пятна не всегда наблюдаются, а в ряде случаев в структуре присутствует даже несколько максимумов интенсивности. Джеты также могут состоять из узлов, которые наблюдаются как уярчения, и при сложной структуре источника трудно сделать различие между узлами и горячими пятнами, несмотря на то, что они имеют различную физическую природу. В литературе есть ссылки на первичные и вторичные горячие пятна, когда существует более одного максимума. Бридл в 1994 предложил следующее определение горячих пятен: если в источнике не обнаружен джет, то горячее пятно должно (a) быть ярчайшей особенностью в протяженной структуре, (b) иметь поверхностную яркость более чем в 4 раза выше по сравнению с окружением, и (c) иметь линейный размер на половине максимума не более пяти процентов от максимального размера источника. Если джет обнаружен, тогда добавляются следующие условия: (d) горячее пятно должно быть дальше от ядра, чем конец джета. Окончание джета определяется по (d1) его исчезновению, (d2) по переломному изменению в направлении или (d3) или деколлимации с фактором более чем 2. Условие (d) показывает, как горячие пятна могут быть отличны от узлов. Кроме приведенных морфологических особенностей, обсуждаемых выше, есть и другие, такие как перья, хвосты, мосты и гало.
1.6 Радиоизлучение Солнца Радиоизлучение -- (радиоволны, радиочастоты) электромагнитное излучение с длинами волн 5 Ч 10-5 1010 метров и частотами, соответственно, от 6 Ч 1012Гц и до нескольких Гц.
Радиоизлучение Солнца - электромагнитное излучение солнечной атмосферы в диапазоне волн от долей мм до нескольких км.Р.С. было обнаружено в середине 30-х гг.20 в., когда выяснилось существование помех радиоприёму, интенсивности которых согласовывались с изменениями солнечной активности. В 1942 наряду с этим Р.С. - т. н. радиоизлучением активного Солнца - было зарегистрировано также радиоизлучение спокойного Солнца в дециметровом диапазоне волн. Систематические исследования Р.С. начались в 1946-47.
На волнах приблизительно от 1 мм до десятков м Р.С. исследуется с помощью Радиотелескопов, расположенных на земной поверхности, а на более длинных и более коротких волнах - с космических аппаратов.Р.С. на волнах длиннее нескольких км практически полностью поглощается в межпланетном газе и недоступно наблюдениям.
Радиоизлучение спокойного Солнца почти не меняется со временем и связано с тепловым излучением электронов в электрическом поле ионов невозмущённой атмосферы Солнца. Коротковолновое Р.С. (1-3 мм) исходит из фотосферы Солнца, радиоизлучение в сантиметровом диапазоне - от хромосферы, а в дециметровом и метровом диапазонах - из солнечной короны, простирающейся на большие расстояния от видимого диска Солнца и непрерывно переходящей в межпланетный газ. Факт возникновения метрового радиоизлучения спокойного Солнца в солнечной короне был впервые установлен в СССР при наблюдениях полного солнечного затмения в 1947. При этом было обнаружено, что температура солнечной короны составляет около 106 К.
Медленно меняющееся Р.С. связано прежде всего с активными областями в атмосфере Солнца над солнечными пятнами, а также с флоккулами. Излучение также носит тепловой характер, однако, кроме тормозного механизма излучения, здесь, по-видимому, играет роль и магнитотормозной механизм, т.е. излучение частично возникает вследствие искривления траекторий электронов магнитными полями солнечных пятен. Этот вид Р.С. преобладает в диапазоне волн 5-20 см и согласуется по времени с видимой в оптическом диапазоне волн активностью Солнца, в частности с площадью солнечных пятен. Такое Р.С. часто бывает сильно поляризованным по кругу, что свидетельствует о наличии сильных (до нескольких тыс. эрстед) магнитных полей в области возникновения радиоизлучения.
Всплески Р.С. весьма разнообразны, иногда превышают по своей мощности тепловое радиоизлучение спокойного Солнца в миллионы раз. Этот вид Р.С. преобладает в метровом диапазоне волн, хотя т. н. микроволновые всплески зарегистрированы даже в миллиметровом диапазоне волн. При вспышках на Солнце в районах солнечных пятен возникают релятивистские частицы, движение которых сквозь солнечную атмосферу приводит к сильному радиоизлучению. Радиоизлучение связано либо с магнито-тормозным механизмом, либо с возбуждением различных волн в солнечной плазме с последующим преобразованием плазменных волн в электромагнитные. Кроме того, зарегистрированы малые квазипериодические флуктуации Р.С. с периодами в сотни и тысячи секунд весьма малой амплитуды. Природа этих флуктуаций ещё (1975) не выяснена.
Результаты наблюдений Р.С. используются при построении модели атмосферы Солнца, при изучении механизма воздействия Солнца на атмосферу Земли. Исследованием Солнца методами радиолокации занимается Радиолокационная астрономия.
2. Излучения
2.1 Фоновое излучение
ФОНОВОЕ излучение в астрофизике - диффузное и практически изотропное электромагнитное излучение Вселенной. Спектр фонового излучения простирается от длинных радиоволн до гамма-лучей. Вклад в фоновное излучение могут давать неразличимые в отдельности далекие источники и диффузное вещество (газ, пыль), заполняющее космическое пространство. Важнейший компонент фонового излучения - реликтовое излучение.
ФОНОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - , радиация, которая присутствует в окружающей среде в нормальных условиях. Ее следует принимать в расчет при измерении радиации, исходящей от какого-либо конкретного источника.
2.2 Реликтовое излучение
Релимктовое излучемние (или космическое микроволновое фоновое излучение от _en. cosmic microwave background radiation). Термин "реликтовое излучение ", который обычно используется в русскоязычной литературе, ввёл в употребление советский астрофизик И.С. Шкловский - космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К.
Существование реликтового излучения было предсказано теоретически в рамках теории Большого взрыва. Хотя в настоящее время многие аспекты первоначальной теории Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказать температуру реликтового излучения, остались неизменны. Считается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно её заполняет. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.
2.2.1 Природа излучения
Согласно теории Большого Взрыва, ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, состоящую из фотонов, электронов и барионов. Благодаря эффекту Комптона, фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы, испытывая с ними упругие столкновения и обмениваясь энергией. Таким образом, излучение находилось в состоянии теплового равновесия с веществом, а его спектр соответствовал спектру абсолютно чёрного тела.
По мере расширения Вселенной, космологическое красное смещение вызывало остывание плазмы и, на определённом этапе, для электронов стало энергетически предпочтительней, соединившись с протонами - ядрами водорода и альфа-частицами - ядрами гелия, сформировать атомы. Этот процесс называется рекомбинацией. Это случилось при температуре плазмы около 3000 К и примерном возрасте Вселенной 400 000 лет. С этого момента фотоны перестали рассеиваться теперь уже нейтральными атомами и смогли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Наблюдаемая сфера, соответствующая данному моменту, называется поверхностью последнего рассеяния. Это - самый удалённый объект, который можно наблюдать в электромагнитном спектре.
В результате дальнейшего остывания излучения за счёт красного смещения, его температура снизилась и сейчас составляет 2,725 К.
2.2.2 История исследования
Реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом в 1948 году на основе созданной ими первой теории горячего Большого взрыва. Более того, Альфер и Герман смогли установить, что температура реликтового излучения должна составлять 5 К, а Гамов дал предсказание в 3 К [Physics Today, 1950, No.8, стр.76]. Хотя некоторые оценки температуры пространства существовали и до этого, они обладали несколькими недостатками. Во-первых, это были измерения лишь "эффективной " температуры пространства, не предполагалось, что спектр излучения подчиняется закону Планка. Во-вторых, они были зависимы от нашего особого расположения на краю галактики Млечный Путь и не предполагали, что излучение изотропно. Более того, они бы дали совершенно другие результаты, если бы Земля находилась где-либо в другом месте Вселенной.
Результаты Гамова широко не обсуждались. Однако они были вновь получены Робертом Дикке и Яковом Зельдовичем в начале 60-х годов. В 1964 году это подтолкнуло Дэвида Тодда Вилкинсона и Питера Ролла, коллег Дикке по Принстонскому университету, к созданию радиометра Дикке для измерения реликтового излучения.
В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон из Bell Telephone Laboratories в Холмдейле (штат Нью-Джерси) построили радиометр Дикке, который они намеревались использовать не для поиска реликтового излучения, а для экспериментов в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций. При калибровке прибора выяснилось, что антенна имеет избыточную температуру в 3,5 К, которую они не могли объяснить. Получив звонок из Холдмдейла, Дикке остроумно заметил: "Мы сорвали куш, парни". Встреча между группами из Принстона и Холмдейла определила, что такая температура антенны была вызвана реликтовым излучением. В 1978 году Пензиас и Вилсон получили Нобелевскую премию за их открытие.
В 1983 году был проведён первый эксперимент, РЕЛИКТ-1, по измерению реликтового излучения с борта космического аппарата. В январе 1992 года на основании анализа данных эксперимента РЕЛИКТ-1 российские учёные объявили об открытии анизотропии реликтового излучения. Тем не менее, в 2006 году Нобелевская премия по физике за это была присуждена американцам, объявившим о подобном открытии тремя месяцами позже на основании данных эксперимента COBE. Спектрофотометр дальнего инфракрасного излучения (FIRAS) установленный на спутнике NASA Cosmic Background Explorer (COBE) выполнил точные измерения спектра реликтового излучения. Эти измерения стали наиболее точными на сегодняшний день измерениями спектра абсолютно черного тела.
Наиболее подробную карту реликтового излучения удалось построить в результате работы американского космического аппарата WMAP.
2.2.3 Свойства
Спектр наполняющего Вселенную реликтового излучения соответствует спектру излучения абсолютно черного тела с температурой 2,725 кельвина. Его максимум приходится на частоту 160,4 ГГц (микроволновое излучение), что соответствует длине волны 1,9 мм. Оно изотропно с точностью до 0,001% - среднеквадратичное отклонение температуры составляет приблизительно 18 мкК. Это значение не учитывает дипольную анизотропию (разница между наиболее холодной и горячей областью составляет 6,706 мК ), вызванную доплеровским смещением частоты излучения из-за нашей собственной скорости относительно системы отсчёта, связанной с реликтовым излучением. Дипольная анизотропия соответствует движению Солнечной системы по направлению к созвездию Девы со скоростью ? 370 км/с
Литература
1. Каплан С.А. Элементарная радиоастрономия. М., 1966
2. Хей Дж. Радиовселенная. М., 1978
3. Ржига О.Н. Радиолокационная астрономия. - В кн. Физика космоса. Маленькая энциклопедия. М., 1986
4. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной.М., 1975 Космология: теория и наблюдения. М., 1978
5. Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М., 1981
6. Силк Дж. Большой взрыв. Рождение и эволюция Вселенной. М., 1982
7. Сюняев Р.А. Микроволновое фоновое излучение. - В кн.: Физика космоса: Маленькая энциклопедия. М., 1986
8. Долгов А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной. М., 1988
9. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М., 1990
10. Железняков В.В., Радиоизлучение Солнца и планет, М., 1964.
11. Бербидж Дж. и Вербидж М., Квазары, пер. с англ., М., 1969.
12. Пахольчик А.Г., Радиоастрофизика, пер. с англ., М., 1973
13. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д., Релятивистская астрофизика, М., 1967
14. Дайсон Ф., Тер-Хаар Д., Нейтронные звёзды и пульсары, пер. с англ., М., 1973.
Ссылки:
15. http://www.astronet.ru/db/msg/1188450 Микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение).Р.А. Сюняев.
16. http://www.astronet.ru/db/search.html? kw=14143 Астронет.документы с ключевым словом: Реликтовое излучение.
17. [http://www.krugosvet.ru/articles/97/1009704/1009704a1. htm Реликтовое излучение. Энциклопедия "Кругосвет".
18. http://www.nap.edu/readingroom/books/cosmology/2.html#CMBR The Cosmic Microwave Background Radiation.
19. http://background. uchicago.edu/ The Physics of Microwave Background Anisotropies.
20. http://map. gsfc. nasa.gov/m_mm/pub_papers/firstyear.html First Year WMAP Technical Papers.
21. http://alt-future. narod.ru/Seti/Vzr/vzr1. htm Шкловский И.С., Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука., 1987].
Подобные документы
История развития радиоастрономии. Открытие радиоизлучения космического происхождения в процессе экспериментов Карла Янского. Отсутствие ионосферы у Луны как основное преимущество Лунной астрономической обсерватории. Обнаружение новых классов объектов.
доклад [8,5 K], добавлен 13.03.2015Современная картина Вселенной. Межзвездный газ и пыль. Фундаментальная простота эллиптических галактик. Закон всеобщего "разбегания" галактик. Гипотеза Фридмана. Космические монстры. Спектр квазаров. Понятие "чёрные дыры". Что ждёт Вселенную в будущем.
курсовая работа [82,8 K], добавлен 23.01.2009Описание крупнейших событий истории космологии: открытие Э. Хабблом разбегания галактик (всеобщего расширения Вселенной); регистрация Пензиасом и Вилсоном реликтового излучения, равномерно заполняющего все пространство мира; открытие космического вакуума.
курсовая работа [61,5 K], добавлен 23.07.2010Формирование галактик. Неустойчивость, сжатие. Наблюдая эволюцию галактик. Типы галактик. Перерождение галактик. Наша Галактика - это еще не вся Вселенная. Физика и логика эфирной Вселенной. Проблемы современной астрофизики.
курсовая работа [40,1 K], добавлен 24.10.2002Естественные и искусственные космические объекты. Изучение верхней атмосферы и космического пространства с помощью экспериментов и проведения непосредственных измерений на больших высотах с помощью искусственных спутников Земли и космических ракет.
презентация [2,4 M], добавлен 04.02.2017Изучение пироцентрической, геоцентрической и гелиоцентрической моделей Вселенной. Современные исследования космологических моделей. Нобелевская премия за открытие ускоренного расширения Вселенной. Измерения гравитационного поля в скоплениях галактик.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 03.06.2014Образование Вселенной. Строение Галактики. Виды Галактик. Земля - планета Солнечной системы. Строение Земли. Расширение Метагалактики. Космическая распространенность химических элементов. Зволюция Вселенной. Формирование звезд и галактик.
реферат [26,4 K], добавлен 02.12.2006Теория образования Вселенной, гипотеза о цикличности ее состояния. Первые модели мира, описание процессов на разных этапах космологического расширения. Пересмотр теории ранней Вселенной. Строение Галактик и их виды. Движение звезд и туманностей.
реферат [31,3 K], добавлен 01.12.2010Формирование галактик. Неустойчивость, сжатие. Наблюдая эволюцию галактик. Типы галактик. Перерождение галактик. Фрагментация протогалактической туманности. Изображение эллиптической галактики. Большое и Малое Магеллановы Облака.
курсовая работа [303,1 K], добавлен 24.04.2006Современные представления о развивающейся Вселенной, проходящие в ней процессы и их особенности. "Ячеистый" характер крупномасштабных неоднородностей в распределении галактик. Сравнение расстояний до галактик со скоростями их удаления. Постоянная Хаббла.
контрольная работа [22,1 K], добавлен 11.09.2011
