0 просмотров

О чем красное смещение говорит астрономам?

Красные смещения: концентрические круги, широкие и красные слева, узкие и синие справа.

Астрономы используют красные смещения чтобы измерить, как расширяется Вселенная, и, таким образом, определить расстояние до самых удаленных (и, следовательно, самых старых) объектов нашей Вселенной. Что такое красное смещение? Его часто сравнивают с пронзительным воем приближающейся к вам сирены скорой помощи, тональность которого снижается, когда машина скорой помощи проезжает мимо вас, а затем удаляется от вас. Это изменение звука машины скорой помощи связано с так называемым эффектом Доплера. Это хорошее сравнение, потому что и звук, и свет распространяются волнами, на которые влияет их движение в воздухе и пространстве.

Звук может только так быстро двигаться по воздуху; звук распространяется со скоростью около 750 миль (1200 километров) в час.Когда машина скорой помощи мчится вперед и включает сирену, звуковые волны перед ней сливаются воедино. Тем временем звуковые волны позади машины скорой помощи распространяются. Это означает, что частота звуковых волн выше перед машиной скорой помощи (более звуковые волны будут ударять в ухо слушателя в течение определенного периода времени) и опускаться позади него (меньше звуковые волны будут воздействовать на ухо слушателя в течение определенного периода времени). Наш мозг интерпретирует изменения частоты звуковых волн как изменения высоты тона.

Как и звук, свет также является волной, движущейся с фиксированной скоростью: 186 000 миль (300 000 км) в секунду или около того. миллиард километров в час. Следовательно, свет играет по тем же правилам, что и звук.

Статья в тему:  Какой элемент составляет 90 частей Вселенной

Но в случае со светом мы воспринимаем изменения частоты волн как изменения цвета, а не изменения высоты тона.

Красное смещение и синее смещение

Например, если бы лампочка очень быстро перемещалась в пространстве, ее свет казался бы синим, когда он приближался к вам, а затем становился бы красным, когда он пролетал мимо. Измерение таких незначительных изменений частоты света позволяет астрономам измерять скорость — и, следовательно, расстояние — всего во Вселенной! Это правда, потому что чем быстрее объект удаляется от нас, тем дальше он находится.

Таким образом, в нашей расширяющейся Вселенной измерение скорости превращается в измерение расстояния.

Вот недавний пример. В начале января 2020 года астрономы заявили, что самый далекий из известных на данный момент квазар — квазар J0313-1806 — имеет рекордное красное смещение z = 7,64. В соответствии с астрономической интерпретацией красного смещения мы наблюдаем квазар J0313-1806 — очень яркое ядро ​​галактики в ранней Вселенной, которое, как считается, питается от сверхмассивной черной дыры — всего через 670 миллионов лет после Большого взрыва или более чем через 13 миллиардов световых лет от нас.

Или рассмотрим еще более далекий объект, не очень яркий квазар, а просто обычную галактику в ранней Вселенной.GN-z11 — галактика с большим красным смещением, обнаруженная в направлении созвездия Большой Медведицы, Большой Медведицы. GN-z11 в настоящее время является самой старой и самой далекой из известных галактик в наблюдаемой Вселенной с красным смещением z = 11,09. Это красное смещение соответствует расстоянию в 13,4 миллиарда световых лет. Итак, мы видим этот объект таким, каким он существовал 13,4 миллиарда лет назад, всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва.

Статья в тему:  когда фильм вселенная стивена

Очень много далеких галактик, похожих на звездное поле со вставкой неправильной формы розового пятна.

Конечно, сделать эти измерения немного сложнее, чем просто сказать: «Эта звезда выглядит краснее, чем должна быть». Вместо этого астрономы используют маркеры в спектре звездного света. Это исследование спектроскопии. Если посветить лучом фонарика через призму, с другой стороны выйдет радуга. Но если вы поместите прозрачный контейнер, наполненный газообразным водородом, между фонариком и призмой, в гладкой радуге цветов появятся промежутки, места, где свет буквально пропадает.

Вертикальные столбы радужного света с темными линиями поперек них на разной высоте.

Атомы водорода настроены на поглощение очень специфических частот света. Когда луч света, состоящий из многих цветов, проходит через газ, эти частоты удаляются — поглощаются — из луча. Радуга усеяна тем, что астрономы называют линии поглощения. Замените водород гелием, и вы получите совершенно другую картину линий поглощения. У каждого атома и молекулы есть отчетливый отпечаток поглощения, который позволяет астрономам определять химический состав далеких звезд и галактик.

Когда мы пропускаем звездный свет через призму (или подобное устройство, подходящее для телескопов, например дифракционную решетку), мы видим лес линий поглощения водорода, гелия, натрия и т. д. Однако, если эта звезда уносится прочь от нас, все эти линии поглощения претерпевают доплеровский сдвиг и движутся к красной части радуги. Это то, что мы называем красное смещение. Для звезд, направляющихся к нам, противоположный происходит, и линии смещаются в сторону синего конца спектра; они есть синее смещение (как правило, астрономы используют термин «красное смещение» только для упрощения и просто ставят перед ним знак «минус», если это синее смещение).

Статья в тему:  Как молиться Вселенной о проявлении

Измеряя, насколько далеко линии расположены от того места, где они должны быть в спектре, астрономы могут вычислить скорость звезды или галактики относительно Земли и даже то, как галактика вращается: измеряя различное красное смещение для одного сторону галактики по сравнению с другой, вы можете увидеть, какая сторона движется от вас, а какая к вам.

С помощью этого инструмента раскрывается движение Вселенной и можно исследовать множество новых вопросов.

И галактики — не единственное, что можно исследовать с помощью красных смещений. Астрономы научились выявлять едва уловимое прикосновение далекой планеты к ее родительской звезде, тем самым открывая планету для астрономов. Если у звезды в нашей галактике Млечный Путь есть скрытая планета — и если астрономы видят, что звезда иногда демонстрирует небольшое красное смещение, а иногда — небольшое синее смещение, то астрономы делают вывод, что звезда попеременно движется то к нам, то от нас. Они называют это движение «колебанием» звезды в пространстве. Что-нибудь должен тянуть звезду, заставляя ее качаться. Измеряя, насколько далеко смещаются линии поглощения, астроном может определить массу невидимого спутника и его расстояние от звезды, и прийти к выводу, что планета находится на орбите вокруг звезды!

Два положения далекой звезды, показывающие, что ее лучи короче и длиннее в зависимости от движения.

Помимо обнаружения других миров, красное смещение также привело к одному из самых важных открытий 20-го века.В 1910-х годах астрономы из обсерватории Лоуэлла и других мест заметили, что свет почти каждой галактики смещен в красную сторону: большинство галактик во Вселенной мчатся прочь от нас! Бельгийский ученый Жорж Леметр, который также был священником, признал, что скорость удаления галактик можно объяснить поразительной истиной: Вселенная расширяется! В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл сопоставил красное смещение с оценками расстояния до галактик и обнаружил нечто замечательное: чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Это соотношение, закон Хаббла, было переименовано в 2018 году Международным астрономическим союзом в Закон Хаббла – Леметра.

То, что стало известно как космологическое красное смещение была первой частью теории Большого взрыва и, в конечном счете, описанием происхождения нашей Вселенной.

Статья в тему:  Сколько планет в нашей вселенной

Список самых удаленных астрономических объектов постоянно меняется, поскольку астрономы находят все более и более высокие объекты с красным смещением на краю наблюдаемой Вселенной. Галактики, квазары и даже гамма-всплески целую вечность путешествуют по космосу, излучая свой слабый красный свет и раскрывая немного больше тайн Вселенной.

График с линией плюсов от левого нижнего угла к правому верхнему.

Итог: красное смещение показывает, как объект в космосе (звезда/планета/галактика) движется по сравнению с нами. Он позволяет астрономам измерять расстояние до самых далеких (и, следовательно, самых старых) объектов в нашей Вселенной.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector