Как измеряется расстояние до звезд и что такое световой год?

Расстояния в космосе

Расстояние между Землей и Луной громадно, но кажется крохотным в сравнении с масштабами космоса.

Космические просторы, как известно, довольно масштабны, а потому астрономы не используют для их измерения метрическую систему, привычную для нас.

В случае с расстоянием до Луны (384 000 км) километры еще могут быть применимы, однако если выразить в этих единицах расстояние до Плутона, то получится 4 250 000 000 км, что уже менее удобно для записи и вычислений.

По этой причине у астрономов в ходу иные единицы измерения расстояния, о которых читайте ниже.

Астрономическая единица

Наименьшей из таких единиц является астрономическая единица (а.е.). Исторически так сложилось, что одна астрономическая единица равняется радиусу орбиты Земли вокруг Солнца, иначе – среднее расстояние от поверхности нашей планеты до Солнца.

Данный метод измерения был наиболее подходящим для изучения структуры Солнечной системы в XVII веке. Ее точное значение 149 597 870 700 метра. Сегодня астрономическая единица используется в расчетах с относительно малыми длинами.

То есть при исследовании расстояний в пределах Солнечной системы или других планетных систем.

Световой год

Несколько большей единицей измерения длины в астрономии является световой год. Он равен расстоянию, которое проходит свет в вакууме за один земной, юлианский год. Подразумевается также нулевое влияние гравитационных сил на его траекторию. Один световой год составляет около 9 460 730 472 580 км или 63 241 а.

е. Данная единица измерения длины используется лишь в научно-популярной литературе по той причине, что световой год позволяет читателю получить примерное представление о расстояниях в галактическом масштабе. Однако из-за своей неточности и неудобности световой год практически не используется в научных работах.

Парсек

Наиболее практичной и удобной для астрономических вычислений является такая единица измерения расстояния как парсек. Чтобы понять ее физический смысл, следует рассмотреть такое явление как параллакс. Его суть состоит в том, что при движении наблюдателя относительно двух отдаленных друг от друга тел, видимое расстояние между этими телами также меняется.

В случае со звездами происходит следующее. При движении Земли по своей орбите вокруг Солнца визуальное положение близких к нам звезд несколько меняется, в то время как дальние звезды, выступающие в роли фона, остаются на тех же местах.

Изменение положения звезды при смещении Земли на один радиус ее орбиты, называется годичный параллакс, который измеряется в угловых секундах.

Тогда один парсек равен расстоянию до звезды, годичный параллакс которой равен одной угловой секунде – единице измерения угла в астрономии. Отсюда и название «парсек», совмещенное из двух слов: «параллакс» и «секунда». Точное значение парсека равняется 3,0856776·1016 метра или 3,2616 светового года. 1 парсек равен примерно 206 264,8 а. е.

Метод лазерной локации и радиолокации

Эти два современных метода служат для определения точного расстояния до объекта в пределах Солнечной системы. Он производится следующим образом. При помощи мощного радиопередатчика посылается направленный радиосигнал в сторону предмета наблюдения. После чего тело отбивает полученный сигнал и возвращает на Землю.

Время, потраченное сигналом на преодоление пути, определяет расстояние до объекта. Точность радиолокации – всего несколько километров. В случае с лазерной локацией, вместо радиосигнала лазером посылается световой луч, который позволяет аналогичными расчетами определить расстояние до объекта.

Точность лазерной локации достигается вплоть до долей сантиметра.

Телескоп ТГ-1 лазерного локатора ЛЭ-1, полигон Сары-Шаган

Метод тригонометрического параллакса

Наиболее простым методом измерения расстояния до удаленных космических объектов является метод тригонометрического параллакса. Он основывается на школьной геометрии и состоит в следующем. Проведем отрезок (базис) между двумя точками на земной поверхности.

Выберем на небосводе объект, расстояние до которого мы намерены измерить, и определим его как вершину получившегося треугольника. Далее измеряем углы между базисом и прямыми, проведенными от выбранных точек до тела на небосводе.

А зная сторону и два прилежащих к ней угла треугольника, можно найти и все другие его элементы.

Тригонометрический параллакс

Величина выбранного базиса определяет точность измерения. Ведь если звезда расположена на очень большом расстоянии от нас, то измеряемые углы будут почти перпендикулярны базису и погрешность в их измерении может значительно повлиять на точность посчитанного расстояния до объекта.

Поэтому следует выбирать в качестве базиса максимально отдаленные точки на Земле. Изначально в роли базиса выступал радиус Земли.

То есть наблюдатели располагались в разных точках земного шара и измеряли упомянутые углы, а угол, расположенный напротив базиса назывался горизонтальным параллаксом.

Однако позже в качестве базиса стали брать большее расстояние – средний радиус орбиты Земли (астрономическая единица), что позволило измерять расстояние до более отдаленных объектов. В таком случае, угол, лежащий напротив базиса, называется годичным параллаксом.

Данный метод не очень практичен для исследований с Земли по той причине, что из-за помех земной атмосферы, определить годичный параллакс объектов, расположенных более чем на расстоянии в 100 парсек – не удается.

Однако в 1989 год Европейским космическим агентством был запущен космический телескоп Hipparcos, который позволил определить звезды на расстоянии до 1000 парсек. В результате полученных данных ученые смогли составить трехмерную карту распределения этих звезд вокруг Солнца.

В 2013 году ЕКА запустило следующий спутник – Gaia, точность измерения которого в 100 раз лучше, что позволяет наблюдать все звезды Млечного Пути.

Если бы человеческие глаза обладали точностью телескопа Gaia, то мы имели бы возможность видеть диаметр человеческого волоса с расстояния 2 000 км.

Метод стандартных свечей

Для определения расстояний до звезд в других галактиках и расстояний до самих этих галактик используется метод стандартных свечей. Как известно, чем дальше от наблюдателя расположен источник света, тем более тусклым он кажется наблюдателю. Т.е.

освещенность лампочки на расстоянии 2 м будет в 4 раза меньше, чем на расстоянии 1 метр.Это и есть принцип, по которому измеряется расстояние до объектов методом стандартных свечей.

Таким образом, проводя аналогию между лампочкой и звездой, можно сравнивать расстояния до источников света с известными мощностями.

Масштабы разведанной существующими методами Вселенной впечатляют. Смотреть инфографику в полном размере.

В качестве стандартных свечей в астрономии выступают объекты, светимость (аналог мощности источника) которых известна. Это может быть любого рода звезда. Для определения ее светимости астрономы измеряют температуру поверхности, опираясь на частоту ее электромагнитного излучения.

После чего, зная температуру, позволяющую определить спектральный класс звезды, выясняют ее светимость при помощи диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Затем, имея значения светимости и измерив яркость (видимую величину) звезды, можно посчитать расстояние до нее.

Такая стандартная свеча позволяет получить общее представление о расстоянии до галактики, в которой она находится.

Однако данный метод достаточно трудоемкий и не отличается высокой точностью. Поэтому астрономам удобнее использовать в качестве стандартных свечей космические тела с уникальными особенностями, для которых светимость известна изначально.

Уникальные стандартные свечи

Цефеида PTC Puppis

Цефеиды – наиболее используемые стандартные свечи, представляющие собой переменные пульсирующие звезды. Изучив физические особенности этих объектов, астрономы узнали, что цефеиды обладают дополнительной характеристикой – периодом пульсации, который легко можно измерить и который соответствует определенной светимости.

В результате наблюдений ученым удается измерить яркость и период пульсации таких переменных звезд, а значит и светимость, что позволяет высчитать расстояние до них. Нахождение цефеиды в иной галактике дает возможность относительно точно и просто определить расстояние до самой галактики. Поэтому данный тип звезд часто именуется «маяками Вселенной».

Несмотря на то, что метод цефеид является наиболее точным на расстояниях до 10 000 000 пк, его погрешность может достигать 30%. Для повышения точности потребуется как можно больше цефеид в одной галактике, но и в таком случае погрешность сводится не менее чем к 10%. Причиной тому служит неточность зависимости период-светимость.

Цефеиды — «маяки Вселенной».

Кроме цефеид в качестве стандартных свечей могут использоваться и другие переменные звезды с известными зависимостями период-светимость,  а также для наибольших расстояний — сверхновые с известной светимостью.

Близким по точности к методу цефеид является метод, с красными гигантами в роли стандартных свеч.

Как выяснилось, ярчайшие красные гиганты имеют абсолютную звездную величину в достаточно узком диапазоне, которая позволяет посчитать светимость.

Расстояния в цифрах

Расстояния в Солнечной системе:

  • 1 а.е. от Земли до Солнца = 500 св. секунд или 8,3 св. минуты
  • 30 а. е. от Солнца до Нептуна = 4,15 световых часа
  • 132 а.е. от Солнца – таково расстояние до космического аппарата «Вояджер-1», было отмечено 28 июля 2015 года. Данный объект является самым отдаленным из тех, что были сконструированы человеком.

Расстояния в Млечном Пути и за его пределами:

  • 1,3 парсека (268144 а.е. или 4,24 св. года) от Солнца до Проксима Центавра – ближайшей к нам звезды
  • 8 000 парсек (26 тыс. св. лет) – расстояние от Солнца до центра Млечного Пути
  • 30 000 парсек (97 тыс. св. лет) – примерный диаметр Млечного Пути
  • 770 000 парсек (2,5 млн. св. лет) – расстояние до ближайшей большой галактики – туманность Андромеды
  • 300 000 000 пк — масштабы в которых Вселенная практически однородна
  • 4 000 000 000 пк (4 гигапарсек) – край наблюдаемой Вселенной. Это расстояние прошел свет, регистрируемый на Земле. Сегодня объекты, излучившие его, с учетом расширения Вселенной, расположены на расстоянии 14 гигапарсек (45,6 млрд. световых лет).

Источник: http://SpaceGid.com/rasstoyaniya-v-kosmose.html

Что такое световой год и чему он равен? — Сайт для Всезнаек и Почемучек

Космические расстояния слабо поддаются измерению в обычных метрах и километрах, поэтому астрономы используют в своей работе другие физические единицы. Одна из них носит название световой год.

Многие любители фантастики хорошо знакомы с этим понятием, поскольку оно часто встречается в фильмах и книгах.

Но не каждый знает, чему равен световой год, а некоторые и вовсе думают, что он аналогичен обычному годовому исчислению времени.

Что такое световой год?

В действительности световой год – это не временная единица, как можно было бы предположить, а единица длины, применяемая в астрономии. Под ней понимают расстояние, преодолеваемое светом за один год.

Обычно ее применяют в астрономических учебниках или научно-популярной фантастике для определения длин в пределах Солнечной системы. Для более точных математических расчетов или измерения расстояний во Вселенной за основу берут другую единицу – парсек.

Появление светового года в астрономии было связано с развитием звездных наук и необходимостью использовать параметры, сопоставимые с масштабами космоса. Понятие ввели спустя несколько лет после первого успешного измерения расстояния от Солнца до звезды 61 Лебедя в 1838 году.

Изначально световым годом называли расстояние, проходимое светом за один тропический год, то есть за отрезок времени, равный полному циклу смены сезонов. Однако с 1984-го за основу стали брать юлианский год (365,25 дня), в результате чего измерения стали более точными.

Как определяется скорость света?

Чтобы рассчитать световой год, исследователям пришлось сначала определить скорость света. Когда-то астрономы полагали, что распространение лучей в космосе происходит мгновенно, но в XVII веке подобное заключение начало вызывать сомнения.

Первые попытки сделать расчеты предпринял Галилео Галлилей, решивший вычислить время, за которое свет преодолевает 8 км. Его исследования не увенчались успехом. Рассчитать примерную величину удалось Джеймсу Бредли в 1728 году, определившему значение скорости в 301 тысячу км/с.

Несмотря на то что Бредли произвел достаточно верные расчеты, определить точную скорость смогли лишь в XX столетии, используя современные лазерные технологии.

Совершенное оборудование позволило сделать расчеты с поправкой на коэффициент преломления лучей, в результате чего эта величина составила 299 792,458 километров в секунду.

Данными цифрами астрономы оперируют по сей день.

В дальнейшем нехитрые вычисления помогли с точностью установить время, которое лучам необходимо на облет орбиты земного шара без воздействия на них гравитационных полей.

Читайте также:  Сочинение-рассуждение на тему: "мой любимый уголок природы"

Хотя скорость света не сопоставима с земными расстояниями, ее использование при вычислениях объясняется тем, что люди привыкли мыслить «земными» категориями.

Чему равен световой год?

Если принять во внимание, что световая секунда равняется 299 792 458 метров, легко подсчитать, что за минуту свет преодолевает 17 987 547 480 метров. Как правило, эти данные астрофизики применяют для измерения расстояний внутри планетарных систем.

Для изучения небесных тел в масштабах Вселенной гораздо удобнее брать за основу световой год, который равняется 9,460 триллионов километров или 0,306 парсек. Наблюдение за космическими телами является единственным случаем, когда человек может воочию видеть прошлое.

Чтобы свет, испускаемый какой-нибудь далекой звездой, достиг Земли, требуются многие годы. По этой причине, наблюдая за космическими объектами, вы видим их не такими, какими они являются в данный момент, а какими они были в момент излучения света.

Примеры расстояний в световых годах

Благодаря возможности исчислять скорость движения лучей, астрономы сумели вычислить расстояние в световых годах до многих небесных тел.

Так, расстояние от нашей планеты до Луны составляет 1,3 световых секунды, до Проксима Центавра – 4,2 световых года, до туманности Андромеды – 2,5 миллиона световых лет.

Расстояние между Солнцем и центром нашей галактики лучи проходят примерно за 26 тысяч световых лет, а между Солнцем и планетой Плутон – за 5 световых часов.

Источник: http://www.vseznaika.org/kosmos/chto-takoe-svetovoj-god-i-chemu-on-raven/

Расстояние до звёзд

Category:Коротко и ясно о самом интересном Tags : Василий Яковлевич Струве Метод параллаксов Расстояние до звёзд Солнце Томас Хендерсон Фридрих Бессель

Принцип параллакса на простом примере.
 
Способ определения расстояния до звёзд с помощью измерения угла видимого смещения (параллакса).

 
Томас Хендерсон, Василий Яковлевич Струве и Фридрих Бессель впервые измерили расстояния до звёзд методом параллаксов.
 
Схема расположения звёзд в радиусе 14 световых лет от Солнца. Включая Солнце, в этой области находятся 32 известные звёздные системы (Inductiveload / wikipedia.org).

Следующее открытие (30-е годы XIX века) – определение звёздных параллаксов. Учёные давно подозревали, что звёзды могут быть похожими на далёкие солнца. Однако это всё-таки была гипотеза, причём, я бы сказал, до этого времени практически ни на чём не основанная. Было важно научиться напрямую измерять расстояние до звёзд.

Как это делать, люди понимали достаточно давно. Земля вращается вокруг Солнца, и, если, например, сегодня сделать точную зарисовку звёздного неба (в XIX веке сделать фотографию было ещё нельзя), подождать полгода и повторно зарисовать небо, можно заметить, что часть звёзд сместилась относительно других, далёких объектов.

Причина проста – мы смотрим теперь на звёзды с противоположного края земной орбиты. Возникает смещение близких объектов на фоне далёких. Это точно так же, как если мы вначале посмотрим на палец одним глазом, а потом другим.

Мы заметим, что палец смещается на фоне далёких объектов (или далёкие объекты смещаются относительно пальца, в зависимости от того, какую мы выберем систему отсчёта). Тихо Браге, лучший астроном-наблюдатель дотелескопической эпохи, пытался измерить эти параллаксы, но не обнаружил их. По сути, он дал просто нижний предел расстояния до звёзд.

Он сказал, что звёзды как минимум дальше, чем, примерно, световой месяц (хотя, такого термина тогда, конечно, ещё не могло быть). А в 30-е годы развитие технологии телескопических наблюдений позволило точнее измерять расстояния до звёзд. И не удивительно, что сразу три человека в разных частях Земного шара провели такие наблюдения для трёх разных звёзд.

Первым формально правильно расстояние до звёзд измерил Томас Хендерсон. Он наблюдал Альфу Центавра в Южном полушарии. Ему повезло, он практически случайно выбрал самую близкую звезду из тех, которые видны невооружённым глазом в Южном полушарии.

Но Хендерсон считал, что ему не хватает точности наблюдений, хотя значение он получил правильное. Ошибки, по его мнению, были большими, и он результат свой сразу не опубликовал. Василий Яковлевич Струве наблюдал в Европе и выбрал яркую звезду северного неба – Вегу.

Ему тоже повезло – он мог бы выбрать, например, Арктур, который гораздо дальше. Струве определил расстояние до Веги и даже опубликовал результат (который, как потом оказалось, был очень близок к истине).

Однако он несколько раз его уточнял, изменял, и поэтому многие посчитали, что нельзя верить этому результату, поскольку сам автор его постоянно меняет. А Фридрих Бессель поступил по-другому. Он выбрал не яркую звезду, а ту, которая быстро двигается по небу – 61 Лебедя (само название говорит, что, наверное, она не очень яркая).

Звёзды немножко двигаются относительно друг друга, и, естественно, чем ближе к нам звёзды, тем заметнее этот эффект. Точно так же, как в поезде придорожные столбы очень быстро мелькают за окном, лес лишь медленно смещается, а Солнце фактически стоит на месте.

В 1838 году он опубликовал очень надёжный параллакс звезды 61 Лебедя и правильно измерил расстояние. Эти измерения впервые доказали, что звёзды – это далёкие солнца, и стало ясно, что светимость всех этих объектов соответствуют солнечным значением.

Определение параллаксов для первых десятков звёзд позволило построить трёхмерную карту солнечных окрестностей. Всё-таки человеку всегда было очень важно строить карты. Это делало мир как бы чуть более контролируемым. Вот карта, и уже чужая местность не кажется такой загадочной, наверное там не живут драконы, а просто какой-то тёмный лес. Появление измерения расстояний до звёзд действительно сделало ближайшую солнечную окрестность в несколько световых лет какой-то более, что ли, дружелюбной.

Это – глава из стенгазеты, выпущенной благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном». Нажмите на миниатюру газеты ниже и читайте остальные статьи по интересующей вас тематике.

Спасибо!

Материал выпуска любезно предоставил Сергей Борисович Попов – астрофизик, доктор физико-математических наук, профессор Российской академии наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга Московского государственного университета, лауреат нескольких престижных премий в области науки и просвещения.

Надеемся, что знакомство с выпуском будет полезно и школьникам, и родителям, и учителям – особенно сейчас, когда астрономия снова вошла в список обязательных школьных предметов (приказ №506 Минобрнауки от 7 июня 2017 года).

Все стенгазеты, изданные нашим благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном», ждут вас на сайте к-я.рф. Есть также группа вконтакте и ветка на сайте Питерских родителей Литтван, где мы обсуждаем выход новых газет. Любой желающий может бесплатно получать наши газеты в местах раздачи в Петербурге.

Источник: http://xn—-stb8d.xn--p1ai/rasstoyanie-do-zvyozd/

Как измеряют расстояния до планет, звезд и галактик?

Определение расстояния в астрономии зависит обычно от того, насколько далеко находится небесное тело. Некоторые методы можно применять лишь для относительно близких объектов, например, соседних с нами планет. Другие — для более удаленных, таких как звёзды или даже галактики. Однако эти способы, как правило, менее точны.

Как определить расстояние до объекта в космосе

Способ определения расстояния до соседних планет

В Солнечной системе это относительно просто: движение планет здесь рассчитывается по законам Кеплера, и можно вычислить удаленность близлежащих планет и астероидов с помощью радиолокационных измерений. Таким путём устанавливать расстояние весьма легко.

Внутри Солнечной системы действуют законы Кеплера

Как измеряют расстояние до звезд

Для относительно близких к нам звезд можно определять так называемый параллакс. При этом необходимо наблюдать, как изменяется положение звезды в результате обращения Земли вокруг нашего светила относительно звезд, гораздо более удаленных от нас. В зависимости от точности измерения возможно довольно точное и прямое определение расстояние.

Вычисление расстояний по параллаксу звезд

Если это не подходит, можно попытаться определить тип звезды по спектру, чтобы по истинной яркости сделать вывод об удаленности. Это уже косвенный метод, так как нужно делать о звезде определенные предположения.

Измерение расстояний по спектру звезд

Если невозможно применить и этот метод, то ученые пытаются обойтись»шкалой расстояний». При этом ищут звезды, яркость которых точно известна по наблюдениям в нашей Галактике. Такие объекты называются «стандартные свечи». Ими служат, например, звезды-цефеиды, чьи яркость периодически изменяется. Согласно теории, скорость этих изменений зависит от максимальной яркости звезды.

Вычисление расстояний по цефеидам

Если такие цефеиды обнаруживают в другой галактике и можно наблюдать, как меняется яркость звезды, то определяется её максимальная яркость, а затем расстояние от нас. Другим примером стандартной свечи служит определенный вид взрыва сверхновой, у которой, как считают астрономы, всегда одинаковая максимальная яркость.

Стандартной свечой может быть взрыв сверхновой

Тем не менее, даже этот метод имеет свои ограничения. Тогда астрономы используют красное смещение в спектрах галактик.

Увеличение длины волны света, исходящего из галактики, придает ему на спектре более красный цвет, названный красным смещением

Исходя из него, может быть рассчитана скорость удаления галактики, которая непосредственно связана — согласно закону Хаббла — с расстоянием до этой галактики от Земли.

Копирование статей запрещено! © 2012-2016 АСТРОновости

Источник: http://astronovosti.ru/kak-izmeryayut-rasstoyaniya-do-planet-zvezd-i-galaktik/

Первое измерение расстояния до звезд и термин «световой год»

Кеннигсберг

Мастерство Фраунгофера в изготовлении приборов позволило Фридриху Бесселю (1784–1846) впервые надежно измерить параллакс звезды.

Директор Кёнигсбергской обсерватории Бессель был человеком, выбившимся из низов; его юношеской мечтой было отправиться в торговую экспедицию в Китай и Ост-Индию.

Готовясь к этой поездке, он решил ознакомиться со способами наблюдения на море. Постепенно от навигации он перешел к астрономии, а от астрономии — к математике.

Фраунгофер построил первый гелиометр для обсерватории Бесселя. Но сборка была завершена только после смерти мастера-оптика в 1829 году. Бессель знал о высоком качестве инструмента, но только в 1837 году начал серьезно заниматься проблемой параллакса. В отличие от Гершеля, он решил не использовать яркость звезды как критерий ее расстояния.

Он полагал, что те звезды, которые быстро перемещаются по небу относительно других звезд, должны быть более близкими. За век до этого британский астроном Эдмунд Галлей (1656–1742) показал, что звезды не закреплены на небесной сфере, а медленно передвигаются. Например, со времен Птолемея Сириус сместился на полградуса (диаметр Луны).

Эти собственные движения отражают и перемещение нашего Солнца в пространстве, и истинное движение самой звезды.

В любом случае, ожидается, что далекая звезда имеет небольшое собственное движение, в то время как близкая звезда кажется быстрее движущейся (например, когда вы мчитесь в поезде, вам кажется, что близкие предметы за окном перемещаются быстро, а далекий ландшафт еле ползет).

В соответствии с этим критерием Бессель выбрал довольно неприметную звезду 61 Лебедя, на «заднем крае крыла» созвездия Лебедь. Эта звезда — настоящий спринтер среди звезд: она смещается более чем на три диаметра полной Луны за тысячу лет. А рекордсменом, как выяснилось позже, является звезда Барнарда в Змееносце, смещающаяся на один диаметр Луны за 180 лет. И действительно, она на втором месте среди ближайших к нам звезд.

В течение года Бессель измерял угловое расстояние звезды 61 Лебедя от трех других тусклых звезд сравнения. Тщательный анализ этих измерений показал ему, что звезда имеет параллакс 0,3136 ± 0,0202 секунды дуги.

Как известно, параллакс в одну секунду дуги соответствует расстоянию в 206 265 радиусов земной орбиты (врезка 8.1). По результатам Бесселя звезда 61 Лебедя оказалась расположена на расстоянии примерно в 650 000 раз дальше, чем Земля от Солнца.

Отметим, что возможная неточность результата Бесселя («плюс/минус») была вычислена уже в наши дни способом, который предложил математик Карл Фридрих Гаусс, показавший, как из наблюдений можно не только найти среднее значение измеряемой величины, но и оценить вероятную ошибку.

Современные измерения дают для параллакса звезды 61 Лебедя значение 0,299 ± 0,0045 секунды дуги, так что результат Бесселя был весьма близок к истинному.

Первое измерение расстояния до звезды стало прорывом в астрономии и привлекло большое внимание. Крошечный эффект, о котором писали Птолемей и Галилей, наконец был обнаружен, и определение космических расстояний перешло из Солнечной системы в царство звезд (рис. 8.4).

Читайте также:  Сочинение: описание картины и. э. грабаря "мартовский снег"

Всего через два месяца после Бесселя о своих результатах сообщил шотландский астроном Томас Хендерсон (1798–1844). Он информировал астрономическое сообщество, что измерил параллакс яркой южной звезды альфа Кентавра (α Cen).

Результат был получен на основе наблюдений, проведенных в течение нескольких лет в обсерватории на мысе Доброй Надежды в Южной Африке, и оказался равен 0,98 ± 0,09 секунды дуги. В действительности α Cen состоит из трех звезд, обращающихся друг вокруг друга.

Самая близкая из них — Проксима Кентавра. Расстояние до нее 1,3 парсека.

Собственно говоря, вопрос о звездных расстояниях уже давно «висел в воздухе». Директор Дерптской (ныне г. Тарту) обсерватории Фридрих (Василий Яковлевич) Струве (1793–1864) заказал фирме Утцшнайдера и Фраунгофера высококачественный телескоп с объективом диаметром 24 см.

Когда в 1824 году этот телескоп начал работать, он стал крупнейшим рефрактором в мире. Среди наблюдавшихся Струве звезд была и ярчайшая звезда северного неба Вега. Наблюдения 1835–1836 годов показали, что ее параллакс составляет 0,10″ — 0,18″, о чем Струве и доложил в Санкт-Петербургской Академии наук в 1837 году.

Его сообщение было зачитано на собра-нии Академии, но затем затерялось в архиве. Современное значение параллакса Веги составляет 0,12″ (расстояние = 8 пк), так что Струве был на верном пути. Но он не был удовлетворен результатом и продолжал наблюдения.

Когда в 1840 году он опубликовал новые результаты, то определенный им параллакс равнялся 0,26 ± 0,03 секундам дуги. По какой-то причине он получил удвоенное значение параллакса, и расстояние оказалось на 50 % короче.

После этих пионерских работ трех астрономов измерение параллаксов стало признанным способом определения расстояний до звезд и вскоре превратилось в важнейшее направление в астрономии.

Большие расстояния доказывали, что раз столь далекие звезды видны на нашем небе, то они должны излучать столько же света, а может, и больше, чем наше Солнце.

Если выразить расстояния до звезд в километрах, то получится огромное и трудное в использовании число, поскольку 1 пк составляет примерно 3 х 10 км.

Даже ближайшая звезда расположена на расстоянии 3,9 х 10 км, невообразимое расстояние! Если размер звезды уменьшить до размера яблока, то в пространстве звезды были бы разделены расстояниями около 20 000 км. Как видим, звезды в космосе разбросаны очень негусто, поэтому столкновения между ними крайне редки.

http://rubooks.org/book.php?book=7509&page=35

Источник: https://chrontime.com/sobytiya-pervoe-izmerenie-rasstoyaniya-do-zvezd-i-termin-svetovoiy-go

Сколько километров в световом году, и равен ли он земному

Огромные космические пространства очень трудно исчислять в километрах или милях. Ученые задумались о поиске других единиц измерения больших расстояний. Поклонники фантастических фильмов и книг часто слышат о световом годе. Но не каждый может объяснить, что значат данные слова. Некоторые не видят его отличие от обычного земного.

Эта величина – популярная единица измерения космического расстояния. При ее определении используют:

  • скорость света,
  • число секунд, равных 365 суткам.

Важное условие такого исчисления – отсутствие влияния на свет любых гравитационных полей. Этому требованию соответствует вакуум. Именно в нем остается постоянной скорость распространение любых электромагнитных лучей.

Как давно определили скорость света

Еще в XVII веке ученые пытались определить скорость света. Ранее астрономы предполагали, что лучи разносятся в пространстве мгновенно. В этом усомнился Галилео Галилей. Он поставил целью вычислить время прохождения лучом света определенного расстояния, равного восьми километрам. Но его опыты были неудачны.

Исследования датского ученого О. Рёмера тоже не увенчались успехом. Он заметил временную разницу в затмениях спутников других планет в зависимости от положения Земли. Когда она находится дальше от другого космического объекта, то лучам света необходимо больше времени для достижения земной поверхности.

Вычислить их скорость у него не получилось.

https://www.youtube.com/watch?v=BSjVgmWPcu8

Впервые примерно подсчитать скорость света удалось англичанину Джеймсу Брэдли в XVIII веке. Этот астроном установил ее значение в 301 000 км/с. В прошлом столетии, используя теорию электромагнетизма Максвелла, ученые смогли точно вычислить значение скорости луча.

Исследования проводились при использовании новейших лазерных технологий, учитывая коэффициенты их преломления. Рассчитанная скорость света оказалась равной 299 792 километров 458 метров в секунду.

Это помогло определить удобную единицу измерения космического пространства.

Чему равен 1 световой год в километрах

Для расчета взяли за основу 365 суток. Если вычислить суточную величину в секундах, то получится 86 400 секунд. А во всех указанных сутках их число составит 31 557 600.

Мы посчитали, какое расстояние проходит луч света за секунду. Умножив эту величину на 31 557 600, получим чуть более 9,4 триллиона. Это световой год, измеренный в километрах. Именно это расстояние пройдет световой луч за 365 суток в вакууме. Такой путь он проделает, облетая земную орбиту без воздействия полей гравитации.

Примеры некоторых расстояний, рассчитанных подобным образом

  • Расстояние от Земли до Луны луч света преодолевает за 1 минуту 3 секунды;
  • В 100 000 таких лет можно определить диаметр нашего галактического диска;
  • Расстояние в световых часах от Солнца до Плутона равно 5,25 часа;
  • Галактику Андромеду луч с земли достигнет через 2 500 000 световых лет, а звезду Проксима Центавра всего за 4;
  • Солнечный свет доходит до нашей планеты за 8,20 минуты;
  • На расстоянии 26 тыс. световых лет расположен от Солнца Центр нашей Галактики;
  • Скопление Девы расположено на расстоянии 58 000 тысяч подобных лет от нашей планеты;
  • Десятками миллионов таких лет измеряются скопления галактик по диаметру;
  • Максимальное измеренное расстояние от Земли до края видимой Вселенной составило 45 млрд световых лет.

Чем он так важен

Рассчитанная скорость света дала возможность астрономам определить расстояние между планетами, звездами, галактиками. Стало очевидно, что свет, испускаемый звездой, не достигает Земли молниеносно. Наблюдая на небе космические объекты, мы видим прошлое. Взрыв далекой планеты, случившийся сотни лет назад, ученые зафиксируют лишь сегодня.

В пределах нашей Вселенной применение расчетов в этой единице измерения удобно. Реже используются часы, недели или месяцы. При определении расстояния к дальним космическим объектам, полученная величина будет огромна.

Пользоваться подобными значениями при математических подсчетах становятся затруднительно и непрактично. Ученые это учли, и для астрономических вычислений больших расстояний используют другую единицу измерения – парсек.

Для сложных математических расчетов он более приемлем. Световой год равняется одной трети парсека.

Соотношение световых и земных лет

В своей жизни мы часто измеряем расстояние: до работы, ближайшего магазина, другого города. Мы сравниваем разные величины друг с другом. Это помогает оценить разницу. Понятия световых и земных лет многим кажутся похожими, если не одинаковыми.

Возникает желание их сопоставить. Тут необходимо сначала выбрать, что подразумевать под земным годом. Можно определить его как расстояние, пройденное нашей планетой за 365 суток. При этих параметрах один световой подобный период станет равен 63 тысячам земных лет.

Если же земной исчислять в сутках, то он будет считаться единицей измерения времени. А световым обозначают расстояние. И сравнение подобных величин бессмысленно. В этом случае нет ответа на вопрос.

Видео

Это видео поможет вам разобраться, что же такое световой год.

Источник: https://LivePosts.ru/articles/education-articles/fizika/skolko-kilometrov-v-svetovom-godu-i-raven-li-on-zemnomu

Как измеряют расстояние до звезд? — Звездный каталог. Наша планета и то, что вокруг неё

Звездный каталог » Основы астрономии » Как измеряют расстояние до звезд?

Как измеряют расстояние до звезд?

Наш земной шар, держась на расстоянии около 160 миллионов километров от Солнца,  за год «наматывает» весьма не малое расстояние.

Однако по-настоящему гигантские расстояния начинаются за пределами солнечной системы. Измеритель морских глубин — лот — в области астрономии неоднократно бросался в направлении разных звезд и долго не мог достигнуть ни одной из них, не мог достигнуть «дна».

Но только в начале 20-го века ученым удалось произвести достаточно точные измерения и впервые установить расстояние до некоторых звезд. «Звездный лот» наконец достал до дна.

Способ определения расстояния до звезд состоит в точном определении направления на них (то-есть в определении их положения на небесной сфере) с двух концов диаметра земной орбиты и называется «Метод горизонтального параллакса». Для этого надо лишь определить направление на звезду в моменты отделенные друг от друга полугодом, так как Земля за это время сама переносит с собой наблюдателя с одной стороны своей орбиты на другую.

Определение расстояния до звезды методом горизонтального параллакса

Смещение звезды (конечно, кажущееся), вызванное изменением положения наблюдателя в пространстве, чрезвычайно мало, едва уловимо. Но, оно было измерено с точностью до 0″,01. Много это или мало? Судите сами — это все равно, что рассмотреть из Рязани ребро монетки брошенной прохожим в Москве на Красной Площади.

Понятно, что при таких расстояниях и дистанциях привычные нам метры и километры уже никуда не годятся. По-настоящему большие, то есть космические расстояния, удобнее выражать не в километрах, а в световых годах, то есть в тех расстояниях, которые свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/сек, пробегает за год.

С помощью описанного способа можно определять расстояния до звезд, отстоящих гораздо дальше чем на триста световых лет. Свет звезд некоторых далеких звездных систем доходит до нас за сотни миллионов световых лет.

Это вовсе не значит, как часто думают, что мы наблюдаем звезды, может быть уже не существующие сейчас в действительности. Не стоит говорить, что «мы видим на небе то, чего в действительности уже нет».

В самом деле, подавляющее большинство звезд изменяется так медленно, что миллионы лет назад они были такими же, как сейчас, и даже видимые места их на небе меняются крайне медленно, хотя в пространстве звезды движутся быстро.

Таким образом, звезды, какими мы их видим, в общем являются такими же и в настоящее время.

Недаром, в отличие от планет, чье имя на языке древних греков означало «странники», звезды во все времена представлялись людям как явления практически неподвижные.

Конечно же, ничего действительно неподвижного в мире быть не может, и звезды также не стоят на одном месте.

Но, чтобы заметить перемещение звезд на небе относительно друг друга, надо сравнивать точные определения их положения на небе, сделанные с промежутком времени в десятки земных лет.

Невооруженным глазом они не заметны, и за историю человечества ни одно созвездие не изменило заметно своих очертаний.

Для большинства звезд никакого перемещения заметить не удастся, потому что они слишком далеки от нас. Всадник, скачущий галопом на горизонте, как нам кажется, почти стоит на месте, а вот черепаха, ползущая у наших ног, перемещается (с нашей точки зрения) довольно заметно. Так и в случае звезд — мы легче замечаем движения ближайших к нам космических объектов.

«Летящая звезда Барнарда» — одна из самых «быстрых» звезд наблюдаемых с Земли

Летящая звезда Барнарда — так назвали одну слабенькую звездочку в созвездии Змееносца, открытую в начале 20-го века американским астрономом Эдвардом Барнардом, за ее наиболее заметное среди звезд движение по небу. Так вот, даже эта «реактивная звезда», я повторюсь — самая быстродвижущаяся на небесной сфере, «несется» по небосклону со скоростью черепашьего шага.

За год звезда Барнарда «пролетает» по небу дугу в 10″, то есть, чтобы переместиться хотя бы на видимую величину поперечника Луны (0,5°), ей потребуется более сотни лет! Однако по сравнению с другими звездами это действительно «летящая звезда».

А случись нам, к примеру,  наблюдать ту же Большую Медведицу 50000 лет тому назад, мы её её не узнали. Это созвездие в те времена было больше похоже на ту фигуру, какую ныне представляет созвездие Лебедя.

Читайте также:  Спутники марса: фобос и деймос

Пройдет еще 50000 лет, и звезды Медведицы, продолжая свое движение, снова разойдутся, а наши отдаленные потомки, вместо знакомой нам фигуры ковша из семи звезд, увидят какой-то зигзаг, похожий на созвездие Дракона.

Впрочем, где были люди 50000 лет тому назад, и что с ними будет через следующие 50000 лет?

Внешний вид созвездия Большая Медведица в прошлом, в настоящее время, и в будущем

Так что не спешите паниковать. На нашем веку, и ещё многие поколения вперед, Большая Медведица будет выглядеть точно также, какой видели её ещё древние греки. Для интереса, вы можете взять дробь 1/50000, и, тогда, получите приблизительное значение того, на сколько изменяется фигура Большой Медведицы за один земной год.

Как ни ничтожны угловые перемещения звезд на небе, называемые собственными движениями, они соответствуют огромной скорости в пространстве, если вспомнить огромность расстояния, с которого мы их видим.

У нас есть еще другая возможность изучать движения звезд — по принципу Допплера: измеряя смещение линий в их спектрах. Скорости звезд, подробно изученные советским астрономом П. П. Паренаго, составляют обычно десятки километров в секунду. Наибольшую из них (583 км/сек) имеет одна сравнительно слабая звезда в созвездии Голубя.

Список источников литературы

Связанные материалы:

Источник: http://starcatalog.ru/osnovyi-astronomii/kak-izmeryayut-rasstoyanie-do-zvezd.html

Расстояния до звезд — Любительская астрономия для начинающих

Как далеки от нас звезды?

Сколько бы мы ни вглядывались в небо темной ночью, простые наблюдения не дадут нам ответа на этот вопрос. Очевидно, что звезды очень далеки — они дальше солнца и луны (наш спутник частенько покрывает собой звезды), и, по всей вероятности, дальше всех планет. Но вот насколько далеко?

Николай Коперник был первым астрономом, который перевел рассуждения на эту тему в практическую плоскость. Как известно, Коперник построил теорию, согласно которой в центр мира помещалось Солнце, а не Земля.

Это допущение помогло упростить теорию движения планет, а также объяснило некоторые странности в их поведении. Согласно Копернику Земля также вращалась вокруг Солнца — по широкой орбите с периодом в один год.

Как следствие, звезды должны были видеться под разным углом в разные сезоны, скажем, весной и осенью, когда Земля находится на противоположных участках своей орбиты.

Коперник пытался найти эти смещения — параллаксы звезд, наблюдая за высотой нескольких избранных звезд на протяжении года. Но звезды не показывали никаких смещений. Очевидно, они находились слишком далеко для того, чтобы их параллаксы можно было заметить невооруженным глазом.

Даже изобретение телескопа не помогло астрономам решить этот вопрос. Параллаксы были настолько малы, что трудности при их определении многократно превышали возможности астрономов XVII-XVIII веков. Первые параллаксы были успешно измерены лишь около двухсот лет назад, после возникновения прецизионной техники наблюдений.

Оказалось, что звезды находятся невероятно далеко — в несколько раз дальше, чем предполагали многие не самые оптимистические расчеты.

Только вдумайтесь — даже свет, способный долететь от Земли до Луны менее чем за полторы секунды, тратит годы на путешествие от звезд к Земле! Столь большие расстояния невозможно себе даже представить!

Но и среди звезд есть такие, которые находятся к нам ближе, чем большинство, а есть такие, которые находятся дальше.

Возьмем для примера звезды Летнего треугольника — главного рисунка летнего неба. Две звезды из трех — Вега и Альтаир — относительно близки к нам.

От Веги до Земли свет идет порядка 25 лет. Это эквивалентно расстоянию в 240 триллионов километров. Альтаир находится еще ближе — эта звезда входит в сотню ближайших звезд к Солнцу.

Расстояние до нее измеряется 17 световыми годами.

Вега, Альтаир и Денеб — три звезды летнего треугольника, имеющие схожий блеск, но находящиеся от нас на разном расстоянии. Рисунок: Stellarium

Совсем другое дело Денеб, самая тусклая звезда в составе Летнего Треугольника, формирующая его левый верхний угол.

Расстояние до Денеба столь велико, что обычным способом его не измерить — погрешность измерений велика. Для таких далеких космических объектов астрономам пришлось разработать специальные, косвенные, методы определения расстояний.

Эти методы не очень точны на малых расстояниях, но хорошо работают на расстояниях в тысячи световых лет.

Оказалось, что расстояние до Денеба равняется 2750 световых лет. Эта звезда находится в 160 раз дальше от нас, чем Альтаир, и в 110 раз дальше Веги!

Сравнение Солнца (желтый кружок) и голубой звезды-сверхгиганта Денеба. Рисунок: Большая Вселенная

Денеб очень необычная звезда. Вега и Альтаир, помещенные на ее место, были бы совершенно не видны простым глазом, а Денеб наблюдается прекрасно, менее, чем вдвое уступая в блеске Альтаиру. Очевидно, яркость Денеба очень велика.

Действительно, Денеб обладает совершенно фантастической светимостью — только 196000 солнц дадут такой же поток излучения, как эта голубовато-белая звезда! Посмотрите ночью на звездное небо: на нем вы не найдете звезд более высокой светимости.

Ни одна из звезд, видимых невооруженным глазом (может быть, за исключением Ригеля), не светит так интенсивно, как Денеб.

Все эти ошеломительные факты о звездах стали известны исключительно благодаря тому, что мы научились определять расстояния в космосе.

Но на достигнутом астрономы останавливаться не собираются: сейчас в космосе работает европейский космический телескоп Gaia, цель которого — собрать параллаксы более чем миллиарда звезд с невиданной точностью.

Через несколько лет данные с Gaia помогут более точно вычислить расстояние до Денеба, и даже до еще более далеких звезд. Это позволит астрономам построить первую трехмерную карту Галактики.

Источник: http://skygazer.ru/rasstoyaniya-do-zvezd/

Расстояния в космосе

Все когда-либо путешествовали, затрачивая конкретное время на преодоление пути. Какой же бесконечной казалась дорога, когда она измерялась сутками.

От столицы России до Дальнего Востока – семь дней езды на поезде! А если на этом транспорте преодолевать расстояния в космосе? Чтобы добраться до Альфа Центавра поездом потребуется всего-то 20 млн. лет.

 Нет, лучше на самолёте – это в пять раз быстрее. И это до звезды, находящейся рядом. Конечно, рядом — это по звёздным меркам.

Расстояние до Солнца

ещё за двести лет до нашей эры попытался определить расстояние до Солнца. Но вычисления его были не очень верны – он ошибся в 20 раз. Более точные значения получил космический аппарат Кассини в 1672 году. Были измерены положения Марса во время его противостояния из двух различных точек Земли.

Высчитанное расстояние до Солнца получилось 140 млн. км. В середине ХХ в, при помощи радиолокации Венеры, выяснились истинные параметры расстояний до планет и Солнца.

Сейчас нам известно, что расстояние от земли до Солнца  — 149 597 870 691 метр.

 Это значение называется астрономической единицей, и оно является фундаментом для определения космических расстояний по методу звёздных параллаксов.

Многолетние наблюдения также показали, что Земля отдаляется от Солнца примерно на 15 метров в 100 лет.

Расстояния до ближайших объектов

Мы мало задумываемся о расстояниях, когда смотрим прямые трансляции из дальних уголков земного шара. Телевизионный сигнал приходит к нам практически мгновенно. Даже с нашего спутника, Луны, радиоволны долетают до Земли за секунду с хвостиком.

 Но стоит заговорить об объектах более дальних, и тотчас приходит удивление.

Неужели до такого близкого Солнца свет летит 8,3 минуты, а до ледяного Плутона – 5,5 часов? И это, пролетая за секунду почти 300 000 км! А для того, чтобы добраться к той же Альфе в созвездии Центавра, лучу света потребуется 4,25 года.

Даже для ближнего космоса не совсем годятся наши, привычные, единицы измерения. Конечно, можно проводить измерения в километрах, но тогда цифры будут вызывать не уважение, а некоторый испуг своими размерами. Для нашей Солнечной системы принято проводить измерения в астрономических единицах.

Теперь космические расстояния до планет и других объектов ближнего космоса будут выглядеть не так страшно. От нашего светила до Меркурия всего 0,387 а.е., а до Юпитера – 5,203 а.е. Даже до самой удалённой планеты – Плутона – всего 39,518 а.е.

До Луны расстояние определено с точностью до километра. Это удалось сделать, поместив на его поверхность уголковые отражатели, и применив метод лазерной локации. Среднее значение расстояния до Луны получилось 384 403 км.

 Но Солнечная система простирается гораздо дальше орбиты последней планеты. До границы системы целых 150 000 а. е. Даже эти единицы начинают выражаться в грандиозных величинах.

Тут уместны другие эталоны измерений, потому что расстояния в космосе и размеры нашей Вселенной – за границами разумных представлений.

Средний космос

Быстрее света в природе ничего не бывает (пока не известны такие источники), поэтому именно его скорость была взята за основу.

Для объектов, ближайших к нашей планетной системе, и для удалённых от неё, принят за единицу путь, пробегаемый светом за один год.

 До границы Солнечной системы свет летит около двух лет, а до ближайшей звезды в Центавре 4,25 св. года. Всем известная Полярная звезда расположилась от нас на удалении в 460 св. лет.

Каждому из нас мечталось отправиться в прошлое или будущее. Путешествие в прошлое вполне возможно. Нужно лишь взглянуть в ночное звёздное небо – это и есть прошлое, далёкое и бесконечно далёкое.

Все космические объекты мы наблюдаем в их далёком прошлом, и чем дальше наблюдаемый объект, тем дальше в прошлое мы смотрим. Пока свет летит от далёкой звезды до нас, проходит столько времени, что возможно  в настоящий момент этой звезды уже не существует!

Ярчайшая звезда нашего небосвода – Сириус – погаснет для нас только через 9 лет после своей смерти, а красный гигант Бетельгейзе – только через 650 лет.

Наша галактика имеет размер в поперечнике 100 000 св. лет, а толщину около 1 000 св. лет.

Представить такие расстояния невероятно трудно, а оценить их практически невозможно. Наша Земля, вместе со своим светилом и другими объектами Солнечной системы, обращается вокруг центра галактики, за 225 млн. лет, и делает один оборот за 150 000 св.

лет.

Дальний космос

Расстояния в космосе до далёких объектов измеряют, используя метод параллакса (смещения). Из него вытекла ещё одна единица измерения – . Величина одного парсека составила 3,26 св. года или 206 265 а. е.  Соответственно, есть и тысячи парсек (Кпк), и миллионы (Мпк).

А самые дальние объекты во Вселенной будут выражаться в расстояниях миллиард парсек (Гпк). Параллактическим способом можно пользоваться для определения расстояний до объектов, удалённых не далее 100 пк, большие расстояния будут иметь очень значительные погрешности измерений.

Для исследования далёких космических тел применяется фотометрический метод . В основе этого метода находятся свойства цефеид – переменных звёзд.

Каждая цефеида имеет свою светимость, по интенсивности и характеру которой можно оценивать удалённость объекта, находящегося рядом.

Также для определения расстояний по яркости используют сверхновые звёзды, туманности или очень большие звёзды классов сверхгигантов и гигантов. Посредством этого способа реально вычислять космические расстояния до объектов, расположенных не далее 1000 Мпк.

Например, до ближайших к Млечному Пути галактик – Большого и Малого Магеллановых Облаков, получается соответственно 46 и 55 Кпк. А ближайшая галактика Туманность Андромеды окажется на удалении 660 Кпк. Группа галактик в созвездии Большая Медведица отстоит от нас на 2,64 Мпк.

А размер видимой вселенной 46 миллиардов световых лет, или 14 Гпк!

Измерения из космоса

Для повышения точности измерений в 1989 году стартовал спутник «Гиппарх». Задачей спутника было определение параллаксов более 100 тысяч звёзд с миллисекундной точностью.

 В результате наблюдений, были вычислены расстояния для 118 218 звёзд. В их число вошли больше 200 цефеид. Для некоторых объектов изменились ранее известные параметры.

Например, рассеянное звёздное скопление Плеяды приблизилось – вместо 135 пк прежнего расстояния получилось всего 118 пк.

Ещё по теме:

Источник: http://light-science.ru/kosmos/vselennaya/rasstoyaniya-v-kosmose.html

Ссылка на основную публикацию