Джим Брейтот - 101 ключевая идея: Астрономия

Астрономами были получены доказательства существования черных дыр. Центральная область галактики М87 вращается так быстро, что астрономы предполагают наличие в ее центре массивной черной дыры. Мощный источник рентгеновских лучей Лебедь XI является двойной системой, состоящей из звезды-сверхгиганта и очень плотной невидимой звезды, которая может быть черной дырой, вытягивающей вещество с внешней оболочки своего спутника.

См. также статьи "Эйнштейн", "Антивещество".

Эволюция звезды представляет собой последовательность этапов, которую она проходит, начиная от своего формирования в качестве протозвезды до конца своей жизни в качестве объекта, излучающего свет. Звезда образуется из облаков космической пыли и водорода в результате направленной внутрь силы тяготения. По мере уплотнения вещества в недрах протозвезды гравитационная энергия превращается в тепловую, и температура звезды увеличивается до тех пор, пока не начинается реакция ядерного синтеза. Излучение высокой энергии, испускаемое на этом этапе, еще больше разогревает протозвезду, и она становится звездой Главной последовательности.

Звезда находится на этапе Главной последовательности большую часть своей жизни, испуская излучение в результате реакции между ядрами гелия и водорода в своем ядре. В ходе этого процесса образуется давление на внешние слои звезды, окружающие ядро. Гравитационное давление на каждый слой уравновешивается давлением извне, которое создает излучение. Когда все ядра водорода в ядре звезды оказываются израсходованными, ядро коллапсирует, а внешние слои раздуваются, увеличиваясь в объеме, и остывают. Звезда становится красным гигантом. На этом этапе ядра гелия в ядре вступают в реакцию синтеза между собой и образуют ядра более тяжелых элементов вплоть до железа. Когда этот процесс заканчивается, вся звезда коллапсирует и разогревается, становясь белым карликом, если ее масса составляет менее 1,4 массы Солнца. Планетарные туманности, наблюдаемые вокруг некоторых звезд, считаются облаками светящегося вещества, выброшенными в результате коллапса с образованием белого карлика. Если масса звезды превосходит 1,4 массы Солнца, что известно как предел Чандрасекара, звезда полностью коллапсирует, а затем взрывается. Такие звезды называются сверхновыми.

См. также статьи "Диаграмма Герцшпрунга — Ресселла", "Новая", "Ядерный синтез", "Красный гигант", "Сверхновая", "Белый карлик".

Альберт Эйнштейн (1879–1955) произвел революцию в физике, когда опубликовал свою работу "Специальная теория относительности" (в 1905 году), где доказал, что энергия и масса взаимозаменяемы в соответствии с уравнением Е = тс 2 , где с — скорость света в космосе. Он также доказал, что объект не может двигаться быстрее света. В двух других статьях, также опубликованных в 1905 году, Эйнштейн доказал существование атома и продемонстрировал, что свет состоит из фотонов, представляющих собой пучки электромагнитных волн, каждый из которых состоит из энергии пропорциональной частоте волны. В то время Эйнштейну еще не исполнилось 30 лет и он был служащим патентного бюро в Берне. С 1909 года он — профессор и преподаватель Цюрихского университета, а с 1913 года живет и работает в Берлине: директор Физического института, профессор Берлинского университета.

В 1916 году Эйнштейн опубликовал "Общую теорию относительности", в которой предсказал существование черных дыр и искривление света в гравитационном поле. Его теория была успешно подтверждена в ходе экспериментов Артура Эддингтона, который сфотографировал звезды вблизи Солнца во время полного солнечного затмения в 1919 году. Эддингтон обнаружил, что позиции звезд у края солнечного диска были немного смещены, в соответствии с предсказанием Эйнштейна, и что размер этого смещения соответствовал вычислениям Эйнштейна. Экспериментальное доказательство общей теории относительности означало, что таких понятий как "абсолютное время" и "абсолютное пространство" не существует. Пространство и время взаимосвязаны и подвергаются воздействию гравитации. После конференции ведущих ученых в Лондоне, обсудившей выводы из общей теории относительности, Эйнштейн стал всемирной знаменитостью. Он был награжден Нобелевской премией по физике в 1921 году за труды по теоретической физике и открытие законов фотоэффекта о природе света. В 1933 году Эйнштейн эмигрировал в Америку.

Общая теория относительности имела важные последствия для астрономии и космологии, включая открытие черных дыр, гравитационных линз и разработку теории Большого Взрыва, объясняющей происхождение Вселенной.

См. также статьи "Большой Взрыв", "Черные дыры", "Гравитационные линзы".

Электромагнитное излучение состоит из электромагнитных волн, которые представляют собой электрические и магнитные поля, перпендикулярные друг другу и направлению распространения волны и совпадающие друг с другом по фазе. Электромагнитные волны самораспространяются, поскольку электрическая волна создает магнитную волну, которая, в свою очередь, создает электрическую волну и так далее. Спектр электромагнитного излучения представлен в таблице (см. с. 256). Все электромагнитные волны движутся в вакууме с одинаковой скоростью, скоростью света — 300 000 км в секунду.

См. также статьи "Инфракрасная астрономия", "Радиоастрономия", "Ультрафиолетовая и рентгеновская астрономия".

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы. Его масса в 318 раз превышает массу Земли, а диаметр более чем в 11 раз больше земного. Юпитер вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии 5,2 астрономической единицы, совершая полный оборот каждые 11,9 лет; при этом расстояние до Солнца изменяется в пределах от 5,0 до 5,4 астрономической единицы. Каждые 13 месяцев Юпитер находится в оппозиции с Землей, когда наша планета догоняет, а затем перегоняет его. При наблюдении с Земли в телескоп он виден как немного сплюснутый диск, пересекаемый светлыми и темными параллельными поясами. Внутри поясов существуют долговременные стабильные регионы, включая большое Красное пятно, впервые описанное почти 2 века назад. Своеобразная форма Юпитера объясняется тем, что он представляет собой шар жидкого материала, вращающийся вокруг своей оси и совершающий полный оборот каждые 10 часов. Из-за быстрого вращения его экваториальный диаметр значительно больше полярного. Полюса образуются из-за эффекта быстрого вращения планеты и термальной конвекции в ее недрах. "Стабильные" регионы, наблюдаемые в виде точек на поверхности планеты, считаются долгоживущими вихреобразными структурами.