Астрофизика. Введение

1. Астрофизика ВВЕДЕНИЕ

Лекция № 1
доц., к.ф.-м.н. Леонова Лиана Юрьевна

2. Предисловие

«Астрономия полезна потому, что она
возвышает нас над нами самими; она полезна
потому, что она величественна; она полезна
потому, что она прекрасна. Именно она являет
нам, как ничтожен человек телом и как велик он
духом, ибо ум его в состоянии объять сияющие
бездны, где его тело является лишь темной
точкой, в состоянии насладиться их безмолвной
гармонией. Так мы приходим к сознанию свой
мощи, и это сознание многого стоит, потому
что делает нас сильнее».
Анри Пуанкаре

3.

•Засов А. В., Постнов К.А. Общая астрофизика. – Фрязино : Век 2, 2006.
•Астрофизика: учебное пособие / А.Н. Латышев, Л.Ю. Леонова. – Воронеж: ИПЦ
ВГУ, 2013.
•Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики. – М.: Наука, 1986.
________________________________________________________________________
•Кононович Э.В. Общий курс астрономии. - М.: Наука, 2004. – 544 с.
• Астрономия: век XXI / В.А. Батурин [и др.] ; ред.-сост. В.Г. Сурдин. - Фрязино :
Век2, 2007.
•Шимбалев A. A. Атлас звездного неба. Все созвездия Северного и Южного
полушарий с подробными картами. – Мн.: Харвест, 2004.
•Румянцев А.Ю. Астрономия в терминах и таблицах. - Магнитогорск, 2003.
•Куликовский П.Г. Справочник любителя астрономии. – М. : УРСС, 2002.
•Архипова В.П. Новые. – М.: Знание, 1984.
•Дагаев М.М. Лабораторный практикум по курсу общей астрономии. – М.:
Высшая школа, 1972.
•Ишханов Б.С., Капитонов И.М., Тутынь И.А. Нуклеосинтез во Вселенной. – М. :
Изд-во МГУ, 1999.
•Лидсей Дж.Э. Рождение Вселенной. – М. Издательство «Весь Мир», 2005. – 200 с.
•Рандзини Д. Космос. — М. : АСТ : Астрель, 2004
•Астрономический календарь. Постоянная часть. – М.: Наука, 1981.
•Михайлов А.А. Атлас звездного неба. – М. : Наука, 1978.
•Физика космоса / гл. ред. С. Б. Пикельнер. — М. : Советская энциклопедия, 1976.

4.

Взаимодействующая и развивающаяся
система
Системная организация материи во
Вселенной
Космические тела
Метагалактика
(система галактик)
Звездные системы
(галактики)
Звезды (99,9 % массы
галактик)
Планетные системы
Планеты
Спутники планет
Астероиды. Кометы
Метеориты. Метеоры
Диффузная материя
Газопылевые туманности (облака
пыли и газа)
Разобщенные молекулы
Разобщенные атомы
Излучение (оптическое
излучение, радиоизлучение,
гамма-излучение)
Примечание: масса межзвездного
газа в нашей галактике = 1% от ее
полной массы или 1 млрд.
солнечных масс.

5. Определение астрономии

Астрономия изучает строение Вселенной,
движение, физическую природу, происхождение
и эволюцию небесных тел и образованных ими
систем. Астрономия исследует также
Фундаментальные свойства окружающей нас
Вселенной.

6. Основные задачи астрономии

Изучение видимых, а затем и действительных
положений и движений небесных тел в
пространстве, определение их размеров и формы.
Изучение физического строения небесных тел, т.
е. исследование химического состава и
физических условий (плотности, температуры и т.
п.) на поверхности и в недрах небесных тел.
Решение проблем происхождения, развития и
возможной дальнейшей судьбы отдельных
небесных тел и их систем.

7. Основные разделы астрономии

Классическая астрономия
Астрофизика
Звездная астрономия
Космогония
Космология

8. Астрономия –…

• Современная бурно развивающаяся наука,
являющаяся в некотором смысле частью физики
• Проводит наблюдения по всех диапазонах спектра
• Используя потоки частиц и гравитационные волны
• Строит одни из самых дорогих научных установок
• Активно применяет суперкомпьютеры для расчетов
и обработки данных
• Производит огромный поток результатов
• Пытается эффективно использовать данные,
открывая их всем

9. Астрофизика

Изучает строение, физические
свойства и химический
состав небесных объектов.
Практическая астрофизика.
Теоретическая астрофизика.

10.

В 1609 году в астрономии свершилась
революция: используя изобретенную
голландцами зрительную трубу, Галилео
Галилей изобрел телескоп и впервые направил
его на небо.

11.

В середине XVII в. Исаак Ньютон открыл
закон всемирного тяготения и три закона
механики, а также разработал основы
дифференциального
и
интегрального
исчислений. Астрономия приобрела стройную
математическую опору. Не прошли бесследно
и работы Ньютона в оптике. Ученый создал
рефлектор, первым начал исследовать спектр
Солнца.

12.

В
конце
XVIII в.
в
астрономию
пришел
Уильям
Гершель.
Его
наблюдения планет и их
спутников, диффузных и
планетарных туманностей
продвинули науку далеко
вперед.
Именно
Гершель
первым увидел, что многие
туманности
состоят
из
огромного числа звезд,
открыв тем самым другие
галактики.

13. Развитие астрофизики

Астрофизика начала своё развитие с тех пор,
когда для исследования небесных тел стали
применяться физические методы.

14.

Два великих открытия: квантовая механика Планка –
Бора – Дирака и теория относительности Эйнштейна
полностью преобразили существующую картину
мира. Изменили они и астрономию.
Александр Фридман в 1922 году стал автором теории
расширяющейся Вселенной, которой
придерживаются до сих пор.

15.

Эдвин Хаббл помимо
бесценного вклада в изучение
туманностей и галактик
открыл фундаментальный
закон, названный его именем.

16.

Георгий Гамов предложил
концепцию Большого Взрыва.

17.

Исследованием проблем
сингулярности пространства и
«стрелы времени» занимался
советский ученый Андрей Сахаров и
продолжает заниматься
американский физик Стивен Хокинг.

18.

19. Внеатмосферная астрономия

4 октября 1957 года
в 22 часа 28 минут 34
секунды
ракета-носитель Р-7
(8К71ПС) стартовала с 5-го
Научноисследовательского
испытательного полигона
Министерства Обороны,
ставшего потом
космодромом Байконур
Первый ИСЗ - ПС-1
(простейший спутник-1)
весил 83,6 кг, корпус имел форму
шара диаметром 0,58 м.

20. Международная космическая станция

21.

Увеличение диаметров телескопов и
повышение
чувствительности
фотопластинок
привели
к
обнаружению
и
дальнейшему
подробному исследованию далёких
галактик,
что
породило
внегалактическую астрономию.

22. Всеволновая астрономия

23.

24.

Астрофизика
нацелена
на
создание
физической картины окружающего мира,
объясняющей наблюдаемые явления, на
изучение происхождения и эволюции как
отдельных
классов
астрономических
объектов, так и Вселенной как единого
целого в рамках известных физических
законов.

25. Астроспектрограф

Прибор для регистрации спектров излучения
небесных тел. Устанавливается в одном из
фокусов телескопа. Главная деталь : призма,
дифракционная решетка или интерферометр.

26. Астрофотометр

Астрофотометр – прибор,
который служит для
измерения световых
потоков, идущих от
небесных тел. Основной
элемент прибора –
фотоэлектрический
приемник света,
преобразующий падающее
на него излучение в
электрический сигнал.

27. Астрограф

Астрограф – специальный телескоп для
фотографирования небесных светил.

28. Фотометр

Фотометр – прибор для измерения силы света,
светового потока, яркости, освещенности,
коэффициента пропускания и отражения.

29. Приборы для изучения Солнца

телескопы специальной
конструкции;
внезатменные коронографы;
светофильтры;
поляроиды;
интерференционные фильтры;
интерференционнополяризационные фильтры.
Снимок Солнца
в узкой ультрафиолетовой
спектральной области
(телескоп обсерватории Сохо)

30. Радиотелескопы

Собирают излучение и
фокусируют его на детекторе,
настроенном на выбранную
радиоволну, а затем
преобразует этот сигнал,
показывая условно
раскрашенное изображение
неба или объект.
Система радиотелескопов VLA в НьюМексико (США)

31. Крупнейшие космические телескопы

Радиоастрон
Лучший из
аппаратов,
работающих в
радиодиапазоне в
режиме
интерферометра со
сверхдлинной базой
совместно с
глобальной наземной
сетью
радиотелескопов
Основные изучаемые типы
объектов — это квазары,
нейтронные звёзды и черные
дыры. В новой программе до
конца 2018 года - исследования
внутренних областей ядер
активных галактик и их
магнитных полей, слежение за
наиболее яркими квазарами,
изучение облаков водяного пара
во Вселенной, пульсаров и
межзвездной среды,
гравитационный эксперимент.
Недавно получены научные
данные об открытии
экстремальной яркости ядра
квазара 3С273 в созвездии Девы,
он имеет температуру от 10 до
40 триллионов градусов. В
изображении квазара удалось
разглядеть неоднородности –
яркие пятнышки, которые
появились "на просвет" при
прохождении излучения сквозь
межзвездную среду Млечного
пути. Астрофизики впервые
смогли изучить структуры,
связанные с процессами в
сверхмассивной черной дыре в
центре нашей Галактики.

32. Крупнейшие космические телескопы

Планк
В диапазоне
микроволнового
излучения наилучшие
результаты были получены
обсерваторией Европейского
космического агентства,
функционировавшей до 23
октября 2013 года.
Основной задачей являлись
исследования распределения
интенсивности и поляризации
реликтового излучения с
высоким разрешением.
По данным «Планка», мир
состоит на 4,9 % из обычного
(барионного) вещества, на 26,8
% из тёмной материи и на 68,3
% из тёмной энергии.
Уточнена постоянная Хаббла,
новое значение H0 = 68
км/c/Мпк, то есть с момента
большого взрыва прошло 13,80
млрд лет. Из анализа
полученных данных удалось
более уверенно установить
количество типов нейтрино —
три типа (электронное, мюонное
и тау- нейтрино). Планк»
подтвердил наличие
небольшого отличия спектра
первоначальных возмущений
материи от однородного, что
является важным результатом
для инфляционной теории,
которая является на
сегодняшний день
основополагающей теорией
первых мгновений жизни
Вселенной.

33. Крупнейшие космические телескопы

Гершель
В инфракрасном
диапазоне крупнейшим
был телескоп Европейского
космического агентства, с
зеркалом диаметром 3,5
метра. Он функционировал
до 17 июня 2013 года, пока
не исчерпались 2300 кг
жидкого гелия для
охлаждения инфракрасной
ПЗС-матрицы.
Исследовались
формирование и развитие
галактик в ранней
Вселенной; химический
состав атмосфер и
поверхности тел Солнечной
системы, включая планеты,
кометы и спутники планет.
Главным объектом
исследований было
образование звёзд и их
взаимодействие с
межзвёздной средой.
Получено множество
красивейших снимков
галактических газовых
туманностей. В
молекулярном облаке W3,
расположенном на
расстоянии в 6200 световых
лет от Земли, можно
рассмотреть желтые точки,
которые являются
протозвездами небольшой
массы. Более массивные
"зародыши" светил
окрашены на снимке синим
светом, соответствующим их
более высокой температуре.

34. Крупнейшие космические телескопы

Хаббл
Среди оптических
телескопов наиболее
крупным, самым
знаменитым и
заслуженным, является
космический телескоп
НАСА и Европейского
космического агентства
с главным зеркалом
диаметром 2.4 метра,
запущенный шаттлом
«Дискавери» 24 апреля
1990 года на орбиту
вокруг Земли высотой
569 км. После пяти
техобслуживаний,
произведенных в ходе
экспедиций космических
челноков, продолжает
работу и в настоящее
время.
Телескопом имени Эдвина
Хаббла получены тысячи
снимков планет Солнечной
системы.
Исследованы
планетные
системы
у
некоторых близких звёзд.
Получены красивейшие и
необычные снимки газовых
туманностей.
Показали свою необычайную
красоту далекие галактики.
Уже упоминавшийся близкий
квазар 3С273 с
вырывающимся из центра
джетом:
На этом изображении с
общим временем экспозиции
в 2 миллиона секунд,
насчитывается около 5500
галактик, самая далекая из
которых удалена от нас на
13,2 млрд световых лет,
самая молодая галактика,
запечатлённая на снимке,
образовалась всего через
600 млн. лет после Большого
взрыва.

35. Крупнейшие космические телескопы

Астрон
Крупнейший
специализированный
ультрафиолетовы
й телескоп. Советская
обсерватория
с
диаметром
главного
зеркала 0.8 м, запущена
23 марта 1983 года
ракетой-носителем
«Протон» на вытянутую
орбиту - от 19015 км до
185071 км вокруг Земли
и проработала до 1989
года.
По
количеству
результатов
"Астрон"
считается одним из самых
успешных
космических
проектов. Были получены
спектры
свыше
сотни
звёзд различных типов,
около тридцати галактик,
десятков туманностей и
фоновых областей нашей
Галактики,
а
также
нескольких комет.
Проводилось
изучение
нестационарных явлений
(выбросы и поглощение
материи,
взрывы)
в
звёздах,
явлений
ключевых для понимания
процесса
образования
газопылевых туманностей.
Наблюдались кома кометы
Галлея с 1985 по 1986 год
и вспышка сверхновой
1987А
в
Большом
Магеллановом облаке.

36. Крупнейшие космические телескопы

Чандра
При наблюдениях в
Крабовидной туманности
рентгеновских
удалось различить ударные
обсерваторий
волны вокруг центрального
выделяется рекордной
пульсара, бывшие до сего
массой,
когда-либо момента незаметными
выведенной в космос другим телескопам; удалось
космическими
различить рентгеновское
челноками-шаттлами.
излучение сверхмассивной
Запущен 23 июля 1999 чёрной дыры в центре
года с помощью шаттла Млечного Пути; был
"Колумбия" действует и обнаружен новый тип чёрных
дыр в галактике M82,
в настоящее время.
ставший недостающим
звеном между чёрными
дырами звёздных масс и
сверхмассивными чёрными
дырами.
Доказательства
существования тёмной
материи были открыты в
2006 году при наблюдении
столкновений
сверхскоплений Галактик.
Среди

37. Крупнейшие космические телескопы

Ферми
Работает в
гамма-
диапазоне
июня 2008 года.
с
11
Первым
значительным
открытием
обсерватории
была регистрация гаммапульсара, расположенного в
остатке сверхновой CTA 1.
Начиная
с
2010
года,
телескоп
зарегистрировал
несколько мощных гаммавспышек,
источником
которых являются новые
звезды.
Такие
гаммавспышки возникают в тесно
связанных
двойных
системах, когда вещество
аккрецируется
с
одной
звезды на другую.
Одним
из
самых
удивительных
открытий,
сделанных
космическим
телескопом,
стало
обнаружение
гигантских
образований размером до 50
тысяч
световых
лет,
расположенных над и под
центром нашей Галактики,
которые возникли благодаря
активности сверхмассивной
чёрной дыры
центра Галактики.

38. Космический телескоп им. Хаббла

https://youtu.be/JMppT35Z708
https://youtu.be/JMppT35Z708