Единицы измерения астрономических расстояний
Одна из основных задач астрономии - узнать расстояние для того или иного небесного тела,
Какие же системы и меры расчета используются в астрономии?
Астрономическая единица (а. е).
Данная единица используется для измерения расстояний внутри нашей Солнечной системы или внутри иных планетных систем. Такая единица равняется радиусу орбиты Земли вокруг Солнца. Или же среднему расстоянию от нашей планеты до Солнца. Таким образом, одна астрономическая единица получается равная примерно 150 000 000 км.
В пользу использования астрономической единицы, в частности, говорит возможность сравнивать измеряемые расстояния с удаленностью Земли от Солнца. Измерения таких больших чисел в километрах неудобно и затруднительно.
Толчком к появлению астрономической единицы послужило открытие того, что Земля обращается вокруг Солнца, и разработка Кеплером законов небесной механики. С помощью расчетов удалось установить точное расстояние от Земли до Солнца и до планет Солнечной системы.
В дальнейшем благодаря развитию науки и техники удалось уточнить расстояния от Земли до Солнца и планет нашей системы.
В 1962 году специалистам удалось измерить при помощи радиолокационных сигналов расстояние от Земли до Солнца. В результате эталоном была принята средняя величина, которая равна 149597870,7 км. С таким значением данное определение и содержится теперь в Международной системе единиц СИ.
Однако, наблюдения показали, что астрономическая единица не является постоянной. Так, выяснилось, что в течении каждых 7 лет длина астрономической единицы увеличивается на метр. Точного объяснения такого увеличения расстояния нет. Однако, наиболее поддерживаемой теорией является идея о том, что причиной является уменьшение массы Солнца из-за воздействия солнечного ветра.
Световой год
Световой год – это единица измерения расстояний в космосе, которая, однако, не является системной и применяется в основном в учебной и популярной литературе по астрономии.
Под световым годом понимается расстояние, которое пройдет луч света за 365,25 земных дня (т. е. за земной год) в вакууме, при этом не луч не должен на себе испытывать воздействие магнитных полей.
Световой год равен 9,46 триллионам километров
В научной практике световой год применяется редко и в основном для выражения расстояний до не особо далеких объектов в космосе. Причиной этого является, то, что при выражении расстояния до далеких галактик в световых годах, число оказывается слишком большим и неудобным в расчетах. Поэтому для подобных расчетов применяется парсек.
Парсек
Парсек – происходит от сокращения «параллакс секунда», и является внесистемной единицей измерения, с помощью которой происходит определение расстояния до очень отдаленных объектов исследования.
Для понимания того, что такое парсек необходимо узнать, что такое параллакс.
Параллакс состоит в том, что при перемещении наблюдателя в процессе наблюдения за двумя отдаленными друг от друга телами, расстояние между данными объектами также меняется.
При наблюдении за звездами параллакс возникает при изменении положения звезды при смещении Земли на один градус её орбиты. Это называется годичный параллакс и измеряется в угловых секундах. В результате если годичный параллакс равен одной угловой секунде, то и расстояние до звезды оценивается в один парсек. Точное число парсека оценивают в 3,0856776•1016 метра или 3,2616 светового года. 1 парсек равен примерно 206 264,8 а. е.
Методы определения расстояний в астрономии
Метод лазерной локации и радиолокации.
Метод лазерной локации заключается в отправлении в сторону объекта наблюдения радиосигнала. После этого объект отражает сигнал и тот возвращается обратно. В результате, время, которое тратится на преодоления расстояния, помогает определить расстояние до цели. При этом точность радиолокации составляет всего несколько километров.
Лазерная локация предполагает отправку светового луча, который помогает таким же образом определить расстояние до цели, но уже с точностью до долей сантиметра.
Метод тригонометрического параллакса.
Тригонометрический параллакс является одним из самых простых методов измерения расстояния в космосе. Данный метод основан на школьных знаниях из геометрии.
Итак, рассмотрим метод тригонометрического параллакса.
Начертим отрезок (иначе именуемый базисом) между двумя точками на поверхности Земли. Затем мы выбираем нужный объект на небе, расстояние до которого нам нужно определить, и обозначаем его как вершину получившегося у нас треугольника. Потом мы замеряем углы между начертанным базисом и прямыми, которые были проведены от выбранных точек до нужного нам объекта в небе. А поскольку нам известна сторона и два прилежащих к ней угла треугольника, то можно определить и остальные его элементы.
Рисунок 1. Тригонометрический параллакс. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В первое время в роли базиса выступал радиус Земли, однако, впоследствии в качестве базиса стали брать средний радиус орбиты Земли, т. е. астрономическую единицу. Это позволяло узнать расстояние до более отдаленных небесных тел. Угол, который лежал в данном случае напротив базиса называется годичным параллаксом.
Такое измерение расстояние до звезд не очень удобно при исследованиях с Земли. Причиной являются помехи атмосферы. Поэтому определение годичного параллакса для объектов расположенных на расстоянии больше чем в 100 парсек не удавалось.
Выходом стал, в частности, запуск в 1989 год Европейским космическим агентством космического телескопа Hipparcos. Этот телескоп способен определить расстояние до звезд в 1000 парсек.
Итогом стало получение трехмерной карты всех звезд, расположенных вокруг Солнца. А в 2013 году тоже Агентство запустило ещё более точный аппарат – Gaia. Точность данного аппарата в 100 раз лучше прежнего. Это позволяет наблюдать все звезды Млечного Пути.
Метод стандартных свечей.
Метод стандартных свечей основан на том, что чем дальше от наблюдателя источник света, тем он кажется более тусклым. В результате возможно сравнивать расстояние до нужных звезд с расстояниями до звезд с известными нам мощностями.
При использовании данного метода за основу стандартных свечей берут источники, мощность которых известна исследователям. Таким источником может выступать звезда, температура поверхности и яркость которой известна. Такие расчеты помогают получить общие данные о расстоянии до галактики, в которой эта звезда расположена.
Недостатками такого метода является его сложность и не очень высокая точность.
Уникальные стандартные свечи.
При помощи данного метода удается более точно определить расстояния до звезды, опираясь на характеристики цефеид.
Цефеиды – переменные пульсирующие звезды, которые используются земными астрономами как своеобразные маяки – стандартные свечи. Изучая их физические свойства, астрономам удалось узнать, что цефеиды обладают такой особенностью как период пульсации. Период пульсации и яркость переменных звезд дают возможность узнать светимость и соответственно расстояние до данной звезды.
Рисунок 2. Цефеиды. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Также в роли уникальных стандартных свечей могут выступать сверхновые, чья светимость известна, а также красные гиганты.
