Номер 2, страница 194 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

2. Какие единицы измерения используют при определении расстояний до звезд нашей Галактики?

2. Для определения расстояний до звезд в нашей Галактике (Млечный Путь) используются специальные внесистемные единицы измерения, так как стандартные единицы, такие как метры или километры, приводят к очень большим и неудобным для использования числам. Основными единицами являются:

1. Световой год (св. год) — это расстояние, которое электромагнитное излучение (свет) проходит в вакууме за один год. Скорость света составляет примерно 300 000 км/с, поэтому один световой год равен приблизительно $9.46 \times 10^{12}$ км. Эта единица интуитивно понятна и часто используется в научно-популярной литературе. Например, до ближайшей к Солнцу звезды, Проксимы Центавра, около 4.2 световых лет. Диаметр нашей Галактики составляет около 100 000 световых лет.

2. Астрономическая единица (а.е.) — это среднее расстояние от Земли до Солнца. 1 а.е. $\approx$ 150 миллионов км. Эта единица используется в основном для измерения расстояний внутри Солнечной системы, но она является основой для определения парсека.

3. Парсек (пк) — наиболее употребимая единица в профессиональной астрономии. Название происходит от слов «параллакс» и «секунда». Парсек — это расстояние до объекта, годичный тригонометрический параллакс которого равен одной угловой секунде (1''). Годичный параллакс — это угол, под которым со звезды был бы виден средний радиус земной орбиты (1 а.е.), перпендикулярный лучу зрения. Таким образом, 1 пк $\approx$ 206 265 а.е. $\approx$ 3.26 световых года $\approx$ $3.086 \times 10^{13}$ км. Для больших расстояний внутри Галактики и за ее пределами используют производные единицы: килопарсек (кпк), равный 1000 пк, и мегапарсек (Мпк), равный миллиону парсек. Например, расстояние от Солнца до центра Галактики составляет около 8 кпк.

Ответ: Основными единицами измерения расстояний до звезд нашей Галактики являются световой год и парсек (а также его производная — килопарсек).

3. Для измерения внегалактических расстояний (расстояний до других галактик) используется совокупность методов, образующих так называемую «шкалу космических расстояний». Однако основным и наиболее универсальным методом для измерения больших внегалактических расстояний является метод, основанный на законе Хаббла–Леметра.

Суть метода:
Вселенная расширяется, и в результате этого почти все галактики удаляются друг от друга. Закон Хаббла–Леметра устанавливает линейную зависимость между скоростью удаления галактики ($v$) и расстоянием до нее ($d$):
$v = H_0 \cdot d$
Здесь $H_0$ — это постоянная Хаббла, коэффициент пропорциональности, который характеризует темп расширения Вселенной в современную эпоху. Его современное значение составляет примерно 70 (км/с)/Мпк.

Процедура измерения расстояния:
1. С помощью телескопа получают спектр излучения далекой галактики.
2. В этом спектре находят известные спектральные линии химических элементов (например, линии водорода).
3. Измеряют, насколько эти линии смещены в красную (длинноволновую) сторону по сравнению с их положением в лабораторных условиях. Это смещение называется красным смещением ($z$).
4. Красное смещение возникает из-за того, что галактика удаляется от нас (эффект Доплера, а в космологическом смысле — из-за расширения самого пространства). По величине красного смещения вычисляют скорость удаления галактики. Для скоростей, значительно меньших скорости света, используется простая формула: $v \approx z \cdot c$, где $c$ — скорость света.
5. Зная скорость удаления $v$ и значение постоянной Хаббла $H_0$, можно вычислить расстояние до галактики по формуле: $d = v / H_0$.

Важно отметить, что для определения значения самой постоянной Хаббла ($H_0$) и для калибровки этого метода необходимо измерить расстояния до близких галактик другими, независимыми способами. Для этого используют «стандартные свечи» — астрономические объекты с известной светимостью. Ключевыми стандартными свечами для внегалактических расстояний являются цефеиды и сверхновые типа Ia. Измеряя расстояние до галактик, в которых вспыхивают такие объекты, и одновременно измеряя их красное смещение, астрономы калибруют закон Хаббла.

Ответ: Для измерения внегалактических расстояний используется метод, основанный на законе Хаббла–Леметра. Его суть заключается в том, что по красному смещению в спектре галактики определяют скорость её удаления, а затем, зная эту скорость и постоянную Хаббла, вычисляют расстояние до галактики по формуле $d = v / H_0$.