Номер 24.17, страница 116 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Оптические явления. 24. Оптические явления в природе - номер 24.17, страница 116.

Условие.

24.17. Что узнал человек о строении Вселенной благодаря свету? Какие приборы помогли человеку?

Решение.

Что узнал человек о строении Вселенной благодаря свету?

Свет, а в более широком смысле — электромагнитное излучение, является основным источником информации о Вселенной. Анализируя свет от далёких объектов, человечество сделало ряд фундаментальных открытий о строении и эволюции космоса:

1. Масштаб и структура Вселенной: Было установлено, что Земля вращается вокруг Солнца (гелиоцентрическая система), которое, в свою очередь, является одной из сотен миллиардов звёзд в нашей галактике Млечный Путь. А наша Галактика — лишь одна из сотен миллиардов галактик, образующих крупномасштабную структуру Вселенной в виде скоплений, сверхскоплений и гигантских пустот (войдов).

2. Химический состав и физические свойства объектов: С помощью спектрального анализа света учёные определяют химический состав, температуру, давление и плотность звёзд, туманностей и атмосфер планет. Каждый химический элемент имеет уникальный набор линий поглощения или испускания в спектре, что служит его "отпечатком пальца".

3. Расстояния до небесных тел: Были разработаны методы измерения космических расстояний. Для близких звёзд используется метод годичного параллакса, а для далёких галактик — "стандартные свечи" (например, переменные звёзды-цефеиды и сверхновые типа Ia), чья истинная светимость известна. Сравнивая видимую яркость с истинной, можно рассчитать расстояние до них.

4. Движение космических объектов и расширение Вселенной: Благодаря эффекту Доплера, который проявляется в смещении спектральных линий, астрономы измеряют скорость движения объектов. Смещение в красную сторону спектра (красное смещение) указывает на удаление объекта, а в синюю — на приближение. Наблюдения Эдвина Хаббла за красным смещением далёких галактик показали, что Вселенная расширяется, причём чем дальше галактика, тем быстрее она от нас удаляется (закон Хаббла-Леметра).

5. Подтверждение теории Большого взрыва: Открытие реликтового излучения (космического микроволнового фона) — теплового излучения, равномерно заполняющего Вселенную, — стало мощнейшим подтверждением этой теории. Это самое древнее излучение во Вселенной, которое мы можем наблюдать.

6. Существование экзопланет: Свет от звёзд позволил обнаружить планеты за пределами Солнечной системы. Основные методы — транзитный (регистрация небольшого падения яркости звезды при прохождении планеты по её диску) и метод лучевых скоростей (регистрация доплеровского смещения света звезды из-за гравитационного влияния планеты).

7. Присутствие тёмной материи и тёмной энергии: Анализ света от галактик (скорости вращения звёзд на периферии) и их скоплений (гравитационное линзирование) указал на существование невидимого вещества — тёмной материи. А наблюдение за далёкими сверхновыми показало, что расширение Вселенной ускоряется, что привело к гипотезе о существовании тёмной энергии.

Ответ: Благодаря свету человек узнал о гелиоцентрической системе, огромных масштабах Вселенной и её крупномасштабной структуре (галактики, скопления), химическом составе, температуре и движении звёзд и галактик. Было открыто расширение Вселенной, подтверждена теория Большого взрыва через реликтовое излучение, обнаружены экзопланеты, а также получены косвенные доказательства существования тёмной материи и тёмной энергии.

Какие приборы помогли человеку?

Для изучения света от космических объектов и получения знаний о Вселенной человек создал и усовершенствовал множество приборов:

1. Телескопы: Главный инструмент астронома, предназначенный для сбора света от далёких объектов и увеличения их видимого углового размера. Существуют разные типы телескопов:

   • Оптические телескопы (работают в видимом диапазоне): рефракторы (линзовые) и рефлекторы (зеркальные). Современные крупные обсерватории используют именно рефлекторы.

   • Радиотелескопы: Улавливают радиоволны. С их помощью были открыты квазары, пульсары и реликтовое излучение.

   • Космические телескопы: Выведены на орбиту Земли для наблюдений без помех со стороны атмосферы. Они могут регистрировать излучение, которое поглощается атмосферой (ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма- и инфракрасное). Примеры: "Хаббл" (видимый и УФ-диапазон), "Джеймс Уэбб" (ИК-диапазон), "Чандра" (рентгеновский диапазон).

2. Спектрографы (спектрометры): Приборы, которые раскладывают свет в спектр. Анализ спектра позволяет узнать о химическом составе, температуре, скорости движения и других физических характеристиках объекта.

3. Приборы с зарядовой связью (ПЗС-матрицы): Современные светочувствительные детекторы (цифровые камеры), которые пришли на смену фотопластинкам. Они обладают высокой чувствительностью и позволяют точно измерять яркость объектов (фотометрия) и получать цифровые изображения.

4. Интерферометры: Системы из нескольких телескопов, объединённых для совместной работы. Это позволяет достичь разрешающей способности, эквивалентной одному гигантскому телескопу, диаметр которого равен расстоянию между крайними телескопами в системе. Используются как в радио-, так и в оптической астрономии.

Ответ: Главными приборами, которые помогли человеку изучать Вселенную с помощью света, являются телескопы (оптические, радио- и космические), спектрографы для анализа состава и движения объектов, ПЗС-матрицы для точного измерения яркости и получения изображений, а также интерферометры для достижения сверхвысокого разрешения.