Номер 11, страница 217, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 12. Строение и эволюция вселенной. Параграф 115. Решение задач. Темы исследовательских и проектных работ - номер 11, страница 217.

Условие.

• Исследование Вселенной.

Решение.

Исследование Вселенной — это комплексная научная деятельность, направленная на изучение происхождения, эволюции, структуры и будущего космоса. Она объединяет астрономию, астрофизику, космологию и планетологию, используя разнообразные методы для сбора и анализа данных о небесных объектах и явлениях.

Исторические этапы исследования Вселенной

Исследование космоса прошло долгий путь от простейших наблюдений до высокотехнологичных миссий.
1. Ранний этап (до XVII века): Наблюдения невооруженным глазом, создание первых каталогов звезд и созвездий. В этот период доминировали геоцентрические модели Вселенной, например, система Птолемея.
2. Эпоха телескопической астрономии (XVII-XIX века): Изобретение телескопа Галилео Галилеем в 1609 году произвело революцию в астрономии. Были открыты спутники Юпитера, фазы Венеры, горы на Луне, что подтвердило гелиоцентрическую модель Коперника. Работы Кеплера и Ньютона заложили основы небесной механики.
3. Современный этап (с XX века): Развитие фотографии, спектроскопии и радиоастрономии позволило изучать химический состав, температуру и движение звезд. Запуск первого искусственного спутника Земли в 1957 году открыл космическую эру. Полеты человека в космос, автоматические межпланетные станции и космические телескопы дали человечеству беспрецедентные возможности для изучения Вселенной.

Основные методы и инструменты исследования

Современная астрономия использует инструменты, работающие во всем спектре электромагнитного излучения, а также детекторы частиц и гравитационных волн.
• Наземные обсерватории: Включают в себя оптические телескопы (например, Очень Большой Телескоп, VLT, в Чили) и радиотелескопы (например, комплекс ALMA). Их главный недостаток — искажения, вносимые земной атмосферой.
• Космические обсерватории: Вывод телескопов на орбиту позволяет избежать влияния атмосферы и вести наблюдения в тех диапазонах, которые ею поглощаются (ультрафиолетовом, рентгеновском, гамма-). Ключевые аппараты: космический телескоп «Хаббл» (Hubble), инфракрасный телескоп «Джеймс Уэбб» (James Webb), рентгеновская обсерватория «Чандра» (Chandra).
• Автоматические межпланетные станции (АМС): Космические аппараты, отправляемые для непосредственного изучения планет, их спутников, астероидов и комет. Примеры: зонды «Вояджер», исследовавшие гиганты Солнечной системы и вышедшие в межзвездное пространство; марсоходы «Кьюриосити» и «Персеверанс», изучающие геологию и климат Марса.
• Гравитационно-волновая и нейтринная астрономия: Новейшие направления, позволяющие изучать самые экстремальные события во Вселенной, такие как слияние черных дыр и нейтронных звезд (обсерватории LIGO и Virgo) или процессы в ядрах звезд и галактик (нейтринная обсерватория IceCube).

Ключевые открытия и современные вопросы

Исследования привели к ряду фундаментальных открытий, но и поставили новые вопросы.
• Большой взрыв и расширение Вселенной: Наблюдения «красного смещения» далеких галактик (закон Хаббла, $v = H_0 d$) показали, что Вселенная расширяется. Это привело к созданию теории Большого взрыва, согласно которой Вселенная возникла около 13,8 млрд лет назад из чрезвычайно плотного и горячего состояния. Подтверждением этой теории служит реликтовое излучение — «эхо» Большого взрыва.
• Темная материя и темная энергия: Анализ скорости вращения галактик и движения галактик в скоплениях показал, что видимого вещества (звезд, газа, пыли) недостаточно для объяснения наблюдаемых гравитационных эффектов. Была выдвинута гипотеза о существовании темной материи — невидимой субстанции, составляющей около 27% массы-энергии Вселенной. В конце XX века было обнаружено, что расширение Вселенной ускоряется. Для объяснения этого феномена была введена концепция темной энергии, на долю которой приходится около 68% Вселенной. Природа этих двух сущностей остается одной из главных загадок современной физики.
• Экзопланеты: Открытие тысяч планет у других звезд (экзопланет) показало, что планетные системы являются распространенным явлением в нашей Галактике. Современные исследования направлены на поиск планет, похожих на Землю, и изучение их атмосфер на предмет наличия биосигнатур — признаков жизни.
• Черные дыры: Существование этих объектов, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна, было подтверждено косвенными наблюдениями и регистрацией гравитационных волн от их слияний. В 2019 году с помощью Телескопа горизонта событий (EHT) было получено первое в истории изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87.

Будущее исследований Вселенной

В ближайшие десятилетия планируется реализация множества амбициозных проектов. Среди них — запуск новых, еще более мощных космических телескопов (например, Nancy Grace Roman Space Telescope), строительство гигантских наземных обсерваторий (Extremely Large Telescope), отправка миссий для детального изучения спутников Юпитера и Сатурна (Европы и Титана), которые могут скрывать подледные океаны, и продолжение программы по возвращению человека на Луну («Артемида») с перспективой полета на Марс.

Ответ: Исследование Вселенной — это непрерывный процесс познания космоса, который начался с древних наблюдений звездного неба и сегодня ведется с помощью передовых технологий, таких как космические телескопы, межпланетные зонды и детекторы гравитационных волн. Ключевыми достижениями являются создание теории Большого взрыва, открытие расширения Вселенной, обнаружение темной материи и темной энергии, а также тысяч экзопланет. Несмотря на огромный прогресс, фундаментальные вопросы о природе темной энергии, возможности существования жизни за пределами Земли и ранних моментах жизни Вселенной по-прежнему ждут своего ответа, стимулируя новые научные миссии и открытия.