Номер 6, страница 288 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 6. Вселенная. Параграф 72. Использование результатов космических исследований в науке, технике и народном хозяйстве. Темы докладов и проектов - номер 6, страница 288.

Условие.

6. Исследование галактик с космических обсерваторий в различных диапазонах длин волн.

Решение.

Исследование галактик с помощью космических обсерваторий необходимо, поскольку земная атмосфера непрозрачна для большинства видов электромагнитного излучения. Она пропускает видимый свет, часть радиоволн и небольшие "окна" в инфракрасном диапазоне, но почти полностью блокирует гамма-лучи, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. Вывод телескопов в космос позволяет регистрировать излучение во всем спектре, получая полную картину физических процессов, происходящих в галактиках. Разные диапазоны длин волн несут информацию о разных компонентах и явлениях: от холодного газа и пыли до горячей плазмы и аккреционных дисков сверхмассивных черных дыр. Такой подход называется многоволновой астрономией.

Гамма- и рентгеновские диапазоны

Гамма-лучи — это фотоны с самой высокой энергией, которые рождаются в наиболее экстремальных астрофизических процессах. Наблюдения в этом диапазоне позволяют изучать активные ядра галактик (АЯГ), где сверхмассивные черные дыры поглощают вещество и испускают релятивистские струи (джеты). Также источниками гамма-лучей являются пульсары, остатки сверхновых и взаимодействие космических лучей с межзвездным газом. Рентгеновское излучение исходит от газа, нагретого до миллионов градусов. Такое излучение позволяет картировать горячее гало галактик, изучать скопления галактик, где межгалактическая среда заполнена горячим газом, а также исследовать аккреционные диски вокруг черных дыр и нейтронных звезд в составе рентгеновских двойных систем. Космические обсерватории, такие как "Чандра" (Chandra), XMM-Newton, "Ферми" (Fermi) и "Интеграл" (INTEGRAL), специализируются на этих наблюдениях.

Ответ: Наблюдения в гамма- и рентгеновском диапазонах с помощью космических обсерваторий позволяют исследовать самые высокоэнергетические процессы в галактиках, связанные с активностью сверхмассивных черных дыр, вспышками сверхновых, а также распределение горячего газа в галактических гало и скоплениях.

Ультрафиолетовый диапазон

Ультрафиолетовое (УФ) излучение испускают в основном молодые, массивные и горячие звезды (спектральных классов O и B). Эти звезды живут недолго, поэтому их УФ-излучение является отличным индикатором текущего темпа звездообразования в галактике. Наблюдая в УФ, астрономы могут выделять области активного формирования звезд, такие как спиральные рукава в спиральных галактиках. УФ-астрономия также важна для изучения свойств межзвездной среды, поскольку газ и пыль эффективно поглощают и рассеивают УФ-свет, оставляя характерные "подписи" в спектрах. Ключевыми инструментами для таких исследований были телескопы "Хаббл" (Hubble Space Telescope) с его УФ-каналами и специализированный спутник GALEX (Galaxy Evolution Explorer).

Ответ: Ультрафиолетовые наблюдения из космоса дают информацию о молодых, горячих звездах и позволяют точно измерять темпы звездообразования в галактиках, а также изучать состав и свойства межзвездной среды.

Видимый диапазон

Видимый свет — это то, как мы привыкли видеть галактики. Основным источником этого излучения является свет от звезд разных масс, возрастов и температур. Наблюдения в оптическом диапазоне позволяют определять морфологическую структуру галактик (спиральные, эллиптические, неправильные), изучать их звездное население, цвет и яркость. По спектрам в видимом диапазоне можно определить химический состав звезд и газа, а также измерить лучевые скорости и, соответственно, расстояние до галактик (через красное смещение) и их внутреннюю кинематику (скорость вращения). Космический телескоп "Хаббл" (HST) произвел революцию в оптической астрономии, предоставив беспрецедентно четкие изображения далеких галактик, свободные от искажений земной атмосферы.

Ответ: Наблюдения в видимом свете с космических телескопов позволяют детально изучать морфологию, структуру, звездный состав и кинематику галактик, получая изображения сверхвысокого разрешения.

Инфракрасный диапазон

Инфракрасное (ИК) излучение позволяет заглянуть сквозь пылевые облака, которые непрозрачны в видимом свете. Основные источники ИК-излучения в галактиках — это холодные звезды (например, красные гиганты) и межзвездная пыль. Пыль поглощает свет молодых горячих звезд (УФ и видимый) и переизлучает эту энергию в ИК-диапазоне. Таким образом, яркие в ИК-свете области часто совпадают с областями активного звездообразования, скрытыми за пылью. ИК-наблюдения критически важны для получения полной картины звездообразования в галактиках, изучения свойств пыли и наблюдения центральных областей галактик, включая наш Млечный Путь. Кроме того, из-за расширения Вселенной свет от самых далеких галактик сильно смещен в красную, а затем и в инфракрасную часть спектра. Обсерватории "Спитцер" (Spitzer), "Гершель" (Herschel) и, в особенности, "Джеймс Уэбб" (JWST) специализируются на таких исследованиях.

Ответ: Инфракрасные космические обсерватории позволяют изучать скрытые пылью области звездообразования, холодные компоненты галактик (пыль и старые звезды) и наблюдать самые далекие галактики во Вселенной, свет которых смещен в ИК-диапазон.

Радио- и микроволновый диапазоны

Радиоволны, в отличие от большинства других диапазонов, хорошо проходят через земную атмосферу, поэтому большинство радиотелескопов — наземные. Однако космические радиообсерватории также используются, например, для радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (проект "Радиоастрон"). В радиодиапазоне ключевую роль играет излучение нейтрального атомарного водорода (HI) на длине волны 21 см. Оно позволяет картировать распределение и кинематику газа — основного "топлива" для звездообразования — далеко за пределами видимых границ галактик. Изучение кривых вращения галактик по линии 21 см стало одним из главных доказательств существования темной материи. Также в радиодиапазоне наблюдается синхротронное излучение от релятивистских электронов в магнитных полях (в джетах АЯГ и остатках сверхновых) и излучение молекул (например, CO), трассирующих холодный молекулярный газ. В микроволновом диапазоне космические миссии (COBE, WMAP, Planck) изучают реликтовое излучение, но при этом они также создают детальные карты микроволнового излучения нашей Галактики, что важно для понимания ее структуры.

Ответ: Наблюдения в радио- и микроволновых диапазонах позволяют картировать распределение холодного газа (атомарного и молекулярного), изучать магнитные поля, активность АЯГ и кинематику галактик, что дает ключевую информацию о запасах "топлива" для звезд и распределении темной материи.