Астрофизика пәні, негізгі мәселелері

Пән: Астрономия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 5 бет
Таңдаулыға:

Астрофизика пәні, негізгі мәселелері

Астрофизика міндеті - Ғалам және жеке космостық объектілердің физикалық табиғаты мен эволюциясын зерттеу. Астрофизика - астрономияның негізгі және жылдам даму үстіндегі бөлімдерінің бірі. Ол астрономияның маңызды және жалпылама есептерін шешеді. Соңғы онжылдықтарда астрофизика астрономияның негізгі бөліміне айналды. Бірақ “Аспан механикасы”, “Астрометрия” сияқты “классикалық” салалар өз құндылығын жойған жоқ, керісінше астрономияның дәстүрлі салаларындағы жұмыстардың маңыздылығы өсуде. Қазіргі кезде астрономия біртұтас ғылым ретінде жүйелі түрде дамуда.

Астрофизика тарихында көптеген сілкіністер орын алғаны белгілі. Нәтижеде бірнеше жаңа бөлімдер пайда болды. XIX-XX ғасырларда спектрлік сараптаудың ашылуы, фотографияның пайда болуы, фотоэлектр, радиоастрономия және атмосферадан тыс зерттеу әдістерінің меңгерілуі астрофизиканың дамуын жеделдетті және мүмкіндіктерін кеңейтті. ХХ ғасырда астрономия бүкілтолқындық болды, яғни электромагниттік сәулеленудің кез келген түрі арқылы информация алу жүзеге асты.

Физикадағы даму және практикалық астрофизика әдістерінің арқасында теориялық астрофизика да дамыды. Астрофизиканың екі саласы да өз кезегінде бірнеше бөлімдерден тұрады. Теориялық астрофизика зерттеу объектілері бойынша: жұлдыздар, Күн, ғаламшарлер, тұмандықтар, космостық сәулелер физикасы, космология және т. б. болып жіктеледі. Практикалық астрофизика қолданатын әдістеріне қарай: астрофотометрия, астроспектрометрия, астрофотография, колориметрия және т. б. болып бөлінеді. Жаңа әдістерді қолдануға негізделген теориялық астрофизикаға: радиоастрономия, атмосферадан тыс астрономия, рентген астрономиясы, гамма-астрономия, нейтринді астрономия жатады. Соңғы уақытта астрофизикадағы динамикалық хаос проблемасы да өте өзекті. Қазіргі кезде осы бағытта қызу зерттеулер жүргізіліп, ол пәрменді даму үстінде.

Астрофизикада зерттелетін электромагниттік сәулелену аймағы

Көрінетін жарық - кванттар түрінде шығарылатын электромагниттік сәулеленудің дербес түрі екендігі белгілі.

Кванттар энергиясының өлшем бірлігі ретінде электрон-вольт (эв) қабылданған. Электронвольт - бұл потенциалдар айырымы 1 вольт электр өрісімен үдетілген еркін электронның алатын энергиясы.

Көрінетін жарық кванттарының энегриясы 2-3 эв-қа тең және астрофизикада зерттелетін электромагниттік сәулеленудің тек аз аймағын ғана қамтиды, ал негізінде астрофизикада зерттелетін сәулелену аймағы Мэв-тан (миллион эв - гамма-сәулелер) электрон-вольттың миллионнан бір (1/10 ⁶ ) үлесіне дейінгі (радиотолқындар) аралықтарды қамтиды. Бұл аралықта рентген, ультракүлгін, көрінетін және инфрақызыл сәулелер орналасқан.

Электромагниттік толқынның толқындық қасиетін ескере отырып, оны толқын ұзындығы және жиілігі арқылы сипаттауға болады: .

Кванттар энергиясы электромагниттік тербелістердің жиілігіне тура пропорционал, ал пропорционалдық коэффициент h = 6, 625 ⋅ 10 ^-27 эрг⋅сек Планк тұрақтысы болып табылады, олай болса . Энергиясы 1 эв квантқа мынадай толқын ұзындығы және жиілігі сәйкес келеді: мк (микрон), Гц.

Көрінетін сәулелер аймағына жуықтап 0, 39 мк-нан (көрінетін спектрдің күлгін шекарасы) 0, 76 мк-ға (қызыл шекара) дейінгі аралық сәйкес келеді. Олардың арасында көрінетін спектрдің барлық түстері: күлгін (0, 39-0, 45 мк), көк (0, 45- 0, 48 мк), көгілдір (0, 48-0, 51 мк), жасыл (0, 51-0, 57 мк), сары (0, 57-0, 585 мк), қызыл сары (0, 58-0, 62 мк) және қызыл (0, 62-0, 76 мк) орналасқан. Спектрдің көрінетін облысындағы сәулелердің астрономияда маңызы зор, өйткені Жер атмосферасы оларды жақсы өткізеді. Ал спектрдің басқа бөліктерінде сәулелер жұтылуы күштірек болғандықтан космостық сәулелер Жер атмосферасының белгілі бір деңгейіне дейін ғана келіп жетеді. Атмосфера спектрдің қысқа толқындық облысын күштірек жұтады, яғни ультракүлгін, рентген және гамма-сәулелерді. Оларды (ультракүлгіннен басқасын) тек ракеталар мен жасанды серіктер арқылы ғана бақылауға болады.

Көрінетін спектрден ұзын толқындарға қарай инфрақызыл сәулелер мен радиотолқындар орналасқан. Инфрақызыл сәулелердің басым бөлігі (1 микроннан бастап) ауа молекулаларымен жұтылады, негізінен су буы мен көмірқышқыл газы молекулаларымен. Жер атмосферасы 1 см-ден 20 метрге дейінгі аралықтағы радиотолқындар үшін мөлдір. Ұзындығы 1 см-ден аз толқындар (1 мм, 4. 5 мм және 8 мм-ден басқасы) Жер атмосферасының төменгі қабаттарымен толық жұтылады, ал ондаған метрден ұзын толқындар атмосфераның ең жоғарғы қабаты - ионосферамен шағылады және жұтылады.

Спектрлік талдау

Сәулелену қарқындылығының толқын ұзындығы (немесе жиілігі) бойынша үлестірілуі сәулелену спектрі деп аталады.

Құранды (күрделі) жарықты жай (құраушы) сәулелерге жіктейтін құралдар шыны призма (кейде кварц призма), не дифракциялық решетка болады.

Егер құранды ақ жарықты шыны призмаға түсірсек, оны құрайтын жай сәулелердің шыны ішіндегі жылдамдығы әр алуан болғандықтан, олар әртүрлі болып сынады да, жолындағы экран бетіне барып түскенде, бәрі экранның бір нүктесіне беттесіп түспейді, жіктеліп қатар-қатар түседі. Ал толқын ұзындығы әртүрлі сәулелер біздің көзімізге әртүрлі түсті болып көрінеді (егер микрон болса қызыл түсті болып), сондықтан экран бетіндегі әлгі әртүрлі жай сәулелер жіктеліп түскен жерде әртүсті жолақтарды - спектрді көреміз.

Күрделі жарықты жай жарықтарға жіктеу арқылы оның құрамын зерттеуді спектрлік талдау дейді.

Егер құрал спектрді тек окуляр арқылы көзбен көріп бақылау үшін арналған болса, онда спектроскоп, ал спектрді фотографиялау үшін арналған болса, онда спектрограф дейді. Бұлардың құрылысы бірдей, тек спектрографта спектрдің суреті түсетін жерге фотопластинка қойылады.

Аспан денесінен келетін жарықтың спектрін түсіру үшін спектрограф пен телескопты аспан денесінің кескіні спектрографтың саңылауына дәл келетіндей етіп біріктіреді.

Заттың күйіне қарай және оның қандай жағдайда тұруына байланысты спектрдің негізгі үш түрі болады.

Тұтас не үздіксіз спектр бірімен бірі жалғасып жатқан әр түсті жолақтардың жинағы. Мұндай спектрді қызған күйдегі қатты, сұйық заттың бәрі де және үлкен қысым мен жоғары температура жағдайында молекулалары мен атомдары иондалған газдар береді.

Сызықша немесе жолақ спектр қараңғы аралықпен бөлінген жеке-жеке әртүрлі ашық сызықтардан немесе жолақтардан тұрады. Мұндай спектрлерді сиретілген газдар мен булар, мысалы, қызған күйде не электр тогы өткен кезде береді.

Жұтылу спектрі үздіксіз спектр беретін жарық көзінің алдында салқындау газдар не булар тұрған кезде шығады. Мұның түрі көлденең қара сызықтармен айғыздалған тұтас спектр болады. Мұны газдар мен булар өздері арқылы өтетін жарықтың ішінен, өздері жиілігі қандай сәулелерді шығара алатын болса, соларды жұтып қалады деген неміс физигі Кирхгоф заңы бойынша түсінуге болады.

Молекулалардың немесе олардың қосылыстарының спектрі бірқатар жалпақ жолақтардан тұрады; бұл жолақтардың әрқайсысы өте тығыз орналасқан сызықтар.

Газ не бу күйіндегі әрбір элементтің өзіне тән сызықша спектрі бар - сызықтың саны, түсі, орны, жарықтығы (интенсивтігі) әр элементтікі әртүрлі. Мысалы, натрий буының спектрі толқын ұзындықтары және болатын қос сары сызықтан тұрады.

Спектр - химиялық элементтің ен-таңбасы. Спектріне қарап бір элементті екінші элементтен оңай ажыратуға және әр элементтің спектрі белгілі болғандықтан жарық келіп тұрған зат қандай элементтерден құралғанын айыруға болады.

Күн мен жұлдыздар спектрі тұтылу спектріне жатады.

Жарықты шығаратын атом. Ендеше неғұрлым спектр сызықтары жарығырақ болса, солғұрлым ол сызықтарды шығаратын атомдар саны да көбірек болу керек, осыдан элементтің мөлшері қанша екенін де бағалап білуге болады.

Тәжірибенің көрсетуіне қарағанда газдың қысымы көбейген сайын, оның спектріндегі сызықтар жалпая береді және жаңадан сызықтар қосылады. Сөйтіп, спектріне қарап жұлдыз атмосферасындағы қысым туралы түсінік ала аламыз.

Температура күшейген кезде атомдар мен молекулалар иондалады. Ал мұндай күйдегі олардың шығаратын спектрі нормаль күйдегіден өзгеше келеді. Ендеше спектрге қарап температураны да анықтауға болады.

Спектрдің түріне қарап аспан денелеріндегі электрлік және магниттік күштер туралы да мәліметтер алуға болады. Себебі, жарық пен электр және магнит құбылыстарының арасында байланыс бар екенін білеміз: егер жарық көзін күшті магнит өрісіне қойса, спектр сызықтары «жарықшақталады» - бір сызықтың орнына екі не үш сызық (Зееман құбылысы) шығады, ал күшті электр өрісі болған кезде сызықтар жалпаяды. Аспан денелерінен келетін сәулелерді талдап тексергенде, олардың құрамы өте күрделі екендігі ашылды. Ол сәулелер толқын ұзындықтары нешетүрлі электромагниттік толқындардың жинағы екен: оның ішінде ұзын толқынды радиотолқындар, инфрақызыл сәуле, көзге көрінетін ақ сәуле, қысқа толқынды ультракүлгін сәулелер бар.

Абсолют жұлдыздық шама

Көрінетін жұлдыздық шамалар жұлдыз шығаратын энергия, оның бетінің жарықтығы жөнінде хабар бере алмайды. Шын мәнінде, кішігірім және суық жұлдыздар бізге жақын болуы салдарынан ғана алыс орналасқан ыстық алып жұлдыздармен салыстырғанда белгілі жұлдыздық шамаға ие болуы (яғни, жарық болып көрінуі мүмкін) мүмкін.

Егер, екі жұлдызға дейінгі қашықтық бізге белгілі болса, олардың көрінетін Жұлдыздық шамаларының негізінде сәуле шығаратын және нақты жарық айдарының қатынасын табуға болады. Ол үшін бұл жұлдыздардың беретін жарықтылығы мен барлық жұлдызға сәйкес стандарт арақашықтық арасындағы қатынас тексеріледі. Бұл қашықтық ретінде 10 пс (парсек) қабылдаған.

Жұлдызды 10 пс қашықтықтан бақылағандағы оның қабылдай алатындай жұлдыздық шамасы - абсолют жұлдыздық шама деп аталады.

Көрінетін жұлдызды шамалар сияқты Абсолют жұлдыздық шама да визуалды фотографиялық, және тағы басқа болып бөлінеді.

Астрофизиканың әдістері мен аспаптары

Астрофизика аспан денелерінің физикалық табиғатын зерттейді. Қазіргі кезде аспан денелері жайында толып жатқан қызық мәліметтер жиналған. Мысалы, Күннің, ғаламшарның, тіпті жұлдыздардың да атмосферасында қандай элементтер бар, тіпті қандай мөлшерде деген сұрақтарға сенімді жауап алуға болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.