Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Астрономия и астрономическое образование. Материалы III Всероссийской научно-практической конференции (7 ноября 2014 года)
.pdf
«Без астрономии люди так и будут всю жизнь считать, что это Солнце
обращается вокруг Земли, и отсюда, конечно, очень многие
мировоззренческие ошибки. Человек будет просто недообразованный,
недосформированный даже...» [2].
Список литературы
1. Вибе, Д. Может быть астрономия в школе все-таки нужна?
[Электронный ресурс]. URL:
http://www.computerra.ru/78625/astronomyneed/
2. Зачем астрономия в школах? [Электронный ресурс]. URL:
http://sdnnet.ru/a/11752/
3. Точка зрения. Нужна ли астрономия в школе? [Электронный
ресурс]. URL: http://postnauka.ru/talks/27962
121
УДК 524.882
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ – ЗАГАДКИ ВСЕЛЕННОЙ
Шубенкина А.Д., Момоток Л.
МОУ СОШ №14, г. Комсомольск-на-Амуре
«Из всех измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до
водородной бомбы, наверное, самое фантастическое – это образ черный
дыры, отделенной от остального пространства определенной границей,
которую ничто не может пересечь; дыры, обладающей настолько сильным
гравитационным полем, что даже свет задерживается его мертвой хваткой;
дыры, искривляющей пространство и тормозящей время. Подобно
единорогам и химерам, черная дыра кажется более уместной в
фантастических романах или в мифах древности, чем в реальной
Вселенной. И тем не менее, законы современной физики фактически
требуют, чтобы черные дыры существовали. Возможно, только наша
Галактика содержит миллионы их» – так сказал о черных дырах
американский физик К. Торн.
Черные дыры – актуальная в наше время тема для обсуждений.
Черные дыры – объекты совершенно фантастические по своим свойствам,
являются самыми грандиозными источниками энергии во Вселенной.
Наблюдать их можно в далеких квазарах, во взрывающихся ядрах
галактик. Они возникают также после смерти больших звезд. Возможно,
черные дыры в будущем станут источниками энергии для человечества.
Большинство ученых полагает, что открытие существования чѐрных
дыр – заслуга Альберта Эйнштейна. Однако, Эйнштейн закончил свою
теорию к 1916-му году, а Джон Митчелл обдумывал эту идею ещѐ в
далѐком 1783-м. Он попытался объединить два великих творения Ньютона
– механику и оптику. Митчелл начал разрабатывать теорию чѐрных дыр,
122
когда принял идею Ньютона, согласно которой свет состоит из маленьких
материальных частиц, называемых фотонами.
Митчелл предположил, что световые корпускулы, как и обычная
материя, подчиняются законам механики. Пушечное ядро, выстрелянное с
поверхности планеты, полностью преодолеет ее притяжение, если его
начальная скорость превысит значение, называемое теперь второй
космической скоростью и скоростью убегания. Если гравитация планеты
столь сильна, что скорость убегания превышает скорость света,
выпущенные в зенит световые корпускулы не смогут уйти в
бесконечность. Это же произойдет и с отраженным светом. Следовательно,
для очень удаленного наблюдателя планета окажется невидимой.
Это означает, что в природе могут существовать такие массивные
звезды, притяжение которых корпускулы уже не смогут преодолеть, и они
всегда будут казаться черными для внешнего наблюдателя, хотя сами по
себе могут светиться ослепительным блеском, как Солнце. С точки зрения
физики это значит, что вторая космическая скорость на поверхности такой
звезды должна быть не меньше скорости света.
Вычисления Митчелла показывают, что свет никогда не покинет
звезду, если ее радиус при средней солнечной плотности будет равен 500
солнечным. Вот такую звезду и можно уже назвать черной дырой [1].
Следствие из этой гипотезы оказалось весьма нетривиальным –
небесные тела могут превратиться в ловушки для света – черную дыру.
Что же такое черная дыра? Чѐрная дыра – область в пространствевремени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что
покинуть еѐ не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том
числе кванты самого света. Черная дыра окружена поверхностью со
свойством однонаправленной мембраны: вещество и излучение свободно
падает сквозь нее в черную дыру, но оттуда ничто не может выйти. Эту
поверхность называют «горизонтом событий». Поскольку до сих пор
123
имеются лишь косвенные указания на существование черных дыр на
расстояниях в тысячи световых лет от Земли, наше дальнейшее изложение
основывается главным образом на теоретических результатах.
Черные дыры являются погасшими звездами. Термоядерное топливо
звезды истощается, и она начинает остывать. Под воздействием
гравитации внутреннее давление космического тела снижается, и
происходит сжатие звезды, которая постепенно начинает притягивать и
поглощать другие объекты.
Астрономы пришли к заключению, что черные дыры не рождаются
огромными, а постепенно растут за счет газа и звезд галактик. Данные
показывают, что гигантские черные дыры не предшествовали рождению
галактик, а эволюционировали вместе с ними, поглощая определенный
процент массы звезд и газа центральной области галактики. Это означает,
что в меньших галактиках черные дыры менее массивны, их массы
составляют не многим более нескольких миллионов солнечных масс.
Черные дыры образуются в результате коллапса гигантских
нейтронных звезд массой более 3 масс Солнца. При сжатии их
гравитационное поле уплотняется все сильнее и сильнее. Наконец звезда
сжимается до такой степени, что свет уже не может преодолеть ее
притяжения. Радиус, до которого должна сжаться звезда, чтобы
превратиться в черную дыру, называется гравитационным радиусом. Для
массивных звезд он составляет несколько десятков километров. Поскольку
черные дыры не светят, то единственный путь судить о них – это
наблюдать воздействие их гравитационного поля на другие тела. Имеются
косвенные доказательства существования черных дыр более чем в 10
тесных двойных рентгеновских звездах. В пользу этого говорят, вопервых, отсутствие известных проявлений твердой поверхности,
характерных для рентгеновского пульсара или рентгеновского барстера, и,
во-вторых, большая масса невидимого компонента двойной системы
124
(больше 3 масс Солнца). Один из наиболее вероятных кандидатов в черные
дыры – это ярчайший источник рентгеновских лучей в созвездии Лебедя –
Лебедь Х-1 [5].
Мы обычно думаем, что всѐ чѐрные дыры по сути одно и то же.
Однако астрономы недавно выяснили, что их можно разделить на
несколько разновидностей.
1. Чѐрные дыры звѐздных масс образуются как конечный этап жизни
звезды, после полного выгорания термоядерного топлива и прекращения
реакции звезда теоретически должна начать остывать, что приведѐт к
уменьшению внутреннего давления и сжатию звезды под действием
гравитации. Сжатие может остановиться на определѐнном этапе, а может
перейти в стремительный гравитационный коллапс.
В зависимости от массы звезды и вращательного момента возможны
следующие конечные состояния
Погасшая очень плотная звезда, состоящая в основном, в
зависимости от массы, из гелия, углерода, кислорода, неона, магния, кремния
или железа (основные элементы перечислены в порядке возрастания массы
остатка звезды). Такие остатки называют белыми карликами.
Нейтронная звезда – звезда, масса которой ограничена пределом
Оппенгеймера Волкова.
Чѐрная дыра.
По мере увеличения массы остатка звезды происходит движение
равновесной конфигурации вниз по изложенной последовательности.
Вращательный момент увеличивает предельные массы на каждой ступени,
но не качественно, а количественно (максимум в 2-3 раза).
Чѐрная дыра может разрастись за счѐт поглощения вещества - как
правило, это газ соседней звезды в двойных звѐздных системах
(столкновение чѐрной дыры с любым другим астрономическим объектом
очень маловероятно из-за еѐ малого диаметра). Процесс падения газа на
125
любой компактный астрофизический объект, в том числе и на чѐрную
дыру, называется аккрецией.
Столкновение чѐрных дыр с другими звѐздами, а также столкновение
нейтронных звѐзд, вызывающее образование чѐрной дыры, приводит к
мощнейшему гравитационному излучению, которое, как ожидается, можно
будет обнаруживать в ближайшие годы при помощи гравитационных
телескопов. В настоящее время есть сообщения о наблюдении
столкновений в рентгеновском диапазоне. 25 августа 2011 года появилось
сообщение о том, что впервые в истории науки группа японских и
американских специалистов смогла в марте 2011 года зафиксировать
момент гибели звезды, которую поглощает чѐрная дыра
2. Сверхмассивные чѐрные дыры. Разросшиеся очень массивные
чѐрные дыры, по современным представлениям, образуют ядра
большинства галактик. В их число входит и массивная чѐрная дыра в ядре
нашей галактики – Стрелец A*. В настоящее время существование чѐрных
дыр звѐздных и галактических масштабов считается надѐжно доказанным
фактом, подтвержденным астрономическими наблюдениями.
3. Первичные чѐрные дыры в настоящее время носят статус
гипотезы. Если в начальные моменты жизни Вселенной существовали
достаточной величины отклонения от однородности гравитационного поля
и плотности материи, то из них путѐм коллапса могли образовываться
чѐрные дыры. При этом их масса не ограничена снизу, как при звѐздном
коллапсе – их масса, вероятно, могла бы быть достаточно малой.
Обнаружение первичных чѐрных дыр представляет особенный интерес в
связи с возможностями изучения явления испарения чѐрных дыр.
4. Квантовые чѐрные дыры. Предполагается, что в результате ядерных
реакций могут возникать устойчивые микроскопические чѐрные дыры, так
называемые квантовые чѐрные дыры. Для математического описания таких
объектов необходима квантовая теория гравитации. Еѐ масса – порядка 10−5 г,
126
радиус – 10
−35
м. Комптоновская длина волны планковской чѐрной дыры по
порядку величины равна еѐ гравитационному радиусу.
Даже если квантовые чѐрные дыры существуют, время их
существования крайне мало, что делает их непосредственное обнаружение
очень проблематичным. В последнее время предложены эксперименты с
целью обнаружения свидетельств появления чѐрных дыр в ядерных
реакциях. Однако для непосредственного синтеза чѐрной дыры в
ускорителе необходима недостижимая на сегодня энергия 1026 эВ. Повидимому, в реакциях сверхвысоких энергий могут возникать виртуальные
промежуточные чѐрные дыры [5].
Чѐрные дыры являются совершенно необычными по своим
свойствам объектами. Несмотря на весь прогресс, достигнутый в их
изучении, природа пространства и времени чѐрных дыр в большой мере
остаѐтся загадочной. Некоторые аспекты этой проблемы всѐ ещѐ выглядят
как научные забавы, интересные только для специалистов. Но учеными
выявлены уже некоторые закономерности.
Когда что-либо (это может быть и планета, и звезда, и галактика, и
частица света) проходит достаточно близко от чѐрной дыры, то этот объект
неизбежно будет захвачен еѐ гравитационным полем. Если что-то ещѐ
воздействующее на объект, скажем, на ракету, сильнее силы притяжения
чѐрной дыры, то он сможет избежать поглощения.
До тех пор, конечно, пока оно не достигнет горизонта событий.
Точки, после которой покинуть чѐрную дыру уже невозможно. Для того,
чтобы покинуть горизонт событий, необходимо развить скорость,
большую чем скорость света, а это невозможно. Если вы летите к чѐрной
дыре вперѐд ногами, то сила притяжения в ваших ступнях будет намного
больше, чем в голове. Это и разорвѐт вас на части.
С технической точки зрения, черными дырами могут становиться не
только звезды. Если бы ключи от вашей машины уменьшились до
127
бесконечно малой точки, сохранив при этом свою массу, то их плотность
достигла бы астрономического уровня, и сила их тяжести увеличилась бы
до невероятности.
Черные дыры, предсказанные общей теорией относительности
(теорией гравитации, предложенной Эйнштейном в 1915) и другими, более
современными теориями тяготения, были математически обоснованы
Р. Оппенгеймером и Х. Снайдером в 1939. Но свойства пространства и
времени в окрестности этих объектов оказались столь необычными, что
астрономы и физики в течение 25 лет не относились к ним серьезно.
Однако астрономические открытия в середине 1960-х годов заставили
взглянуть на черные дыры как на возможную физическую реальность. Их
открытие и изучение может принципиально изменить наши представления
о пространстве и времени.
Список литературы
1. История открытия черных дыр [Электронный ресурс]. URL:
http://neudoff.net/info/fizika/istoriya-otkrytiya-chernyx-dyr/
2. Модели Вселенной, теории, гипотезы, загадки [Электронный
ресурс]. URL: http://nasha-vselennaia.ru/?cat=21
3. Чѐрная дыра. Википедия, свободная энциклопедия [Электронный
ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/
4. Черные дыры. Исследование Черных дыр [Электронный ресурс].
URL: www.kosmos19.narod.ru/blackhole.htm
5. Черные дыры. Их образование и эволюция [Электронный ресурс].
URL: http://bibliofond.ru/view.aspx?id=541761, свободный
128
УДК 52
КОСМОДРОМЫ РОССИИ
Е.А. Щенникова, К.В. Егорушкина
МОУ СОШ №31, г. Комсомольск-на-Амуре
Космодромов в мире насчитывается более двадцати. Все они похожи
по структуре и отличаются лишь некоторыми деталями. Важнейшей
характеристикой космодрома является его географическое место
расположения. У каждого космодрома своя история: одни сначала были
полигонами для военных испытаний, а потом уже переросли в стартовые
комплексы; другие стали полигонами для запуска метеорологических ракет.
Россия использует пять стартовых комплексов. Четыре из них
расположены в России и еще один находится в Казахстане.
На протяжении уже нескольких лет наша страна сохраняет за собой
позицию лидера по числу пусков ракет-носителей.
Космодром Плесецк – расположен в 180 километрах к югу от
Архангельска неподалѐку от железнодорожной станции Плесецкая
Северной железной дороги. Общая площадь космодрома составляет 176
200 гектаров [1]. Существует космодром с 11 января 1957 года.
Космодром Плесецк – это сложный, научно-технический комплекс.
Он выполняет различные задачи как и в интересах Вооруженных Сил
России, так и в мирных целях.
В его состав входят:
стартовые комплексы с пусковыми установками ракет-носителей;
технические комплексы подготовки ракет космического
назначения и космических аппаратов;
129
многофункциональная заправочно-нейтрализационная станция для
заправки ракет-носителей, разгонных блоков и космических аппаратов
компонентами ракетного топлива;
1473 здания и сооружения;
237 объектов энергоснабжения.
Основными агрегатами, размещаемыми в стартовом сооружении,
являются:
пусковой стол;
кабель-заправочная башня.[1]
С1970-х и до начала 1990 годов Плесецк удерживал 1-ое место в
мире по количеству запусков ракет в космос.
Сейчас среди действующих космодромов, Плесецк – самый
северный космодром в мире. Его координаты 63°00′ с. ш. 41°00′ в. д.
Космодром располагает разветвлѐнной сетью автомобильных дорог –
301,4 км и железнодорожных путей – 326 км, авиационной техникой
и военным аэродромом, позволяющим эксплуатировать воздушные суда с
максимальной посадочной массой до 220 тонн, и средствами связи, в том
числе космической.
Железнодорожная сеть космодрома Плесецк – одна из крупнейших в
России железных дорог. Протяжѐнность самого дальнего из них составляет
около 80 километров.
Начало космодрома положено 17 марта 1966 г. стартом РН «Восток2» с искусственным спутником Земли «Космос-112».
Начиная с 1968 года, космодром включился в выполнение
международных космических программ. 4 апреля 1972 года впервые в
СССР с космодрома был запущен малый французский космический
аппарат МАС-1. В 1970-80 гг. с Плесецка производилось до 40% мировых
космических запусков. Всего с космодрома Плесецк осуществлено более
1600 запусков РН и выведено на орбиту свыше 1950 КА, испытано и
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]