Лекция 9. Основы астрофизики.
9.1. Задачи и основные разделы астрофизики
Цель астрофизики — изучение физической природы и эволюции отдельных космических объектов, включая и всю Вселенную. Таким образом, астрофизика решает наиболее общие задачи астрономии в целом.
Теоретическая астрофизика. Ее цель — интерпретация результатов наблюдений, постановка новых задач исследований, а также обоснование методов практической астрофизики.
Оба основные раздела астрофизики в свою очередь подразделяются на более частные. Разделение теоретической астрофизики, как правило, производится по объектам исследования: физика звезд, Солнца, планет, туманностей, космических лучей, космология и т.д. Разделы практической астрофизики обычно отражают те или иные применяемые методы: астрофотометрия, астроспектроскопия, астрофотография, колориметрия и т.д.
Разделы астрофизики, основанные на применении принципиально новых методов, составившие эпоху в астрономии, и, как правило, включающие соответствующие разделы теоретической астрофизики, получили такие названия, как радиоастрономия, баллонная астрономия, внеатмосферная астрономия (космические исследования), рентгеновская астрономия, гамма-астрономия, нейтринная астрономия.
9.2. Электромагнитное излучение, исследуемое в астрофизике
Как известно, видимый свет является частным видом электромагнитного излучения, которое испускается не непрерывно, а отдельными порциями (квантами), характеризующимися величиной своей энергии. Совокупность всех видов излучения называется спектром электромагнитного излучения.
За единицу измерения энергии квантов
обычно принимают электрон-вольт (эв).
Это — энергия, которую приобретает
свободный электрон (т.е. электрический
заряд е = — 4,8×10-10СГСЭ), ускоренный
электрическим полем с разностью
потенциалов в 1 вольт (в) =
СГСЭ. Поэтому
Кванты видимого света обладают энергиями в 2-3 эв и занимают лишь небольшую область электромагнитного спектра, исследуемого в астрофизике, который простирается от значений энергии порядка Мэв для гамма-лучей до (10-6эв) для метровых радиоволн. Между этими крайними видами электромагнитного излучения последовательно располагаются рентгеновские, ультрафиолетовые, визуальные (видимые) и инфракрасные лучи (табл. 1).
Электромагнитное излучение обладает
волновыми свойствами, проявляющимися
в таких явлениях, как интерференция и
дифракция. Поэтому, как и всякое колебание,
его можно характеризовать длиной волны
и частотой
,
произведение которых равно скорости
распространения колебаний:
c =
(7.1)
У всех электромагнитных волн скорость распространения в вакууме одинакова и составляет 299 792 км/сек, или приближенно, с = 3,00 ×1010см/сек.
Энергия квантов в пропорциональна
частоте
электромагнитных колебаний (т.е. обратно
пропорциональна длине волны
).
Коэффициентом пропорциональности
является постоянная Планка
=
6,625 × 10 -27 эрг×сек,
так что
(7.2)
Кванту с энергией в 1 эв соответствует длина волны
1= 12 400 Å = 1,24 мк
и частота
1= 2,42 × 1014Гц .
Области видимых лучей соответствует интервал длин волн примерно от 3900 Å (фиолетовая граница видимого спектра) до 7600 Å (красная граница). Между ними располагаются все цвета видимого спектра: фиолетовый (3900-4500 Å), синий (4500-4800 Å), голубой (4800-5100 Å), зеленый (5100-5700 Å), желтый (5700-850 Å), оранжевый (5850-6200 Å) и красный (6200-7600 Å). Указанные границы условны, и в действительности цвета излучения плавно переходят друг в друга.
Земная атмосфера прозрачна для радиоволн в диапазоне примерно от 1 см до 20 м. Волны короче 1 см, за исключением узких областей около 1 мм, 4,5 мм и 8 мм, полностью поглощаются нижними слоями земной атмосферы, а волны длиннее нескольких десятков метров отражаются и поглощаются самыми верхними ее слоями — ионосферой.