Определяне на разстоянията до най-близките звезди. Как да измерим разстоянието до звездите? Разстояние до звезда 20

На 22 февруари 2017 г. НАСА обяви, че около единичната звезда TRAPPIST-1 са открити 7 екзопланети. Три от тях са в диапазона на разстояния от звездата, където на планетата може да има течна вода, а водата е ключово условие за живот. Също така се съобщава, че тази звездна система се намира на разстояние 40 светлинни години от Земята.

Това съобщение предизвика много шум в медиите, дори на някои изглеждаше, че човечеството е на една крачка от изграждането на нови селища близо до нова звезда, но това не е така. Но 40 светлинни години са много, МНОГО са, твърде много километри, тоест това е чудовищно колосално разстояние!

От курса на физиката е известна третата космическа скорост - това е скоростта, която трябва да има едно тяло на повърхността на Земята, за да излезе извън пределите на Слънчевата система. Стойността на тази скорост е 16,65 km/s. Обикновените орбитални космически кораби стартират със скорост от 7,9 km / s и се въртят около Земята. По принцип скорост от 16-20 км/с е доста поносима за съвременните земни технологии, но не повече!

Човечеството все още не се е научило как да ускорява космически кораби по-бързо от 20 км/сек.

Нека изчислим колко години ще са необходими на звезден кораб, летящ със скорост 20 км/сек, за да преодолее 40 светлинни години и да достигне звездата TRAPPIST-1.
Една светлинна година е разстоянието, което лъч светлина изминава във вакуум, а скоростта на светлината е приблизително 300 000 км/сек.

Създаден от човека космически кораб лети със скорост 20 км/сек, което е 15 000 пъти по-бавно от скоростта на светлината. Такъв кораб ще преодолее 40 светлинни години за време равно на 40*15000=600000 години!

Земен кораб (със сегашното ниво на технология) ще лети до звездата TRAPPIST-1 след около 600 хиляди години! Хомо сапиенс съществува на Земята (според учените) само 35-40 хиляди години, а тук цели 600 хиляди години!

В близко бъдеще технологията няма да позволи на човек да стигне до звездата TRAPPIST-1. Дори обещаващи двигатели (йонни, фотонни, космически платна и др.), Които не са в земната реалност, може да се изчисли, че ускоряват кораба до скорост от 10 000 km / s, което означава, че времето за полет до системата TRAPPIST-1 ще бъде намален на 120 години. Това вече е повече или по-малко приемливо време за летене с помощта на окачена анимация или за няколко поколения мигранти, но днес всички тези двигатели са фантастични.

Дори най-близките звезди все още са твърде далеч от хората, твърде далеч, да не говорим за звездите на нашата Галактика или други галактики.

Диаметърът на нашата галактика Млечен път е приблизително 100 хиляди светлинни години, тоест пътят от край до край за съвременен земен кораб ще бъде 1,5 милиарда години! Науката предполага, че нашата Земя е на 4,5 милиарда години, а многоклетъчният живот е на около 2 милиарда години. Разстоянието до най-близката до нас галактика – мъглявината Андромеда – е 2,5 милиона светлинни години от Земята – какви чудовищни ​​разстояния!

Както можете да видите, от всички хора, живеещи днес, никой никога няма да стъпи на земята на планета близо до друга звезда.

Принципът на паралакса на прост пример.

Метод за определяне на разстоянието до звездите чрез измерване на ъгъла на видимо изместване (паралакс).

Томас Хендерсън, Василий Яковлевич Струве и Фридрих Бесел са първите, които измерват разстоянията до звездите по метода на паралакса.

Диаграма на разположението на звездите в радиус от 14 светлинни години от Слънцето. Включително Слънцето, има 32 известни звездни системи в този регион (Inductiveload / wikipedia.org).

Следващото откритие (30-те години на XIX век) е дефинирането на звездните паралакси. Учените отдавна подозират, че звездите могат да бъдат подобни на далечни слънца. Но това все още беше хипотеза и, бих казал, до този момент тя практически не се основаваше на нищо. Беше важно да се научим как директно да измерваме разстоянието до звездите. Как да направите това, хората разбраха дълго време. Земята се върти около Слънцето и ако например днес направите точна скица на звездното небе (през 19 век все още е било невъзможно да се направи снимка), изчакате половин година и нарисувате отново небето, ще забележи, че някои от звездите са се изместили спрямо други, далечни обекти. Причината е проста - сега гледаме звездите от противоположния край на земната орбита. Има изместване на близки обекти на фона на отдалечени. Това е абсолютно същото, както ако първо погледнем пръста с едното око, а след това с другото. Ще забележим, че пръстът се движи на фона на отдалечени обекти (или отдалечените обекти се движат спрямо пръста, в зависимост от това коя референтна система сме избрали). Тихо Брахе, най-добрият астроном-наблюдател от предтелескопичната ера, се опита да измери тези паралакси, но не ги намери. Всъщност той просто даде долна граница на разстоянието до звездите. Той каза, че звездите са поне на повече от един светлинен месец (въпреки че такъв термин, разбира се, все още не може да съществува). А през 30-те години на миналия век развитието на технологията за телескопично наблюдение направи възможно по-точното измерване на разстоянията до звездите. И не е изненадващо, че трима души наведнъж в различни части на земното кълбо направиха такива наблюдения за три различни звезди.

Томас Хендерсън е първият, който формално правилно измерва разстоянието до звездите. Той наблюдава Алфа Кентавър в южното полукълбо. Той имаше късмет, той почти случайно избра най-близката звезда от онези, които се виждат с просто око в южното полукълбо. Но Хендерсън вярваше, че му липсва точността на наблюденията, въпреки че получи правилната стойност. Грешките според него са големи и той не публикува веднага резултата си. Василий Яковлевич Струве наблюдава в Европа и избира ярката звезда на северното небе - Вега. Той също имаше късмет - можеше да избере например Арктур, който е много по-далеч. Струве определи разстоянието до Вега и дори публикува резултата (който, както се оказа по-късно, беше много близо до истината). Той обаче го уточни и промени няколко пъти и затова мнозина смятаха, че на този резултат не може да се вярва, тъй като самият автор постоянно го променя. Но Фридрих Бесел постъпи по различен начин. Той избра не ярка звезда, а такава, която се движи бързо по небето - 61 Cygnus (самото име казва, че вероятно не е много ярка). Звездите се движат леко една спрямо друга и, разбира се, колкото по-близо са звездите до нас, толкова по-забележим е този ефект. По същия начин, по който крайпътните стълбове мигат много бързо пред прозореца на влак, гората само бавно се измества и Слънцето всъщност стои неподвижно. През 1838 г. той публикува много надежден паралакс на звездата 61 Cygni и правилно измерва разстоянието. Тези измервания доказаха за първи път, че звездите са далечни слънца и стана ясно, че светимостта на всички тези обекти съответства на слънчевата стойност. Определянето на паралаксите за първите десетки звезди направи възможно изграждането на триизмерна карта на слънчевите квартали. И все пак, винаги е било много важно човек да прави карти. Това направи света да изглежда малко по-контролиран. Ето карта и вече чужда област не изглежда толкова мистериозна, вероятно там не живеят дракони, а просто някаква тъмна гора. Появата на измерването на разстоянията до звездите наистина направи най-близкото слънчево съседство от няколко светлинни години някак си може би по-приятелско.

Това е глава от стенен вестник, издаден от благотворителния проект „Накратко и ясно за най-интересното“. Кликнете върху миниатюрата на вестника по-долу и прочетете други статии по теми, които ви интересуват. Благодаря ти!

Материалът на броя беше любезно предоставен от Сергей Борисович Попов - астрофизик, доктор на физико-математическите науки, професор на Руската академия на науките, водещ научен сътрудник на Държавния астрономически институт. Щернберг от Московския държавен университет, носител на няколко престижни награди в областта на науката и образованието. Надяваме се, че запознаването с темата ще бъде полезно както за учениците, така и за родителите и учителите – особено сега, когато астрономията отново влезе в списъка на задължителните учебни предмети (Заповед № 506 на МОН от 7 юни 2017 г.) .

Всички стенни вестници, публикувани от нашия благотворителен проект „Накратко и ясно за най-интересното“, ви очакват на уебсайта на k-ya.rf. Също така има

Проксима Кентавър.

Ето един класически въпрос за запълване. Питай приятелите си Кое е най-близо до нас?“ и след това ги гледайте в списъка най-близките звезди. Може би Сириус? Алфа нещо там? Бетелгейзе? Отговорът е очевиден – така е; масивна топка от плазма, разположена на около 150 милиона километра от Земята. Нека изясним въпроса. Коя звезда е най-близо до Слънцето?

най-близката звезда

Вероятно сте чували това - третата най-ярка звезда в небето на разстояние само 4,37 светлинни години. Но Алфа Кентавърнито една звезда, това е система от три звезди. Първо, двойна звезда (двоична звезда) с общ център на тежестта и орбитален период от 80 години. Алфа Кентавър A е само малко по-масивна и по-ярка от Слънцето, докато Алфа Кентавър B е малко по-масивна от Слънцето. Има и трети компонент в тази система, мътно червено джудже Проксима Кентавър (Проксима Кентавър).

Проксима Кентавър- Ето какво е най-близката звезда до нашето слънце, разположен на разстояние само 4,24 светлинни години.

Проксима Кентавър.

Множествена звездна система Алфа Кентавърнамира се в съзвездието Кентавър, което се вижда само в южното полукълбо. За съжаление, дори и да видите тази система, няма да можете да видите Проксима Кентавър. Тази звезда е толкова слаба, че се нуждаете от достатъчно мощен телескоп, за да я видите.

Нека разберем мащаба на това колко далеч Проксима Кентавърот нас. Мисля за. се движи със скорост от почти 60 000 км / ч, най-бързо в. Той преодолява този път през 2015 г. за 9 години. Пътуваш толкова бързо, за да стигнеш Проксима Кентавър, New Horizons ще се нуждае от 78 000 светлинни години.

Проксима Кентавър е най-близката звезданад 32 000 светлинни години и ще държи този рекорд още 33 000 години. Тя ще се доближи най-близо до Слънцето след около 26 700 години, когато разстоянието от тази звезда до Земята ще бъде само 3,11 светлинни години. След 33 000 години ще бъде най-близката звезда Рос 248.

Какво ще кажете за северното полукълбо?

За тези от нас, които живеят в северното полукълбо, най-близката видима звезда е Звездата на Барнард, друго червено джудже в съзвездието Змиеносец (Змиеносец). За съжаление, подобно на Проксима Кентавър, звездата на Барнард е твърде слаба, за да се види с просто око.

Звездата на Барнард.

най-близката звезда, което можете да видите с невъоръжено око в северното полукълбо е Сириус (Alpha Canis Major). Сириус е два пъти по-голям по размер и маса от Слънцето и е най-ярката звезда в небето. Разположена на 8,6 светлинни години в съзвездието Голямо куче (Canis Major), тя е най-известната звезда, преследваща Орион в нощното небе през зимата.

Как астрономите измерват разстоянието до звездите?

Те използват метод, наречен. Нека направим малък експеримент. Дръжте едната си ръка протегната на дължина и поставете пръста си така, че някакъв далечен предмет да е наблизо. Сега последователно отваряйте и затваряйте всяко око. Забележете как изглежда, че пръстът ви подскача напред-назад, когато гледате с различни очи. Това е методът на паралакса.

Паралакс.

За да измерите разстоянието до звездите, можете да измерите ъгъла спрямо звездата по отношение на това, когато Земята е от едната страна на орбитата, да кажем лятото, след това 6 месеца по-късно, когато Земята се премести на противоположната страна на орбитата, и след това измерете ъгъла спрямо звездата в сравнение с който и да е отдалечен обект. Ако звездата е близо до нас, този ъгъл може да бъде измерен и разстоянието да се изчисли.

Наистина можете да измерите разстоянието по този начин близките звезди, но този метод работи само до 100 000 светлинни години.

20 най-близки звезди

Ето списък на 20-те най-близки звездни системи и техните разстояния в светлинни години. Някои от тях имат няколко звезди, но са част от една и съща система.

Според НАСА в радиус от 17 светлинни години от Слънцето има 45 звезди. Във Вселената има над 200 милиарда звезди. Някои от тях са толкова бледи, че е почти невъзможно да бъдат открити. Може би с новите технологии учените ще намерят звезди още по-близо до нас.

Заглавието на статията, която сте прочели „Най-близката звезда до слънцето“.

Със сигурност, след като сте чули в някакъв фантастичен екшън филм изразът а ла „20 до Татуин светлинни години“, мнозина зададоха основателни въпроси. Ще назова някои от тях:

Една година не е ли време?

Тогава какво е светлинна година?

Колко километра има?

Колко време ще отнеме светлинна годинакосмически кораб с Земята?

Реших да посветя днешната статия на обяснението на значението на тази мерна единица, сравнявайки я с нашите обичайни километри и демонстрирайки мащабите, които Вселена.

Виртуален състезател.

Представете си човек, в нарушение на всички правила, който се втурва по магистралата със скорост от 250 км / ч. За два часа той ще преодолее 500 км, а за четири - цели 1000. Освен ако, разбира се, не се разбие в процеса ...

Изглежда, че това е скоростта! Но за да обиколи целия свят (≈ 40 000 км), нашият ездач ще се нуждае от 40 пъти повече време. И това вече е 4 х 40 = 160 часа. Или почти цяла седмица непрекъснато каране!

Накрая обаче няма да кажем, че е изминал 40 000 000 метра. Тъй като мързелът винаги ни е принуждавал да измисляме и използваме по-кратки алтернативни мерни единици.

Лимит.

От училищен курс по физика всеки трябва да знае, че най-бързият ездач в вселена- светлина. За една секунда лъчът му покрива разстояние от приблизително 300 000 км, а земното кълбо, по този начин, ще обиколи за 0,134 секунди. Това е 4 298 507 пъти по-бързо от нашия виртуален състезател!

от Земятапреди Лунасветлината достига средно за 1,25 s, до слънценеговият лъч ще се втурне за малко повече от 8 минути.

Колосално, нали? Но съществуването на скорости, по-големи от скоростта на светлината, все още не е доказано. Ето защо научният свят реши, че би било логично космическите мащаби да се измерват в единици, които една радиовълна преминава през определени интервали от време (което в частност е светлината).

Разстояния.

По този начин, светлинна година- нищо повече от разстоянието, което един лъч светлина преодолява за една година. В междузвездни мащаби използването на единици за разстояние, по-малки от това, няма много смисъл. И все пак са. Ето техните приблизителни стойности:

1 светлинна секунда ≈ 300 000 км;

1 светлинна минута ≈ 18 000 000 км;

1 светлинен час ≈ 1 080 000 000 км;

1 светлинен ден ≈ 26 000 000 000 км;

1 светлинна седмица ≈ 181 000 000 000 км;

1 светлинен месец ≈ 790 000 000 000 км.

А сега, за да разберете откъде идват числата, нека изчислим на какво е равно едно светлинна година.

Има 365 дни в годината, 24 часа в денонощието, 60 минути в час и 60 секунди в минута. Така една година се състои от 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 секунди. Светлината изминава 300 000 км за една секунда. Следователно за една година неговият лъч ще покрие разстояние от 31 536 000 х 300 000 = 9 460 800 000 000 км.

Този номер гласи така: ДЕВЕТ ТРИЛИОНА ЧЕТИРИСТОТИН ШЕСТДЕСЕТ МИЛИАРДА ОСЕМСТОТИН МИЛИАНДАкилометри.

Разбира се, точната стойност светлинна годинамалко по-различно от изчисленото от нас. Но когато се описват разстояния до звезди в научно-популярни статии, по принцип не е необходима най-висока точност и сто или два милиона километра няма да играят специална роля тук.

Сега нека продължим нашите мисловни експерименти...

Везни.

Да приемем, че е модерно космически кораблиста слънчева системас трета космическа скорост (≈ 16,7 km/s). Първият светлинна годинатой ще преодолее след 18 000 години!

4,36 светлинни годинидо най-близката ни звездна система ( Алфа Кентавър, вижте изображението в началото) ще преодолее след около 78 хиляди години!

Нашите галактиката Млечен път, с диаметър приблизително 100 000 светлинни години, то ще премине след 1 милиард 780 милиона години.

И до най-близкия до нас галактики, космически кораббърза само след 36 милиарда години ...

Това са пайовете. Но на теория дори Вселенавъзникнали само преди 16 милиарда години ...

И накрая...

Можете да започнете да се чудите на космическия мащаб дори без да излизате отвъд него слънчева систематъй като той сам по себе си е много голям. Това беше показано много добре и ясно, например, от създателите на проекта Ако Луната бешесамо 1 пиксел (Ако луната беше само един пиксел): http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html.

С това може би ще завърша днешната статия. Всички ваши въпроси, коментари и желания са добре дошли в коментарите под него.

Поради годишното движение на Земята по нейната орбита, близките звезди се движат леко спрямо далечните „неподвижни“ звезди. За една година такава звезда описва малка елипса на небесната сфера, чиито размери са толкова по-малки, колкото по-далеч е звездата. В ъглова мярка голямата полуос на тази елипса е приблизително равна на максималния ъгъл, под който 1 AU се вижда от звездата. д. (главна ос на земната орбита), перпендикулярна на посоката на звездата. Този ъгъл (), наречен годишен или тригонометричен паралакс на звезда, равен на половината от нейното видимо изместване за година, служи за измерване на разстоянието до нея въз основа на тригонометрични отношения между страните и ъглите на триъгълника ESA, в който ъгълът и основата са известни - голямата полуос на земната орбита (виж фиг. 1).

Фигура 1. Определяне на разстоянието до звезда по метода на паралакса (A - звезда, Z - Земя, C - Слънце).

Разстояние r към звездата, определена от стойността на нейния тригонометричен паралакс, е равна на:

r = 206265""/ (a.u.),

където паралаксът се изразява в дъгови секунди.

За удобство при определяне на разстоянията до звездите с помощта на паралакси, астрономията използва специална единица за дължина - парсек (ps). Звезда на разстояние 1 ps има паралакс 1"". Съгласно горната формула, 1 ps \u003d 206265 a. д. = 3,086 10 18 cm.

Заедно с парсек се използва и друга специална единица за разстояние - светлинна година (т.е. разстоянието, което светлината изминава за 1 година), тя е равна на 0,307 ps, или 9,46 10 17 cm.

Най-близката до Слънчевата система звезда - червено джудже с 12-та величина Проксима Кентавър - има паралакс 0,762, т.е. разстоянието до нея е 1,31 ps (4,3 светлинни години).

Долната граница за измерване на тригонометричните паралакси е ~0,01"", така че те могат да се използват за измерване на разстояния, които не надвишават 100 ps с относителна грешка от 50%. (За разстояния до 20 ps относителната грешка не надвишава 10%.) Този метод досега е определил разстоянията до около 6000 звезди. Разстоянията до по-далечни звезди в астрономията се определят главно по фотометричния метод.

Таблица 1. Двадесет най-близки звезди.