Određivanje udaljenosti do najbližih zvijezda. Kako izmjeriti udaljenost do zvijezda? Udaljenost do zvijezde 20

Dana 22. veljače 2017. NASA je objavila da je oko jedne zvijezde TRAPPIST-1 pronađeno 7 egzoplaneta. Tri od njih su u rasponu udaljenosti od zvijezde gdje planet može imati tekuću vodu, a voda je ključni uvjet za život. Također se navodi da se ovaj zvjezdani sustav nalazi na udaljenosti od 40 svjetlosnih godina od Zemlje.

Ova poruka digla je veliku buku u medijima, čak se nekima činilo da je čovječanstvo na korak od izgradnje novih naselja u blizini nove zvijezde, ali nije tako. Ali 40 svjetlosnih godina je puno, to je PUNO, to je previše kilometara, odnosno ovo je monstruozno kolosalna udaljenost!

Iz kolegija fizike poznata je treća kozmička brzina - to je brzina koju tijelo mora imati na površini Zemlje da bi izašlo izvan Sunčevog sustava. Vrijednost ove brzine je 16,65 km/s. Obične svemirske letjelice kreću se brzinom od 7,9 km/s i okreću se oko Zemlje. U principu, brzina od 16-20 km/s sasvim je prihvatljiva za suvremene zemaljske tehnologije, ali ne više!

Čovječanstvo još nije naučilo kako ubrzati svemirske brodove brže od 20 km/s.

Izračunajmo koliko će godina trebati zvjezdanom brodu koji leti brzinom od 20 km/s da prevlada 40 svjetlosnih godina i stigne do zvijezde TRAPPIST-1.
Jedna svjetlosna godina je udaljenost koju snop svjetlosti prijeđe u vakuumu, a brzina svjetlosti je približno 300 000 km/s.

Svemirska letjelica koju je napravio čovjek leti brzinom od 20 km/s, odnosno 15 000 puta sporije od brzine svjetlosti. Takav brod će prevaliti 40 svjetlosnih godina u vremenu jednakom 40*15000=600000 godina!

Zemaljski brod (sa sadašnjom razinom tehnologije) doletjet će do zvijezde TRAPPIST-1 za oko 600 tisuća godina! Homo sapiens postoji na Zemlji (prema znanstvenicima) tek 35-40 tisuća godina, a kod nas čak 600 tisuća godina!

U bliskoj budućnosti tehnologija neće dopustiti osobi da dosegne zvijezdu TRAPPIST-1. Čak i obećavajući motori (ionski, fotonski, svemirska jedra, itd.), koji nisu u zemaljskoj stvarnosti, mogu se procijeniti da ubrzaju brod do brzine od 10 000 km / s, što znači da vrijeme leta do sustava TRAPPIST-1 smanjit će se na 120 godina. To je već koliko-toliko prihvatljivo vrijeme za letenje uz pomoć suspendirane animacije ili za nekoliko generacija migranata, ali danas su svi ti motori fantastični.

Čak su i najbliže zvijezde još uvijek predaleko od ljudi, predaleko, a da ne govorimo o zvijezdama naše Galaksije ili drugih galaksija.

Promjer naše galaksije Mliječni put je otprilike 100 tisuća svjetlosnih godina, odnosno put od kraja do kraja za moderni zemaljski brod bit će 1,5 milijardi godina! Znanost sugerira da je naša Zemlja stara 4,5 milijardi godina, a višestanični život star je oko 2 milijarde godina. Udaljenost do nama najbliže galaksije - Andromedine maglice - je 2,5 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje - kakve li čudovišne udaljenosti!

Kao što vidite, od svih ljudi koji danas žive, nitko nikada neće kročiti na Zemlju planeta blizu druge zvijezde.

Princip paralakse na jednostavnom primjeru.

Metoda za određivanje udaljenosti do zvijezda mjerenjem kuta prividnog pomaka (paralaksa).

Thomas Henderson, Vasily Yakovlevich Struve i Friedrich Bessel prvi su mjerili udaljenosti do zvijezda metodom paralakse.

Dijagram rasporeda zvijezda u polumjeru od 14 svjetlosnih godina od Sunca. Uključujući Sunce, postoje 32 poznata zvjezdana sustava u ovoj regiji (Inductiveload / wikipedia.org).

Sljedeće otkriće (30-ih godina XIX. stoljeća) je definicija zvjezdanih paralaksa. Znanstvenici već dugo sumnjaju da bi zvijezde mogle biti slične dalekim suncima. No, to je još uvijek bila hipoteza i, rekao bih, do tog trenutka praktički nije bila utemeljena ni na čemu. Bilo je važno naučiti kako izravno mjeriti udaljenost do zvijezda. Kako to učiniti, ljudi su razumjeli dugo vremena. Zemlja se okreće oko Sunca i ako, primjerice, danas napravite točnu skicu zvjezdanog neba (u 19. stoljeću još je bilo nemoguće fotografirati), pričekate pola godine i ponovno nacrtate nebo, primijetit će da su se neke od zvijezda pomaknule u odnosu na druge, udaljene objekte. Razlog je jednostavan - sada gledamo zvijezde sa suprotnog ruba Zemljine orbite. Postoji pomicanje bliskih objekata u odnosu na pozadinu udaljenih. To je potpuno isto kao da prst prvo pogledamo jednim, a zatim drugim okom. Primijetit ćemo da se prst pomiče u pozadini udaljenih predmeta (ili se udaljeni objekti pomiču u odnosu na prst, ovisno o tome koji referentni okvir odaberemo). Tycho Brahe, najbolji astronom promatrač predteleskopske ere, pokušao je izmjeriti te paralakse, ali ih nije pronašao. Zapravo, on je jednostavno dao donju granicu udaljenosti do zvijezda. Rekao je da su zvijezde udaljene barem više od jednog svjetlosnog mjeseca (iako takav pojam, naravno, još nije mogao postojati). A 1930-ih, razvoj tehnologije teleskopskog promatranja omogućio je točnije mjerenje udaljenosti do zvijezda. I nije iznenađujuće da su tri osobe odjednom u različitim dijelovima svijeta napravile takva promatranja za tri različite zvijezde.

Thomas Henderson prvi je formalno ispravno izmjerio udaljenost do zvijezda. Promatrao je Alpha Centauri na južnoj hemisferi. Imao je sreće, gotovo je slučajno odabrao najbližu zvijezdu od onih koje su vidljive golim okom na južnoj hemisferi. Ali Henderson je vjerovao da mu nedostaje točnost opažanja, iako je dobio točnu vrijednost. Pogreške su, po njegovom mišljenju, bile velike, a svoj rezultat nije odmah objavio. Vasilij Jakovljevič Struve promatrao je u Europi i odabrao sjajnu zvijezdu sjevernog neba - Vegu. Imao je i sreće - mogao je izabrati, primjerice, Arkturus, koji je mnogo dalje. Struve je odredio udaljenost do Vege i čak objavio rezultat (koji je, kako se kasnije pokazalo, bio vrlo blizu istini). Međutim, on ga je nekoliko puta precizirao i mijenjao, pa su mnogi smatrali da se ovom rezultatu ne može vjerovati, jer ga sam autor stalno mijenja. Ali Friedrich Bessel je postupio drugačije. Nije izabrao sjajnu zvijezdu, već onu koja se brzo kreće nebom - 61 Cygnus (sam naziv govori da vjerojatno nije jako sjajna). Zvijezde se neznatno pomiču jedna u odnosu na drugu i, naravno, što su nam zvijezde bliže, to je taj učinak vidljiviji. Na isti način na koji stupovi uz cestu vrlo brzo zatrepere izvan prozora u vlaku, šuma se samo polako pomiče, a Sunce zapravo stoji. Godine 1838. objavio je vrlo pouzdanu paralaksu zvijezde 61 Cygni i ispravno izmjerio udaljenost. Ta su mjerenja po prvi put dokazala da su zvijezde udaljena sunca i postalo je jasno da sjaj svih tih objekata odgovara solarnoj vrijednosti. Određivanje paralaksa za prve desetke zvijezda omogućilo je konstruiranje trodimenzionalne karte solarnih susjedstava. Ipak, oduvijek je za čovjeka bilo vrlo važno graditi karte. Zbog toga se svijet činio malo kontroliranijim. Evo karte, a već strano područje ne izgleda tako tajanstveno, vjerojatno tamo ne žive zmajevi, već samo neka vrsta tamne šume. Pojava mjerenja udaljenosti do zvijezda doista je najbližu sunčevu okolinu od nekoliko svjetlosnih godina učinila nekako, možda, prijateljskom.

Ovo je poglavlje iz zidnih novina koje izdaje humanitarni projekt „Kratko i jasno o najzanimljivijem“. Kliknite na novinsku sličicu ispod i pročitajte ostale članke o temama koje vas zanimaju. Hvala vam!

Materijal izdanja ljubazno je ustupio Sergej Borisovič Popov - astrofizičar, doktor fizičkih i matematičkih znanosti, profesor Ruske akademije znanosti, vodeći istraživač Državnog astronomskog instituta. Sternberg s Moskovskog državnog sveučilišta, dobitnik nekoliko prestižnih nagrada u području znanosti i obrazovanja. Nadamo se da će upoznavanje s problematikom biti od koristi i školarcima, roditeljima i učiteljima – posebice sada kada je astronomija ponovno ušla u popis obveznih školskih predmeta (Naredba MZO br. 506 od 7. lipnja 2017.) .

Sve zidne novine koje je objavio naš dobrotvorni projekt "Kratko i jasno o najzanimljivijem" čekaju vas na web stranici k-ya.rf. Postoje također

Proxima Centauri.

Evo klasičnog pitanja za zatrpavanje. Pitaj prijatelje Koji nam je najbliži?" i zatim ih gledajte na popisu najbliže zvijezde. Možda Sirius? Alpha ima nešto? Betelgeuse? Odgovor je očigledan – jest; masivnu kuglu plazme koja se nalazi oko 150 milijuna kilometara od Zemlje. Razjasnimo pitanje. Koja je zvijezda najbliža Suncu?

najbliža zvijezda

Vjerojatno ste to čuli - treća najsjajnija zvijezda na nebu na udaljenosti od samo 4,37 svjetlosnih godina. Ali Alpha Centauri ne jedna zvijezda, to je sustav od tri zvijezde. Prvo, dvojna zvijezda (dvojna zvijezda) sa zajedničkim težištem i orbitalnim periodom od 80 godina. Alpha Centauri A je tek nešto masivniji i svjetliji od Sunca, dok je Alpha Centauri B nešto manje masivan od Sunca. U ovom sustavu postoji i treća komponenta, tamni crveni patuljak Proksima Kentaura (Proxima Centauri).

Proxima Centauri- To je ono što je zvijezda najbliža našem suncu, koji se nalazi na udaljenosti od samo 4,24 svjetlosne godine.

Proxima Centauri.

Sustav s više zvijezda Alpha Centauri nalazi se u zviježđu Kentaur, koje je vidljivo samo na južnoj hemisferi. Nažalost, čak i ako vidite ovaj sustav, nećete moći vidjeti Proxima Centauri. Ova je zvijezda toliko mutna da vam je potreban dovoljno snažan teleskop da je vidite.

Saznajmo koliko je daleko Proxima Centauri od nas. Misli o. kreće se brzinom od gotovo 60.000 km/h, najbrže u. Ovaj put je 2015. prevalio 9 godina. Putujete tako brzo da stignete Proxima Centauri, New Horizons će trebati 78.000 svjetlosnih godina.

Proxima Centauri je najbliža zvijezda preko 32.000 svjetlosnih godina, i držat će ovaj rekord još 33.000 godina. Najbliže Suncu će se približiti za oko 26.700 godina, kada će udaljenost od ove zvijezde do Zemlje biti samo 3,11 svjetlosnih godina. Za 33 000 godina bit će najbliža zvijezda Ross 248.

Što je sa sjevernom hemisferom?

Za nas koji živimo na sjevernoj hemisferi, najbliža vidljiva zvijezda je Barnardova zvijezda, još jedan crveni patuljak u zviježđu Zmijonoša (Ophiuchus). Nažalost, kao i Proxima Centauri, Barnardova zvijezda je preslaba da bi se vidjela golim okom.

Barnardova zvijezda.

najbliža zvijezda, koji možete vidjeti golim okom na sjevernoj hemisferi je Sirijus (Alpha Canis Major). Sirius je dvaput veći i masivniji od Sunca i najsjajnija je zvijezda na nebu. Smještena 8,6 svjetlosnih godina u zviježđu Velikog psa (Canis Major), najpoznatija je zvijezda koja juri za Orionom na noćnom nebu tijekom zime.

Kako su astronomi mjerili udaljenost do zvijezda?

Koriste metodu tzv. Napravimo mali eksperiment. Držite ispruženu jednu ruku i postavite prst tako da je neki udaljeni predmet u blizini. Sada naizmjenično otvarajte i zatvarajte svako oko. Primijetite kako se čini da vaš prst skače naprijed-natrag kada gledate drugim očima. Ovo je metoda paralakse.

Paralaksa.

Da biste izmjerili udaljenost do zvijezda, možete izmjeriti kut prema zvijezdi s obzirom na to kada je Zemlja na jednoj strani orbite, recimo ljeto, zatim 6 mjeseci kasnije, kada se Zemlja pomakne na suprotnu stranu orbite, a zatim izmjeriti kut prema zvijezdi u odnosu na koji neki udaljeni objekt. Ako nam je zvijezda blizu, taj se kut može izmjeriti i izračunati udaljenost.

Na ovaj način stvarno možete izmjeriti udaljenost obližnje zvijezde, ali ova metoda radi samo do 100 000 svjetlosnih godina.

20 najbližih zvijezda

Ovdje je popis 20 najbližih zvjezdanih sustava i njihove udaljenosti u svjetlosnim godinama. Neki od njih imaju nekoliko zvjezdica, ali su dio istog sustava.

Prema NASA-i, postoji 45 zvijezda u radijusu od 17 svjetlosnih godina od Sunca. U svemiru postoji preko 200 milijardi zvijezda. Neki od njih su toliko mutni da ih je gotovo nemoguće otkriti. Možda će s novim tehnologijama znanstvenici pronaći zvijezde još bliže nama.

Naslov članka koji ste pročitali "Zvijezda najbliža Suncu".

Sigurno, čuvši u nekom fantastičnom akcijskom filmu izraz a la „20 do Tatooinea svjetlosnih godina“, postavljali su mnogi opravdana pitanja. Navest ću neke od njih:

Nije li godina vrijeme?

Što je onda svjetlosna godina?

Koliko kilometara ima?

Koliko će to trajati svjetlosna godina svemirski brod sa Zemlja?

Odlučio sam današnji članak posvetiti objašnjavanju značenja ove mjerne jedinice, uspoređujući je s našim uobičajenim kilometrima i demonstrirajući skale koje Svemir.

Virtualni trkač.

Zamislite osobu koja, kršeći sva pravila, juri autocestom brzinom od 250 km / h. Za dva sata prevalit će 500 km, a za četiri - čak 1000. Osim, naravno, ako se pritom ne sruši ...

Čini se da je to brzina! Ali da bi oplovio cijeli svijet (≈ 40 000 km), našem će jahaču trebati 40 puta više vremena. A ovo je već 4 x 40 = 160 sati. Ili gotovo cijeli tjedan neprekidne vožnje!

Na kraju ipak nećemo reći da je prešao 40.000.000 metara. Budući da nas je lijenost uvijek tjerala da izmišljamo i koristimo kraće alternativne mjerne jedinice.

Ograničiti.

Iz školskog tečaja fizike svatko bi trebao znati da je najbrži jahač u svemir- svjetlo. U jednoj sekundi njegov snop prijeđe udaljenost od približno 300.000 km, a globus će, dakle, obići za 0,134 sekunde. To je 4.298.507 puta brže od našeg virtualnog trkača!

Iz Zemlja prije Mjesec svjetlost doseže u prosjeku za 1,25 s, do Sunce njegov će snop projuriti za nešto više od 8 minuta.

Kolosalno, zar ne? Ali postojanje brzina većih od brzine svjetlosti još nije dokazano. Stoga je znanstveni svijet zaključio da bi bilo logično mjeriti kozmičke razmjere u jedinicama koje radio val prijeđe u određenim vremenskim intervalima (što svjetlost, posebice, jest).

Udaljenosti.

Na ovaj način, svjetlosna godina- ništa više od udaljenosti koju zraka svjetlosti prijeđe u jednoj godini. Na međuzvjezdanim ljestvicama korištenje jedinica udaljenosti manjih od ove nema previše smisla. A ipak jesu. Evo njihovih približnih vrijednosti:

1 svjetlosna sekunda ≈ 300 000 km;

1 svjetlosna minuta ≈ 18 000 000 km;

1 svjetlosni sat ≈ 1 080 000 000 km;

1 svjetlosni dan ≈ 26 000 000 000 km;

1 svjetlosni tjedan ≈ 181 000 000 000 km;

1 svjetlosni mjesec ≈ 790 000 000 000 km.

A sada, da biste shvatili odakle dolaze brojevi, izračunajmo čemu je jedan jednak svjetlosna godina.

Postoji 365 dana u godini, 24 sata u danu, 60 minuta u satu i 60 sekundi u minuti. Dakle, godina se sastoji od 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 sekundi. Svjetlost prijeđe 300 000 km u jednoj sekundi. Prema tome, za godinu dana njegov će snop preći udaljenost od 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km.

Ovaj broj glasi ovako: DEVET TRILIJUNA ČETIRISTO ŠEZDESET MILIJARDI OSAMSTO MILIJUNA kilometara.

Naravno, točna vrijednost svjetlosna godina nešto drugačije od onoga što smo izračunali. Ali kada se opisuju udaljenosti do zvijezda u popularnoznanstvenim člancima, u načelu nije potrebna najveća točnost, a sto ili dva milijuna kilometara ovdje neće igrati posebnu ulogu.

Sada nastavimo naše misaone eksperimente...

Vage.

Pretpostavimo moderno svemirski brod ostavlja Sunčev sustav s trećom svemirskom brzinom (≈ 16,7 km/s). Prvi svjetlosna godina on će pobijediti za 18 000 godina!

4,36 svjetlosnih godina do našeg najbližeg zvjezdanog sustava ( Alpha Centauri, pogledajte sliku na početku) nadvladat će za oko 78 tisuća godina!

Naše galaksija Mliječni put, s promjerom od približno 100.000 svjetlosnih godina, prijeći će za 1 milijardu 780 milijuna godina.

I to nama najbližem galaksije, svemirski brod juri tek nakon 36 milijardi godina...

Ovo su pite. Ali čak i u teoriji Svemir nastao prije samo 16 milijardi godina ...

I konačno...

Možete se početi pitati kozmičkim razmjerima čak i bez odlaska dalje Sunčev sustav jer je sama po sebi vrlo velika. To su vrlo dobro i jasno pokazali, primjerice, kreatori projekta Kad bi Mjesec biosamo 1 piksel (Kad bi mjesec bio samo jedan piksel): http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html.

Na ovome ću možda dovršiti današnji članak. Sva vaša pitanja, komentari i želje dobrodošli su u komentarima ispod njega.

Zbog godišnjeg kretanja Zemlje u njenoj orbiti, obližnje zvijezde malo se pomiču u odnosu na udaljene "fiksne" zvijezde. Godinu dana takva zvijezda opisuje malu elipsu na nebeskoj sferi čije su dimenzije to manje što je zvijezda udaljenija. U kutnoj mjeri, velika poluos ove elipse približno je jednaka najvećem kutu pod kojim je 1 AJ vidljiva sa zvijezde. e. (velika os zemljine orbite), okomito na smjer zvijezde. Taj kut (), koji se naziva godišnja ili trigonometrijska paralaksa zvijezde, jednak polovici njenog prividnog pomaka godišnje, služi za mjerenje udaljenosti do nje na temelju trigonometrijskih odnosa između stranica i kutova ESA trokuta, u kojem poznati su kut i baza - velika poluos Zemljine orbite (vidi sl. 1).

Slika 1. Određivanje udaljenosti zvijezde metodom paralakse (A - zvijezda, Z - Zemlja, C - Sunce).

Udaljenost r prema zvijezdi, određena vrijednošću njezine trigonometrijske paralakse, jednaka je:

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

gdje je paralaksa izražena u lučnim sekundama.

Za praktičnost određivanja udaljenosti do zvijezda pomoću paralaksa, astronomija koristi posebnu jedinicu za duljinu - parsek (ps). Zvijezda na udaljenosti od 1 ps ima paralaksu od 1"". Prema gornjoj formuli, 1 ps \u003d 206265 a. e. = 3,086 10 18 cm.

Uz parsek koristi se još jedna posebna jedinica udaljenosti - svjetlosna godina (tj. udaljenost koju svjetlost prijeđe u 1 godini), jednaka je 0,307 ps, odnosno 9,46 10 17 cm.

Zvijezda najbliža Sunčevom sustavu - crveni patuljak 12. magnitude Proxima Centauri - ima paralaksu od 0,762, tj. udaljenost do njega je 1,31 ps (4,3 svjetlosne godine).

Donja granica za mjerenje trigonometrijskih paralaksa je ~0,01"", tako da se mogu koristiti za mjerenje udaljenosti koje ne prelaze 100 ps s relativnom greškom od 50%. (Za udaljenosti do 20 ps, ​​relativna pogreška ne prelazi 10%.) Ovom metodom do sada su utvrđene udaljenosti do oko 6000 zvijezda. Udaljenosti do udaljenijih zvijezda u astronomiji se određuju uglavnom fotometrijskom metodom.

Tablica 1. Dvadeset najbližih zvijezda.