Меню

Что такое базис измерения звезды



Параллактическое смещение и определение расстояний до Небесных светил

Для определения расстояний до небесных светил используется явление параллактического смещения. Параллактическое смещение есть кажущееся угловое смещение предмета, вызванное перемещением наблюдателя.

Поясним это примером. Если вы посмотрите одним глазом на свой палец на фоне стены, то увидите его на фоне стены в определенном направлении. Если теперь вы посмотрите на палец другим глазом, то увидите его уже в другом направлении: он будет виден на фоне стены в другом ее месте.

Расстояние по прямой линии между теми двумя точками, из которых наблюдатель определяет направление к предмету, называется базисом. Легко убедиться на опыте, что параллактическое смещение увеличивается с увеличением базиса и с уменьшением расстояния до наблюдаемого предмета. В приведенном выше примере базисом является расстояние между глазами наблюдателя.

Зная длину базиса и измерив углы между ним и направлениями к предмету от концов базиса, можно определить расстояние до предмета вычислением, не прибегая к измерению расстояния непосредственно. Этой возможностью широко пользуются при земляных работах или в военном деле, а в астрономии — для определения расстояния до небесных тел.

Пусть, например, надо определить расстояние АВ до дерева А (Рисунок 25), находящегося на другом берегу реки. Для этой цели выберем точку С на берегу так, чтобы отрезок ВС служил базисом, длину которого можно было бы измерить удобно и точно. Затем при помощи угломерного инструмента, находясь в точке В, мы измеряем угол ABC, для чего наводим инструмент сначала на предмет, а потом на точку С (где обычно вбивают колышек).

Рисунок 25 — Измерение расстояния до недоступного предмета.

Затем переносим наш инструмент в точку С и точно так же измеряем угол АСВ. У нас получается треугольник, в котором известны одна сторона (длина базиса ВС) и два прилежащих к ней угла. В таком случае либо построением, либо (точнее) тригонометрически можно вычислить длину двух других сторон — ВА и СА, то есть расстояние до предмета.

Заметим еще, что на рисунке 25 параллактическое смещение представляется углом DC А, равным углу между СА (направлением к предмету А от точки С) и CD (направлением, параллельным направлению В А к предмету из точки В).

Параллаксом называется угол, под которым от предмета виден базис наблюдателя. На рисунке 25 параллаксом будет угол ВАС.

Параллакс и параллактическое смещение равны. При данном расстоянии увеличение базиса увеличивает точность измерения параллакса, а следовательно, повышает точность определения этого расстояния.

Основным способом определения расстояний до небесных светил является определение их параллаксов. Однако для тел солнечной системы и для тел, лежащих далеко за ее пределами, базис берется разным. Для тел солнечной системы, сравнительно близких к нам, например, для Солнца, Луны и планет, достаточным базисом является радиус Земли.

Горизонтальным параллаксом называется угол, под которым со светила виден радиус Земли, перпендикулярный к лучу зрения (на Рисунок 26 угол ASB).

Если два наблюдателя, для одного из которых светило находится на горизонте, а для другого — в зените, одновременно наблюдают это светило, то угол между этими направлениями (то есть параллактическое смещение светила) и есть горизонтальный параллакс этого светила.

При определении горизонтального параллакса Луны, Солнца или планет надо, чтобы два наблюдателя одновременно наблюдали светило из точек А и В (Рисунок 26). В действительности, однако, наблюдателям приходится располагаться иначе, и тогда вычисление параллакса из наблюдений усложняется.

Недавно для определения расстояний до Луны и планет был применен новый способ, разработанный советскими учеными. Этот способ состоит в том, что определяется время, в течение которого радиоволна, посланная к Луне, дойдет до нее и, отразившись, вернется обратно. Результат оказывается в полном согласии с расстоянием, выводимым из астрономического определения параллакса Луны и других планет.

Если параллакс светила измерен, то расстояние до него D находится простым вычислением.

Из рисунка 26 видно, что D =R/sin(p), где R — принятый базис (АС), а p — горизонтальный параллакс (угол ASC). Приняв R — радиус Земли — за единицу, мы получим расстояние до светила D, выраженное в радиусах Земли.

Рисунок 26 — Горизонтальный параллакс светила.

Вот важнейшие параллаксы и соответствующие им расстояния: средний горизонтальный параллакс Луны 57′, среднее расстояние от Земли 384 000 км (округленно 400 000 км), горизонтальный параллакс Солнца 8″, 80, расстояние от Земли 149 500 000 км (округленно 150 млн. км).

Для измерения параллаксов светил, лежащих далеко за пределами солнечной системы, то есть для звезд, радиус и диаметр Земли в качестве базиса слишком малы. Для звезд за базис берут радиус земной орбиты (астрономическую единицу), но для подавляющего большинства звезд и этот базис оказывается ничтожным, так как они очень далеки от нас.

Читайте также:  Единицы измерения миллион миллиард триллион

Годичным параллаксом называется угол, под которым со светила виден средний радиус земной орбиты при условии перпендикулярности его к лучу зрения.

Источник

Как определяют расстояние до звезд: методы и формулы

Расстояния до удаленных небесных объектов, например, звезд, недоступны для прямого измерения. Их вычисляют, опираясь на измеряемые параметры этих объектов, такие как блеск звезды или периодическое изменение ее координат. В настоящее время разработано несколько методов вычисления звездных расстояний, и каждый из них имеет свои границы применимости. Рассмотрим подробнее, как ученые определяют расстояние до звезд.

Использование параллакса

Параллаксом называют смещение наблюдаемого объекта относительно удаленного фона при изменении положения наблюдателя. Зная расстояние между точками наблюдения (базис параллакса) и величину углового смещения объекта, несложно рассчитать расстояние до него. Чем меньше величина смещения, тем дальше находится объект. Межзвездные расстояния огромны, и, чтобы увеличить угол, используют максимально большой базис – для этого измеряют положение звезды в противоположных точках земной орбиты. Этот метод называется звездным годичным параллаксом.

Теперь легко понять, как измеряют расстояние до звезд методом годичного параллакса. Оно вычисляется как одна из сторон треугольника, образованного наблюдателем, Солнцем и удаленной звездой, и равно r = a/sin p, где: r – расстояние до звезды, а – расстояние от Земли до Солнца и p – годичный параллакс звезды. Поскольку параллаксы всех звезд меньше 1 угловой секунды (1’’), синус малого угла можно заменить величиной самого угла в радианной мере: sin p ≈ p’’/206265. Тогда получаем: r = a∙206265/p’’, или, в астрономических единицах, r = 206265/p’’.

Единицы межзвездных расстояний

Понятно, что полученная формула неудобна, как и выражение колоссальных расстояний в километрах или астрономических единицах. Поэтому в качестве общепринятой единицы в звездной астрономии принят парсек («параллакс-секунда»; сокращенно – пк). Это расстояние до звезды, годичный параллакс которой равен 1 секунде. В этом случае формула принимает простой и удобный вид: r = 1/p пк.

Один парсек равен 206265 астрономических единиц или приблизительно 30,8 триллионов километров. В популярной литературе и статьях часто используется такая единица, как световой год – расстояние, которое за год проходят в вакууме электромагнитные волны, не испытывая влияния гравитационных полей. Один световой год равен около 9,5 триллиона километров, или 0,3 парсека. Соответственно, один парсек составляет приблизительно 3,26 светового года.

Точность параллактического метода

Точность измерения параллакса в наземных условиях в настоящее время позволяет определение расстояний до звезд не более 200 парсек. Дальнейшее повышение точности достигается путем наблюдений с использованием космических телескопов.

Так, европейский спутник «Гиппарх» (HIPPARCOS, был запущен в 1989 году) позволил, во-первых, увеличить это расстояние до 1000 пк, а во-вторых, существенно уточнить уже известные звездные расстояния. Европейский же спутник «Гайя», или «Гея» (Gaia, запущен в 2013 году), повысил точность измерений еще в на два порядка. С помощью данных «Гайя» астрономы как определяют расстояние до звезд в радиусе 40 килопарсек, так и надеются открыть новые экзопланеты. Космический телескоп им. Хаббла достигает сопоставимой с «Гайя» точности. Вероятно, она близка к предельной для оптических измерений.

Несмотря на это ограничение, тригонометрический годичный параллакс служит калибровочной основой для других методов определения расстояний до звезд.

Фотометрия. Понятие звездной величины

Фотометрия в астрономии занимается измерением интенсивности испускаемого небесным объектом электромагнитного излучения, в том числе и в оптическом диапазоне. На основе фотометрических параметров различными методами определяют расстояние как до звезд, так и до иных удаленных объектов, например, галактик. Одним из основных понятий, используемых в фотометрических методах, является звездная величина, или блеск (обозначается индексом m ).

Видимая, или относительная (для оптического диапазона — визуальная) звездная величина измеряется непосредственно по яркости звезды и имеет шкалу, в которой возрастание величины характеризует падение яркости (так сложилось исторически). Например, Солнце имеет видимую звездную величину –26,7 m , Сириус имеет величину –1,46 m , а ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра – величину +11,05 m .

Абсолютная звездная величина – вычисляемый параметр. Он соответствует видимой звездной величине звезды, если бы эта звезда находилась на расстоянии 10 пк. Этот параметр связывает блеск объекта с расстоянием до него. У приведенных в качестве примера звезд абсолютная величина составляет: у Солнца +4,8 m , у Сириуса +1,4 m , у Проксимы +15,5 m . Расстояние этих звезд соответственно 0,000005, 2,64 и 1,30 парсека. Они различаются по очень важному астрофизическому параметру – светимости.

Спектры и светимость звезд

Астрономы называют светимостью L полную энергию, излучаемую звездой (либо другим объектом) в единицу времени, то есть мощность звезды. Светимость может быть выражена через абсолютную звездную величину, однако, в отличие от нее, не зависит от расстояния.

Читайте также:  Измерение рыночной власти монополии факторы монопольной власти

По спектру излучения, отражающему в первую очередь температуру (от нее зависит цвет), звезды подразделяются на несколько спектральных классов. Звезды одного спектрального класса характеризуются, как правило, одинаковой светимостью (здесь есть исключения, но они выявляются по особенностям спектра). Зависимость «спектр – светимость» (или «цвет – звездная величина») отображена на так называемой Диаграмме Герцшпрунга – Рассела.

Эта диаграмма дает возможность по спектральным классам звезд оценивать их абсолютные величины. А поскольку абсолютная величина связана несложным соотношением с расстоянием и с видимой, наблюдаемой величиной, далее нам уже ясно, как определяют расстояние до звезд. Формула имеет следующий вид: lg r = 0,2(m – M)+1. Здесь r – расстояние, m – видимая звездная величина и M – абсолютная величина. Точность такого метода невелика, но позволяет сделать оценку расстояния.

Стандартные свечи в астрономии

Существуют звезды, светимость которых характеризуется однозначным соответствием определенному физическому параметру. Благодаря этому астрономы с хорошей точностью по закону обратных квадратов определяют расстояние до звезд как функцию падения блеска. Чем меньше видимая величина такой звезды, тем дальше расположена сама звезда. К подобным объектам относятся, например, цефеиды и сверхновые типа Ia.

Цефеиды – переменные звезды, светимость которых строго связана с периодом пульсаций. Измерив блеск и период такой звезды, легко вычислить расстояние до нее. Цефеиды – очень яркие звезды. Современные телескопы способны разрешать цефеиды в других галактиках и таким образом установить расстояние до галактики.

Сверхновые типа Ia представляют собой взрывы определенного типа звезд в тесных двойных системах. Взрыв происходит при достижении звездой некоторого критического значения массы и всегда имеет одинаковую светимость и характер спада блеска, что также позволяет вычислить расстояние. Яркость сверхновых бывает сопоставима с яркостью целой галактики, поэтому с их помощью астрономы могут оценивать расстояния на очень больших, космологических масштабах – порядка миллиардов парсек.

Дальше всех

О самой близкой к нам звезде – Проксиме Центавра – знают многие. А вот какая из известных ныне звезд расположена дальше всех?

Самая дальняя звезда, принадлежащая к нашей Галактике, обнаружена не так давно. Она находится за пределами спирального диска Млечного Пути, на внешней границе галактического гало, на расстоянии около 122 700 пк, или 400 000 световых лет, в созвездии Весов. Это красный гигант 18-звездной величины. Конечно, известны и более далекие звезды, однако трудно установить точно их принадлежность к нашей Галактике.

Ну, а какая звезда из всех известных во Вселенной наиболее удалена от нас? Она имеет романтическое имя MACS J1149+2223 Lensed Star-1, или просто LS1, и расположена в 9 миллиардах световых лет. Ее обнаружение – это астрономическая удача, поскольку увидеть звезду на таком расстоянии оказалось возможно лишь благодаря событию гравитационного микролинзирования в далекой галактике, в свою очередь линзируемой более близким скоплением галактик. При этом использовался иной метод вычисления расстояния – по космологическому красному смещению. Этим способом определяют расстояния до самых удаленных объектов Вселенной, которые невозможно разрешить на отдельные звезды. И LS1 – один из самых удивительных и красивых примеров того, как определяют расстояния до звезд астрономы.

Источник

Как определить расстояние до звёзд

Смотря на мерцающее ночное небо, нам кажется, что расстояние до звёзд не такое уж большое. А сами они малюсенькие точки во Вселенной. Однако это лишь видимость. По правде говоря, маленькими светила не назовёшь, а дистанция между нами, как громадная пропасть. Кроме того, расстояние между самими звездами также неимоверно огромное. Разумеется, для нашего понимания, но не для космического пространства.
Что интересно, в древние времена люди считали, что все небесные тела одинаково удалены друг от друга. Но благодаря изучению космоса, со временем, взгляды изменились.

звёзды в космосе

В чём измеряется расстояние между звездами

Действительно, интересно какими единицами астрономы измеряют расстояние до звезд?
На самом деле, расстояние до звезд, как и до любых других космических тел, измеряется не в привычных нам километрах, а в световых годах или парсеках.
Световой год подразумевает пройденное световым лучом расстояние за один год, при условии, что его скорость равна 300 тысяч км в секунду. Только представьте, один световой год соответствует 9,5 миллионам миллионов километров. Очевидно, что применение метров и километров при определении дистанций между звездами и расстоянии от Земли до них, очень-очень сложно и проблематично.
Хотя часто степень удалённости астрономических объектов настолько велик, что использование световых лет также неудобно. Поэтому для сокращения используют такую единицу измерения как парсек. Он равняется 3,26 светового года. Помимо этого, за единицу измерения могут использовать мегапарсек, который в один миллион раз больше обычного (то есть составляет 3 260 000 световых лет).

Читайте также:  Как измерить скорость пули хронограф

Летящая звезда

Методы и способы определения расстояния до звезд

Всегда и во всём человек ищет свойства, характеристики и отличительные черты. На сегодняшний день, мы способны рассчитать любой отрезок, применяя практические и теоретические приёмы.
А вот как определяют расстояние до звезд? Для этого чаще всего используют метод параллакса.
Параллакс — это изменение видимого положения объекта в отношении удалённого фона, которое напрямую зависит от положения наблюдателя.
В случае определения расстояния до звезд, наблюдение проводят с двух сторон от Солнца на протяжении 6 месяцев друг от друга. В результате полученное смещение светила даёт возможность оценивать дистанцию до него.
Что интересно, если бы звёздное тело было бы удалено от нашей планеты на 3,26 световых года или на 1 парсек, то его параллакс составлял бы 1 секунду дуги. Но, наверное, к счастью, нет ни одного настолько близко расположенного звёздного тела к нам.

расстояние до звезды

Другие способы определения расстояния до звёзд

Конечно, существуют и другие подходы. Так, например, определить расстояние до звезд можно с помощью фотометрического метода. При нём измеряют освещённость, которая возникает одинаковыми по силе и мощности источниками. Именно полученное значение освещённости обратно пропорциональна квадратам до удалённости тел друг от друга.
Помимо этого, определение расстояний до звезд возможно методом анализа спектра объектов. Для этого проводится исследование химического состава и физических характеристик, а также изучение спектров тела.

Итак, мы узнали в каких единицах измеряется и как определяют расстояние до звёзд.
Как известно, Солнце является самой близкой к нам звездой. Поэтому часто путь к нему указывают в км (149,6 млн км), что в переводе на световые года равно 8,3 световой минуте.
Как вы понимаете, расстояние между звездами и планетами нашей Солнечной системы имеет внушительные показатели. Например, степень удалённости планеты Плутон от Земли равна приблизительно 5 световым часам, а следующее близлежащее к нам светило (Проксима Центавра) располагается на расстоянии 4,2 световых года.

Проксима Центавра (одна из самых маленьких звёзд)

Представляете, сколько уже известно и доступно для нас, а сколько ещё предстоит узнать про нашу Вселенную!

Источник

Определение расстояния до звезд

Любое расстояние на Земле легко измерить, используя обычную рулетку. Но вот как астрономам удается вычислить расстояние до звезд, расположенных в сотнях тысяч световых годах от нас? И даже до тех, что находятся на краю Вселенной?

Методы определения расстояния до звезд

Годичный параллакс

Объекты в нашей галактике . Метод годичного параллакса или параллактическое смещение заключается в построении обычного треугольника между звездой, Землей и Солнцем. Этот метод берет свое начало в геодезии и называется триангуляцией.

Точки А и В — это положения орбиты Земли зимой и летом. В этих точках звезда будет занимать различные положения на небе это и есть параллактическое смещение. Зная расстояние между точками А и Б (базис), угол, на который смещается звезда (параллактическое смещение), остальные 2 угла треугольника, и основы тригонометрии, можно рассчитать расстояние до звезды.

Подобное используют и наши глаза для определения расстояния до объектов. Если вы посмотрите на палец вытянутой руки и будете попеременно прикрывать глаза, то вы заметите что он перемещается то в право, то в лево — это и есть параллакс .

Этот способ определения расстояния до звезд используется для объектов, находящихся только в нашей галактике. Для более далеких используются другие методы.

Цефеиды маяки Вселенной

Расстояние до других галактик . Если вам на встречу едет автомобиль с включенными фарами, то зная их яркость можно судить о расстоянии до него. Чем автомобиль дальше, тем ниже яркость и наоборот.

В ночном небе аналогом фар могут служить цефеиды. Одной из наиболее известных является Полярная звезда. Эти маяки вселенной обладают стандартной яркостью или, как ее называют, светимостью. Их светимость астрономы определяют по периоду переменности блеска. Изменение блеска цефеиды происходит каждые несколько дней. Чем больше период изменений, тем больше мощность излучения.

Найдя цефеиду в нашей галактике, нужно сделать 2 вещи: первое — рассчитать расстояние до нее с помощью годичного параллакса, 2 — измерить период изменения блеска. Далее достаточно найти такую же цефеиду с таким же периодом блеска в другой галактике и определить ее яркость.

Так блеск цефеид позволяет измерять расстояния до галактик, в которых они находятся. Вот почему цефеиды называют маяками Вселенной.

Взрыв сверхновой звезды

Расстояние до края Вселенной . Самые далекие галактики можно определить по светимости сверхновых. Яркости такой звезды достаточно, чтобы мы ее смогли увидеть и измерить. Такие звезды помогли определить границу Вселенной и с какой скоростью она расширяется.

Источник