Млечный Путь, 21 век, No 4(45), 2023

Видимый размер. Насколько большим он выглядит? Мы можем измерить только угловой размер объекта - обычно в малых долях градуса. Луна, например, имеет угловой размер около 30 угловых минут, или полградуса. Некоторые объекты могут иметь разные относительные размеры, поскольку они расположены на разных расстояниях от Земли. Вот почему видимый размер не обязательно совпадает с фактическим физическим размером. Например, многие из удивительных изображений, недавно полученных с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, показывают галактики разных видимых размеров. Действительно ли большие галактики больше или они просто ближе к нам? Изображение тысяч галактик разных форм, цветов и размеров на черном фоне. Галактики, полученные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, имеют разные размеры. Это может быть связано с различиями в физическом размере или разницей в расстоянии от нас. Итак, просто глядя на изображение, мы измеряем видимый размер.

Галактики также имеют разные формы (круглые, эллиптические, вытянутые), но это могут быть различия в ориентации из-за того, что мы видим с нашей точки зрения здесь, на Земле.

Видимая форма. Какую форму имеет объект с нашей точки зрения? Мы можем идентифицировать формы, глядя на изображения далеких небесных объектов - некоторые галактики выглядят как спирали, звезды - как крошечные точки, туманности - как тонкие облака - но мы можем наблюдать эти объекты только с нашей точки зрения здесь, на Земле. На изображении галактик выше некоторые выглядят спиралевидными, другие круглыми, а некоторые вытянутыми и тонкими. Галактика, которая с нашей точки зрения выглядит округлой, на самом деле может быть галактикой с плоским диском, которую мы видим лицом к лицу.

Видимое положение на небе. Чтобы определить местонахождение небесных объектов, мы измеряем их относительное угловое расстояние и применяем систему координат, аналогичную земной широте и долготе, проецируемой на небо. Объекты в небе могут быть разделены на много градусов, и мы можем измерить эти видимые положения с поразительной точностью. Угловые размеры и расстояния менее десяти тысячных градуса являются обычным явлением.

Мы можем напрямую измерять свойства волн, собранные с помощью инструментов на телескопах и других объектах здесь, на Земле, или которые мы запустили в космос. Свойства световой волны включают частоту (количество волн, проходящих в секунду), длину волны и амплитуду волны (интенсивность). Наши глаза воспринимают различия в частоте или длине волны как различия в цвете. За последние несколько лет мы также научились обнаруживать гравитационные волны.

Примеры частиц, которые мы непосредственно наблюдаем, включают электроны, а также нейтрино - почти безмассовые и меньшие по размеру, чем электроны, - которые испускаются во время очень высокоэнергетических процессов, таких как ядерные реакции в ядрах Солнца и других звезд или во время звездных взрывов. Мы также наблюдаем взаимодействие высокоэнергетических электронов, протонов и альфа-частиц - ядер атомов гелия - с атмосферой Земли. Эти частицы, также называемые космическими лучами, испускаются астрономическими объектами во время высокоэнергетических процессов.

Вот и все. За исключением гравитационных волн и частиц высокой энергии, которые требуют более сложных средств обнаружения, каждый может провести эти измерения с помощью телескопа скромного размера у себя во дворе. Конечно, несмотря на язвительное название этого эссе, мы знаем физическую природу небесных объектов, таких как звезды и галактики; у нас есть способы перейти от этих семи обыденных измерений к этим интересным физическим свойствам.

В начале недавнего вводного курса астрономии я поставил перед своими студентами задачу: перечислить физические свойства звезд, которые позволяют нам полностью определить звезду, отличить ее от других астрономических объектов и сравнить ее с другими звездами.

Вот список, который они создали: температура, светимость (сколько световой энергии звезда излучает с течением времени), размер, масса, химический состав, возраст и расстояние от Земли.

Все, что мы знаем о звездах, основано на измерениях видимых свойств. Начнем с температуры. Поскольку у нас нет космического термометра, мы определяем температуру, измеряя видимую яркость объекта в различных видимых цветах и сравнивая их друг с другом, а также с аналогичными измерениями светящихся объектов на Земле - например, нитей лампочки, температуру которых мы можем измерить напрямую. Плотные объекты, которые светятся ярче в красном свете, холоднее, чем объекты, которые светятся ярче в синем свете. Используя спектр - звездный свет, рассеянный в радуге видимых цветов - мы можем еще точнее определить звездную температуру. Хотите узнать температуру звезды? Измерьте его видимый цвет.