ЕМПІРИЧНЕ ВІДКРИТТЯ РОЗШИРЕННЯ ВСЕСВІТУ

Як відомо, кожен хімічний елемент має свій індивідуальний спектр поглинання і випромінювання в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній областях спектру. Можна сказати, що спектр електромагнітного випромінювання є «візитною карткою» даного елемента в атомарному або ионизованном станах. Цією обставиною і користуються в земних лабораторіях для якісного і кількісного спектрального аналізу речовин.

Якщо джерело випромінювання рухається по відношенню до спостерігача з його спектрографом, то вступає в дію ефект Доплера. Він полягає в тому, що частота і довжина хвилі реєстрованого випромінювання залежить від величини відносини швидкості руху джерела випромінювання до фазової швидкості хвилі.

Для електромагнітних випромінювань фазова швидкість в вакуумі дорівнює швидкості світла, і формула Доплера має вигляд

де v * - частота лінії випромінювання, що реєструється в разі рухомого джерела;

v 0 - частота лінії випромінювання в разі нерухомого джерела; V - швидкість руху джерела по відношенню до приймача; з - швидкість світла.

У формулі (47) значення швидкості V вважають позитивною величиною в разі видалення джерела від приймача, в протилежному випадку - негативною. У першому випадку частота зменшується, а довжина хвилі збільшується і положення лінії випромінювання зміщується в довгохвильову область, ближче до червоної межі видимого спектру. Саме в цьому випадку говорять про «червоному» зміщенні всіх ліній в спектрі випромінювання. Коли В. Слейфср і пізніше Е. Хаббл вимірювали зміщення положень ліній в спектрах інших галактик, вони в більшості випадків спостерігали червоне зміщення.

Якщо ми спостерігаємо обертову галактику «з ребра», то з одного краю зірки і газ віддаляються від нас, з протилежного краю речовина галактики наближається до нас. В результаті цього кожна спектральна лінія розширюється як в сторону низьких частот, так і в бік високих. Тому повне розширення лінії дозволяє розрахувати значення максимальної орбітальної швидкості речовини в галактиці (на додаток до інформації про швидкість видалення галактики в цілому). Значення максимальної орбітальної швидкості легко визначити, використовуючи формулу (47) і знаючи величину різниці частот v | і v 2 (рис. 74). Червоне зміщення і розширення ліній в спектрі галактики

Мал. 74. Червоне зміщення і розширення ліній в спектрі галактики

Е. Хаббл розробив методику визначення відстаней до далеких галактик і зіставив величини червоних зміщень (пропорційних швидкості видалення) з величиною відстані до даної галактики. У 1929 р він опублікував результати порівняння даних для багатьох галактик, з яких випливало, що чим далі розташована галактика, тим більше величина червоного зсуву ліній в її спектрі (рис. 75).

Залежність швидкості видалення галактики від відстані до неї

Мал. 75. Залежність швидкості видалення галактики від відстані до неї

Фізично це означало, що існує пряма пропорційна залежність між відстанню до галактики і швидкістю її віддалення від нашої Галактики. Тут швидкість виражена в метрах за секунду (м / с), а відстань - в одиницях виміру традиційних для астрономії, тобто в мегапарсек (Мпс). Для перекладу в більш звичну метричну систему заходів можна використовувати наступні співвідношення між астрономічними одиницями:

  • 1 Мпс = 3,26 св. м,
  • 1 св. м = 9,5-10 15 м.

Деяке відхилення від лінійної залежності, що спостерігається для ряду близьких галактик, пов'язане з їх рухом в рамках Місцевого надскупчення або Місцевої групи галактик, про який говорилося вище.

Відкритий Хабблом закон можна записати у вигляді

де V - швидкість видалення галактики;

R - відстань до даної галактики;

Н - постійна Хаббла.

Кут нахилу графіка залежності V (R) дозволяє оцінити величину постійної Хаббла. За сучасними даними, чисельне значення Н лежить в інтервалі від 68 до 70 км / (с-Мпс).

Публікуючи статтю, Е. Хаббл вважав, що його дані узгоджуються із загальноприйнятою в той час становищем про стаціонарності Всесвіту. І навіть багато пізніше він не визнав, що його відкриття привело до революційної ломки багатьох колишніх уявлень.

Найголовніше полягає в тому, що взаємне розбігання галактик свідчить про розширення всього видимого об'єму Всесвіту. Щоб пояснити фізичну ситуацію, розглянемо механічну аналогію. Припустимо, Ви маєте гумову стрічку з нанесеними на неї сантиметровими поділками. Притисніть початок стрічки до столу і почніть розтягувати стрічку за інший кінець. При розтягуванні стрічки вдвічі за один і той же час відстань між першою і другою мітками зросте на 1 см, третя мітка просунеться від першої на 2 см, четверта - на 3 см і так далі (рис. 76).

Розтягнення еластичною стрічки з рівномірними поділами

Мал. 76. Розтягнення еластичною стрічки з рівномірними поділами

Очевидно, що чим далі від початку стрічки знаходиться мітка, тим більше буде її швидкість по відношенню до обраної першої. Адже за визначенням швидкість дорівнює відстані, яку проходить за цей час. При цьому буде виконуватися лінійна залежність швидкості від початкового відстані до точки спостереження.

Іншою аналогією, мабуть, краще відповідної суті, може бути «досвід» з родзинками в рівномірно піднімається тесті. У міру його розширення відстань між родзинками (мітками) буде лінійно зростати. Неважливо, яку з родзинок прийняти за початок координат, результат буде одним і тим же.

Іноді кажуть, що Ніколо Коперник «зрушив з місця Землю», маючи на увазі революційну зміну гсоцснтрістской точки зору на нову, геліоцентрістскую. Едвін Хаббл "зрушив з місця» Всесвіт!

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >