Публикация материалов

Темы исследований

Наш баннер

Мы будем благодарны, если Вы установите наш баннер!
Баннер нашего сайта
Код баннера:
<a href="http://obuchonok.ru/" target="_blank"> <img src="http://obuchonok.ru/banners/banob2.gif" width="88" height="31" alt="Обучонок. Обучающие программы и исследовательские работы учащихся"></a>
Все баннеры...
Исследовательская работа: 
Говорит Вселенная

Астрономическая обсерватория

Изучая космическое пространство с Земли, люди сначала невооруженным глазом, затем с помощью оптических приборов, радиотелескопов просматривали и прослушивали Вселенную. Космонавтика позволила вынести астрономическую технику в космос и освободить астрономов от их извечного противника - воздушной оболочки нашей планеты, затрудняющей наблюдения светил и задерживающей основную массу информации о природе Вселенной.


Астрономические исследования проводятся в научных институтах, университетах и обсерваториях. Пулковская обсерватория под Ленинградом (рис. 1) существует с 1839 г. и знаменита составлением точнейших звездных каталогов. Ее в прошлом веке называли астрономической столицей мира. В ходе развития науки в нашей стране было построено много других обсерваторий.

Обсерватории обычно специализируются на проведении определенных видов астрономических исследований. В связи с этим они оснащены различными типами телескопов и других приборов, которые предназначены, например, для определения точного положения звезд на небе, для изучения Солнца или решения других научных задач.

Часто для изучения небесных объектов их фотографируют при помощи телескопов, предназначенных специально для этих целей. Положения звезд на полученных негативах измеряют при помощи соответствующих приборов в лаборатории. Хранящиеся на обсерватории негативы образуют "стеклянную фототеку".

Исследуя астрономические фотографии, можно измерить медленные перемещения сравнительно близких звезд на фоне более далеких, увидеть на негативе изображения очень слабых объектов, измерить величину потоков излучения от звезд, планет и других космических объектов. Для высокоточных измерений энергии световых потоков используют фотоэлектрические фотометры.

В них свет от звезды, собираемый объективом телескопа, направляется на светочувствительный слой электронного вакуумного прибора - фотоумножителя, в котором возникает слабый ток, усиливаемый и регистрируемый специальными электронными приборами. Пропуская свет через специально подобранные различные светофильтры, астрономы количественно и с большой точностью оценивают цвет объекта.


Радиотелескопы Радиотелескоп является разновидностью телескопа и применяется для исследования электромагнитного излучения объектов. Он позволяет изучать электромагнитное излучение астрономических объектов в диапазоне несущих частот от десятков МГц до десятков ГГц. С помощью радиотелескопа ученые могут принять собственное радиоизлучения объекта и, основываясь на полученных данных, исследовать его характеристики, такие как: координаты источников, пространственная структура, интенсивность излучения, а также спектр и поляризация.

Антенны некоторых радиотелескопов похожи на обычные рефлекторы. Они собирают радиоволны в фокусе металлического вогнутого зеркала. Это зеркало можно сделать решетчатым (рис. 13) и громадных размеров - диаметром в десятки метров.

Радиотелескоп РАТАН-600 находится в специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук. Этот гигант с рефлекторным зеркалом 576 метров расположен в Карачаево-Черкесии, недалеко от станицы Зеленчукская. Общая площадь кольца параболического рефлектора - 20400 м2

Радиотелескоп РАТАН-600 работает в диапазоне радиоволн 0,8-50 см.

Другие радиотелескопы представляют собой огромные подвижные рамы, на которых параллельно друг другу укреплены металлические стержни или зеркала, спирали. Приходящие радиоволны возбуждают в них электромагнитные колебания, которые после усиления поступают в очень чувствительную приемную радиоаппаратуру для регистрации радиоизлучения объекта.

Есть радиотелескопы, состоящие из системы отдельных антенн, удаленных друг от друга (иногда на многие сотни километров), при помощи которых производятся одновременные наблюдения космического радиоисточника. Такой способ позволяет узнать структуру исследуемого радиоисточника и измерить его угловой размер, даже если он во много раз меньше одной угловой секунды.

Крупнейший южноафриканский радиотелескоп MeerKat запустили в тестовом режиме на четверть мощности 2016 году.

В первый сеанс работы этого радиотелескопа открыто 1230 новых галактик!

Даже при работе в четверть мощности (16 из 64 антенн) южноафриканский радиотелескоп MeerKat показал свою феноменальную силу. На первом опубликованном снимке видно примерно 1300 галактик в крохотном уголке звёздного неба, где до этого момента было известно только 70 галактик.

Когда все 64 антенны войдут в строй, радиотелескоп MeerKat войдёт в состав глобального радиоинтерферометра SKA (Square Kilometre Array) с приёмными антеннами, разнесёнными на расстояния более 3000 км от концентрированного центрального ядра.

MeerKat в ЮАР - один из двух крупных кластеров SKA, второй кластер будет размещён в Австралии и Новой Зеландии. Изначально эти страны боролись за право размещения радиоинтерферометра, но в марте 2012 года организаторы проекта решили, что лучше всего среднечастотные антенны MeerKAT разместить в ЮАР, а низкочастотные антенны — в ЮАР и Новой Зеландии.

В обоих случаях для размещения оборудования выбрана местность вдали от крупных населённых пунктов, чтобы максимально уменьшить электромагнитные помехи от вещательных радиостанций, телевидения, радаров и др. Решётка MeerKAT установлена поблизости посёлка Карнарвон, в 600 километрах к северу от Кейптауна.

Дополнительные антенны SKA планируется разместить ещё в восьми африканских странах. Всего же в проекте «Квадратная километровая решётка» участвует около 100 научных организаций из 19 стран.

Это большой международный проект с общим бюджетом около $2,5 млрд. Правительство ЮАР, несмотря на трудности в экономике, выделило на него $205 млн. Огромная «виртуальная антенна» SKA состоит из 3000 параболических антенн и 2 миллионов дипольных антенн.

Она будет иметь чувствительность в десятки или сотни раз выше, чем любой другой существующий радиотелескоп.

Для первого тестового сеанса работы радиотелескопа MeerKat был выбран относительно пустынный участок неба, в котором раньше наблюдалось 70 галактик. Этот маленький фрагмент покрывает всего 0,01% от общей площади ночного неба.


На двух фрагментах справа видны галактики с массивными чёрными дырами в центре; в левом нижнем углу - галактика на расстоянии примерно в 200 млн световых лет с гигантским облаком водорода.

Радиотелескоп даже с 16 из 64 антенн выдал потрясающую «картинку», на которой отмечены около 1300 разнообразных галактик. Высокое разрешение телескопа позволило даже детально рассмотреть некоторые из них. По центру отдельных галактик зарегистрированы сверхмассивные чёрные дыры, на присутствие которых указывают пучки плазмы на около световых скоростях и специфическая форма галактик.

галактика

Увеличенный фрагмент примерно 10% изображения, на нём видно более 200 астрономических объектов (светлые точки). Ранее в этом районе было известно только 5 объектов (обведены фиолетовым).

Увеличенный фрагмент примерно 1% изображения, на нём изображён объект "Fanaroff-Riley Class 2" (FR2): сверхмассивная чёрная дыра в центре поглощает материю и выплёвывает часть её в виде тонких пучков плазмы, разогнанной до околосветовых скоростей (яркая точка в центре).

Решение астрономических задач

Решение задачи по определению периода обращения космического корабля-спутника «Восток-2» вокруг Земли на основе данных, полученных при изучении Космоса

ЗАДАЧА: Определитьпериод обращения (Ти.с.) космического корабля-спутника «Восток-2» вокруг Земли. При условии, что минимальное удаление от поверхности Земли космического корабля-спутника «Восток-2» составляло hmin =183 км, а максимальное удаление hmax= 244 км.

астрономия

На рисунке 20 изображена орбита искусственного спутника Земли. Орбита искусственного спутника Земли представляет собой эллипс (утверждение, основанное на первом законе Кеплера).

Найдем большую полуось орбиты спутника «Восток-2» (Rи.с.), считая, что радиус Земли Rз = 6370 км:

Rи.с. = (hmax + hmin)/2 + Rз =6583,5 км.

Зная размер большой полуоси орбиты естественного спутника Земли Луны (Rл = 390370 км) и период обращения Луны вокруг Земли (Тл=709 час.), на основании 3 закона Кеплера вычислим период обращения искусственного спутника вокруг Земли:

знак 1/знак 2. =знак 3/знак 4 Отсюда: Ти.с =знак 5 =87, 8 мин.


Период обращения космического корабля-спутника «Восток-2» вокруг Земли равен 87,8 минут.

Заключение

Изучение Космоса позволяет узнать больше о прошлом нашей Вселенной, а это позволяет предвидеть будущее Земли. Освоение Космоса - это такая деятельность, которая имеет вполне четкую цель - получение новых знаний, навыков и методов для познания окружающего мира.

...Всё, что мы можем исследовать, - мы должны исследовать.

Уже большее 500 научных коллективов из 45 стран мира забронировали слоты для научных измерений с помощью MeerKat с 2017 по 2022 годы.

Старт наблюдений планируется на 2019 год, а выход на полную мощность - к 2024 году.

Самый большой радиотелескоп в мире поможет проверить положения общей теории относительности, собрать данные об эволюции Вселенной и тёмной материи и многое другое.

Список утверждённых научных проектов для изучения на MeerKAT включает в себя:

  • детектирование гравитационной радиации (проект Radio Pulsar Timing);
  • изучение нейтрального водорода на ранних этапах формирования Вселенной (проект LADUMA — Looking at the Distant Universe with the MeerKAT Array);
  • поиск первых светоизлучающих объектов во Вселенной на ранних этапах её развития (проект MESMER — MeerKAT Search for Molecules in the Epoch of Re-ionisation);
  • изучение возможных изменений значения фундаментальных констант в ранней Вселенной (проект MeerKAT Absorption Line Survey);
  • изучение разных видов галактик и их формирования (проект MHONGOOSE — MeerKAT HI Оbservations of Nearby Galactic Objects: Observing Southern Emitters);
  • исследование новых и экзотических пульсаров (проект TRAPUM — Transients and Pulsars with MeerKAT)
  • тщательное изучение Скопления Печи — второго по количеству членов скопления галактик в пределах 100 миллионов световых лет (проект MeerKAT HI Survey of the Fornax Cluster);
  • изучение галактической структуры и динамики, распределения ионизированного газа, линий рекомбинации, межзвёздного молекулярного газа и мазеров (проект MeerGAL — MeerKAT High Frequency Galactic Plane Survey);
  • глубокое длительное изучение самых ранних радиогалактик (проект MIGHTEE — MeerKAT International GigaHertz Tiered Extragalactic Exploration Survey);
  • регистрацию мощных радиоимпульсов, в том числе гамма-всплесков, рентгеновских двойных систем и сверхновых (проект ThunderKAT — The Hunt for Dynamic and Explosive Radio Transients with MeerKAT).

Популяризация знаний о космосе в молодежной среде - это объективная необходимость современного общества.

Россия в целом нуждается в подготовке высококвалифицированных специалистов для работы по освоению космического пространства.

Список используемой литературы

  1. Радиолокационная астрономия В. А. Котельников, Г. М. Петров. Наука и человечество, М., Знание, 1982.
  2. Краус Дж. Д. Радиоастрономия. М., 1973;
  3. Пахольчик А. Г. Радиоастрофизика. М., 1973;
  4. Товмасян Г. М. Внегалактические источники радиоизлучения. М., 1986;
  5. Кисляков А. Г., Разин В. А., Цейтлин Н. М. Введение в радиоастрономию. Н. Новгород; М., 1995.
  6. Малов И. Ф. Радиопульсары. М., 2004; Астрономия: век XXI / Под редакцией В. Г. Сурдина. Фрязино, 2007.
  7. «Библиотека по астрономии и космонавтике" Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов,
  8. Говорит Вселенная. Радиоастрономия..Янв.04, 2014 г. Рубрика: Изучение космоса, Инструменты науки, Радиоизлучения.

Партнеры и статистика