Чем вызвано красное смещение кратко

Обновлено: 30.06.2024

В астрономии красное смещение - это изменение положения идентифицированных спектральных линий в спектре излучения и поглощения астрономических объектов в направлении больших длин волн . Красное смещение определяется как отношение изменения длины волны к исходной длине волны:

Название относится к красному свету в длинноволновом конце видимого спектра . При инфракрасном излучении спектральные линии соответственно смещаются в направлении еще более длинноволнового терагерцового излучения. Сдвиг в сторону более коротких волн называется синим сдвигом .

Красное смещение определяется путем сравнения известных атомных и молекулярных спектров со значениями, измеренными с помощью спектроскопии , т. Е. ЧАС. после анализа спектральных линий излучения или поглощения в звездном свете, например водорода.

Эффект также важен в молекулярной спектроскопии , где фотоны с меньшей энергией возникают после упругого рассеяния с передачей энергии .

причины

Причины красного смещения могут быть:

Относительное движение источника и наблюдателя ( эффект Доплера )
Различные гравитационные потенциалы источника и наблюдателя (теория относительности)
Расширяющаяся Вселенная между источником и наблюдателем ( космология )
Стоксов сдвиг при передаче дискретных количеств энергии между фотонами и молекулами при комбинационном рассеянии света

Первые три из этих причин более подробно описаны ниже.

Красное и синее смещение из-за относительного движения

Красный и синий сдвиг термины из спектроскопии , в которых спектральные линии из атомных ядер , атомов и имеют молекул исследованные. Они могут происходить при поглощении или излучении , в зависимости от того, поглощается или излучается энергия . Электромагнитное излучение обменивается энергией в виде фотонов, поэтому она квантуется . Расположение спектральных линий в спектре зависит не только от деталей квантового перехода, но также от состояния движения источника излучения относительно наблюдателя ( эффект Доплера ) и от кривизны пространства-времени .

Если вы находитесь в системе покоя излучателя (относительная нулевая скорость между излучателем и наблюдателем), вы измеряете спектральную линию на длине волны покоя. Однако теперь также может происходить относительное движение между источником излучения и детектором . Важна только составляющая скорости, указывающая в направлении детектора. Эта составляющая называется лучевой скоростью . Его величина - это относительная скорость между излучателем и наблюдателем. Электромагнитное излучение движется со скоростью света как во время излучения , так и во время поглощения , независимо от того, насколько быстро источник и цель движутся относительно друг друга.

Если источник излучения удаляется от наблюдателя, спектральная линия смещается в сторону больших красных длин волн. Вал, так сказать, раздвинут. Это называется красным смещением. Если источник излучения движется к наблюдателю, спектральная линия смещается в сторону меньших длин волн. Это просто синий сдвиг, потому что линия сдвинута в синюю часть спектра. Можно ясно представить, как сжимается электромагнитная волна.

Весь атомный и молекулярный мир находится в движении благодаря термодинамике . При конечной температуре эти радиаторы слегка перемещаются в исходном положении. Следовательно, спектральные линии имеют естественную ширину из-за движения атомов и молекул, потому что они всегда немного перемещаются вперед и назад относительно детектора. Физики называют это явление тепловым доплеровским уширением . Следовательно, остальная длина волны не является произвольно резкой. Это не может быть из-за неопределенности Гейзенберга в квантовой теории .

Специальная теория относительности дает следующее соотношение (со скоростью света ) , для отношений между радиальной скорости V и доплеровского сдвига г : c

На малых скоростях ( ) это соотношение можно приблизительно представить как. v / c ≪ 1 z ≈ v / c

Гравитационное красное и синее смещение

Гравитационное красное смещение или гравитационное красное смещение в контексте общей теории относительности является увеличением длины волны для излучаемого света, то есть, свет , который отходит от центра тяжести. Гравитационное синее смещение или гравитационное синее смещение противоположен эффект укорочения длины волны для падающего света, то есть для света , который двигается в направлении центра тяжести.

Гравитационное красное смещение является прямым следствием гравитационного замедления времени . Строго говоря, это не следствие общей теории относительности, но уже следует из специальной теории относительности и принципа эквивалентности общей теории относительности . Свет, который излучается источником света с заданной частотой вверх (то есть от центра тяжести), измеряется там с более низкой частотой. Это, в частности, означает, что в случае светового сигнала с определенным количеством колебаний временной интервал между началом и концом сигнала на приемнике больше, чем на передатчике. Это можно понять через гравитационное замедление времени.

Из-за гравитационного замедления времени интервал времени между началом и концом световой волны тем больше, чем дальше вы продвигаетесь в гравитационном поле, потому что время течет все быстрее и быстрее. Это означает, что волна измеряется все длиннее и длиннее, когда она движется вверх. Следовательно, расстояние между отдельными гребнями волн должно все больше и больше увеличиваться, чтобы свет казался все более длинноволновым, то есть с меньшей энергией.

Гравитационное красное смещение было предсказано Эйнштейном еще в 1911 году, еще до завершения общей теории относительности, и уже может быть выведено из закона сохранения энергии, так что его экспериментальное подтверждение является необходимой предпосылкой для справедливости общей теории относительности. но с другой стороны это не очень значимо. Красное смещение на белом карликовой Sirius B был обнаружен с помощью W. S. Adams в 1925 году . Измерение гравитационного красного смещения у белых карликов трудно отличить от красного смещения из-за их собственного движения, а точность ограничена. В 1960 году Роберт Паунд и Глен Ребка использовали эффект Мёссбауэра, чтобы продемонстрировать гравитационное красное смещение излучения гамма-источника в гравитационном поле Земли на разнице высот всего 25 м с достаточной точностью ( эксперимент Паунда-Ребки ). Более поздние усовершенствования (эксперимент Паунд-Ребка-Снайдер) достигли точности около 1,5%. Гравитационное красное смещение было также продемонстрировано для Солнца и Сатурна с помощью космических аппаратов . Запланированный спутник OPTIS должен проверить гравитационное красное смещение с точностью 10 −5 в дополнение к другим тестам по специальной и общей теории относительности . В 2018 году было обнаружено гравитационное красное смещение звезды S2 при ее максимальном приближении к черной дыре в Стрельце А в центре Млечного Пути.

Развитие атомных часов позволило напрямую измерить влияние силы тяжести на время. В принципе, это измерение является разновидностью доказательства гравитационного красного смещения. В 1971 году Йозеф Хафеле и Ричард Китинг ( эксперимент Хафеле-Китинга ) с цезиевыми часами в самолетах ясно продемонстрировали разницу в скорости хода часов, вызванную гравитацией на разных высотах, согласно общей теории относительности с точностью около 10%. Подобный эксперимент Ч. Элли ( эксперимент в Мэриленде ) увеличил точность до 1% в 1976 г. Роберт Весот и Мартин Левин опубликовали результаты аналогичного эксперимента с использованием ракет в 1979 году и дали точность 0,02%. В сегодняшней спутниковой навигационной системе GPS необходимо учитывать поправки в соответствии со специальной и общей теорией относительности, с преобладающими эффектами общей теории относительности. И наоборот, это также можно рассматривать как подтверждение этих теорий.

Гравитационное красное смещение различных небесных объектов для наблюдателя на бесконечности

Планета / звезда	Красное смещение	звезда	Красное смещение
земля	7,0 · 10 −10	Naos	6,2 · 10 −6
Юпитер	2,0 · 10 −8	Сириус Б.	2,4 · 10 −4
Мира	6,4 · 10 −9	BPM 37093	8,0 · 10 −4
Бетельгейзе	4,3 · 10 −8	Нейтронная звезда с 1,4 M _☉	0,24
Поллукс	4,3 · 10 −7	Нейтронная звезда с 1.8 M _☉	0,34
солнце	2,1 · 10 −6	Черная дыра , горизонт событий	бесконечный

Результаты по красному смещению z для слабых гравитационных полей, приближенные к

с гравитационной постоянной G , массой объекта M и скоростью света c . Свет излучается на расстоянии r от центра объекта. Для примера Земли и r = 6378 км табличное значение z = 7,0 · 10 −10 .

В случае сильных гравитационных полей, например, создаваемых нейтронными звездами, для z применяется следующее :

Для примеров нейтронных звезд с тем же радиусом r = 12 км значения таблицы z = 0,24 для меньшей массы и z = 0,34 для более массивной нейтронной звезды.

Наблюдатель, находящийся по радиальной координате относительно центра тяжести невращающейся массы, получает сигнал, который посылает наблюдатель, находящийся на , с коэффициентом р 1 > р 2 >

Космологическое красное смещение

Расширение Вселенной не следует понимать как означающее , что галактики удаляются друг от друга в пространстве-времени (относительное движение). Расширяется само пространство, вместе с ним перемещаются галактики . Объекты, связанные гравитацией, такие как галактики или скопления галактик, не расширяются, потому что они отделены от общего движения расширения (описываемого уравнениями Фридмана ) из-за их собственной гравитации . Это, в частности, относится к объектам, которые расположены внутри таких гравитационно связанных систем ( звезд , планет ), а также к электромагнитно связанным системам, таким как атомы и молекулы . С другой стороны, электромагнитная волна, которая свободно распространяется в расширяющемся пространстве-времени, напрямую зависит от движения расширения: если пространство-время увеличивается в раз во время прохождения , это также происходит с длиной волны света. п

Это космологическое красное смещение фундаментально отличается от красного смещения, вызванного эффектом Доплера, который зависит только от относительной скорости галактик во время излучения и поглощения . Следовательно, скорости убегания далеких галактик, полученные из космологического красного смещения, напрямую связаны с расширением пространства-времени (скоростью удаления ). Доля эффекта Доплера незначительна на расстояниях всего в несколько сотен мегапарсек . Более того, из общей теории относительности следует, что наблюдаемые скорости убегания не вызывают каких-либо релятивистских временных эффектов, как это описано в специальной теории относительности для движений в пространстве. Космологического замедления времени все еще имеет место, так как фотоны объекта, которые испускаются позже должны покрывать большее расстояние за счет расширения. Таким образом, физические процессы с объектами с красным смещением (с нашей точки зрения), по-видимому, прогрессируют все медленнее и медленнее.

Красное смещение, синее смещение и космология

Весто Слайфер проводил спектроскопические наблюдения галактик с 1912 года и определял их лучевые скорости по смещению линий. Вскоре он понял, что большинство наблюдаемых им галактик имеют красное смещение. В 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил связь между красным смещением и расстоянием до галактики. Сначала эффект был интерпретирован как эффект Доплера, но вскоре его проследили до расширения пространства. Космологическое красное смещение увеличивается с расстоянием до галактики в соответствии с постоянной Хаббла , поэтому расстояния можно оценить, измерив красное смещение.

Чем выше красное смещение астрономического объекта, тем дольше распространяется свет, который он излучает, и тем дальше в прошлое мы его видим. Расстояние до объекта также можно определить по красному смещению, но оно больше не определяется четко в расширяющемся пространстве-времени. Есть разные меры расстояния, которые можно определить по красному смещению. Поэтому в космологии все соображения и расчеты всегда производятся в пространстве красных смещений .

С открытием галактики UDFj-39546284 на изображении Hubble-Ultra-Deep-Field-09 (HUDF09) может быть определено космологическое красное смещение . Наблюдаемый возрастной рекорд сдвигается на 480 миллионов лет позже. Недавно обнаруженная галактика с возрастом 13,2 миллиарда лет станет важным компонентом наблюдений для развития первых галактик после Большого взрыва, если будет подтверждено красное смещение . z знак равно 10 , 3 3>

Эффект Сакса-Вульфа объясняет флуктуации красного смещения фотонов космического фонового излучения.

Релятивистский вывод

Рассмотрим фотон, испущенный галактикой с движущегося расстояния (см. Также релятивистский вывод уравнений Фридмана ) и поглощенный наблюдателем на . И галактика, и наблюдатель следят за космическим расширением. Если описательная система координат ориентирована так, что фотон движется вдоль своей полярной оси, то линейный элемент фотона выглядит следующим образом : ш ш знак равно 0

Два последовательных максимума световой волны испускаются в космологические моменты времени и снова поглощаются в моменты времени и . Тогда длины волн фотона во время излучения и поглощения равны: т е 1 >> т е 2 >> т а 1 >> т а 2 >>

Расстояние движения, которое покрывают оба максимума, по определению одинаково. Если интегрировать линейный элемент фотона, получим:

Если поменять местами пределы интегрирования, результат для бесконечно малых интервалов между излучением (поглощением) двух максимумов будет:

Используя длины излучаемой и поглощенной волн, как указано выше, можно получить их соотношение:

Наконец, затем определяется космологическое красное смещение следующим образом:

Поскольку для большинства целей время абсорбции совпадает с настоящим временем и применяется, это приводит к упрощенной форме: т а >> т знак равно т 0 > а ( т 0 ) знак равно 1 ) = 1>

И наоборот, это приводит непосредственно к масштабному коэффициенту Вселенной во время излучения по сравнению с сегодняшним значением:

Например, если вы наблюдаете галактику с красным смещением , вселенная была только четверть ее размера, когда излучался свет, который мы получили. С точки зрения наблюдателя, все физические процессы в этой галактике замедляются в несколько раз , поскольку расстояние между двумя последовательно испускаемыми фотонами соответственно увеличивается, а вместе с ним и их прибытие к наблюдателю (космологическое замедление времени). Хорошо известный пример является увеличение расширения кривых блеска из сверхновых типа Ia, возникновение хорошо понимают, с увеличением красного смещения. z знак равно 3 1 + z знак равно 4-й

Методы измерения

В астрономии красное смещение измеряется методами спектрального анализа ; Сегодня они стали намного точнее благодаря цифровой записи вместо фотографической. Но для того, чтобы хорошо улавливать спектральные линии, галактики должны иметь определенную минимальную яркость . Красные смещения галактик регулярно переопределяются в ходе таких обзоров , как Sloan Digital Sky Survey .

Гравитационное красное смещение можно было наблюдать с помощью эффекта Мёссбауэра в лабораторных экспериментах на Земле (см. Эксперимент Паунда-Ребки ).

Смотри тоже

литература

веб ссылки

Викисловарь: красное смещение - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы

Индивидуальные доказательства

Эта страница последний раз была отредактирована 9 июля 2021 в 19:57.

Нередко различные области науки или даже разные науки оказываются между собой причудливо переплетены, и открытие сделанное в одной из них совершенно неожиданно помогает объяснить непонятный эффект в другой.

Австрийский физик Кристиан Доплер был несомненно человеком наблюдательным, но и до него множество людей смотрели на волны на поверхности воды. Однако только этот ученый обратил внимание на то как меняется частота волн в зависимости от приближения или удаления их источника относительно наблюдателя.

Особенно ярко можно заметить эффект Доплера, если стоять возле железнодорожного полотна в момент проезда мимо поезда. Как только состав проносится мимо наблюдателя, звук им издаваемый становится ниже. То же самое можно сказать и относительно движущегося автомобиля.

Эффект Доплера заставляет гудок поезда звучать выше по высоте, когда он приближается, чем когда он удаляется.

Обнаруженный Доплером эффект оказался справедлив и для электромагнитных волн, частным случаем которых является видимый свет. Как известно из курса школьной физики, с помощью призмы (или взвеси жидкости) белый луч можно разложить на составляющие цвета — получится радужная полоска от фиолетового до красного (или всем нравящаяся радуга).

Различные звезды, в том числе и наше Солнце, испускают свет непрерывного спектра от фиолетового до красного. Но в их атмосферах присутствуют разные элементы, которые поглощают некоторые волны строго определенной длины (частоты), что при разложении света в спектр видится черной полоской. Поскольку различных элементов в атмосферах звезд обычно не так и мало, то и полосок (линий поглощения) на спектре оказывается соответствующее количество, причем каждая полоска в строго регламентированном месте.

Но картина меняется, если источник света движется относительно наблюдателя. Еще в 1848 году известный французский физик Арман Физо указал, что эффект Доплера имеет место и для видимого света, а также сделал расчет для Венеры. Француз указал, что при удалении источника света от наблюдателя, спектральные полоски (сохраняя свой порядок) дружно смещаются к красной части спектра, а если источник света движется навстречу наблюдателю, то происходит такое же смещение к фиолетовому краю.

При удалении источника света от наблюдателя, спектральные полоски (сохраняя свой порядок) дружно смещаются к красной части спектра

Однако только в 1868 году указанное красное смещение было обнаружено в спектральных полосках звезд, ранее это не удавалось из-за несовершенства астрономического оборудования. В 1912 году американцы на горе Вильсон установили большой телескоп, с помощью которого началось масштабное изучение смещения спектральных полосок в спектре не только звезд, но и галактик.

Буквально за 2 года удалось установить, что у большинства галактик спектральная полоска смещена в красную сторону, то есть почти все галактики от нас удаляются. Правда та же Туманность Андромеды к нашей галактике приближается, но это, скорее, исключение.

В 1929 году Эдвин Хаббл сообщил миру об открытии связи между расстоянием до галактики и величиной красного смещения. По современным измерениям, лучевая скорость галактик увеличивается примерно на 75,5 км/сек на каждый мегапарсек.

Таким образом, галактики ускоренно разбегаются, а Вселенная постоянно расширяется. На данный момент красное смещение считается одним из главных доказательств теории Большого взрыва.

Космологическое (метагалактическое) красное смещение — наблюдаемое для всех далёких источников (галактики, квазары) понижение частот излучения, объясняемое как динамическое удаление этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, то есть как нестационарность (расширение) Метагалактики.

Содержание

История обнаружения

Хотя предлагались различные объяснения наблюдаемого смещения спектральных линий, например, гипотеза утомлённого света, только Общая теория относительности даёт непротиворечивую картину, объясняющую все наблюдения. Данное объяснение этого явления является общепринятым.

Сущность явления

Часто космологическое красное смещение связывают с эффектом Доплера. Однако, на самом деле, космологическое красное смещение происходит несколько по-другому, оно связано с расширением пространства согласно ОТО. В наблюдаемое красное смещение от галактик вносит вклад как космологическое красное смещение из-за расширения пространства Вселенной, так и красное или фиолетовое смещения эффекта Доплера вследствие собственного движения галактик. При этом на больших расстояниях вклад космологического красного смещения становится преобладающим [1] .

Образование космологического красного смещения можно представить так: рассмотрим свет — электромагнитную волну, идущую от далёкой галактики. В то время как свет летит через космос, пространство расширяется. Вместе с ним расширяется и волновой пакет. Соответственно, изменяется и длина волны. Если за время полёта света пространство расширилось в два раза, то и длина волны и волновой пакет увеличивается в два раза.

Расширение пространства

Общепринятая космологическая теория, объясняющая красное смещение, основана на общей теории относительности. Предполагается, что в однородной и изотропной Вселенной интервал между двумя событиями в сопутствующих координатах имеет следующий вид:

Параметр красного смещения

При описании эффекта космологического красного смещения удобно от физического времени перейти к координатному , определяемому соотношением . Тогда в одномерном случае можно записать:

$ds^2 = c^2 dt^2 - a^2(t)\, d\chi^2 = a^2(t) (c^2 d\eta^2 - d\chi^2),$

$\frac<\Delta t_0> = \frac.$

Считая, что каждый сигнал является максимумом периодической электромагнитной волны с частотой и длиной волны , можно записать:

Все величины, помеченные индексом 0, относятся к моменту приёма волны . Так как в расширяющейся Вселенной , то и длина волны принимаемого сигнала больше, чем излучённого. Величина , называемая параметром красного смещения, равна относительному увеличению длины волны принимаемого электромагнитного сигнала.

Динамика изменения функции в рамках ОТО обычно такова, что в некоторый фиксированный момент в прошлом (для которого выбирается начало отсчёта времени ) масштабный фактор равен нулю . Свет, испущенный в этот момент, имеет красное смещение . На самом деле ранняя Вселенная была очень плотной и непрозрачной для излучения. Наблюдаемое в настоящее время реликтовое излучение испущено в момент времени, соответствующий эпохе рекомбинации с . Наиболее удалённые, обнаруженные в настоящее время, сверхновые типа Ia обладают красными смещениями . Для удалёных квазаров эта величина может достигать .

Расстояния в космологии

Расстояния до удалёных объектов непосредственно не могут быть измерены. Обычно изучается зависимость той или иной характеристики объекта (свечения, угловых размеров, и т.п.) от параметра красного смещения . В результате возникают различные варианты определения расстояния (фотометрическое расстояние, угловое расстояние и т.д.). Все они являются модельными, в том смысле, что зависят от параметров космологической модели (т. е. от явного вида функции ).

Так, если есть объект с известной светимостью (стандартная свеча), то создаваемая им освещённость на большом расстоянии уменьшается в силу трёх факторов. 1) Поток фотонов на единицу поверхности сферы, окружающей источник, тем меньше, чем больше площадь сферы. В евклидовом пространстве она равна , где — физический радиус сферы в момент пересечения её фотонами (их приём наблюдателем). Для пространства положительной кривизны площадь сферы равна , а для отрицательной \chi" width="" height="" />
. 2) Частота (энергия) фотонов уменьшается в раз. 3) Интенсивность излучения (число фотонов в единицу времени) также снижается в , так как процессы на удалённом источнике выглядят более замедленными. В результате освещённость (поток световой энергии в единицу времени на единичную площадку) равен:

$I = \frac<I_a> \,\frac,$

где пк - фиксированное расстояние, на котором источник создаёт освещённость , а \chi\>" width="" height="" />
зависит от выбора модели (пространство с положительной, нулевой и отрицательной кривизной).

Сопутствующая координата источника связана с его красным смещением , т. е. . Эта зависимость однозначно определяется масштабным фактором . Фотометрическим расстоянием до источника называют . В этом случае выполняется классическая зависимость убывания светимости (стационарное евклидово пространство).

Если известны физические размеры объекта , то расстояние к нему можно определить при помощи его угловых размеров (угла , под которым виден объект). Длина окружности, проходящей через объект в момент излучения света, равна . Вся окружность соответствует углу , поэтому отношение к длине окружности даёт угол в радианах, под которым виден объект:

$\Delta \theta = \frac<D> = \frac.$

$\textstyle r_A=D/\Delta \theta$

Угловым расстоянием называют классическое отношение в неизменном евклидовом пространстве. Угловое и фотометрическое расстояние связаны следующим образом:

$r_A=\frac<r_P> $

и зависят от космологического красного смещения.

Измерение внегалактических расстояний

Вплоть до 50-х гг. XX века внегалактические расстояния (измерение которых связано, естественно, с большими трудностями) сильно занижались, в связи с чем значение Н, определённое по этим расстояниям, получилось сильно завышенным. В начале 70-х гг. XX века для постоянной Хаббла было принято значение Н = 53,5 км/(сек·Мпк), обратная величина Т = 1/Н = 18 млрд лет. По результатам наблюдений в 2005 году значение Н принято равным (72±3) км/(сек·Мпк).

$v = c\cdot\frac Фотографирование спектров слабых (далёких) источников для измерения красного смещения, даже при использовании наиболее крупных инструментов и чувствительных фотопластинок, требует благоприятных условий наблюдений и длительных экспозиций. Для галактик уверенно измеряются смещения z = 0,2, соответствующие скорости v = 60 000 км/сек и расстоянию свыше 1 Гпк. При таких скоростях и расстояниях закон Хаббла применим в простейшей форме (погрешность порядка 10 %, то есть такая же, как погрешность определения Н). Квазары в среднем в сто раз ярче галактик и, следовательно, могут наблюдаться на расстояниях в десять раз больших (если пространство евклидово). Для квазаров действительно регистрируются z = 2 и больше. При смещениях z = 2 используя формулу - 1> + 1>$
получают скорость v = 0,8 с = 240 000 км/сек. На таких расстояниях уже сказываются специфические космологические эффекты — нестационарность и кривизна пространства-времени; в частности, становится неприменимым понятие единого однозначного расстояния (одно из расстояний — расстояние по красному смещению — составляет здесь r = v/H = 3,3 Гпк), поскольку расстояния зависят от принимаемой модели Вселенной и от того, к какому моменту времени они отнесены. Поэтому в качестве характеристики расстояния до столь удалённых объектов обычно пользуются просто величиной красного смещения. В 2011 г. сообщалось о галактике с красным смещением z≈10 [2] , но это значение не было спектроскопически подтверждено. До этого максимальные красные смещения были открыты для объекта UDFy-38135539 (z=8,5549) и объекта GRB 090423 (в созвездии Льва) — z=8,2.

Красное смещение объясняется как расширение всей доступной наблюдениям части Вселенной; это явление обычно называется расширением (астрономической) Вселенной.

Что, по вашему мнению, означает термин Расширение Вселенной, в чем суть данного явления.

Введение в историю

Как вы догадались, основа лежит в понятии красного смещения. Оно обрело свои очертания ещё в 1870 году, когда было замечено английским математиком и философом Уильямом Клиффордом. Он пришел к выводу, что пространство неодинаково в разных точках, то есть искривлено, а также то, что оно со временем может изменяться. Расстояние между галактиками увеличивается, но координаты остаются прежними. Также его допущения сводились к тому, что это явление каким-то образом относиться к сдвигу материи. Выводы Клиффорда не остались не замеченными и спустя некоторое время легли в основу труда Альберта Эйнштейна под названием «общая теория относительности«.

Первые обоснованные идеи

Впервые же точные сведения о расширении Вселенной были представлены с помощью астроспектрографии. Когда в Англии, в 1886 году, астрономом-любителем Уильямом Хаггинсом было отмечено, что длины волн звёздного света сдвинуты в сравнении с такими же земными волнами. Такое измерение стало возможным при использовании оптической интерпретации эффекта Доплера, суть которого в том, что скорость звуковых волн постоянна в однородной среде и зависит лишь от свойств самой среды, в таком случае можно вычислить величину вращения звезды. Все эти действия позволяют нам негласно определить движение космического объекта.

Практика измерения скоростей

Измерение расстояний по красному смещению

Буквально через 26 лет в Флагстаффе (США, Аризона) член национальной академии наук Весто Слайфер, изучая спектр спиральных туманностей через телескоп со спектрографом, первым обозначил разности скоростей скоплений, то есть Галактик, по интегральным спектрам. Учитывая, что скорость изучения была мала, ему все-таки удалось рассчитать, что туманность Андромеды с каждой секундой на 300 км ближе к нашей планете. Уже в 1917 году им было доказано красное смещение более чем 25 туманностей, в направлении которых проглядывалась значительная асимметрия. Лишь четыре из них шли к направлению Земли, остальные же отдалялись, причем с довольно внушающей скоростью.

Формирование закона

Материалы по теме

Спустя десятилетие известный астроном Эдвин Хаббл доказал, что у дальних галактик красное смещение больше чем у более близко расположенных, и что оно растет пропорционально расстоянию до них. Им также была получена постоянная величина, называемая постоянной Хаббла, которая используется для нахождения лучевых скоростей любых галактик. Закон Хаббла как никто связывает красное смещение электромагнитных квантов. Учитывая это явление, он представлен не только в классической, но и в квантовой форме.

Последние прорывы

На фотографии — звезда RS Кормы, которая является цефеидой

Совсем недавно в сфере измерения межзвездных расстояний был отмечен значительный прогресс, который связан с использованием космического телескопа названого в честь Э.Хаббла (Hubble Space Telescope, HST). С помощью, которого идет осуществление проекта поиска цефеид отдаленных от нас галактик. Одна из целей проекта это более точное определение постоянной Хаббла, лидер всего проекта Венди Фридман и ее сослуживцы дают ей оценку 0.7, в отличии от принятой 0.55 ещё самим Эдвином. Так же телескопом Хаббл ведет поиск сверхновых типа la на космических расстояниях и определением возраста Вселенной.

Читайте также: