Ëåêöèÿ1

Астрофизика
Введение
История астрономии
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Около 360 г. до н.э.
Геоцентрическая система мира
Аристотеля
II век до н.э.
Первая гелиоцентрическая
система мира (Аристарх
Самосский)
240 г. до н.э.
Первое измерение размеров
Земли (Эратосфен)
II век до н.э.
Гиппарх. Открытие прецессии,
введение звездных величин,
звездный каталог
II век н.э.
"Альмагест'' Птолемея,
эпициклы
1543 г.
Коперник: выход в свет "De
revolutionibus orbium
coelestium'‘ ("Об обращениях
кругов небесных'')
1610 г.
Галилей. Начало
телескопической астрономии
История астрономии
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
1610--1620 гг.
Кеплер. Законы движения планет
1687 г.
Ньютон: выход в свет "Philosophiae
naturalis principia mathematica'‘
("Математические начала натуральной
философии'', "Математические основы
естествознания'')
Конец XVIII века
Гершель. Зарождение звездной
астрономии
1859 г.
Кирхгоф. Открытие спектрального
анализа
1916 г.
Эйнштейн. Общая теория
относительности
1918 г.
Шепли. Галактоцентрическая революция
1920-е гг.
Хаббл. Внегалактическая астрономия.
Расширение Вселенной
1933 г.
Янский. Космическое радиоизлучение
16. 1939 г.
Бете, Вейцзеккер. Источники энергии
звезд
17. 1950-е гг.
Эволюция звезд
18. 1960-е гг.
Квазары, реликтовое излучение,
пульсары
19. 1970-е гг.
Рентгеновская и гамма-астрономия
20. 1980-е--1990-е гг.
Инфракрасная астрономия. Космическая
астрометрия
21. 1993 г.
Анизотропия реликтового фона
22. 1995--1996 гг.
Открытие планетных систем у близких
звезд
23. 1998 г.
Открытие ускоренного расширения
Вселенной
Астрономия стала всеволновой
Дипольные
антенны
Не электроПараболические
антенны
магнитное
излучение
Нейтринные телескопы:
(Солнце,
SN 1987A)
Электро-
магнитное
Гравитационные
антенны
излучение
Болометры
(начинают работать)
Телескопы-рефдекторы
Космические лучи
Зеркала косого падения
Кодирующие маски
Атмосферные
черенковские телескопы,
Широкие атмосферные
ливни
О.С Бартунов, М.Е.Прохоров, ГАИШ
Астрономия стала всеволновой
О.С Бартунов, М.Е.Прохоров, ГАИШ
Астрономия стала всеволновой
О.С Бартунов, М.Е.Прохоров, ГАИШ
Карл Янский – первый
радиоастроном
Карл Янский и его антенна
(частота 20.5 МГц) – 1932 г.
Продолжение истории – Грот Ребер
Грот Ребер построил во дворе своего дома первый радиотелескоп
с параболическим рефлектором диаметром 9.5 м.
В 1940-х гг. были опубликованы работы Ребера,
содержавшие первые карты распределения
радиоизлучения по небу. В 1948 г. Ребер опубликовал
также карты неба на волне 62.5 см (ν = 480 МГц).
Основные вехи - начало
Первые измерения внеземного радиоизлучения.
В 1932г. Карл Янский впервые обнаружил радиоизлучение
внеземного происхождения, а 5 мая 1933г. он опубликовал
сообщение о нем на первой полосе New York Times. Янский
определил направление максимума излучения, которое в
пределах точности охватывало положение центра нашей
Галактики.
Работы Ребера.
В 1937 г. Грот Ребер построил во дворе своего дома первый
радиотелескоп с параболическим рефлектором диаметром 9.5
м. в 1939 г. Ребер зарегистрировал внеземное радиоизлучение
на волне 1.87 м (ей соответствует частота 160 МГц). В 1948 г.
Ребер опубликовал также карты неба на волне 62.5 см (480
МГц).
Радиоизлучение Солнца, Луны и планет.
Радиоизлучение Солнца впервые
наблюдалось в 1942 г. В Англии
Хей наблюдал на радиолокаторе
метровых волн сильные помехи,
связанные с солнечной
активностью. Почти одновременно
Саусворт в США обнаружил
тепловое радиоизлучение
спокойного Солнца на волнах 3 и
10 см. Радиоизлучение Луны
обнаружили в 1945 г. Дикке и
Беринджер на волне λ = 1.25 см.
Среди планет первым наблюдался
на волне 22 м Юпитер.
Юпитер
 = 20cm
Линия λ = 21 см и другие спектральные
линии.
В 1944 г. Оорт, ознакомившись с работами Ребера, поручил ван
де Хюлсту рассмотреть возможность наблюдений спектральных
линий в радиодиапазоне. Ван де Хюлстом была предсказана
возможность наблюдения радиолинии нейтрального водорода
λ = 21 см. Эта идея была подробно развита И.С. Шкловским в
1949 г. Линия λ = 21 см впервые наблюдалась в 1951 г. почти
одновременно в США, Голландии и Австралии.
Радиолокационная астрономия
Радиолокация Луны впервые проведена в 1945 г. в
Венгрии. Основные успехи радиолокации относятся
к началу 1960-х гг., когда были получены сигналы,
отраженные от Венеры и Марса. К настоящему
времени успешные радиолокационные
эксперименты проведены для Меркурия, колец
Сатурна, ряда комет и малых планет. С помощью
радиолокации построены карты поверхности
Венеры, не доступной для оптических
исследований.
Обзоры неба и отождествление
радиоисточников с оптическими
объектами
Один из первых радиообзоров неба
проведен в 1946 г. Хеем и др. на метровых
волнах (λ = 1.7 м). Было обнаружено
флуктуирующее излучение из области
созвездия Лебедя (первый дискретный
радиоисточник, получивший название
Лебедь A). В дальнейшем было выполнено
большое число обзоров, вначале на
метровых, а затем на все более коротких
волнах.
Основные вехи (продолжение)
Квазары.
В результате обзоров неба было открыто большое количество
дискретных радиоисточников, долгое время не имевших
оптических отождествлений («радиозвезд»). В начале
шестидесятых годов были измерены их точные координаты и
получены отождествления со слабыми звездами. Спектр в
оптике был очень необычным и долго не поддавался
интерпретации. В 1963 г. М. Шмидт выяснил, что линии имеют
большое красное смещение, соответствующее расстояниям в
тысячи мегапарсек.
«Реликтовое» фоновое радиоизлучение.
В 1965 г. Пензиас и Вилсон (США) обнаружили на волне 7 см
внеземное фоновое радиоизлучение, интенсивность которого
практически не зависела от направления на небе. Дальнейшие
наблюдения на других волнах показали, что излучение имеет
планковский спектр с температурой T = 2.73 K. В 1978 г.
Пензиас и Вилсон получили за это открытие Нобелевскую
премию по физике.
Studies of microwave background
An image of the CMBR, taken by COBE. The scaling in this plot shows
irregularities smaller than one-ten-thousandth of a degree (K)! These
bumps are the seeds from which galaxies are thought to have formed.
Основные вехи (продолжение)
Межзвездные молекулы.
Простейшие молекулы (CN, CH, CH+) были отождествлены в
межзвездной среде по линиям поглощения в оптических
спектрах звезд еще в 1930-х гг. В 1963 г. линии молекулы OH λ
= 18 см, предсказанные И.С. Шкловским, были найдены в
поглощении в направлении радиоисточника Кассиопея A, а в
1965 г. - в излучении в некоторых областях звездообразования
в Галактике, причем с очень большой интенсивностью (мазеры).
Затем в 1968 г. было найдено излучение межзвездной среды в
линиях молекулы аммиака NH3 (λ = 1.25 см) и мазерное
излучение в линии молекулы H2O (λ = 1.35 см). Всего к
настоящему времени известно около 100 молекул.
Пульсары.
В 1967 г. в Кембридже при исследовании мерцаний квазаров на
неоднородностях космической плазмы Джоселин Белл нашла
внеземной радиоисточник, излучение которого имело вид строго
периодически повторяющихся импульсов. Потом были открыты
еще три пульсара, в настоящее время их известно свыше
тысячи. Периоды пульсаров составляют от 1.5 мс до 4 с.
Радиоастрономия в СССР/РФ
Нобелевские премии по астрофизике



•
•


•
•


•
•



2011. Сол Пёрлмуттер (Saul Perlmutter), Брайан Шмидт (Brian P. Schmidt) и
Адам Рисс (Adam G. Riess) – За открытие ускоренного расширения Вселенной
2006. Джон Мэтер (John C. Mather), Джордж Смут (George F. Smoot) – «За
открытие анизотропии и чёрнотельной структуры энергетического спектра
космического фонового излучения»
2002.
Р.Дэвис (США) и М.Косиба (Япония) – «За передовые разработки в обнаружении
космических нейтрино»
Р.Джиаккони (США) – «За работы, приведшие к открытию космических источников
рентгеновского излучения»
1993. Р.А.Халс и Дж.Н.Тейлор (США) – «За открытие нового типа пульсара,
которое дало новые возможности для исследования гравитации»
1983.
С.Чандрасекар (США) – «За физические исследования структуры и эволюции звезд»
В.А.Фаулер (США) – «За теоретические и экспериментальные исследования ядерных
реакций, отвечающих за формирование химических элементов во Вселенной»
1978. А.А.Пензиас и К.В.Вилсон (США) – «За открытие космического
микроволнового фонового излучения»
1974.
М.Райл (Великобритания) – «За пионерские исследования в радиоастрофизике», в том
числе за метод апертурного синтеза
А.Хьюиш (Великобритания) – «За определяющую роль в открытии пульсаров»
1970. Х.О.Г.Альвен (Швеция) – «За фундаментальные работы и открытия в
магнитогидродинамике и их применение в различных разделах физики
плазмы»
1970. Г.А.Бете (США) – «За открытия, связанные с проблемами выделения
энергии в звездах»
1936. В.Ф.Гесс (Австрия) – «За открытие космических лучей»
Радиотелескопы
• Существуют два основных вида:
Green Bank Telescope, WV
Одиночные
Very Large Array, NM
Решетки
Космические обсерватории
Extremely Large Telescopes
- Several ELTs in 20-42m range being
planned across the globe
- Challenge: adaptive optics to reach
diffraction limited resolution of milliarcsec
-Extremely powerful, but instrument
suite will be limited, especially for
highest resolution spectroscopy
-Major goal: imaging and spectroscopy
of exoplanets
May 14, 2007
Molecules in Space and Lab, Paris
e-ELT concept: 42 m
Астрофизические базы данных
SIMBAD
http://simbad.u-strasbg.fr/Simbad
VizieR Service
http://vizier.u-strasbg.fr/cgi-bin/VizieR
Canadian Astronomy Data Center (CADC)
http://cadcwww.dao.nrc.ca/
Библиографические серверы
The NASA Astrophysics Data
System
http://adswww.harvard.edu
http://ads.inasan.rssi.ru/
CDS (Centre de Donnees
astronomiques de Strasbourg)
http://cdsweb.u-strasbg.fr/CDS.html
Архив препринтов
http://www.arxiv.org/
http://ru.arXiv.org/
Астрономические картинки
SkyView
http://skys.gsfc.nasa.gov/skyview.html
Astronomy Picture of the Day
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html
Литература
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Вейнберг С. Гравитация и космология. – М.: Мир, 1975
Железняков В.В. Радиоизлучение Солнца и планет. М.: Наука, 1964
Железняков В.В. Излучение в астрофизической плазме. – М.: ЯнусК, 1997
Засов А.В., Постнов К.А. Общая астрофизика. Фрязино, Век 2, 2006
Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М.:
Наука, 1975
Каплан С.А., Пикельнер С.Б. Физика межзвездной среды. М.: Наука,
1979
Кисляков А.Г., Разин В.А., Цейтлин Н.М. Введение в
радиоастрономию. – Изд. ННГУ, 1996
Крюгер А. Солнечная радиоастрономия и радиофизика. М.: Мир,
1984
Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики. М.: Наука, 1979
Рудницкий Г.М. Конспект лекций по радиоастрономии.
http://comet.sai.msu.ru/~gmr/course/index.htm
Соболев В.В. Курс теоретической астрофизики. М.: Наука, 1975