Реферат: Космические объекты: Пульсары - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Космические объекты: Пульсары

Банк рефератов / Астрономия, авиация, космонавтика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 187 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Космические объекты: Пульсары С О Д Е Р Ж А Н И Е. 1. Новый радиотелескоп в Кембридже. 2. Открытие первого пульсара (рассказывает Джоселин Белл) . 3. Пульсары имеет малые размеры. 4. Можно ли увидеть пульсары? 5. Пульсар в Крабовидной туманности - видимая звезда. 6. Что такое пульсары? 7. Томас Голд объясняет пульсары. 8. Вопросы на которые нет ответов. а) действительно ли пульсары нетронные звезды. б) есть ли у пульсаров планеты. в) как образуются пульсары. Сообщение, опубликованное в феврале 1968 года в английском журнале "Nature", было столь удивительно, что его тут же подхватила вся мировая пресса. Группа у ченых Кембриджа, руководимая Энтони Хьюишем, извещала о том, что ей удало сь принять радиосигналы из глубин вселенной. После второй мировой войны начался расцвет радиоастрономии. Космическ ий газ - межзвездное вещество - обладает способностью испускать и поглощ ать излучения в области радиочастот. Подобно свету, это излучение проходит сквозь земную атмосферу и может сл ужить дополнительным источником информации о Вселенной. Исследуя космическое радиоизлучение, можно получать сведения о свойст вах межзвездного вещества в нашей Галактике; удается также принимать и а нализировать радиоизлучение межзвездного газа в других звездных систе мах. Галактики, дающие особенно интенсивное радиоизлучение, получили на звание радиогалактик. Приходящее к нам радиоизлучение испытывает влияние вещества, выбрасыв аемого Солнцем и движущегося в межпланетном пространстве к границам Со лнечной системы. Наблюдаемые из-за этого временные флуктуации радиоизл учения во многом подобны мерцанию света звезд, обусловленному движения ми воздушных масс в атмосфере. Именно для исследования подобных флуктуаций, обусловленных межпланетн ым веществом, и был предназначен радиотелескоп, строительство которого было начато в Кембридже в 60-е годы. На площади в два гектара было установле но более двух тысяч отдельных антенных элементов. Поскольку с помощью эт ого антенного поля пред полагалось исследовать флуктуации излучения р адиоисточников, вызванные солнечным ветром, приемное устройство было р ассчитано на регистрацию быстрых изменений приходящего радиоизлучени я. Прежние радиотелескопы не давали такой возможности, и по этому кембридж ский радиотелескоп как будто специально был приспособлен для открытия быстропеременных сигналов от пульсаров - открытие, которое отодвинуло н а второй план ту задачу, ради которой радио телескоп был построен: исслед ования флуктуаций радиоизлучений, обусловленных солнечным ветром. Поскольку поворачивать гигантскую антенну невозможно, подобный радиот елескоп принимает радиоизлучение из узкой полосы небесной сферы, котор ая проходит над антенной радиотелескопа, пока Земля совершает свое суто чное вращение. В июле 1967 года строительство было закончено и начались наб людения. Круглые сутки регистрировалась интенсивность приходящего рад иоизлучения с длиной волны 3.7 метра . За неделю на 210 метрах диаг раммной ленты само писец рисовал кривые интенсивности излучения от 7 уча стков неба. Усилия были направлены на поиск стабильных радиоисточников, из лучения которых "мерцают", взаимодействуя с солнечным ветром. Наблюдениями на телескопе и трудоемкой обработкой результатов занимал ась аспирантка Джоселин Белл. Ее интересовали быстрые флуктуации радио излучений от космических источников, попадающих в поле зрения телескоп а при суточном вращении Земли. Девять лет спустя Джоселин Белл в своей речи на одном из приемов вспомин ала о том времени, когда она под руководством Хьюиша работала в Кембридж е над диссертацией. Она рассказывала о выходящей из-под пера самописца н ескончаемой ленте, которую ей приходилось просматривать. После первых т рех десятков метров она научилась распознавать радиоисточники, мерцаю щие из-за солнечно го ветра, и отличать их от радиопомех земного происхож дения. "Через шесть или восемь недель после начала исследований я обратила вним ание на какие-то отклонения сигнала, зарегистрированного самописцем. Эт и отклонения не очень походили на мерцания радиоисточника; не были они п охожи и на земные радиопомехи. Кроме того, мне вспомнилось, что подобные о тклонения мне однажды встречались и раньше, когда регистрировалось изл учение от этого же участка неба. " Дж. Белл хотела вернуться к этой записи, н о ее задержали другие дела. Только в конце октября 1967 года она вновь заняла сь этим явлением и попыталась записать сигнал с бо лее высоким временным разрешением. Однако источник на этот раз найти не удалось: он вновь дал о себе знать лишь к концу ноября. "На ленте, выходящей из-под пера самописца, я видела, что сигнал состоит из ряда импульсов. Мое предположение о том, что импульсы следуют один за дру гим через одинаковые промежутки времени, подтвердилось сразу же, как тол ько лента была вынута из прибора. Импульсы были разделены интервалом в о дну и одну треть секунды. Я тотчас же связалась с Тони Хьюишем, который чит ал в Кембридже лекцию для первокурсников. Первой реакцией его было заяви ть, что импульсы - дело рук человеческих. Это было естественно при данных о бстоятельствах. Однако мне почему-то казалось возможным, что сигнал може т идти и от какой-нибудь звезды. Все-таки Хьюиш заинтересовался происход ящим и на другой день пришел на телескоп как раз в то время, когда источник входил в поле зрения антенны - и сигнал, к счастью, появился снова. " Источни к со всей очевидностью имел неземное происхождение, поскольку сигнал по являлся каждый раз когда телескоп оказывался на этот участок неба. С дру гой стороны, импульсы выглядели так, как будто их посылают люди. Быть може т, это представители неземной цивилизации? Едва ли, в прочем, сигнал шел от планеты, обращающейся вокруг звезды. В этом случае расстояние между сос едними импульсами изменялось бы сообразно с периодом обращения планет ы, поскольку расстояние до радиоисточника было бы непостоянно. "Незадолг о до Рождества я предложила Тони Хьюишу выступить на конференции и на са мом высоком научном уровне поставить вопрос о том, каким образом следует истолковать эти результаты. Мы не верили, что сигналы посылает какая-то ч ужая цивилизация, однако такое предположение однажды высказывалось, и у нас не было доказательств, что мы имеем дело с радиоизлучением естествен ного происхождения. Если же допустить, что где-то во вселенной нами были о бнаружены живые существа, то возникала любопытная проблема: как следует обнародовать эти результаты, что бы это было сделано со всей ответственн остью? Кому первому сообщить об этом? В тот день мы так и не решили эту проб лему: я отправилась до мой в полной растерянности. Мне нужно было писать с вою диссертацию, а тут откуда-то взялись эти окаянные "зеленые человечки", которые выбрали именно мою антенну и рабочую частоту телескопа, чтобы ус тановить связь с землянами. Подкрепившись ужином, я вновь отправилась в лабораторию, чтобы проанализировать еще несколько лент. Незадолго до за крытия лаборатории я просматривала запись, относящуюся к совершенно к д ругому участку неба и на фоне сигнала от мощного радиоисточника Кассиоп ея А заметила знакомые возмущения. Лаборатория закрывалась, и мне пришло сь идти, однако я знала, что именно этот участок неба рано утром будет в по ле зрения телескопа. Из-за холода что-то испортилось в приемном устройст ве нашего телескопа. Конечно, так всегда и бывает! Однако я пощелкала выключателем, побранилась, посокрушалась, и минут пят ь установка работала нормально. И это были те самые пять минут, когда появ ились возмущения. На этот раз возмущения имели вид импульсов, следующих через 1,2 секунды. Я положила ленты на стол Тони и отправилась праздновать Рождество. Какая удача! Было совершенно невероятно, чтобы "зеленые челов ечки" из двух разных цивилизаций выбрали одну и ту же волну и то же время д ля посылки сигналов на нашу планету". Вскоре Джоселин Белл обнаружила еще два пульсара, а в конце января 1968 года было послано сообщение в журнал "Nature". В нем шла речь о первом пульсаре. Более всего пульсары поразили астрономов тем, что интенсивность их излу чения изменялась чрезвычайно быстро. У наиболее быстрых переменных зве зд период, с которым изменяется их блеск, может составлять один час или то го меньше. Блеск белого карлика в двойной звездной системе Новой 1934 года в созвездии Геркулеса изменяется с периодом 70 секунд - но пульсары оставил и этот ре корд далеко позади. На это указывали и исследования, проведенны е в последующие месяцы: с чем более высоким временным разрешением регист рировались импульсы, тем яснее просматривалось их тонкая структура, пок азывавшая, что интенсивности радиоизлучений изменяется за десятитысяч ные доли секунды. По скорости изменения интенсивности излучения можно оценить размеры т ой области пространства, из которой оно исходит. Рассмотрим для простоты полусферу, удаленную от наблюдателя на столь большое расстояние, что и н евооруженным глазом, и в телескоп оно выглядит просто точкой. Пусть на по верхности сферы происходит очень короткая вспышка света. Что же видит уд аленный наблюдатель? Излучение распространяется от сферы со скоростью света. Поскольку расстояние от наблюдателя до различных точек сферы не о динаково, излучение, одновременно испущенное всеми точками сферы, прихо дит к наблюдателю в различные моменты времени: вначале поступает сигнал от центра "видимого диска", который ближе всего к наблюдателю, затем от окр ужающей его области, и, наконец, от краев. Таким образом, регистрируемый на блюдателем импульс "размазывается" он имеет большую длительность, чем ис ходный короткий импульс света. Продолжительность импульса увеличивает ся на то время, за которое свет проходит расстояние, равное радиусу сферы. Сказанное можно распространить не только на короткие световые импульс ы, но и на любые изменения яркости свечения сферы, поскольку сигнал, соотв етствующий, как уменьшению, так и увеличению яркости, доходит до наблюда теля от различных точек сферы за неодинаковое время. "Размазывание" сигн ала будет наблюдаться и в том случае, когда форма излучающего объекта от личается от сферической. Таким образом, если регистрируемые изменения яркости источника происх одят, скажем, за десятитысячные доли секунды, то из этого следует, что разм еры источника не могут быть существенно больше того расстояния, которое свет проходит за это время, то есть 30 км . Если бы источник имел большие размеры, то изменения яркости "размазы вались" бы на более длительное время. В пределах одного импульса интенси вность изменяется в течение одной десяти тысячной доли секунды; это видн о по крутым фронтам зубцов. Поскольку радиоизлучение распространяется со скоростью света, из этого можно заключить, что объект, от которого исхо дит импульс, имеет в поперечнике не больше нескольких сотен километров. Подобные размеры чрезвычайно малы по сравнению с теми, с которыми мы при выкли иметь дело во Вселенной. Диаметр белых кар ликов составляет нескол ько десятков тысяч километров; диаметр Земли равен примерно 13 тыс. км. Так им образом, сигналы пульса ров несут сведения о том, насколько малы те обл асти пространства во вселенной, из которых исходит это чрезвычайно инте нсивное радиоизлучение. Вскоре из разных мест земного шара стали поступать сообщения о вновь отк рываемых пульсарах. Сегодня их известно более трех сот. Периоды их лежат в пределах от 0,0016 секунд (у PSR 1937+21) до 4,3 секунды (у PSR 1845-19) . Буквы PSR обозначают слово "п ульсар", далее даются прямое восхождение в часах (195h 0) и минутах (375m0) и склонен ие в градусах (-195о0) . Известно шестнадцать пульсаров, периоды которых менее 12 миллисекунд. Самый далекий пульсар находится на расстоянии 1,3 кпк. Самый близкий пульс ар отдален от Земли примерно на 60 пк (в десятки раз дальше, чем ближайшие зв езды) , а самый далекий зафиксирован на расстоянии около 25 кпк, т.е. далеко з а центром Галактики. Естественно предположить, что пульсары образуются и в других галактика х. Пока открыли по одному короткопериодическому пульсару в Большом и Мал ом Магеллановых Облаках. Девятнадцать пульсаров найдено в шаровых скоп лениях. Хотя по форме отдельные импульсы не вполне повторяют друг друга, период пульсара отличается высоким постоянством. Иногда импульсы пропадают, н о после возобновления приема следуют в точности в прежнем ритме. Впоследствии удалось записать отдельные импульсы с более высоким разр ешением. При этом выяснилось, что они обладают еще более тонкой структур ой, чем показано на рисунке 2. Рекордная быстрота изменения интенсивност и составляет 0.8*105-60 секунды. Это означает, что излучение исходит из области, не превышающей 250 метров в поперечнике. Уже в первый год после открытия пульсаров обнаружилось, что период многи х из них постепенно увеличивается: со временем пульсары становятся "медл еннее". Однако частота следования импульсов изменяется очень незначите льно: чтобы период пульсара удвоился должно пройти примерно 10 млн. лет. Что же представляют собой пульсары? Находятся ли они вблизи Солнечной си стемы или также далеки от нас, как другие галактики? Легко видеть, что пуль сары располагаются среди звезд нашего Млечного Пути. Мы уже знаем, что св етлая полоса Млечного Пути, которую мы видим на небе, это множество звезд, расположенных в нашей Галактике. Особенно много звезд удается различит ь, если смотреть по направлению к центру Галактики. Если нанести на кар ту звездного неба все известные пульсары, то они окажутся распределенными среди звезд нашей галактики, преимущественно в районе Млечного Пути. Таким образом, пульсары распределены в пространстве так же, как и звезды: они равномерно размещаются среди звезд. Это значит, что проходит не одна тысяча лет, пока сигналы от нескольких пульсаров достигнут земных радио телескопов. Соответственно, из лучения пульсаров должно иметь невероят ную интенсивность, чтобы его, несмотря на гигантские расстояния, можно б ыло зарегистрировать на Земле. И эта энергия исходит из области, диаметр которой не превышает 250 метров ! Как только был открыт первый пульсар и его местонахождения на небесной сфере было точно определено, этот участок неба стали исследовать оптиче скими телескопами. Звезда, координаты которой попали в область, указанную радиоастрономам и, оказалась самой обыкновенной. По всей видимости, она не имела ничего об щего с приходящим по этому направлению радиоизлучением. Сам же пульсар о ставался невидимым. Осенью 1968 года были обнаружены сигналы с периодом всего лишь 0.03 секунды от пульсара в Крабовидной туманности. Сигналы пульсара шли из облака, образ ованного остатками Сверхновой 1054 года, отмеченной в китайских и японских летописях. Нельзя ли отождествить с пульсаром какой-либо из звездноподо бных объектов Крабовидной туманности? Как же определить, является ли невидимая звезда источником пульсирующе го радиоизлучения или нет? Быть может, оптическое излучение от звезды то же пульсирует? Однако человеческий глаз неспособен заметить пульсации света от столь слабого источника. Не особенно выручает и фотографические методы: в том месте, где на фотопл астинку попадает свет звезды она засвечивается вне зависимости от того, пульсирует попадающий на нее свет или нет. Поэтому, чтобы выявить пульсации видимого излучения звезды, приходится применят специальные методы. С телескопом соединяют телевизионную кам еру, и оптическое изображение передается на два телеэкрана. Период импул ьсов радиоизлучения нам уже известен; в течение одной половины периода и зображение поступает на экран А, а в течение другой половины - на экран В. Е сли видимое излучение объекта пульсирует в том же ритме, что и радиоизлу чение, то может в принципе получиться так, что импульс будет всегда наблю даться на экране А, а на экране В изображение поступает в те промежутки, ко гда импульса нет. Те источники, свет которых пульсирует с иной периодичн остью, будут иметь на обоих эк ранах одинаковую яркость. Остается, таким о бразом, только сравнить изображения на двух экранах, чтобы выяснить, не и зменяется ли видимая яркость какой-либо звезды с тем же периодом, что рад иоизлучение. То, что пульсар в Крабовидной туманности видимая звезда удалось обнаруж ить описанным выше методом. Используемая аппаратура работала по аналог ичному принципу, только исследовался не весь участок неба сразу, а кажда я звезда по отдельности. Вместо того чтобы наблюдать звезду на нескольки х телеэкранах, ее свет направляли поочередно на счетчики фотонов в соотв етствии с периодом пульсара Крабовидной туманности. Схема подобного из мерения иллюстрируется на рис. 6. Если свет звезды не пульсирует, то все сч етчики отмечают примерно одинаковое число световых квантов. Если же от звезды идут вспышки с той же периодичностью, что и у сигналов пу льсара, то будут срабатывать те счетчики, которые задействованы в момент прихода светового импульса; остальные же датчики ничего не регистрирую т. Таким образом, за достаточно долгое время показания счетчиков, на кото рые приходится "активная" доля периода, будут большими, а показания остал ьных счетчиков, в которые попадает лишь фоновый свет от темного ночного не ба, остаются почти на нуле. Как говорят, подобная система счетчиков "нак апливает" импульс. В ноябре 1968 года два молодых астронома, Уильям Джон Кок и Майкл Дисней, реши ли провести три ночных дежурства на 90-санти метровом телескопе обсерват ории Стюарда в Тусоне (штат Аризона) . Ни тот ни другой не имели еще опыта ас трономических наблюдений, и они хотели воспользоваться ночными дежурс твами, чтобы познакомиться с работой на телескопе. Они еще размышляли о т ом, что именно будут наблюдать, когда в начале декабря в журнале "Science" появил ось сообщение об открытии пульсара в Крабовидной туманности. Это натолк нуло молодых астрономов на мысль попытаться обнаружить видимое излуче ние пульсара, тем более, что необходимая для этого электронная аппаратур а уже имелась в институте. Дональд Тейлор построил эту аппаратуру для совершенно других целей и во спользовался ею как "приданым", чтобы быть включенным в группу наблюдате лей. Итак, в отношении техники все было в порядке. И хотя никаких гарантий успеха не было - никому ведь еще не удавалось отождествить пульсар с види мой звездой, - Кок и Дисней имели возможность познакомиться с работой на т елескопе, а Тейлор - испытать свои приборы. К началу января измерительная аппаратура была смонтирована на горе Кит т-Пик (в 70 км от города Тусона) , и 11 янв аря те лескоп был впервые направлен на Крабовидную туманность. Для каж д ой звезды измерения проводились в течение 5000 периодов пульсара, причем за каждый период световой сигнал распределялся последовательно между не сколькими счетчиками. Но ни одна звезда в исследованной области не давал а накопления импульса на счетчиках, и 12 января Тейлор вернулся в Тусон. По могать Коку и Диснею остался Роберт Мак-Каллистер, обслуживающий электр онную аппаратуру. 12 января погода начала портиться, а результатов все не б ыло. Еще две ночи, отведенные на это исследование, пропали из-за плохой пог оды, и все предприятие, казалось, было обречено на неудачу. Как часто все решает случай! Уильям Тиффт - наблюдатель, чье дежурство нач иналось с 15 января, уступил незадачливым новичкам ночи 15 и 16 января, чтобы о ни смогли вновь попытать счастья. Здесь предоставим слово самому Диснею . "Пятнадцатого днем было облачно, но к вечеру небо проясни лось. Мы начали р овно в 20 часов. Тейлор был еще в Тусоне; Кок и я сменяли друг друга у телеско па, а Мак-Каллистер работал с аппаратурой Тейлора. Для начала мы сделали з амер от темного неба, в стороне от звезд. Для следующего измерения мы выбр али звезду, которую Вальтер Бааде обозначил как центральную звезду Краб овидной туманности. Всего тридцать секунд потребовалось для того, чтобы прибор показал нарастающее накопление импульса на счетчиках. Заметен б ыл и слабый вторичный импульс, отстоящий от главного примерно на половин у периода; он был значительно шире и не такой высокий. В то время как Мак-Ка ллистер продолжал спокойно обслуживать аппаратуру, мы с Коком поминутн о переходили от истерического возбуждения к глубочайшей депрессии. Дей ствительно ли это пульсар или просто какие-то ложные аппаратурные эффек ты? Ведь частота пульсара была в точности равна половине промышленной част оты переменного тока в США. Но при повторном измерении импульс вновь поя вился во всей своей красе, и настроение под куполом обсерватории подняло сь. В 20.30, через полчаса после начала наблюдений, позвонил Тейлору. Он отнесся к моему сообщению скептически и предложил изменить кое-что в аппаратуре, чтобы устранить возможные ошибки. Лишь на следующую ночь, наблюдая своими глазами за накоплением импульса , он перестал сомневаться. В 1.22 появились облака. Наблюдения были окончены. У трех наблюдателей в обс ерватории не было ни малейшего сомнения в том, что им посчастливилось от крыть первый оптический пульсар". Теперь и другие астрономы стали искать подтверждения открытия. После открытия пульсара в Крабовидной туманности стало ясно, что пульса ры каким-то образом связаны со взрывами сверхновых. По-видимому, сигналы пульсары идут от того объекта, который ос тается на м есте взрыва сверхновой. Это предположение подтверждается и другим пуль саром, излучение которого исходит из области, где наличие газовых масс у казывает на происшедший ранее взрыв сверхновой. Этот взрыв, по всей веро ятности, произошел очень давно, задолго до аналогичного события в Крабов идной туманности. В созвездии Паруса разлетающиеся газовые массы выглядят уже не как комп актное пятно, а как отдельные "нити", имеющие большую протяженность. Перио д этого пульсара на 0,09 секунды больше периода пульсара в Крабовидной тума нности. Это третий из самых быстрых известных пульсаров. (После открытия миллисекундных радиопульсаров его место 5-6) . С самого начала велся поиск этого объекта в видимой области спектра. Но успеха удалось добиться лишь в 1977 году: письмо, полученное 9 февраля редакцией журнала "Nature", в котором гово рилось об отождествлении пульсара в созвездии Паруса с видимой звездой, было подписано двенадцатью авторами. Отметим, что наряду с этими двенадц атью учеными, работающими в Англии и Австралии, в предшествующие восемь лет многие астрономы на лучших телескопах мира занимались поисками вид имой звезды, "мигающей" в том же ритме, что и пульсар в созвездии Па руса. Так что становится ясно, сколь масштабному всемирному бдению был объявлен о тбой этой заметкой. Между прочим, Майкл Дисней, участвовавший в открытии оптического пульсара в Крабовидной туманности, входил и в эту группу уче ных. У всех остальных пульсаров нет и следа излучения в видимой области. Это н аводит на следующую мысль. Что бы ни представляли собой пульсары, они воз никают в результате взрыва сверхновой. Вначале период пульсара мал - еще меньше, чем у пульсара в Крабовидной тум анности. Такой пульсар излучает не только в радиодиапазоне, но и в видимо й области спектра. С течением времени частота импульсов уменьшается. Не более чем за тысячу лет период пульсара становится равным периоду пульс ара в Крабовидной туманности, а затем достигает и периода пульсара в соз вездии Паруса. Наряду с увеличением периода ослабевает и интенсивность излучения в ви димой области. Когда период пульсара превышает одну секунду, его оптичес кое излучение давно уже исчезло, и его удается обнаружить лишь по импуль сам в радиодиапазоне. Поэтому с видимыми источниками отождествлены лиш ь два пульсара с самыми коротки ми периодами. Они относятся к самым молод ым пульсарам, и вокруг них удается даже различить газовые облака - останк и сверхновых. Более старые пульсары давно уже растратили свою способность излучать в видимой области. Но что же такое пульсары? Что остается, когда жизнь звезды заканчивается гигантским взрывом? Мы уже знаем, что пространственная область, из котор ой исходит излучение пульсара, должна быть очень малой. Какие же процесс ы могут происходить в столь малой области так быстро и с такой регулярно стью, чтобы можно было привлечь их к объяснению феномена пульсара? Быть м ожет, это звезды которые, подобно цефеидам, периодически "раздуваются" и в новь сжимаются? Но в таком случае плотность звездного вещества должна бы ть очень высокой, так как лишь тогда период осцилляций может быть достат очно мало (вспомним, что период изменения блеска цефеид составляет неско лько суток) . Нас же интересуют объекты, которые способны осциллировать с периодом сотые доли секунды. Даже самые плотные из звезд, белые карлики, н е способны совершать столь быстрые колебания. Возникает вопрос: могут ли звезды иметь еще более высокую плотность, оставляющие по плотности дале ко позади белые карлики с их тонными на кубический сантиметр? Первое соображение на этот счет высказали советский физик и два астроно ма из Пасадены задолго до обнаружения пульсаров. Лев Ландау (1908-1968) в 1932 году д оказал, что вещество с еще более высокой плотностью может находиться в р авновесии с гравитационными силами. Тогда же в Пасадене на самом большом по тем временам телескопе в мире работал выходец из Германии Вальтер Ба аде. Он был, несомненно, одним из лучших астрономов-наблюдателей на шего стол етия. Там же работал и швейцарец Фриц Цвикки, человек столь же напористый, сколь и неистощимый на выдумки. Еще в 1934 году эти два ученых утверждали, что смогут существовать звезды с исключительно высокой плотностью - как пре дсказывал и Ландау, звезды, состоящие почти полностью из одних нейтронов . В 1939 году физики Роберт Оппенгеймер и Джордж Волков поместили в американ ском физическом журнале "Physical Review" статью о нейтронных звездах. Имя одного из авторов этой статьи стало известно во всем мире задолго до того, как астр ономы всерьез занялись нейтронными звездами: Оппенгеймер сыграл ведущ ую роль в создании американской атомной бомбы. Оппенгеймер и Волков доказали, что звездное вещество, в ко тором электро ны и протоны соединились в нейтроны, может удерживаться в виде шара с соб ственными гравитационными силами. Зная свойства нейтронного вещества, можно осуществить теоретические расчеты нейтронных звезд. Анализ мате матической модели нейтрон ной звезды показывает, что плотность ее должн а быть очень велика: масса, равная солнечной, заключена в объеме шара с поп еречником 30 км. - в кубическом санти метре содержится миллиарды тонн нейтронной материи. Но нейтронные звез ды, если заставить их осциллировать, будут делать это гораздо быстрее, че м пульсары. Поэтому в качестве объяснения периода пульсаров объемная ос цилляция нейтронных звезд не происходит. Итак, мы вновь вернулись к тому, с чего начали. Мы искали плотные звездопод обные объекты, которые могли бы совершать достаточно быстрые колебания , - и белые карлики оказались слишком медленными, а гипотетические нейтро нные звезды слишком быстрыми. Об открытии пульсаров Томас Голд узнал, будучи преподавателем Корнельс кого университета в городе Итака (штат Нью-Йорк) . И вот, в то время как в научных журналах одна за другой публиковались скор оспелые попытки объяснить существование пульсаров (сводившиеся, главн ым образом, к попыткам спасти гипотезу пульсирующих звезд) , мысль Томаса Голда пошла в совершенно ином направлении. К регулярным периодическим движениям небесных тел относятся и собстве нное вращение объекта. Солнце, например, совершает полный оборот вокруг своей оси за 27 суток; существуют звезды, которые вращаются гораздо быстре е. Не связано ли строгая периодичность пульсаров с какими-либо вращатель ным движением? Тогда объект должен был бы совершать полный оборот менее чем за секунду - в случае пульсара в Крабовидной туманности тридцать обо ротов в секунду! Звезда, однако не может вращаться сколь угодно быстро, по скольку при слишком высокой скорости она будет разрушена центробежным и силами. Предельная скорость вращения звезды определяется величиной г равитации на поверхности звезды; для белого карлика этот предел равен пр имерно одному обороту в секунду. Если бы скорость вращения белого карлик а соответствовала периоду пульсара в Крабовидной туманности, то он не вы держал бы действия центробежных сил. С большей скоростью могла бы вращат ься лишь более плотная звезда. Это возвращает нас к нейтронным звездам: вероятно, периодические "вспышк и" пульсара объясняются вращением нейтронной звезды. Для этого нейтронн ая звезда должна совершать оборот вокруг своей оси за доли секунды, и это вполне возможно: сила тяжести на поверхности нейтронной звезды достато чно велика. Нейтронная звезда может вращаться гораздо быстрее. Гипотезу Томаса Голда, согласно которой пульсары являются вращающимис я нейтронными звездами, астрофизики сразу же приняли как наиболее правд оподобную. Вековое увеличение периода пульсара объяснялось бы тогда по степенным замедлением вращения нейтронной звезды. Это вполне естестве нно: можно предположить, что энергия, посылаемая пульсаром в виде электр омагнитного излучения, черпается за счет энергии вращения нейтронной з везды. Вращение могло бы постепенно замедляться только из-за потерь энер гии на излучение, хотя в действительности торможение сильнее. Ученые пришли к выводу, что энергия, высвобожденная в результате замедле ния вращения пульсара Крабовидной туманности, расходуется не только на излучение самого пульсара, но и на из лучение всей туманности. Этим разре шается еще одно затруднение. В то время как свечение обычных туманностей - например, планетарной тума нности или туманности Ориона - обусловлена излучением атомов, свечение К рабовидной туманности имеет совершенно иное происхождение. Электроны, обладающие в результате взрыва сверхновой огромной энергией, движутся здесь со скоростью, близ кой к скорости света. В магнитном поле туманност и электроны движутся по круговым орбитам, излучая при этом свет. Оставал ся не решенным вопрос, почему эти электроны с 1054 года движутся все также бы стро, почему они не замедлились, теряя свою энергию на излучение. Со време нем интенсивность излучения должна ослабевать, и свечение Крабовидной туманности меркнуть. По-видимому, электроны пополняют свою энергию за сч ет какого-то внешнего источника. Теперь этот источник был найден. Если То мас Голд прав, то в Крабовидной туманности находится вращающаяся нейтро нная звезда, которая, возможно, через свое магнитное поле передает энерг ию окружающему газу. Как гигантский пропеллер, вращается нейтронная зве зда в туманности, обеспечивая электронам высокую скорость, а Крабовидно й туманности - большую яркость. Запаса энергии вращения нейтронной звезд ы хватит еще на много тысячелетий. Итак, мы нашли механизм, объясняющий регулярность посылаемых пульсарам и импульсов. Однако нужно еще понять, как именно возникает радиоизлучени е. Поскольку речь идет не о непрерывной волне, а об импульсе, при котором в течение большей части периода энергия равна нулю и лишь кратковременно энергия очень велика, можно предположить, что звезда посылает излучение в определенном направлении и мы регистрируем его в тот момент, когда луч вращающейся звезды-прожектора "чиркает" по Земле - точно так же, как с кора бля видят луч вращающегося фонаря на маяке. По всей видимости, нейтронная звезда обладает магнитным полем, подобно З емле, но значительно более сильным. Предположим, что магнитная ось звезд ы не совпадает, как и у Земли, с ее осью вращения. При вращении нейтронной з везды магнитное поле так же вращается, и поучается картина, показанная н а рисунке 8: на поверхности вращающейся нейтронной звезды, обладающей ма гнитным полем, где нейтроны вновь превращаются в протоны и электроны, го сподствуют мощные электрические силы, под действием которых заряженны е частицы уносятся прочь от звезды. Частицы движутся вдоль магнитных сил овых линий в пространстве. Их энергии достаточно для того, чтобы Крабови дная туманность и сегодня, через тысячу лет после своего возникновения, могла светиться. Движение заряженных частиц поперек магнитных силовых линий затруднено, поэтому они покидают нейтронную звезды, главным образ ом в области ее магнитных полюсов, уходя вдоль искривленных силовых лини й. Электроны, как самые легкие частицы покидают звезду с самой большой скор остью, близ кой, по всей видимости, к скорости света. двигаясь со столь выс окой скоростью по искривленной траектории, электрон излучает энергию, п ричем не во все стороны, а преимущественно в направлении своего движения . Таким образом, излучение звезды в целом направлено вдоль выходящих из з везды силовых линий магнитного поля. А так как магнитное поле вращается вместе со звездой, вращаются и конические пучки выходящего излучения. Уд аленный наблюдатель видит их в тот момент, когда он попадает в один из эти х двух конусов; для него нейтронная звезда будет вспыхивать с частотой, с оответствующей скорости ее вращения. Многие астрофизики сегодня счита ют, что эта модель, напоминающая вращающийся прожектор морского маяка, в о многом верна. Весной 1969 года две обсерватории независимо одна от другой обнаружили, что медленное, но неуклонное нарастание периода пульсара нарушилось и инте рвал между двумя соседними импульсами сократился (рисунок 9) . Затем перио д вновь стал увеличиваться с прежней скоростью. Мы приняли, что пульсар я вляется вращающейся нейтронной звездой, вращение которой постепенно з амедляется из-за передачи энергии в окружающею среду. Что же могло заста вить звезду ускорить свое вращение? Изменение периода происходит скачкообразно. Физики-ядерщики, лучше зна комые с нейтронами, чем астрофизики, высказали такое предположение. На п оверхности нейтронной звезды образовались прочные корки - "плиты", котор ые при охлаждении нейтронной звезды, оставшейся после взрыва сверхново й, отрываются одна за другой. В результате подобных сдвигов и оползней ск орость вращения нейтронной звезды может увеличиваться. Объясняет ли эт о резкое сокращение периода, которое с тех пор наблюдалось уже неоднодно кратно? Глобальные движения земной коры действительно сказываются на с корости вращения Земли и, следовательно, на продолжительности суток. Наб людается ли нечто подобное и у пульсаров? Не являются ли наблюдаемые скачки их периода свидетельством происходя щих в них катаклизмов? В последнее десятилетие значительные успехи достигнуты в но вой област и наблюдательной астрономии - так называемой гамма-астрономии. Гамма-изл учение можно рассматривать как свет с очень малой длиной волны, еще боле е короткой, чем у рентгеновского излучения. Гамма-излучение обладает оче нь высокой энергией: отдельный гамма-квант несет примерно в миллион раз больше энергии, чем квант видимого света. Однако гамма-излучение, как и ре нтгеновское, почти не проходит сквозь атмосферу Земли, поэтому исследов ание приходящих из Вселенной гамма-лучей началось лишь после того, как с помощью ракет и спутников наблюдения стали осуществляться из космоса. К наиболее впечатляющим открытиям в области гамма-астрономии относится тот факт, что многие пульсары посылают импульсы и в гамма-диапазоне. Благ одаря огромной энергии гамма-квантов складывается впечатление, что име нно гамма-излучение является для пульсаров основным, в то время как ради оизлучение, по которому пульсары были впервые обнаружены, оказывается с корее побочным эффектом, который можно уподобить звуку, сопровождающем у разрыв снаряда. Гамма-импульсы идут в том же ритме, что и радиоимпульсы, но не совпадают с ними. Явления, связанные с гамма-излучением пульсаров, д о сих пор не поняты. С точки зрения астрономов пульсары представляют еще одну сложность. В на стоящее время уже известно такое количество пульсаров, что можно предпо ложить существование в одной только нашей Галактике около миллиона акт ивно действующих пульсаров. С другой стороны, несколько последних десят илетий ведутся наблюдения уда ленных галактик с целью установить, какое количество взрывов сверхновых происходит в среднем за столетие. Это поз воляет сделать вывод о том, сколько нейтронных звезд возникло с древнейш их времен в нашем Млечном Пути. Оказывается, что число пульсаров значите льно превосходит то количество нейтронных звезд, которое могло образов аться в результате взрывов сверхновых. Значит ли это, что пульсары могут возникать и иным путем? Быть может, не которые пульсары образуются не в ре зультате взрывов звезд, а в ходе менее эффектных, но более упорядоченных и мирных процессов? В ноябре 1982 года астрономическая общественность была взбудоражена сооб щением о том, что пять астрономов с помощью радио телескопа в Пуэрто-Рико открыли пульсар, который побил рекорд пульсара в Крабовидной туманност и. каждую секунду он посылает 642 импульса. Это означает, что нейтронная зве зда вращается со скоростью 600 оборотов в секунду. Соответственно гравита ция на поверхности должна быть очень велика, чтобы звезду не разорвали ц ентробежные силы. Позднее были открыты и другие миллисекундные пульсар ы. Группа астрономов, возглавляемая Э. Дж. Лайном (Великобритания) , обнаружи ла вблизи центра Млечного Пути быстровращающуюся нейтронную звезду. Ее пульсирующее радиоизлучение достигает Землю 86 раз в секунду. Пульсару, н аходящемуся в пределах шарового скопления Терциан 5, присвоено наименов ание PSR 1744-24 А. По несколько раз в неделю радиосигнал из этого источника исче зает на шесть часов. Это второй, ставший известным науке двойной пульсар. Первый из них, открытый двумя годами ранее, находится примерно в трех тыс ячах световых лет от нас. Его период равен около 1,6 мс. Отличительная особе нность этих двух пульсаров: оба они, по-видимому, "пожирают" своих невидимы х для нас спутников. Очевидно, пульсары излучают такое количество энергии, что ее хватает на разогрев поверхности звезды-спутника. При этом образуется вихрь, способ ный вызывать "затмение" радиоизлучения быстровращающегося пульсара. Ма сса же спутника при этом уменьшается. Период колебания излучения "новичка" указывает на то, что он находится на иной (вероятно, более ранней) стадии своего развития, чем первый двойной п ульсар. Скорее всего, спутник достаточно велик, чтобы пульсар мог времен ами "выхватывать" из него большое количество газов, которое за тем в виде о блака начинает независимо обращаться вокруг пульсара и временами пере крывать собой его излучение. Такое газовое облако, подходя близко к пуль сару, вторгается в его магнитное поле, вызывая вспышки рент геновского и злучения. Большой интерес среди астрономов вызвало сообщение о том, что А. Вольщан и Д. Фрейл, работая на гигантском радиотелескопе обсерватории Арисибо (П уэрто-Рико) , в конце 1991 года обнару жили две планеты, которые обращаются во круг пульсара PSR 1257+12. Пульсар расположен на расстоянии 1600 световых лет от нас (в созвездии Девы) . Это нейтронная звезда, обращающаяся со скоростью 1 обо рот за 6,2 мс. Постепенное изменение периода говорит о том, что пульсар вход ит в систему, включающую два не больших тела, вероятно, планеты. Их масса п римерно втрое превышают массу Земли, а период обращения вокруг пульсара у одной из них составляет 67, а у другой - 95 суток. Сотрудники Астрономическо го института в Кембридже (Великобритания) И. Стивенс, М. Рис и Ф. Подсядловс кий пришли к следующему выводу: пульсар PSR 1257+12 разрушил своего компаньона, а две планеты возникли в ре зультате этого процесса. Ученые разработали м одель, где исчезнувший компаньон - обычная звезда, сходная с нашим Солнце м, но вдвое менее массивная. Он обращался вокруг пульсара со скоростью 1 об орот в сутки. Часть массы этой звезды обрушилась на пульсар, уменьшив его период обращения всего на несколько миллисекунд. При токам быстром вращении пульсар превратился в мощный источник излуч ения, причем внешние слои звезды начали бурно расширяться и покидать зве зду. Еще в 1988 году астрономы обсерватории Арисибо открыли пульсар (он полу чил прозвище "Черная вдова") , который также "поедает" своего компаньона. Те ряя один внешний слой за другим, звезда постепенно уменьшается в массе. С илы тяготения ее ослабевают, пока, наконец, звезда не разорвется на части за какие-нибудь несколько часов. Ее вещество распределяется по орбите и образует вокруг пульсара узкое газовое кольцо. Затем это кольцо превращ ается в плоский тонкий газовый диск, очень сходный с тем, что окружал Солн це во время образования планет. По мнению кембриджских исследователей, д иск нового пульсара должен породить свои планеты. Другие теории, объясня ющие возникновение планет у пульсаров, исходят из осуществления доволь но редкого события - столкновения "бродячего" пульсара со звездой, уже обл адав шей планетами, или же слияние двух белых карликов, которое при водит к рождению пульсара, окруженного газовым диском. Теперь дело за радиоаст рономами. Они могут проверить предположение о том, что "припульсарные" пл анеты - совсем не редкость во Вселенной. За открытие пульсаров Энтони Хьюишу в 1974 году была присуждена Нобелевска я премия по физике. Открытие действительно было выдающемся, и лишь назва ние оказалось не точным. Пульсары вовсе не пульсируют. Это название дали им тогда, когда еще полагали, что это звезды, которые, подобно цефеидам, пе риодически расширяются и сжимаются. Теперь мы знаем, что пульсары - это вр ащающие ся нейтронные звезды. Однако название прижилось. Но можем ли мы б ыть полностью уверены в том, что Томас Голд прав? Действительно ли пульса ры - это нейтронные звезды? Тень сомнения оставалась у астрофизиков до те х пор, пока не были обнаружены рентгеновские звезды. Но это уже другая тем а для реферата. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Р. Киппенхан 100 миллиардов солнц Москва "Мир" 1990 г. 2. С. Данлоп Азбука звездного неба Москва "Мир" 1990 г. 3. Энциклопедический словарь юного астронома Москва "Педагогика" 1980 г. 4. Журнал "Земля и Вселенная" 1/92 ; 1/91 ; 5/92 ;
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Упорство - никогда не сдавайся и продолжай проигрывать!
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по астрономии, авиации, космонавтике "Космические объекты: Пульсары", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru