О частицах, излучении и Вселенной: Страница 3

Оглавление статей
О частицах, излучении и Вселенной
Страница 2
Страница 3
Страница 4

Страница 3 из 4

 

 

 

 

Итак, с этими частицами мы будем иметь дело в дальнейшем. Если принять массу электрона за единицу, то на протон приходится 1836,1 единицы массы. Так как нейтрон объединяет в себе электрон и протон, его масса не сильно отличается от массы протона. Из этих соотношений легко видеть, что большая часть массы атома падает на его ядро. Если мысленно ядро увеличить до размеров самого высокого здания Нью-Йорка, то размеры атома составят одну шестую часть расстояния до Луны. Таким образом, большая часть атома, как и Солнечной системы, представляет собой пустое пространство. Когда при ионизации водород лишается своего единственного электрона,   масса атома становится равной массе ядра,  а его размеры определяются размерами ядра. Это означает, что природа способна уложить огромное количество массы в малый объем. Бели бы мы имели полностью ионизованный водородный газ, в котором ядра прижаты друг к другу настолько тесно, насколько это возможно, то мы, по существу,4 получили бы ядерную жидкость с плотностью, в 2 300 триллионов раз превышающей плотность воды. Когда мы перейдем к детальному изучению недр нейтронных звезд, то встретимся именно с такой плотностью вещества.

Ознакомившись с частицами, из которых состоит Вселенная, рассмотрим, каким образом астрономы истолковывают послания, плывущие на волнах света звезд к Земле. Для начала отметим, что нашим единственным ключом ко Вселенной является излучение. В то время как другие ученые в своих исследованиях могут пробовать, ощущать, слышать и видеть результаты своих экспериментов, возможности астронома весьма ограниченны, ибо он может пользоваться только зрением. Но даже имея в распоряжении лишь глаза, астроном достигает буквально пределов Вселенной, постигая ее историю. Успехи астрономии с ее весьма ограниченными средствами исследований поистине замечательны!

Электромагнитное излучение вездесуще. Любое тело во Вселенной испускает излучение того или иного вида, если только оно не имеет температуру, равную абсолютному нулю. За исключением этого единственного (и, строго говоря, невозможного) случая, следует ожидать наличия электромагнитного излучения от всех материальных тел Вселённой.

Вот почему, глядя на кого-либо, мы облучаемся как отраженным от него излучением, так и излучением, которое рождается в нем и им испускается. Даже если человек находится в полностью затемненной комнате, его можно обнаружить при помощи специального инфракрасного преобразователя для другого устройства подобной чувствительности. Излучение человеческого тела, которое имеет нормальную температуру 37,0° С, лежит в инфракрасной области спектра. Слепой человек, имея достаточно чувствительный инструмент для обнаружения инфракрасного излучения, сможет определить число людей в комнате, их местоположение и расстояние между ними, хотя он и не в состоянии их видеть.

Глядя на небо, мы видим звезды, планеты, Солнце, Луну. Все эти небесные тела испускают излучение разного типа. Звезды благодаря высокой температуре обильно излучают в широком диапазоне электромагнитного спектра. К несчастью, находясь на поверхности Земли, мы как бы живем на дне туманного, волнующегося и мерцающего моря воздуха, который искажает, изменяет и фильтрует это излучение, и, следовательно, полная и истинная картина того, что исходит от звезд, недоступна восприятию с поверхности Земли. Однако новые астрономические обсерватории, обращающиеся вокруг Земли высоко над ее ненадежной атмосферой, могут обнаружить полный спектр излучения, приходящего от небесных тел. Обсерватории будущего, построенные на лишенной воздуха Луне, будут предназначены для выполнения тех же функций.

Излучение, зарегистрированное во всем спектре, мало что говорит нам, оно лишь свидетельствует о том, что удаленные звезды излучают огромное количество энергии. Чтобы определить характеристики небесных тел, мы должны разложить свет звезды в спектр и прочесть сообщение, которое в нем зашифровано. Спектр может многое сказать о природе удаленных небесных тел. Астрономические объекты излучают спектры различных видов, и, исследуя их, мы узнаем,   что   же   происходит   на   поверхности   и   в  недрах   звезды.

Чтобы разгадать послание, принесенное светом звезды, обратимся к основным физическим принципам. Излучение космических объектов возникает в результате взаимодействия атомов и молекул. Пренебрежем излучением молекул и сосредоточим внимание только на атомах. Именно способность атомов поглощать и испускать излучение при определенных условиях и дает ключ, необходимый для истолкования наших наблюдений.

Для начала рассмотрим атом водорода. Это наиболее простой из всех атомов, так как его ядро состоит из одного протона, вокруг которого обращается только один электрон. Если атом водорода сталкивается с «пакетом», или «импульсом», энергии в виде фотона, он может поглотить эту энергию; в результате атом возбудится и электрон перейдет на более удаленную орбиту. Спустя малую долю секунды электрон может вернуться в свое прежнее состояние, при этом он испускает энергию точно такой же величины, которую ранее поглотил. Величина поглощаемой или излучаемой им энергии точно известна, она проявляет себя как линия в спектре. Следовательно, когда при исследовании спектра какого-либо объекта обнаруживаются линии с определенными длинами волн, представляется возможным идентифицировать (распознать) элемент, ответственный за эти линии. Как нет двух людей с одинаковыми отпечатками пальцев, так нет и двух атомов различных элементов, создающих одну и ту же линию при поглощении или излучении. Если мы знаем длину волны испускаемого света, то ясно, в какой части спектра следует искать данную линию. И это применимо ко всем элементам периодической системы. После того как спектрограмма получена и на ней измерены положения линий, оказывается возможным идентифицировать элементы.

« ПредыдущаяСлед. »

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: