Hubbles Gesetz: was es sagt, in Enem und Übungen

Hubbles Gesetz wurde experimentell erhalten und stellt eine direkte Beziehung zwischen dem Abstand von a Galaxis beliebig bis die Erde und die Geschwindigkeit, mit der sich diese Galaxie von uns entfernt. Nach diesem Gesetz entfernen sich die Galaxien umso schneller, je weiter sie von der Erde entfernt sind, eine Tatsache, die die Möglichkeit nahelegt, in einem Universum in ständiger Expansion zu leben.

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Was sagt das Hubble-Gesetz?

Hubbles Gesetz besagt, dass sich die Galaxie umso schneller von uns entfernt, je größer der Abstand zwischen einer Galaxie und der Erde ist. Das Hubble-Gesetz wurde von dem amerikanischen Physiker und Astronomen entdeckt und formuliert Edwin P. Hubble (1889-1953). Die folgende Abbildung zeigt es:

v –Einfahrgeschwindigkeit (km/s)

H₀ – Hubble-Konstante (70 (km/s)/Mpc)

r – Entfernung zwischen Erde und Galaxie (Mpc)

In diesem Gesetz ist die Konstante H₀, bekannt als

Hubble-Konstante, stellt dar, wie groß die Geschwindigkeitszunahme der Galaxien bei jedem Mpc (Megaparsec) ist. Ö Mpc ist ein Maß für astronomische Entfernungen im Wert von ungefähr 3,26 Millionen Lichtjahre.

Hubble konnte den obigen Ausdruck anhand von Daten über die Entfernungsgeschwindigkeiten von 24 nahe gelegenen Galaxien erreichen, die zuvor vom Astronomen gesammelt wurden. Ich trage M. Slipper. Slipher konnte die Startgeschwindigkeiten dank der Spektroskopie, d. h. die Analyse der Farbfrequenzen von Galaxien emittiert. Als sich diese Galaxien von der Erde entfernten, wurden die Frequenzen der Elektromagnetische Wellen von ihnen ausgestellte Änderungen aufgrund der Doppler-Effekt.

Das vom Hubble-Teleskop aufgenommene Bild zeigt Milliarden von Galaxien in einem winzigen Teil des Nachthimmels. [1]

Ö Doppler-Effekt erklärt, warum wir kleine Frequenzänderungen in hören Geräusche die von Quellen emittiert werden, die sich in Bezug auf den Betrachter bewegen. Zum Beispiel: Wenn sich uns ein Krankenwagen nähert oder von uns wegfährt, stellen wir möglicherweise fest, dass der von ihm ausgehende Schall höher und dann niedriger wird.

Diese scheinbare Änderung der Frequenz von Schallwellen tritt auch bei elektromagnetischen Wellen auf – sobald sich Galaxien entfernen, Licht, das von ihnen emittiert wird, tendiert dazu, sich zu niedrigeren Frequenzen zu bewegen, daher sagen wir, dass es in diesen Galaxien möglich ist, a Rotverschiebung (auf Englisch, Rotverschiebung).

Hubble-Konstante

Im Laufe der Jahre wurde der Wert der Hubble-Konstante mehrmals aktualisiert. Diese Veränderungen waren auf die Präzision zurückzuführen, mit der wir die Entfernungen zwischen Erde und Galaxien messen können. Nach astronomischen Messungen ist die Hubble-Konstante es ist für alle Richtungen gleich, in die wir schauen — Es gibt keine bevorzugte Abfahrtsrichtung. In der Praxis ist es, als wären wir ein kleiner Punkt in einem Blase ist ständigaufgeblasen.

Das Universum dehnt sich ständig in alle Richtungen aus.

Zu Hubbles Zeit war die Methode zur Messung astronomischer Entfernungen rudimentär, daher entwickelte er eine viel intelligentere Methode, um sie abzuleiten: Vergleich der Helligkeit zwischen ihnen, denn je weiter sie entfernt sind, desto geringer ist die von ihnen emittierte Helligkeit. Es war durch die scheinenrelativ unter den Galaxien, die Edwin Hubble mit noch größerer Genauigkeit den Wert ihrer Konstanten bestimmen konnte.

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Universumserweiterung

Erste Hinweise auf eine mögliche Expansion des Universums waren erst durch die Entdeckungen von Edwin Hubble möglich. Jedoch, wir wissen noch sehr wenig darüber, wie sich das Universum ausdehntIn diesem Sinne hat die Entdeckung des Hubbleschen Gesetzes im gleichen Maße neue Antworten und neue Fragen hervorgebracht.

Es ist noch nicht wirklich bekannt, was die Expansion des Universums bewirkt, wenn aus Sicht der klassischen Physik, unterstützt durch die Gesetz der universellen Gravitation, würde der Kosmos eher schrumpfen als sich ausdehnen. Es gibt eine Vielzahl von Theorien, die das Phänomen der Expansion zu erklären versuchen, jedoch konnte bis heute keine davon bewiesen werden.

Um die beschleunigte Expansion des Universums zu erklären, schlugen Physiker die Existenz von Dunkle Materie. Nach modernen Theorien sollte dunkle Materie erklären können, was im Hubble-Gesetz beobachtet wird. diese Art von Materie muss jedoch „exotische“ Eigenschaften haben, die bis dahin noch nie in Materie beobachtet wurden. gewöhnliche.

Hubbles Gesetz in Enem

Das Hubble-Gesetz wurde bereits in den USA durchgesetzt Und entweder, im Test 2019. Die Frage bezog sich direkt auf die Anwendung des Hubble-Gesetzes: Sollen wir es analysieren?

(Und entweder) Astronomen messen die Entfernungsgeschwindigkeit von entfernten Galaxien, indem sie das von diesen Systemen emittierte Licht erkennen. Das Hubble-Gesetz besagt, dass die Abfluggeschwindigkeit einer Galaxie (in km/s) proportional zu ihrer Entfernung zur Erde ist, gemessen in Megaparsec. In diesem Gesetz ist die Proportionalitätskonstante die Hubble-Konstante (H₀) und sein am meisten akzeptierter Wert ist 72 (km/s)/Mpc. Der Parsec (pc) ist eine astronomische Entfernungseinheit mit einem Wert von ungefähr 3,10¹⁶ m. Astronomische Beobachtungen haben ergeben, dass die Geschwindigkeit von einer bestimmten Galaxie 1440 km/s beträgt.

Unter Verwendung des Hubble-Gesetzes kann geschlossen werden, dass die Entfernung zu dieser Galaxie, gemessen in km, gleich ist:

a) 20.10⁰

b) 20.10⁶

c) 6.10²⁰

d) 6.10²³

e) 6.10²⁶

Vorlage: Buchstabe C

Auflösung:

Um dieses Problem zu beheben, muss die Anweisung interpretiert werden. Dadurch ist es auch möglich, es zu lösen, ohne den Ausdruck des Hubble-Gesetzes zu kennen, jedoch Bevor wir mit den Berechnungen beginnen, müssen wir die Maßeinheiten anpassen und daran denken, dass 1 Stück äquivalent ist bis 3.10¹⁶ m oder 3,10¹³ km, Hinweis:

Nachdem wir die Maßeinheit der Hubble-Konstante richtig angepasst haben, können wir die Berechnung zur Entfernungsbestimmung durchführen:

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Übungen zum Hubble-Gesetz

Frage 1) Die Andromeda-Galaxie ist die der Milchstraße am nächsten liegende Spiralgalaxie und liegt in einer Entfernung von etwa 0,77 Mpc. Basierend auf dem Hubble-Gesetz beträgt die Geschwindigkeit, mit der sich die Andromeda-Galaxie von der Milchstraße entfernt, ungefähr:

Daten: H₀ = 72 (km/s)/Mpc

a) 96,5 km/s

b) 55,4 km/s

c) 108,4 km/s

d) 15,7 km/s

Vorlage: Buchstabe b

Auflösung:

Die in der Anweisung angegebenen Maßeinheiten sind bereits miteinander kompatibel, daher verwenden wir einfach das Hubble-Gesetz und ersetzen die Daten:

Das Ergebnis zeigt, dass sich die Andromeda-Galaxie mit einer Geschwindigkeit von etwa 54 km/s entfernt, die richtige Antwort lautet also Buchstabe b.

Frage 2) Eine Galaxie A ist in der Ferne d von der Erde und weg mit Geschwindigkeit v. Zu wissen, dass Galaxie B ist doppelt so weit von der Erde entfernt als Galaxie A kann man sagen, dass ihre Abfluggeschwindigkeit:

a) halb so schnell wie der Abflug von Galaxie A.

b) gleich der Abfluggeschwindigkeit von Galaxie A.

c) ist viermal kleiner als die Abfluggeschwindigkeit von Galaxie A.

d) wird doppelt so schnell wie die entfernte Galaxie A sein.

Vorlage: Buchstabe D

Auflösung:

Das Hubble-Gesetz stellt eine direkt proportionale Beziehung zwischen der Abfluggeschwindigkeit und der Entfernung her, sodass sich Galaxie B doppelt so schnell bewegt, da sie doppelt so weit entfernt ist:

Bildnachweise

[1] NASA | Gemeingüter

Von Rafael Hellerbrock
Physik Lehrer

Quelle: Brasilien Schule - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-lei-hubble-expansao-universo.htm