Hubble'i seadus: mida see ütleb - Enem ja harjutused

Hubble'i seadus saadi eksperimentaalselt ja loob otsese seose a kauguse vahel galaktika mis tahes kuni Maa ja kiirus, millega see galaktika meist kaugeneb. Selle seaduse kohaselt, mida kaugemal Maast, seda kiiremini galaktikad eemalduvad, mis viitab võimalusele elada universumis pidevas laienemises.

Näe rohkem:Astrofüüsika - on pühendatud Universumi uurimisele, rakendades keemia- ja füüsikaseadusi

Mida ütleb Hubble'i seadus?

Hubble'i seadus ütleb, et mida suurem on galaktika ja Maa vaheline kaugus, seda kiiremini see galaktika meist kaugeneb. Hubble'i seaduse avastas ja sõnastas Ameerika füüsik ja astronoom Edwin P. Hubble (1889-1953). Allpool olev joonis näitab seda:

v - tagasitõmbekiirus (km / s)

H₀ - Hubble'i konstant (70 (km / s) / Mpc)

r - kaugus Maa ja galaktika vahel (Mpc)

Selles seaduses on konstant H₀, tuntud kui Hubble'i konstant, tähistab, kui suur on galaktikate kiiruse suurenemine igal Mpc-l (megaparsek). O MPp on umbes astronoomiliste vahemaade mõõt 3,26 miljonit valgusaastat.

Hubble suutis ülaltoodud avaldiseni jõuda, kasutades andmeid astronoomi poolt varem kogutud 24 lähedal oleva galaktika kauguse kiiruse kohta.

Kannan M. suss. Slipher suutis tänu stardikiirustele täpselt mõõta spektroskoopiaehk analüüsida värvide sagedused kiirgavad galaktikad. Kui need galaktikad kaugenesid Maast, muutusid nende sagedused elektromagnetlained nende väljastatud dokumendid peaksid muutuma seoses Doppleri efekt.

Hubble'i teleskoobilt võetud pildil on miljardites galaktikates väike osa öötaevast. [1]

O Doppleri efekt selgitab, miks me kuuleme väikseid sageduse muutusi helid mida kiirgavad vaatleja suhtes liikuvad allikad. Näiteks: kui kiirabi läheneb või lahkub meie juurest, võime vastavalt märgata, et selle kiiratav heli muutub kõrgemaks ja seejärel madalamaks.

See ilmne helilainete sageduse muutus toimub ka elektromagnetlainete puhul - kui galaktikad eemalduvad, siis nende poolt kiiratav valgus kipub liikuma madalamatele sagedustele, nii et me ütleme, et nendes galaktikates on võimalik jälgida punane nihe (inglise keeles, punane nihe).

Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)

Hubble'i konstant

Aastate jooksul on Hubble'i konstandi väärtust mitu korda värskendatud. Need muutused tulenesid täpsusest, millega saame mõõta kaugusi Maa ja galaktikate vahel. Astronoomiliste mõõtmiste kohaselt on Hubble'i konstant see on sama kõikides suundades, kuhu vaatame - ei ole eelistatud väljumissuunda. Praktikas oleksime justkui väike punkt a-s kusepõis on pidevaltpumbatud.

Universum laieneb pidevalt igas suunas.

Hubble'i ajal oli astronoomiliste kauguste mõõtmiseks kasutatav meetod algeline, seega töötas ta välja palju intelligentsema viisi nende järeldamiseks: nende vahelise heleduse võrdlemine, kuna mida kaugemal nad asuvad, seda väiksem on nende kiirgatav heledus. See oli läbi särasugulane galaktikate hulgas, mille Edwin Hubble suutis veelgi suurema täpsusega määrata oma konstandi väärtuse.

Vaadake ka: Mustad augud - mis need on, millest nad koosnevad, avastused ja kurioosumid

Universumi laienemine

Esimesed märgid Universumi võimalikust laienemisest olid võimalikud ainult tänu Edwin Hubble'i avastustele. Kuid, me teame ikka veel väga vähe, kuidas Universum paisub, selles mõttes tekitas Hubble'i seaduse avastamine samal määral uusi vastuseid ja uusi küsimusi.

Siiani pole tegelikult teada, mis põhjustab Universumi laienemist, kui klassikalise füüsika seisukohalt toetab universaalse gravitatsiooni seadus, oleks Kosmose kalduvus pigem kahaneda kui laieneda. Laienemise nähtust püüab seletada suur hulk teooriaid, kuid ühtegi neist ei suudetud tõestada kuni tänapäevani.

Püüdes selgitada Universumi kiirenenud laienemist, pakkusid füüsikud välja selle olemasolu tumeaine. Tänapäevaste teooriate kohaselt peaks tumeaine suutma selgitada Hubble'i seaduses täheldatut, seda tüüpi ainetel peavad olema aga “eksootilised” omadused, mida seni pole aines kunagi täheldatud. tavaline.

Hubble'i seadus vaenlases

Hubble'i seadus on juba rakendatud Ja kas, 2019. aasta testis. Küsimus käsitles otseselt Hubble'i seaduse kasutamist, kas me analüüsime seda?

(Ja kas) Astronoomid mõõdavad kaugete galaktikate kauguse kiirust, tuvastades nende süsteemide kiiratava valguse. Hubble'i seadus ütleb, et galaktika väljumiskiirus (km / s) on proportsionaalne tema kaugusega Maaga, mõõdetuna megaparsides. Selles seaduses on proportsionaalsuse konstant hubble'i konstant (H₀) ja selle aktsepteeritum väärtus on 72 (km / s) / Mpc. Parsek (pc) on astronoomiline kauguse ühik, väärtusega umbes 3,10¹⁶ m. Astronoomilised vaatlused on kindlaks teinud, et kiirus antud galaktikast eemal on 1440 km / s.

Hubble'i seadust kasutades võib järeldada, et kaugus selle galaktikani, mõõdetuna km-des, on võrdne järgmisega:

a) 20.10⁰

b) 20.10⁶

c) 6.10²⁰

d) 6.10²³

e) 6.10²⁶

Mall: Täht C

Resolutsioon:

Selle probleemi lahendamiseks on vaja avaldust tõlgendada. Selle kaudu on võimalik see lahendada ka siis, kui te ei tunne Hubble'i seaduse väljendust, kuid enne arvutuste alustamist peame mõõtühikuid kohandama, pidades meeles, et 1 tk on samaväärne kuni 3.10¹⁶ m või 3,10¹³ km, märkus:

Pärast seda, kui oleme Hubble'i konstandi mõõtühiku õigesti kohandanud, saame kauguse määramiseks arvutada:

Tea rohkem:Raadioteleskoobid - mis need on ja milleks nad on mõeldud

Hubble'i seaduse harjutused

Küsimus 1) Andromeda galaktika on Linnuteele lähim spiraalgalaktika ja asub umbes 0,77 Mpc kaugusel. Hubble'i seaduse põhjal on Andromeda galaktika Linnuteest eemaldumise kiirus ligikaudu:

Andmed: H₀ = 72 (km / s) / MPp

a) 96,5 km / s

b) 55,4 km / s

c) 108,4 km / s

d) 15,7 km / s

Tagasiside: Täht B

Resolutsioon:

Avalduses toodud mõõtühikud on omavahel juba ühilduvad, seega kasutame lihtsalt Hubble'i seadust ja asendame andmed:

Tulemus näitab, et Andromeda galaktika eemaldub kiirusega umbes 54 km / s, seega on õige vastus täht B.

2. küsimus) Galaktika A asub eemal d Maalt ja eemale kiirusega v. Teades, et galaktika B on kaks korda nii kaugel Maast kui galaktika A, võib öelda, et selle väljumiskiirus:

a) on pool galaktikast A väljumise kiirust

b) võrdub galaktikast A väljumise kiirusega.

c) on neli korda väiksem kui galaktikast A väljumise kiirus.

d) on kaks korda kiirem kui galaktika A kiiruse kaugusel.

Mall: D-täht

Resolutsioon:

Hubble'i seadus kehtestab otseselt proportsionaalse suhte väljumiskiiruse ja vahemaa vahel, nii et kaks korda kaugemal olles liigub galaktika B kaks korda kiiremini:

Pildikrediidid

[1] NASA | ühised

Autor Rafael Hellerbrock
Füüsikaõpetaja