Эссе в рамках проекта "открытое образование"

Астрономия на Луне

Начиная рассуждать об астрономии на Луне, необходимо сделать оговорку, что будем говорить о перспективах развития этой отрасли научных знаний и технических достижений. Мне кажется очень важным ответ не на вопрос «почему так перспективно развитие астрономии на Луне», на который, как предвижу, почти одинаковыми фразами будут отвечать однокурсники, а на вопрос «зачем», зачем нам астрономия на Луне.
Вопрос «почему», безусловно, нуждается в освещении. Ответы на него, конечно, очевидны, мы их частично рассматривали в предыдущей работе. Поэтому позволю себе несколько повториться, а также суммировать те преимущества и возможности, которые открывает нам перспектива развития астрономии на нашем спутнике Луне.
Во-первых, наш спутник очень удобен для размещения на нём оптических и радиотелескопов. На обратной стороне Луны отсутствуют радиопомехи с Земли. На Луне отсутствует атмосфера с ее турбулентностью, у нее нет магнитного поля, там меньшая сила тяжести, плюс ко всему, она медленно вращается, что дает возможность расположить на Луне телескопы разных диапазонов спектра. Например, таких как рентген-, гамма- излучения, ультрафиолет, и радиодиапазоны, в которых не проводятся наблюдения с Земли. Благодаря этим же причинам на Луне возможно создать радиоинтерферометр с радиотелескопами на Земле и в космосе, где Луна будет уже сама являться частью радиотелескопа, что даст возможность прямых наблюдений планет у других звезд и ядра галактик. Эти же причины дают возможность развития не только радиоастрономии, но и оптической астрономии, устраняя земные причины ограничений размер апертуры телескопов. 
К причинам, почему астрономические исследования на Луне имеют свои преимущества, относятся также низкие ночные температуры лунной поверхности, очень слабая сейсмичность, отсутствие у Луны ионосферы, большая длительность непрерывных наблюдений одного и того же объекта, отсутствие световой засветки от городов, неподверженность влиянию геокороны.
Луну можно рассматривать и как отличный детектор частиц. Поверхность спутника можно использовать как отличный объект для столкновения с частицами высоких энергий
В общем, суммируя, можно сказать, что основной причиной лунной астрономии является возможность проводить оптические и радионаблюдения во всем диапазоне электромагнитных волн. 
Справедливости ради стоит отметить, что преимущества астрономии на Луне могут быть сведены на нет благодаря факторам, диметрально противоположным факторам, которые к Луне привлекают. Например, таким как: резкий перепад температур в тени и на солнце от -203°C до +116°C; жесткое космическое излучение, которое может вывести приборы из строя, сложность доставки аппаратуры на Луну, радиосигнал с Луны будет идти более секунды, лунная пыль и, конечно, стоимость проекта.
Реалистичный проект обсерватории на Луне — это телескопы, основанные на жидкости, в которых для создания зеркала используется свойство жидкости формировать параболические поверхности при вращении. Лунное зеркало на основе ионной жидкости может быть диаметром 100 м.
Ну и наконец, «зачем», зачем так активно обсуждаются перспективы астрономических наблюдений на Луне. 
Здесь я бы хотела привести цитату из письма Сергея Павловича Королёва «О перспективах космической астрономии»:
«...Непонятно, почему так много упущено времени, а, по сути дола, нет даже проекта задания на разработку первой автоматической системы для проведения астрономических наблюдений со спутника....Интересен и такой вопрос, как организация автоматической астрономической межпланетной станции, рассчитанной на длительное существование; видимо, возможно создать автоматическую станцию и на поверхности Луны...»
Очевидно, что этот вопрос вставал еще в самом начале космической эры, в 1959 году.
На первое место в ответе на вопрос «зачем» я бы поставила изучение нашей родной планеты Земли. Это удивительная возможность получить огромное количество информации о земной поверхности с далеких расстояний, разобраться в геологическом строении, иметь картину изменений в атмосфере, её загрязнений, наблюдать ледовый покров, состояние океанов и Земли в целом.
Здесь можно сделать много новых открытий. Можно проводить систематический анализ процессов в атмосфере, отслеживать их связь с солнечной активностью, следить за метеообстановкой, наблюдать за температурами на Земле, мониторировать состояние озонового слоя. Зондирование атмосферы Земли может дать картину распределения зон осадков, прогнозировать их. Цветозональная съемка при наблюдениях с Луны важна для рационального использования земных ресурсов, для охраны окружающей среды в целом.
Также важным направлением исследований являются исследования физики Солнца, его постоянный мониторинг, наблюдение за состоянием межпланетной плазмы.
Наконец, (предвижу, что многие будут этим завершать свои работы) астрономические наблюдения с Луны могут обнаруживать и регистрировать гравитационные волны.
Астрономические исследования на Луне являются одним из перспективнейших направлений дальнейшего развития астрономии, где препятствием будут уже не пределы научного познания, а финансовые ограничения, к сожалению.

Эссе в рамках проекта «Открытое образование»

Вопрос о том как и когда сформировалась Земля волновал и интересует не только ученых, но, как я думаю, и простых обывателей. К настоящему времени выдвинуто достаточно много гипотез и теорий.

Итак, как возникла Земля?

С давних времен существовали теории о сотворении мира некоей божественной силой. Затем Землю рассматривали как шар, который являлся центром Вселенной. В XVI веке появилось учение Н.Коперника, которое поместило Землю в ряд планет, вращающихся вокруг Солнца.

Отодвинув в сторону теологические воззрения на происхождение Земли в хронологическом порядке они выглядят следующим образом:

1.     Теория Канта. Согласно ей Земля образовалась из раскаленной газово-пылевой туманности, медленно вращавшаяся вокруг плотного ядра в центре, состоящей из пылевых частиц, в результате притяжения и  отталкивания между которыми, образовалось круговое движение её, что и привело к формированию планеты. Формировалась Земля независимо от Солнца.

2.     Теория Лапласа. Теория утверждает, что Земля образовалась из единой раскаленной туманности и является про­дуктом распада Солнца. Основная часть туманности осталась в центре, до сих пор не остыла и стала Солнцем.

3.     Теория Шмидта. Согласно утверждеию нашего соотечественника планеты (в том числе и Земля) образовались из твердых раздробленных частиц, захваченных Солнцем. Захватывая, солнце приводило их в движение, частички образо­вывали сгустки, которые группировались и превращались в пла­неты. Земля, как и другие планеты Солнечной системы, с начала существования была холодной, но в дальнейшем в теле Земли начался распад радиоактивных эле­ментов, вследствие чего недра Земли начали разогреваться и рас­тапливаться, а ее масса — расслаиваться на отдельные зоны или сферы с различными физическими свойствами и химическим со­ставом.

4.     Гипотеза Бюффона. Гипотеза предполагает, что когда-то в окрестностях Солнца пронеслась другая звезда. Ее притяжение вызвало на Солнце огромную приливную волну, вытянувшуюся в пространстве на сотни миллионов километров. Оторвавшись, эта волна стала закручиваться вокруг Солнца и распадаться на сгустки, каждый из которых сформировал свою планету

5.     Гипотеза Хойла. Согласно этой теории, у Солнца была звезда-близнец, которая взорвалась. Большая часть осколков унеслась в космическое пространство, меньшая осталась на орбите Солнца и образовала планеты

6.     Теория Фесенкова. Солнце и планеты образовались в едином процес­се развития и эволюции из большого сгустка газово-пылеватой туманности. Этот сгусток имел вид очень сплюснутого дископодобного облака. Из наиболее густого горячего облака в центре образовалось Солнце. В силу движения всей массы облака на его периферии плотность была неодинакова. Более плотные частички облаков стали центрами, с которых начали формироваться буду­щие девять планет Солнечной системы, в том числе и Земля. В. Г. Фесенков сделал вывод, что Солнце и его планеты образо­вались почти одновременно из газово-пылеватой массы, имеющей высокую температуру.

7.     Теория Сафронова. Земля обра­зовалась около 4,54 млрд. лет назад из рассеянного в солнечной системе газово-пылеватого вещества, путём аккреции из протопланетного диска, дискообразной массы газа, пыли, оставшихся от образования Солнца, которая и дала начало Солнечной системе.

Эта теория в настоящий момент поддерживается большинством ученых в мире и основана на «гипотезе планетезималей»

Гипотеза планетезималей была предложена еще советским  астрономом Виктором Сафроновым в 1969 г. Планетезималь - это объект, образовавшийся из пыли, камня и других материалов, размеры которых могут быть от нескольких метров до сотен километров. Согласно гипотезе о планетезималях, когда образуется планетная система, есть протопланетный диск с материей (веществом) из туманностей, из которых появилась эта система. Этот материал постепенно стягивается вместе гравитацией и образует  маленькие глыбы. Эти глыбы становятся все больше и больше, пока они не образуют планетезимали. Многие из этих объектов распадаются на части, когда сталкиваются, но некоторые продолжают расти. Некоторые из этих планетезималей продолжают становиться планетами и лунами. Планеты рождались примерно на тех же орбитах, где расположены сейчас. По достижении нескольких земных масс, планеты стали притягивать из протопланетного диска более легкие элементы, например водород, и формировать свои атмосферы. Так как газовые гиганты - это шары газа с жидкими ядрами, может показаться невозможным, что похожий на астероид объект образовал их.

Планетезимали очень ценны для ученых, потому что они могут предоставить информацию о создании нашей Солнечной Системы. Внешнюю часть планетезималей бомбардировало солнечное излучение (радиация), которое может изменять их химию в течение миллиардов лет. Хотя внутри это вещество, которое не было затронуто, с тех пор как объект впервые образовался. С помощью этого материала астрономы надеются  узнать об условиях туманности, из которых была образована наша Солнечная Система

Когда же возникла наша Земля?

Возраст Земли  -  время, которое прошло с момента образования Земли как самостоятельного планетарного тела.

При решении этого вопроса мировой наукой тоже было предложено нескольео теорий, вернее способов расчёта.

1.     Снижение уровня морей (Бенуа де Майе). Считал что окаменелости на возвышениях означали, что Земля была покрыта большим океаном и ему потребовалочсь 2 миллиарда лет, чтобы испариться до теперешнего уровня. Ученые отказались от этой теории, когда поняли, что для уровня моря естественно его повышение и понижение.

2.     Охлаждение земного шара (Уильям Томпсон). Он предположил, что Земля когда-то представляла собой расплавленный каменный шар с температурой Солнца. Земле, согласно этой теории, понадобилось около 400 миллионов лет для охлаждения до нынешней температуры.

3.     Охлаждение Солнца  (Герман фон Гельмгольц). Ученый определил, что Солнцу понадобилось бы 22 миллиона лет для того, чтобы конденсироваться до его текущего вида с диффузного облака пыли и газа.

4.     Эрозия мела (Чарльз Дарвин). Дарвин подсчитал, что мелу в Англии, возможно, понадобилось 300 млн. лет для формирования его в нынешнем виде.

5.     Орбита Луны (Джордж Дарвин). Предположил, что Луна, была образована из Земли, вращение которой вызвало отделение вращающегося куска планеты в космос. Луне понадобилось около 56 миллионов лет, для достижения нынешнего положения относительно Земли.

6.     Соленость океана – (Эдмунд Галлей). Предположил, используя этот метод,  что Земле около 80-150 млн. лет.

7.     Радиометрическое датирование - точный метод определения возраста Земли.

В 1896 году  Анри Беккерель открыл радиоактивность - процесс, при котором материалы разлагаются на другие материалы с выделением энергии при этом. На Земле содержится большое количество радиоактивных материалов, которые могут предоставить возможность подсчета возраста Земли. Некоторые материалы распадаются быстрее,  другие миллионы и миллиарды лет.

Измеряя периоды полураспадов радиоактивных изотопов, геологи построили лестницу измерения, позволяющую точно вычислять возраст геологических объектов, в том числе и Земли. На сегодняшний момент используются распад урана на различные изотопы свинца. Измеряется количество трех разных изотопов свинца (Pb-206, Pb-207 и Pb-208 или Pb-204), и таким образом вычисляется, сколько урана было первоначально в образце данного материала.

Геологи исследуют Землю, ищут самые старые скалы на планете. Самые старейшие скалы находятся в Канаде, Африке и Австралии, их возраст от 2,5 до 3,8 миллиарда лет. Очень старая порода была найдена в Канаде в 1999 году, ей чуть более 4 миллиардов лет.

Этот метод и дал возможность определить минимальный возраст Земли, но из-за геологических процессов, он может быть еще больше.

8.     Метеоритная гипотеза.  Согласно ей, если предположить, что в Солнечной системе все образованно в одно время, то метеориты в космосе не подвержены геологическим процессам как на Земле. В качестве объекта для исследования был взят метеорит Каньона Дьябло (осколок астероида), как способ, который поможет определить правильный возраст Солнечной системы и Земли. С помощью методики радиометрического датирования на метеоритах, геологи смогли вычислить, что возраст Земли составляет 4.54 миллиарда лет с погрешностью около 1 %.

Резюмирая, можно сказать, что в настоящий момент считается, что Земля, согласно «гипотезе планетезималей», обра­зовалась 4,54 миллиардов лет (4.54·10⁹ лет ± 1 %). лет назад из рассеянного в солнечной системе газово-пылеватого вещества, путём аккреции из протопланетного диска, дискообразной массы газа и пыли.

Ольга Муромская

Эссе в рамках проекта «Открытое образование»

Радиоастрономия

Учитывая тот факт, что мы получаем 95% информации в видимом спектре излучения, появление радиоастрономии довольно недавно совершенно объяснимо (для меня так вообще открытие, несмотря на то, что я застала астрономию в школе). Зато этот поздний ребенок, в отличие от оптической астрономии, развивался настолько быстро, что за 80 лет уже выглядит фантастически и имеет ещё более блестящие перспективы.

Радиоастрономия - это раздел астрофизики, изучающий различные космические объекты методом исследования их электро-магнитного излучения в диапазоне радиоволн (от миллиметровых до километровых)

Астрофизики вообще в настоящий момент способны наблюдать диапазон электоро-магнитного излучения от 10^-25 («космические лучи»)  до 10¹⁵ (гравитационные волны) метров.

Началом развития радиоастрономии считаются тридцатые года двадцатого столетия, когда американский радиоинженер Карл Янский, работая на телефонную компанию, обнаружил с помощью самостоятельно сконструированой антенны, наряду с помехами атмосферного происхождения, радиосигналы, связанные со звездными сутками, и пришел к выводу об их космическом происхождении.

Заинтересовавшийся работами Янского американский  инженер-радиолюбитель Гроут  Ребер, в 1937 году самостоятельно изготовил первый радиотелескоп. Его телескоп содержал все элементы, присущие современным радителескопам: поворотный механизм, параболический концентратор и приемник сигналов.  С помощью него Гроут Ребер составил карту «радионеба» и опубликовал её не в инженерном, а в астрономическом журнале, дав, тем самым, старт новой науке радиоастрономии.

Вторая мировая война ускорила развитие радиофизики и радиотехники. Начиная с 50-х годов 20-го века началось бурное развитие радиоастрономии.

         На сегодняшний момент радиастрономия решает две важнейшие задачи. Первая – это «радиоухо» для космических аппаратов. А вторая задача - это поиск новых космических объектов путём исследования их электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн.

Радиоастрономия сегодня.

Радиотелескопы не получают изображение, как в оптике а дают достаточно размытую картину мощности излучения из определённой точки космического пространства. Разрешающая способность радиотелескопов и угол обзора космического пространства зависит напрямую от диаметра апертуры(чаши). Сегодня работает целый ряд радиотелескопов с гигантскими параболическими чашами антенн. Одними из первых были радиотелескоп в России(г.Калязин) и Австралии(г.Паркс), у них диаметр чаши составляет 64 метра.

         Крупнейшие полноповоротные антенны на сегодняшний день существуют в Германии(Боннский радиотелескоп) и США(Гринбэнк). Диаметр их-100 метров.

         Вес антенны ограничивает её подвижность, и следующим по размерам и чувствительности стал телескоп с неподвижной чашей и наоборот, подвижным приёмником. Диаметр чаши составляет 305 метров, и находится он в Пуэрто-Рико, г.Аресибо (принадлежит США).

Идя по пути увеличения диаметра, сейчас существуют, так называемые, неполные концентраторы. У нас построен ещё в советский период на Кавказе радиотелескоп РАТАН 600. Чаша в нём представлена ободом из поворотных алюминиевых пластин, и диаметр её составляет 600 метров. Симбиозом советской и американской антенн можно считать китайский радиотелескоп, у которого чаша в 500 метров заполнена, но пластины в ней поворотные.

Погоня за чёткостью изображения и увеличения площади обзора неба привела к идее собрать из нескольких радиотелескопов радиоинтерферометр, когда радиосигнал складывается от нескольких радиотелескопов. Такая идея широко реализована сегодня.  Так в Австралии построена система апертурного синтеза, состоящая из 6-ти антенн диаметром 25 метров, разъезжающиеся друг от друга по рельсам на 3 км. В США имеется система VLA, содержащая уже 27 антенн того же диаметра с дистанцией разбега 22,4км. А в Индии построен радиоинтерферометр из 30 телескопов, диаметр каждого – 45 метров.

Попытки развести части радиоинтерферометра как можно дальше друг от друга вылилась в РСДБ(Радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами). Это вид интерферометрии, где приёмные элементы интерферометра располагаются не ближе, чем на континентальных расстояниях друг от друга. Работают они независимо друг от друга, записывая также «метки времени», а затем полученные от них данные одномоментно включают и получают интерференцию сигнала на корреляторе. В 2013году начал функционировать в чилийской Атакаме комплекс ALMAТ. Телескоп предназначен для изучения процессов, происходивших на протяжении первых сотен миллионов лет после Большого Взрыва, когда формировалось первое поколение звёзд. С его помощью планируется получить новые данные, объясняющие механизмы эволюции Вселенной. Он состоит из 66 антенн размером 7 и 12метров, и работает в коротковолновом радиодиапазоне.

Радиоастрономия в космосе.

Радиоастрономия, естественно, шагнула в космос, хотя космические радиотелескопы требуют более широкой инфраструктуры, чем наземные, необходимы радиотелескопы не только в космосе, но и на Земле. В космосе уже работают оптические телескопы, самый знаменитый из которых Хаббл, вообще телескопы в самых разных диапазонах электромагнитного излучения, а для радиотелескопов реализован  российский проект «Радиоастрон», уже даюший  научные результаты. Телескоп установлен на космическом аппарате «Спектр-Р», летающий по сильно вытянутой орбите, так что земные помехи для него несущественны. Этот радиотелескоп в совокупности с наземными антеннами, находящимися в различных странах, работает как интерферометр со сверхдлинной базой. Этот проект реализует уникальные задачи. Это изучение компактных радиоисточников в центре галактик, где находятся сверхмассивные черные дыры, а также это наблюдение радиоизлучающих нейтронных звезд. Проект использует наземные телескопы на различных континентах.

Родиоастрономия на Луне.

Она пока ещё относится к перспективам радиоастрономии. Наш спутник очень удобен для размещения радиотелескопов. На её обратной стороне нет радиопомех с Земли. На Луне отсутствует атмосфера, магнитное поле, меньшая сила тяжести, она  медленно вращается, что дает возможность расположить на Луне телескопы разных диапазонов спектра,  таких как рентген-, гамма- излучения, ультрафиолет, и радиодиапазоны, в которых не проводятся наблюдения с Земли, а также создать радиоинтерферометр, где другие радиотелескопы будут располагаться в космосе и на Земле,  а это огромные расстояния. Это даст возможность прямых наблюдений планетных систем других звезд и деталей ядер галактик.

            Перспективы радиоастрономии.

Прежде чем продолжить, хочу предупредить, что для меня, как гуманитария с высшим медицинским образованием, этот курс стал «культурным шоком». Поэтомы мои рассуждения о перспективах будут более чем дилетантскими. Именно в связи с этим, достаточно много места в своем эссе я уделила базисным понятиям радиоастрономии, деляя это больше для себя, структурируя информацию в своей голове.

Тем не менее, опираясь на всё вышеизложенное можно предположить, что направления развития радиоастрономии будут связаны с развитием систем апертурного синтеза всё большего размера. В масштабах Земли таким примером может служить международный (20 стран) проект SKA, предусматривающий создание интерферометра из многих тысяч антенн в Австралии и Южной Африке с суммарной площадью 1 кв км, что гарантирует рекордную чувствительность и возможность наблюдать в десятки раз более слабые радиоисточники. В масштабах космоса – это уже упомянутый «Радиоастрон».

         Помимо наращения мускулов, так сказать, аппаратурой, существуют и перспективы в объектах изучения радиоастрономией.

Интересным направлением может быть развитие космической радиоспектроскопии, что позволит открыть в космосе органические молекулы. Или, к примеру, изучение с помощью радиотелескопов межзвездной среды, контакты (простите за банальность) с другими цивилизациями.

Радиоастрономия – молодая, перспективная и крайне захватывающая наука, расширяющая горизонты научного познания и человеческих возможностей.

Ольга Муромская                          08.10.2016

Шавка "назаборная")))

http://supercoolpics.com/2015/05/14/dusherazdirayushhaya-seriya-fotografij-stradaniya-zemli/http://supercoolpics.com/2015/05/14/dusherazdirayushhaya-seriya-fotografij-stradaniya-zemli/