Астрономия и волна
 





Астрономия и волна


Сохраните себе на страницу:





С волновыми движениями мы встречаемся постоянно. Можно сказать что это астрономия и волна. Звуковые волны доносят до нас речь собеседника. Электромагнитные волны — видимый свет — позволяют видеть окружающий нас мир.

Звуковые волны являются продольными, электромагнитные — поперечными. И хотя природа этих явлений различна, у обоих типов волн есть много общего: и звуковая, и электромагнитная волна характеризуется определенной частотой ѵ, каждая волна несет определенную энергию Е, переносит через заданную площадку определенный поток энергии F.

Волной называется возмущение, которое с некоторой характерной скоростью распространяется в пространстве и переносит энергию, А, Эйнштейн (1879—1955), создатель общей теории относительности, уже в 1916 г, сделал вывод, что в природе могут существовать слабые возмущения поля тяготения, которые, как и электромагнитные волны, являются поперечными и которые также распространяются со скоростью света. Это — гравитационные волны. Вопрос о приемниках — детекторах гравитационных волн — уже на протяжении нескольких лет активно обсуждается физиками и астрономами.

Чтобы лучше понять, на каком принципе могут работать детекторы гравитационных волн, сравним прежде всего действие электромагнитной и гравитационной волн на пробные заряды, размещенные на окружности. В электромагнитной волне заряды на протяжении периода Т смещаются относительно нейтральных частиц, причем расстояния между самими зарядами все время остаются неизменными (окружность не деформируется. Энергию электромагнитной волны можно измерить по величине смещения зарядов от среднего положения равновесия.

Для гравитационной волны нет «нейтральных» частиц, по отношению к которым можно было бы измерить смещение «зарядов». В данном случае может идти речь об измерениях смещения этих «зарядов» (масс) по отношению друг к другу. Так, если пробные заряды распределены по окружности, то под действием гравитационной волны круг периодически превращается в эллипс. Величина этой деформации, которую и можно попытаться измерить, определяется энергией волны.

Итак, гравитационная волна, проходя через заданное распределение масс, вызывает в нем возмущение силы тяготения. Поэтому в качестве простейшего детектора гравитационных волн можно представить себе два шара, соединенные пружиной. Если на такой детектор падает гравитационная волна (перпендикулярно к оси, соединяющей центры шаров), то расстояние между шарами будет попеременно увеличиваться и уменьшаться.

В гравитационно-волновой астрономии уже принято выделять следующие диапазоны: предельно низкие частоты (ПНЧ) с длиной волны от 1 парсека до 20 астрономических единиц, сверхнизкие частоты (СНЧ) — 20 а. е.— 3-106 км, низкие частоты (НЧ)—3-10б км — 3000 км, средние частоты (СЧ)—3000 — 3 км, высокие частоты (ВЧ)—3 км — 3 м, и, наконец, сверхвысокие частоты (СВЧ) с длиной волны от 3 м до 3 мм, что соответствует частоте от 100 МГц до 100 ГГц. Для каждого из этих диапазонов разрабатываются оригинальные детекторы.

Источником гравитационных волн может быть звезда, если она совершает так называемые квадрупольные пульсации, т. е. поочередно сжимается и растягивается, например, в направлении оси вращения. И, наоборот, при обычных пульсациях звезд, при которых расширение и сжатие звезды происходит равномерно по всем направлениям по отношению к ее центру, гравитационные волны вообще не излучаются.

Как показывают расчеты, квадрупольные - колебания может совершать нейтронная звезда на первых секундах своей жизни, после ее образования при вспышке сверхновой. В этот момент на протяжении около 2 с она излучает энергию порядка 1052 эрг в виде гравитационных волн частотой около 1 кГц.

Источником мощного гравитационного излучения может быть также звезда, проходящая стадию коллапса — резкого необратимого сжатия, если только в силу каких-то причин (вращения, действия магнитных полей) этот коллапс является сферически-несимметричным.

Гравитационные волны будет излучать также звезда, являющаяся несимметричной относительно оси вращения. В данном случае частота испускаемых волн будет вдвое больше частоты вращения звезды.

В СССР поиски гравитационного излучения ведет большая группа ученых Московского университета и Института космических исследований АН СССР. В частности, В. Б. Брагинский и Я. Б. Зельдович предложили оригинальный метод регистрации гравитационных волн с помощью гетеродинных ротационных антенн. Такая антенна по своему виду похожа на огромную гантель, вращающуюся с частотой Vо вокруг оси, проходящей через ее центр. Если на гантель параллельно ее оси падает гравитационная волна, частота которой вдвое больше Vо. то вращение гантели будет ускоренным. Как показывают расчеты, с помощью такого детектора можно будет на частотах 10—50 Гц регистрировать сигналы мощностью всего 10~6 эрг/с-см2.

Трудно предугадать, как изменятся наши представления о законах строения и развития Вселенной, если этот важный канал информации астрономия и волна будет освоен. Это замечание, впрочем, мы ставили в конце почти каждого параграфа данной главы. И это не удивительно. Ведь «астрономия невидимого» делает сегодня лишь свои первые шаги.

Автор: И. А. Климишин

Название книги: Астрономия наших дней

Город: Москва

Год: 1986





Рефераты, шпаргалки доклады, контрольные, книги и прочие учебные материалы
 

Сайт полезен тем, кто учится!