Дослідження розширення Всесвіту

Чернецький Ігор
Автор Чернецький Ігор
Завідувач відділу створення навчально-тематичних систем знань НЦ «Мала академія наук України», кандидат педагогічних наук, голова Всеукраїнської громадської організації «Асоціація учителів фізики “Шлях освіти – ХХІ”». Наукові інтереси: моделювання освітніх та навчальних середовищ загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів з урахуванням трендів розвитку сучасних засобів навчання.

Завдання роботи:

  1. Отримати спектри віддалених галактик на модельному телескопі.
  2. Визначити для кожної галактики відстань та швидкість віддалення.
  3. Побудувати графік залежності швидкості віддалення галактик від відстані та вирахувати сталу Хаббла.

Обладнання:

програма VIREO. http://vireo-the-virtual-educational-observator5.software.informer.com/

Теоретична частина

У двадцятих роках ХХ ст. Едвін Хаббл уперше вимірював відстані до галактик. Коли він відклав на графіку ці відстані в залежності від швидкості кожної галактики, він помітив ще дещо, що було значно дивніше: чим далі галактика від Чумацького Шляху, тим швидше вона рухається від нас. Астрофізики були готові проінтерпретувати співвідношення Хаббла як доказ загального розширення Всесвіту. Відстані між усіма галактиками у Всесвіті збільшуються з часом, подібно до родзинок у хлібині, яка зростає з тіста в печі. Спостерігач у будь-якій, не тільки нашій, Галактиці, побачить, що галактики розбігаються, і більш далекі галактики біжать швидше.

Це було надзвичайне відкриття. Розширення Всесвіту, як вважають зараз, є результатом «Великого Вибуху», який стався між 10 та 20 мільярдами років тому, у момент, який можна обчислити, виконавши вимірювання, подібні до хабблових. Швидкість розширення Всесвіту розповідає нам, як довго він уже розширюється. Ми визначимо швидкість розширення, будуючи графік залежності швидкості галактик від відстані, і визначивши нахил прямої, яка відбиває цю залежність. Цю величину прийнято називати сталою Хаббла, H0. Вона показує, як швидко віддаляється від нас галактика, розташована на заданій відстані. Відкриття Хабблом кореляції між швидкістю та відстанню до галактик має фундаментальне значення для заглиблення в історію Всесвіту.

Використовуючи сучасні методи цифрової астрономії, в роботі повторюється експеримент Хаббла.

Програма VIREO дає вам змогу імітувати спостереження з великим оптичним телескопом, обладнаним камерою та електронним спектрометром.

Хід роботи

  1. Запустіть програму VIREO. Введіть свій логін.
  2. Оберіть .

 

  1. Оберіть телескоп .

 

  1. Відчиніть купол .

 

  1. Виберіть доступ до контрольної панелі телескопа .

 

  1. Натисніть кнопку стеження за об’єктом .

 

  1. Оберіть .

 

  1. Оберіть у списку, що з’явився, координати першої галактики та дайте підтвердження на наведення телескопа .

 

  1. Після автоматичного наведення телескопа оберіть у полі керування перехід до зображення на основному телескопі .

 

  1. Досліджувана галактика з’явиться в полі зору у вузькій щілині спектрометра.

 

  1. Оберіть доступ до спектрометра .

 

  1. У нижній частині вікна з’явиться інформація про назву об’єкта і його видиму зоряну величину m . Занесіть її до таблиці.

 

  1. У вікні спектрометра, що з’явилося, оберіть кнопку .

 

  1. Протягом часу, поки записується спектр, побудуйте в оболонці Excel таблицю результатів.

 

  1. Після чіткого промальовування спектру натисніть Stop.

 

  1. Збережіть отриманий спектр .

 

  1. Повторіть ці операції з усім списком галактик, зберігаючи їхні спектри.

 

  1. На головному вікні керування обсерваторією оберіть .

 

  1. У вікні, що з’явиться, а це – спектральний аналізатор, оберіть .

 

  1. Завантажте перший з отриманих спектрів галактик.

 

  1. Оберіть базовий перелік ліній спектру порівняння .

 

  1. У вікні, що з’явиться, оберіть .

 

  1. На екрані з’являться лінії порівняння для двох елементів К (3933.67Å), Н (3968.847Å).

 

  1. За допомогою елемента керування у вікні  перемістіть ці лінії до збігу з характерними піками у спектрі

.

  1. Визначте різницю довжин хвиль в отриманому й еталонному спектрі

, . Занесіть результат до таблиці.

  1. Повторіть ці кроки для решти спектрів галактик. Зверніть увагу на відповідність результату та назви об’єкта.

Аналіз даних

  1. Оскільки абсолютна зоряна величина, видима зоряна величина та відстань до типової галактики визначається співвідношенням , у колонці, що відповідає відстані до галактики D, задайте формулу для її вирахування. Абсолютна зоряна величина типових галактик дорівнює 22m . Відстань до галактики буде виражена у парсеках.
  2. Прорахуйте відстані до решти галактик.
  3. Задайте в колонці, що відповідає швидкості руху галактики v, формулу . Отримайте значення швидкості по лінії водню та калію. с = 3*108 м/с.
  4. Прорахуйте швидкості для решти галактик.
  5. Усередніть значення швидкості.
  6. Оберіть побудову точкового графіка та побудуйте залежність швидкості від відстані.
  7. Апроксимуйте отриманий графік прямою. Зчитайте множник біля аргументу – він і відповідатиме значенню сталої Хаббла.
  8. Занотуйте висновки до роботи.

 Таблиця результатів

Назва галактики m ΔλH(Å) ΔλK(Å) D(пс) vH(м/с) vK(м/с) vсер(м/с)
mola62slot gacorscatter hitam