Реферат: Пульсары

2Р Е Ф Е Р АТ

2поастрономии

2Тема: "Пульсары "

2Ученика XXкласса X

2Ивaновa Ивaнa

2г. МОСКВА,1995 г.

3С О Д Е Р Ж А НИ Е.

1. Новый радиотелескоп в Кембридже.

2. Открытие первого пульсара(рассказывает Джоселин Белл).

3.Пульсары имеет малые размеры.

4. Можно ли увидеть пульсары ?

5. Пульсар в Крабовидной туманности — видимая звезда.

6. Что такое пульсары ?

7. Томас Голд объясняет пульсары.

8. Вопросы на которые нет ответов.

а) действительно ли пульсарынетронные звезды.

б) есть ли у пульсаров планеты.

в) как образуются пульсары.

_ 2Пульсары.

Сообщение, опубликованное в феврале1968 года в английском

журнале «Nature», было стольудивительно, что его тут же подхва-

тила вся мировая пресса. Группа ученых Кембриджа, руководимая

Энтони Хьюишем, извещала о том, что ейудалось принять радиосиг-

налы из глубин вселенной.

После второй мировой войны начался расцвет радиоастроно-

мии. Космический газ — межзвездное вещество — обладает способ-

ностью испускать и поглощать излучения в области радиочастот.

Подобно свету, это излучение проходит сквозь земнуюатмосферу и

может служить дополнительным источникоминформации о Вселенной.

Исследуя космическоерадиоизлучение, можно получать сведения о

свойствах межзвездного вещества в нашейГалактике; удается также

принимать и анализировать радиоизлучение межзвездного газа в

других звездных системах. Галактики,дающие особенно интенсивное

радиоизлучение, получили название радиогалактик.

Приходящее к нам радиоизлучениеиспытывает влияние вещества,

выбрасываемого Солнцем и движущегося вмежпланетном пространстве

к границам Солнечной системы. Наблюдаемые из-за этого временные

флуктуации радиоизлучения во многом подобны мерцанию света

звезд, обусловленному движениями воздушных масс в атмосфере.

Именно для исследования подобных флуктуаций, обусловленных

межпланетным веществом, и былпредназначен радиотелескоп, строи-

тельство которого было начато в Кембриджев 60-е годы. На площа-

ди в два гектара было установлено болеедвух тысяч отдельных ан-

тенных элементов. Поскольку с помощьюэтого антенного поля пред-

полагалось исследовать флуктуации излучения радиоисточников,

вызванные солнечным ветром, приемное устройство было рассчитано

на регистрацию быстрых изменений приходящего радиоизлучения.

Прежние радиотелескопы не давали такойвозможности, и по этому

кембриджский радиотелескоп как будтоспециально был приспособлен

для открытия быстропеременных сигналов отпульсаров - открытие,

которое отодвинуло на второй план тузадачу, ради которой радио-

телескоп был построен: исследования флуктуаций радиоизлучений,

обусловленых солнечным ветром.

Поскольку поворачивать гигантскуюантенну невозможно, подоб-

ный радиотелескоп принимаетрадиоизлучение из узкой полосы не-

— 2 -

бесной сферы, которая проходит надантенной радиотелескопа, пока

Земля совершает свое суточноевращение. В июле 1967 года строи-

тельство было закончено и началисьнаблюдения. Круглые сутки ре-

гистрировалась интенсивность приходящегорадиоизлучения с длиной

волны 3.7 метра. За неделю на 210 метрахдиаграммной ленты само-

писец рисовал кривые интенсивностиизлучения от 7 участков неба.

Усилия были направлены на поискстабильных радиоисточников, из-

лучения которых «мерцают», взаимодействуя с солнечным ветром.

Наблюдениями на телескопе и трудоемкой обработкой результатов

занималась аспирантка Джоселин Белл. Ее интересовали быстрые

флуктуации радиоизлучений от космическихисточников, попадающих

в поле зрения телескопа при суточномвращении Земли.

Девять лет спустя Джоселин Белл всвоей речи на одном из

приемов вспоминала о том времени, когдаона под руководством Хь-

юиша работала в Кембридже наддиссертацией. Она рассказывала о

выходящей из-под пера самописца нескончаемой ленте, которую ей

приходилось просматривать. После первыхтрех десятков метров она

научилась распознавать радиоисточники,мерцающие из-за солнечно-

го ветра, и отличать их от радиопомех земного происхождения .

«Через шесть или восемь недель посленачала исследований я обра-

тила внимание на какие-то отклонениясигнала, зарегистрированно-

го самописцем. Эти отклонения не очень походили на мерцанияра-

диоисточника; не были они похожи и на земные радиопомехи.Кроме

того, мне вспомнилось, что подобные отклонения мне однажды

встречались и раньше, когда регистрировалось излучение от этого

же участка неба." Дж. Белл хотелавернуться к этой записи, но ее

задержали другие дела. Только в конце октября 1967 года она

вновь занялась этим явлением и попыталась записать сигнал с бо-

лее высоким временным разрешением. Однако источник на этот раз

найти не удалось: он вновь дал о себезнать лишь к концу ноября.

«На ленте, выходящей из-под пера самописца, я видела, что

сигнал состоит из ряда импульсов. Мое предположение о том, что

импульсы следуют один за другим черезодинаковые промежутки вре-

мени, подтвердилось сразу же, как только лента была вынута из

прибора. Импульсы были разделены интервалом в одну и одну треть

секунды ( см. рис.1 ). Я тотчас жесвязалась с Тони Хьюишем, ко-

торый читал в Кембридже лекцию для первокурсников. Первой реак-

цией его было заявить, что импульсы — дело рук человеческих. Это

.

— 3 -

.

— 4 -

было естественно при данныхобстоятельствах. Однако мне поче-

му-то казалось возможным, что сигналможет идти и от какой-ни-

будь звезды. Все-таки Хьюиш заинтересовалсяпроисходящим и на

другой день пришел на телескоп как раз вто время, когда источ-

ник входил в поле зрения антенны — исигнал, к счастью, появился

снова." Источник со всей очевидностью имел неземноепроисхожде-

ние, поскольку сигнал появлялся каждыйраз когда телескоп оказы-

вался на этот участок неба. С другойстороны, импульсы выглядели

так, как будто их посылают люди. Бытьможет, это представители

неземной цивилизации? Едва ли, в прочем,сигнал шел от планеты,

обращающейся вокруг звезды. В этом случае расстояние между со-

седними импульсами изменялось бы сообразно с периодом обращения

планеты, поскольку расстояние дорадиоисточника было бы непосто-

янно. «Незадолго до Рождества япредложила Тони Хьюишу выступить

на конференции и на самом высоком научномуровне поставить воп-

росо том, каким образом следует истолковатьэти результаты. Мы

не верили, что сигналы посылает какая-то чужаяцивилизация, од-

нако такое предположение однаждывысказывалось, и у нас не было

доказательств, что мы имеем дело с радиоизлучениеместественного

происхождения. Если же допустить, что где-то во вселенной нами

были обнаружены живые существа, то возникала любопытная пробле-

ма: как следует обнародовать эти результаты, что бы это было

сделано со всей ответственностью? Комупервому сообщить об этом

? В тот день мы так и не решили эту проблему: я отправилась до-

мой в полной растерянности. Мне нужнобыло писать свою диссерта-

цию, а тут откуда-то взялись этиокаянные «зеленые человечки»,

которые выбрали именно мою антенну ирабочую частоту телескопа,

чтобы установить связь с землянами. Подкрепившись ужином, я

вновь отправилась в лабораторию, чтобыпроанализировать еще нес-

колько лент. Незадолго до закрытиялаборатории я просматривала

запись, относящуюся к совершенно кдругому участку неба и на фо-

не сигнала от мощного радиоисточникаКассиопея А заметила знако-

мые возмущения. Лаборатория закрывалась, и мне пришлось идти,

однако я знала, что именно этот участок неба рано утром будетв

поле зрения телескопа. Из-за холода что-то испортилось в прием-

ном устройстве нашего телескопа. Конечно, так всегда и бывает !

Однако я пощелкала выключателем, побранилась, посокрушалась, и

минут пять установка работала нормально. И это были те самые

— 5 -

пять минут, когда появились возмущения. На этот раз возмущения

имели вид импульсов, следующих через 1,2 секунды. Я положила

ленты на стол Тони и отправилась праздновать Рождество. Какая

удача! Было совершенно невероятно, чтобы«зеленые человечки» из

двух разных цивилизаций выбрали одну и туже волну и то же время

для посылки сигналов на нашупланету".

Вскоре Джоселин Белл обнаружила ещедва пульсара, а в конце

января 1968 года было послано сообщение вжурнал «Nature». В нем

шла речь о первом пульсаре.

Более всего пульсары поразилиастрономов тем, что интенсив-

ность их излучения изменялась чрезвычайно быстро. У наиболее

быстрых переменных звезд период, с которым изменяется их блеск,

может составлять один час или тогоменьше. Блеск белого карлика

в двойной звездной системе Новой 1934года в созвездии Геркулеса

изменяется с периодом 70 секунд — нопульсары оставили этот ре-

корд далеко позади. На это указывали иисследования, проведенные

в последующие месяцы: с чем более высоким временным разрешением

регистрировались импульсы, тем яснее просматривалось их тонкая

структура, показывавшая, что интенсивностирадиоизлучений изме-

няется за десятитысячные доли секунды. (рис. 2 ).

По скорости изменения интенсивностиизлучения можно оценить

размеры той области пространства, из которой оно исходит. Расс-

мотрим для простоты полусферу, удаленнуюот наблюдателя на столь

большое расстояние, что и невооруженнымглазом, и в телескоп оно

выглядит просто точкой ( рис. 3 ). Пусть на поверхности сферы

происходит очень короткая вспышкасвета. Что же видит удаленный

наблюдатель ? Излучение распространяется от сферы со скоростью

света. Поскольку расстояние от наблюдателя до различных точек

сферы не одинаково, излучение, одновременно испущенное всеми

точками сферы, приходит к наблюдателю вразличные моменты време-

ни: вначале поступает сигнал от центра«видимого диска», который

ближе всего к наблюдателю, затем от окружающей его области, и,

наконец, от краев. Таким образом, регистрируемый наблюдателем

импульс «размазывается» — онимеет большую длительность, чем ис-

ходный короткий импульс света.Продолжительность импульса увели-

чивается на то время, за которое свет проходит расстояние, рав-

ное радиусу сферы. Сказанное можно распространить не только на

.

— 6 -

.

— 7 -

короткие световые импульсы, но и на любыеизменения яркости све-

чения сферы, поскольку сигнал, соответствующий, какуменьшению,

так и увеличению яркости, доходит до наблюдателя от различных

точек сферы за неодинаковое время. «Размазывание» сигнала будет

наблюдаться и в том случае, когда форма излучающего объекта от-

личается от сферической.

Таким образом, если регистрируемые изменения яркости источ-

ника происходят, скажем, за десятитысячные доли секунды, то из

этого следует, что размеры источника немогут быть существенно

больше того расстояния, которое свет проходит за это время, то

есть 30 км. Если бы источник имел большие размеры, тоизменения

яркости «размазывались» бы наболее длительное время. В пределах

одного импульса интенсивность изменяетсяв течение одной десяти-

тысячной доли секунды; это видно покрутым фронтам зубцов на ри-

сунке 2. Поскольку радиоизлучение распространяется со скоростью

света, из этого можно заключить, чтообъект, от которого исходит

импульс, имеет в поперечнике не большенескольких сотен километ-

ров. Подобные размеры чрезвычайно малы по сравнению с теми, с

которыми мы привыкли иметь дело воВселенной. Диаметр белых кар-

ликов составляет несколько десятков тысяч километров; диаметр

Земли равен примерно 13 тыс. км. Таким образом, сигналы пульса-

ров несут сведения о том, насколько малыте области пространства

во вселенной, из которых исходит эточрезвычайно интенсивное ра-

диоизлучение.

Вскоре из разных мест земного шарастали поступать сообщения

о вновь открываемых пульсарах. Сегодня ихизвестно более трех-

сот. Периоды их лежат в пределах от 0,0016 секунд ( у PSR

1937+21 ) до 4,3 секунды ( у PSR 1845-19). Буквы PSR обозначают

слово «пульсар», далее даютсяпрямое восхождение в часах ( 19 5h 0)

и минутах ( 37 5m 0 ) и склонение в градусах ( -19 5о 0). Известно

шестнадцать пульсаров, периоды которыхменее 12 миллисекунд.

Самый далекий пульсар находится нарасстоянии 1,3 кпк. Самый

близкий пульсар отдален от Земли примернона 60 пк ( в десятки

раз дальше, чем ближайшие звезды ), асамый далекий зафиксирован

на расстоянии около 25 кпк, т.е. далеко за центром Галактики.

Естественно предположить, что пульсарыобразуются и в других га-

— 8 -

лактиках. Пока открыли по одномукороткопериодическому пульсару

в Большом и Малом Магеллановых Облаках. Девятнадцать пульсаров

найдено в шаровых скоплениях.

Хотя по форме отдельные импульсы невполне повторяют друг

друга, период пульсара отличается высоким постоянством. Иногда

импульсы пропадают, но послевозобновления приема следуют в точ-

ности в прежнем ритме.

Впоследствии удалось записатьотдельные импульсы с более вы-

соким разрешением. При этом выяснилось,что они обладают еще бо-

лее тонкой структурой, чем показано на рисунке 2. Рекордная

быстрота изменения интенсивности составляет 0.8*10 5-6 0 секунды.

Это означает, что излучение исходит из области, не превышающей

250 метров в поперечнике.

Уже в первый год после открытияпульсаров обнаружилось, что

период многих из них постепенноувеличивается: со временем пуль-

сары становятся «медленнее».Однако частота следования импульсов

изменяется очень незначительно: чтобы период пульсара удвоился

должно пройти примерно 10 млн. лет.

Что же представляют собой пульсары?Находятся ли они вблизи

Солнечной системы или также далеки отнас, как другие галактики

? Легко видеть, что пульсары располагаются среди звезд нашего

Млечного Пути. Мы уже знаем, что светлая полоса Млечного Пути,

которую мы видим на небе, это множество звезд, расположенных в

нашей Галактике. Особенно много звезд удается различить, если

смотреть по направлению к центруГалактики. Если нанести на кар-

ту звездного неба все известныепульсары, то они окажутся расп-

ределенными среди звезд нашей галактики,преимущественно в райо-

не Млечного Пути ( рис. 4 ).

Таким образом, пульсары распределены в пространстве так же,

как и звезды: они равномерно размещаются среди звезд. Это зна-

чит, что проходит не одна тысяча лет,пока сигналы от нескольких

пульсаров достигнут земныхрадиотелескопов. Соответственно, из-

лучения пульсаров должно иметьневероятную интенсивность, чтобы

его, несмотря на гигантские расстояния,можно было зарегистриро-

вать на Земле. И эта энергия исходит изобласти, диаметр которой

не превышает 250 метров! Как только былоткрыт первый пульсар и

его местонахождения на небесной сфере было точно определено,

этот участок неба стали исследовать оптическими телескопами.

.

— 9 -

.

— 10 -

Звезда, координаты которой попали вобласть, указанную радиоаст-

рономами, оказалась самой обыкновенной. Повсей видимости, она

не имела ничего общего с приходящимпо этому направлению ради-

оизлучением. Сам же пульсар оставалсяневидимым.

Осенью 1968 года были обнаружены сигналы спериодом всего

лишь 0.03 секунды от пульсара в Крабовиднойтуманности. Сигналы

пульсара шли из облака, образованного остатками Сверхновой 1054

года, отмеченной в китайских и японских летописях. Нельзя ли

отождествить с пульсаром какой-либо иззвездно подобных объектов

Крабовидной туманности ?

Как же определить, является ли невидимая звезда источником

пульсирующего радиоизлучения или нет? Быть может, оптическое

излучение от звезды тоже пульсирует ? Однако человеческий глаз

неспособен заметить пульсации света отстоль слабого источника.

Неособенно выручает и фотографическиеметоды: в том месте, где

на фотопластинку попадает свет звезды оназасвечивается вне за-

висимости от того, пульсирует попадающий на нее свет или нет.

Поэтому, чтобы выявить пульсациивидимого излучения звезды,

приходится применят специальные методы. С телескопом соединяют

телевизионную камеру, и оптическоеизображение передается на два

телеэкрана ( рис. 5 ). Период импульсов радиоизлучения нам уже

известен; в течение одной половиныпериода изображение поступает

на экран А, а в течение другой половины — на экран В. Если види-

мое излучение объекта пульсирует в том жеритме, что и радиоиз-

лучение, то может в принципе получиться так, что импульс будет

всегда наблюдаться на экране А, а наэкране В изображение посту-

пает в те промежутки, когда импульса нет.Те источники, свет ко-

торых пульсирует с иной периодичностью,будут иметь на обоих эк-

ранах одинаковую яркость. Остается, таким образом, только срав-

нить изображения на двух экранах, чтобы выяснить, не изменяется

ли видимая яркость какой-либо звезды стем же периодом, что ра-

диоизлучение.

То, что пульсар в Крабовидной туманности — видимая звезда

удалось обнаружить описанным вышеметодом. Используемая аппара-

тура работала по аналогичному принципу, только исследовался не

весь участок неба сразу, а каждая звезда по отдельности. Вместо

того чтобы наблюдать звезду на нескольких телеэкранах, ее свет

направляли поочередно на счетчики фотоновв соответствии с пери-

.

— 11 -

.

— 12 -

одом пульсара Крабовиднойтуманности. Схема подобного измерения

иллюстрируется на рис.6. Если свет звезды не пульсирует, то все

счетчики отмечают примерно одинаковое число световых квантов.

Если же от звезды идут вспышки с той жепериодичностью, что и у

сигналов пульсара, то будут срабатыватьте счетчики, которые за-

действованы в момент приходасветового импульса; остальные же

датчики ничего не регистрируют. Таким образом, за достаточно

долгое время показания счетчиков, на которые приходится «актив-

ная" доля периода, будут большими, апоказания остальных счетчи-

ков, в которые попадает лишь фоновый светот темного ночного не-

ба, остаются почти на нуле. Как говорят, подобная система счет-

чиков «накапливает» импульс.

В ноябре 1968 года два молодыхастронома, Уильям Джон Кок и

Майкл Дисней, решили провести три ночных дежурства на90-санти-

метровом телескопе обсерватории Стюарда в Тусоне ( штат Аризона

). Ни тот ни другой не имели еще опыта астрономических наблюде-

ний, и они хотели воспользоваться ночнымидежурствами, чтобы

познакомиться с работой нателескопе. Они еще размышляли о том,

что именно будут наблюдать, когда в начале декабря в журнале

«Science» появилось сообщениеоб открытии пульсара в Крабовидной

туманности. Это натолкнуло молодыхастрономов на мысль попытать-

ся обнаружить видимое излучение пульсара,тем более, что необхо-

димая для этого электронная аппаратура уже имелась в институте.

Дональд Тейлор построил эту аппаратурудля совершенно других це-

лей и воспользовался ею как«приданым», чтобы быть включеннымв

группу наблюдателей. Итак, в отношениитехники все было в поряд-

ке. И хотя никаких гарантий успеха не было — никому ведь еще не

удавалось отождествить пульсар с видимойзвездой,- Кок и Дисней

имели возможность познакомиться с работойна телескопе, а Тейлор

— испытать свои приборы.

К началу января измерительная аппаратура была смонтирована

на горе Китт-Пик ( в 70 км от городаТусона ), и 11 января те-

лескоп был впервые направлен на Крабовиднуютуманность. Для каж-

дой звезды измерения проводились втечение 5000 периодов пульса-

ра, причем за каждый период световойсигнал распределялся после-

довательно между несколькимисчетчиками. Но ни одна звезда в

исследованной области не давала накопления импульса на счетчи-

ках, и 12 января Тейлор вернулся в Тусон.Помогать Коку и Диснею

— 13 -

остался Роберт Мак-Каллистер, обслуживающий электронную аппара-

туру. 12 января погода начала портиться, а результатов все не

было. Еще две ночи, отведенные на это исследование, пропали

и

еще рефераты

Еще работы по астрономии

Реферат по астрономии

Эволюция звезд

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Эволюция планетарных систем

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Марс

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Классификация туманностей

29 Августа 2013