Зависимость период— светимость

•

Чем дольше период изменения блеска переменной звезды класса цефеид, тем больше энергии она излучает

ЗАВИСИМОСТЬ

ПЕРИОД—

СВЕТИМОСТЬ

1929 • ЗАКОН ХАББЛА

1948 • БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ

Когда Китс писал «Звезда моя, ты постоянство света», он явно имел в виду не переменную Цефеиду. Большинство звезд, включая, к счастью для нас, солнце, излучают свет и другие формы лучистой энергии (см. спектр электромагнитного излучения) с более или менее постоянной интенсивностью. Есть, однако, несколько классов звезд, с достаточным на то основанием названных переменными, яркость которых периодически возрастает и убывает из-за колебаний интенсивности поверхностного излучения. В результате наблюдаются циклические изменения свойства звезды, называемого светимостью и отражающего суммарный поток лучистой энергии, покидающий поверхность звезды. Особую историческую роль в развитии астрофизики сыграли переменные звезды класса цефеид, получившие свое название в честь созвездия Цефей, в котором находится первая открытая цефеида — 5 Цефея.

Если проследить за динамикой изменения светимости цефеиды, выясняется, что ее усиление от минимума до пика происходит значительно быстрее, чем затухание, вне зависимости от разницы между максимальной и минимальной светимостями, которая может составлять от нескольких процентов до многократной. И такие колебания светимости у различных цефеид регулярно повторяются с периодичностью от нескольких суток до нескольких месяцев. При этом период цикла изменения светимости (время между максимумами или минимумами яркости) и перепад светимости (разность между максимумом и минимумом) остаются постоянными.

Благодаря этому свойству цефеиды послужили для астрономов первой эталонной свечой — объектом с заведомо известной светимостью. Электрическая лампочка мощностью 100 Вт, например, является прекрасной эталонной свечой в земных условиях. Обнаружив эталонную свечу в пространстве, можно измерить наблюдаемую интенсивность ее излучения и, сопоставив ее с заведомо известной исходной светимостью, определить геометрическое расстояние до источника света. Именно стандартные свечи позволяют астрономам добавлять в картах звездного неба третье измерение — удаленность — к двум наблюдаемым угловым координатам небесных объектов.

В начале XX века американский астроном Генриетта Ливитт заинтересовалась переменными цефеидами и начала их серьезно изучать. К 1912 году она накопила достаточно данных наблюдений, чтобы установить закономерность: чем ярче переменная цефеида, тем дольше длится ее цикл. Вскоре Эдвин Хаббл развил этот результат, связав период цефеиды не с наблюдаемой яркостью, а с присущей звезде светимостью — суммарной энергией, излучаемой звездой в космическое пространство. Так была открыта зависимость «период—светимость». Хаббл же первым использовал открытые им на новом телескопе цефеиды в туманности Андромеды в качестве стандартных свеч и обна-

 

ружил, что это вовсе не туманность, а соседняя галактика. За этим последовали открытия целого ряда новых галактик и, наконец, открытие закона хаббла, установившего, что галактики разбегаются.

 

генриетта ливитт (Henrietta

Leavitt, 1868-1921) — американский астроном. Родилась в Ланкастере (Lancaster), штат Массачусетс. В 1895 году. По окончании Рэд-клиффского колледжа (Radcliffe College) получила должность ассистента профессора астрономии Эдварда Пикеринга (Edward C. Pickering) и

под его руководством занималась классификацией звездных спектров, накапливаемых в обсерватории Гарвардского колледжа. Именно там изучение переменных цефеид в Малом Магеллановом облаке (небольшой галактике — спутнике Млечного Пути) и привело ее к открытию зависимости между периодом и яркостью цефеид.

Закон Авогадро

В равных объемах различных газов при постоянных температуре и давлении содержится одинаковое число молекул

•

•

АТОМНАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

закон авогадро

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

УРАВНЕНИЕ

СОСТОЯНИЯ

ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ

ТЕОРИЯ

При горении дерева происходит химическая реакция: углерод древесины соединяется с кислородом воздуха и образуется диоксид углерода (С0₂). Один атом углерода имеет такую же массу, как и 12 атомов водорода, а два атома кислорода — как 32 атома водорода. Таким образом, соотношение масс углерода и кислорода, участвующих в реакции, всегда равно 12:32 (или после упрощения 3: 8). Какие бы мы ни выбрали единицы измерения, соотношение останется неизменным: 12 грамм углерода всегда реагируют с 32 граммами кислорода, 12 тонн углерода — с 32 тоннами кислорода и т.д. В химических реакциях имеет значение относительное количество атомов каждого элемента, участвующего в реакции. И, наблюдая за горящим в ночи костром, мы можем быть твердо уверены, что для каждого атома углерода из древесины найдутся два атома кислорода из воздуха, и соотношение их масс будет 12: 32.

Раз это так, значит, в 12 граммах углерода атомов столько же, сколько в 16 граммах кислорода. Химики называют это количество атомов молем. Если относительная атомная масса вещества равна п (т.е. его атом в п раз тяжелее атома водорода), то масса одного моля этого вещества — п грамм. Моль — мера количества вещества, подобная паре, дюжине или сотне. Носков в паре всегда два, яиц в дюжине — всегда двенадцать; точно так же и в моле вещества количество атомов или молекул всегда одно и то же.

Но как же ученые это поняли? Ведь атомы сосчитать все-таки значительно сложнее, чем носки. Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к исследованиям итальянского химика Амедео Авогадро. Ему было известно, что при протекании химической реакции между газами соотношение объемов этих газов такое же, как и их молекулярное соотношение. Например, если три молекулы водорода (Н₂) реагируют с молекулой азота (1Ч₂) с образованием двух молекул аммиака (1МН₃), то объем участвующего в реакции водорода в три раза больше объема азота. Из этого Авогадро сделал вывод, что количество молекул в двух объемах должно находиться в соотношении 3: 1, или, другими словами, что равные объемы газа должны содержать равное количество атомов или молекул — это утверждение известно нам как закон Авогадро. Авогадро не знал, какое именно количество атомов или молекул должно быть в одном моле вещества. Сегодня мы знаем: это число 6 х 10²³; мы называем его числом Авогадро (или постоянной Авогадро) и обозначаем символом N.

Несколько десятилетий исследования Авогадро оставались за рамками европейской науки того времени. Большинство историков склонны объяснять этот любопытный факт тем, что Авогадро работал в Турине, вдали от научных центров Германии, Франции и Англии. И действительно, только когда Авогадро приехал в Германию и представил там результаты своих исследований, они получили заслуженное признание.

Вычисление значения N оказалось непростой задачей. Это удалось сделать только в начале XX века французскому физику Жану

 

Перрену (Jean Perrin, 1870-1942). Он предложил несколько методов нахождения этого числа, и все они дали один и тот же результат. Самый известный из них основан на количественной теории броуновского движения, разработанной Эйнштейном. Речь идет о непрерывном беспорядочном движении малых частиц (например, пыльцевых зерен) под действием хаотических толчков атомов или молекул окружающей их среды. Движение такого пыльцевого зерна зависит от частоты столкновений, а следовательно, от количества атомов в материальной среде.

 

Г Ю РЕНЦО РОМАНО АМЕДЕО КАРЛО АВОГАДРО (Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro, 1776-1856) — итальянский физик и химик. Родился в Турине в дворянской семье, получил ученую степень доктора церковного права. В 1800 году начал самостоятельно заниматься математикой и физикой, а спустя шесть лет получил должность профессора в колледже города Верчелли. Затем стал профессором кафедры математической физики Туринского университета (в 1821 году кафедру закрыли по политическим причинам, и он смог вновь занять эту должность лишь в 1834 году). Авогадро был чрезвычайно скромным человеком, работал в одиночестве, и большую часть жизни его достижения были неизвестны в научном мире.

Закон Ампера

•

Движение электрических зарядов приводит к возникновению магнитных полей

ЗАКОН КУЛОНА

ОТКРЫТИЕ ЭРСТЕДА

ЗАКОН АМПЕРА

ЗАКОН БИО—САВАРА

ЗАКОНЫ