Юрий ковалев, астрофизик. Доктор физико-математических наук, член-корреспондент ран.

Международный проект “Радиоастрон” представлял собой радиотелескоп (радиоинтерферометр), один телескоп располагался на российском спутнике “Спектр-Р”, а другие - во многих странах мира. На каком максимальном расстоянии от Земли находился спутник?

 

A. 500 км (на орбите телескопа Hubble)

B. 30 тысяч км (на орбите геостационарных спутников Земли)

С. 360 тысяч км (на расстоянии сравнимом с орбитой Луны)

D. 1,5 млн км (на расстоянии точки Лагранжа L2 системы Земля - Солнце)

 

Ответ: С. 360 тысяч км (на расстоянии сравнимом с орбитой Луны)

Краткий ответ в презентации

Орбита “Спектр-Р” была сильно вытянута и постоянно менялась в течение 8 лет работы телескопа: ее минимальное расстояние до Земли 400 км, а максимальное около 360 тыс км. Это лишь немного ближе, чем Луна (384 тыс. км)

 

Пояснения.

На спутнике «Спектр-Р» была развернута десятиметровая антенна, орбита спутника была сильно вытянута и она постоянно менялась в течение 8 лет работы телескопа: ее минимальное расстояние до Земли (перигей) составляло до 400 км, а максимальное (апогей) достигало расстояния около 360 тыс км - это лишь немного ближе, чем Луна (384 тыс. км). На Земле с космическим телескопом вместе работали до 60 радиотелескопов из России, Европы, США, Африки, Китая, Южной Кореи, Австралии, Японии. Проект позволил получить самое высокое угловое разрешение за всю историю астрономии — около 10 микросекунд дуги. С помощью “Радиоастрона” было проведено множество уникальных исследований очень далеких объектов - квазаров.

Радиоастрон - это самое большое (или самое длинное) устройство, созданное человечеством. И возможно, значительно длиннее создать уже не удастся: разные части устройства необходимо синхронизировать, а в Радиоастроне свет идет от спутника до телескопов уже более секунды.

Но точка Лагранжа L2 тоже не забыта астрономами.

Точка L2 лежит на прямой, соединяющей два тела с массами M1 (Солнце) и M2 (Земля) (M1 > M2), и находится за телом с меньшей массой. В точке L2 гравитационные силы, действующие на тело, компенсируют действие центробежных сил во вращающейся системе отсчёта.

Именно там - на орбите вокруг этой очень далекой от Земли точки с 2019 года работает спутник “Спектр-РГ”, там же находятся спутники Plank, Gala, WMAP. В 2021 году к ним должен присоединиться спутник James Webb.

Юрий Ковалев, астрофизик. Доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН.

Когда мы наблюдаем выбросы горячего газа в квазарах, то видим не реальную скорость выброса, а ее проекцию. Какова максимальная наблюдаемая скорость выбросов горячего газа?

 

A Примерно первая космическая скорость (8 км/сек)

B Примерно орбитальная скорость Земли (30 км/сек);

C Примерно скорость света в вакууме (300 тыс км/сек)

D Во много раз больше скорости света в вакууме (более 1,5 млн км/сек)

Ответ: D Во много раз больше скорости света (более 1,5 млн км/сек)

Краткий ответ в презентации

Реальная скорость выброса газа квазарами составляет 0,99 скорости света в вакууме. Но когда мы наблюдаем такие выбросы, видимая скорость может быть в 5 или даже в 10 раз больше.

 

Пояснения.

Если выброс направлен к наблюдателю под углом 1-5 градусов при реальной скорости выброса 0,99 С (скорость света в вакууме) видимая скорость - проекция на линию, перпендикулярную линии взгляда - может быть в 5-10 раз выше скорости света. Хотя, конечно, это не означает нарушения постулата теории относительности.

 

Здесь https://en.wikipedia.org/wiki/Superluminal_motion приведен расчет, показывающий каким образом возникает это неожиданный эффект. Расчет сравнительно простой, но требует базовых знаний дифференциального исчисления.

На рисунке: О - положение наблюдателя, А - положение квазара. OA - линия взгляда, АВ - направление выброса. Скорость вдоль CB (видимая скорость выброса) может превышать скорость света в вакууме, если V (реальная скорость выброса) близка к С (скорость света в вакууме) и угол θ между линией взгляда и направлением выброса достаточно мал.

 

Впервые движение со скоростью превышающей скорость света в вакууме наблюдал голландский астроном Якобус Корнелиус Каптейн. В 1902 году Каптейн опубликовал результаты измерений скорости выброса звезды GK Персея, вспыхнувшей в 1901 году. Но он еще не знал, что скорость света в вакууме - это максимально возможная скорость. Не знали этого и читатели его статьи (работа Эйнштейна по СТО вышла через 3 года - в 1905). Публикация Калтейна не привлекла внимания ученых.

Первое описание эффекта видимого сверхсветового движения принадлежит британскому космологу Мартину Рису, который обосновал этот эффект в 1966 году. Уже 1969 году объекты с наблюдаемой сверхсветовой скоростью были найдены.

 

 Rees, M. J. (1966). "Appearance of Relativistically Expanding Radio Sources". Nature. 211 (5048): 468–470. doi:10.1038/211468a0

Наука как метафора

Вопросы проекта “Всенаука” https://vsenauka.ru/

Цель программы «Всенаука» — создать систему ориентиров в бушующем море научно-популярной и образовательной информации

Некоторые фундаментальные понятия гораздо проще понять с помощью метафор. Этим способом объяснения пользовались многие известные ученые. Попробуйте по метафоре догадаться о каком понятии или теории идет речь

 

1. «Представим себе, что это поваренная книга…», — пишет биолог Мэтт Ридли в своей книге. В ней он рассказывает о “главах”, “рецептах”, “абзацах”, “словах”, “буквах” и даже “рекламных баннерах”. Так о чем эта книга?

 

A. О жидких кристаллах

B. О геноме человека

C. О стандартной модели физики

D. Об управлении базами данных

Ответ: B. О геноме человека

Краткий ответ в презентации

Геном - поваренная книга, 23 главы - хромосомы, гены - рецепты… А буквы - это нуклеотиды. Метафора “нуклеотидов-букв” очень часто встречается в научно-популярной литературе.

Пояснение.

Книга Мэтта Ридли называется “Геном”, так что если бы мы привели ее название ответ сразу был бы ясен.

Ридли пишет: “Представим себе, что геном – это поваренная книга.

Книга состоит из 23 глав, называемых хромосомами.

Каждая глава содержит тысячи «рецептов» белков, называемых генами.

Текст каждого рецепта состоит из «абзацев», называемых экзонами, которые прерываются не относящимися к рецепту «рекламными баннерами» – интронами.

Текст «рецептов» написан «словами» – кодонами.

Каждое «слово» состоит из «букв» – нуклеотидов”

Всем метафорам нашлось объяснение. Ридли пишет “Представление генома в виде книги – не простая метафора. Между ними много общего. Книга – это информация, записанная строкой дискретных знаков с заданным направлением чтения. Информация кодируется с помощью комбинаций ограниченного числа символов (алфавита), в результате чего образуется огромное число слов (лексикон). В геноме все происходит точно так же.”

 

Мэтт Ридли Геном. Автобиография вида в 23 главах. М., Эксмо, 2015

https://www.litres.ru/mett-ridli/genom-avtobiografiya-vida-v-23-glavah-11634038/chitat-onlayn

Демона Максвелла придумал в 1867 году британский физик Джеймс Максвелл. Этот демон играет роль вахтера в емкости с газом: он позволяет пролетать из левой части сосуда в правую только быстрым молекулам, а из правой части сосуда в левую - только медленным. “Опровержение” какого физического закона олицетворяет этот мысленный эксперимент?

 

А. Третьего закона Ньютона

B. Принципа неопределенности