Обо мне
    Резюме
    Портфолио
    Услуги
    Контакты
    Астро
    Схемотехника
    Мультикоптеры
    Автономный дом
Язык:

Н.Александрович. Основы астрономии. Масштабы вселенной.

27/01/2009 16:20:49
Масштабы вселенной

Вот такой текст я нашел в дебрях интернета, на этом сайте: http://hea.iki.rssi.ru/~nik/astro/scale.htm , точнее, мне прислал его знакомый ЛА. Текст на тему "чтобы окончательно снесло крышу" от размеров макромира вокруг :) Сразу скажу, все я и сам не осилил, так что не жду от читателя подобного. Но некоторые сравнения просто убили наповал.

 

Масштабы вселенной

    Эта глава является как бы вводной и написана с единственной целью - наглядно продемонстрировать, с чем имеет дело астрономия и сколько еще в природе свободного места. Короче говоря, построим модель вселенной в некотором масштабе.


    Для начала представим Землю в виде шара диаметром 10 см (масштаб 1: 127 млн.). Именно шара - разница между ее экваториальным и полярным радиусами будет всего 0.17 мм (она составляет 22 км). Земная атмосфера достаточно протяженная, однако если весь содержащийся в ней воздух имел бы ту же плотность, что и на уровне моря, то высота такой атмосферы составит всего 8 км. Впрочем, и в реальности на высоте больше 8 км воздух уже непригоден для дыхания, так что эту величину в первом приближении уже можно считать верхней границей атмосферы. На нашей модели она изобразится тонкой пленкой тощиной всего 0.06 мм. На высоте примерно 100 км концентрация молекул достигает 1013 молекул в см3, до этого уровня доходит перемешивание земной атмосферы, благодаря чему ниже химический состав воздуха примерно постоянный, а выше происходит разделение по молекулярным весам (эта граница называется гомопаузой). Метеоры начинают сгорать примерно на такой же высоте. В предлагаемой модели этот слой будет соответствовать высоте около 0.8 мм. Еще выше, от 300 км, начинается область, где расположены орбиты искусственных спутников Земли. В нашей модели высота станции "Мир" над "земной" поверхностью составит 2.7 мм (350 км), а геостационарных спутников - 31 см (40 тыс. км).
    В таком масштабе Луна предстанет шариком диаметром 2.7 см, расстояние которого от Земли меняется за месяц в пределах от 2.8 до 3.1 м , со средней орбитальной скоростью (1 км/с) всего 0.5 мм/мин. Поскольку углы при соблюдении масштаба сохраняются, то такая модель Луны будет видна с расстояния 3 м под углом arctg(2.7/300) = 31', что примерно соответствует диаметру реальной Луны при наблюдениях с Земли. Моделью Солнца будет шар диаметром 10 м, удаленный от 10-см "Земли" на 1 км. Орбитальная скорость Земли (30 км/с) при этом составит 0.24 мм/с, а скорость света - 2.4 м/с.


    Чтобы иметь представление о солнечной системе, выберем масштаб помельче - 1 а.е. в 1 м (примерно 1: 150 млрд.) и воспользуемся справочными данными о планетах. Солнце будет шариком диаметром 1 см, вокруг которого по окружности радиусом 1 м вращается Земля - песчинка диаметром примерно 0.1 мм. Тогда Луна изобразится пылинкой диаметром 0.03 мм на расстоянии всего 2.6 мм от Земли. Остальные планеты будут выглядеть следующим образом. Мекурий и Венера и Марс - шарики диаметрами 0.03, 0.1 и 0.05 мм, на расстояниях 39, 72 и 152 см от Солнца соответственно. Внешняя часть солнечной системы более пустынна: Юпитер диаметром 0.9 мм, Сатурн - 0.8 мм, Уран и Нептун - по 0.3 мм, Плутон - 0.015 мм на расстояниях соответственно 5.2, 9.5, 19.2, 30.1 и 39.5 м от Солнца. То есть даже в таком масштабе планетная система будет размером с футбольное поле.
    В солнечной системе есть также астероиды и кометы, но их наличие не будет слишком заметно. Самый крупный астероид (Церера, 1000 км диаметром) будет выглядеть пылинкой размером всего лишь 0.007 мм, а малых планет диаметром больше 200 км известно всего около трех десятков. Диаметру атома (10-8 см) в таком масштабе будут соответствовать астероиды размером в 15 м. Размеры ярчайших комет вместе с их хвостами на короткое время становились порядка межпланетных расстояний, однако из-за ничтожной массы их можно в расчет не принимать, поскольку самые большие кометные ядра не превышают нескольких десятков километров.
    Скорость света в построенной модели составит 0.2 см/с, а орбитальная скорость Земли - всего лишь 0.7 мм/час, или 6.3 м/год. Так что этот кусочек пространства получился весьма статичным.
    Поскольку с Земли Солнце видно под углом около 30', то с расстояния, в 30 раз большего (что соответствует орбите Нептуна) оно представится диском диаметром 1', то есть для невооруженного глаза - практически точечным светилом. Соответственно, и количество солнечного света на единицу площади (освещенность) там будет в 900 раз меньше, чем на Земле. Поэтому помимо холода окраины солнечной системы погружены и во мрак, что, конечно, сильно затрудняет поиски новых планет за орбитой Плутона.
    Примерно на расстоянии 100 м (100 а.е.) от нашей модели Солнца расположена гелиопауза - граница, на которой влияние солнечного ветра становится меньшим, чем звездного. Фактически это начало межзвездного пространства. Далее, примерно до 100 км (100 тыс. а.е.!) простирается гипотетический пояс Оорта, считающийся поставщиком кометного материала в солнечную систему. А еще дальше расположены звезды. Из них ближайшая - a Центавра, или Толиман, в нашей модели будет представлена двумя шариками диаметром по 1 см, удаленных от такого же шарика - Солнца на расстояние 278 км (1.35 пк = 278 тыс. а.е.). Третья компонента этой системы - Проксима Центавра - будет на целых 11 км ближе к Солнцу, в виде песчинки диаметром 1 мм. Из этого примера становится понятно, под какими малыми углами видны звезды с Земли и как мала вероятность столкновения между ними. Впрочем, скорость движения Солнца относительно окружающих звезд (20 км/с) в таком масштабе составит 0.5 мм/час, а его смещение за год - 4.2 м. По сравнению с межзвездными расстояниями это, на первый взгляд, ничтожно мало, однако оно не покажется таким малым, если вспомнить хотя бы о времени существования разумной жизни на Земле. Ведь расстояние в 1 пк Солнце пролетит всего за 49 тыс. лет!
    Вместе с тем звезды очень сильно различаются по размерам: Сириус (a CMa) в нашей модели будет иметь диаметр 2.4 см, а его спутник (белый карлик) - всего лишь 0.3 мм. Более того, типичная нейтронная звезда (радиусом 15 км) предстанет пылинкой размером всего 0.2 мкм - меньше длины волны видимого света. С другой стороны, оранжевый гигант Арктур (a Boo) будет иметь диаметр 26 см, а красный сверхгигант Бетельгейзе (a Ori) - целых 9 м! Но и это не предел: одним из рекордсменов по размерам считается звезда e Возничего, диаметр которой достигнет 27 м (немного меньше, чем размер орбиты Урана)!


    Для представления Галактики выберем масштаб 1 пк в 1 cм (1 : 3.1*1018). Тогда в окрестностях Солнца среднее расстояние между звездами составит 1.5 см. Правда, сами звезды при этом изобразить уже нечем, так как они будут намного меньше размеров протона.
    До ближайших к Солнцу звезд (система a Центавра) будет 1.3 см, до звезды Барнарда - 1.8 см, до Сириуса - 2.7 см, до Арктура - 11 см, до Бетельгейзе - 2 м.

 
    На представленной стереопаре изображено пространственное расположение ближайших к Солнцу звезд (~ до 10 пк) в экваториальной системе координат. Данные программы REDSHIFT 3.0.

    Ближайшее рассеянное скопление (Гиады) разместится в 40 см от Солнца при собственном размере 13 см, Плеяды - на расстоянии 1.3 м (при диаметре 6.8 см), а двойное скопление c и h Per придется удалить на 20 м (диаметры 17 см и 14 см). Типичное шаровое скопление М13 (в Геркулесе) будет иметь диаметр 23 см при расстоянии до него 50 м. Планетарная туманность "Кольцо" в Лире - 2х3 мм, расстояние 7 м, туманность Ориона - 5 см на расстоянии 3.5 м, а Крабовидная туманность - соответственно 1 см и 10 м.   

 
    То же самое, только в пределах ~ 100 пк от Солнца.

    Галактический центр придется расположить в 100 м от Солнца; это радиоисточник Sgr A, один из наиболее интенсивных компонентов которого будет иметь диаметр 10 см и заключать внутри себя яркое ядрышко (керн) диаметром ~1.5 см. Все это будет окружено сплюснутым ядром Галактики (с полуосями 11х11х5 м), далее - шарообразным балджем радиусом 20 м. Радиус диска Галактики составит 150 м, и в нем известны по крайней мере три спиральные ветви: ближайшая к центру Галактики (рукав Стрельца), средняя, на краю которой находится Солнечная система (Орионов рукав), и внешняя, на расстоянии ~40 м от Солнца (Персеев рукав). Наконец, все это погружено в сферическое звездное гало радиусом не менее 250 м, а до расстояния 500-600 м будет доходить разряженная корона.



    Переход к миру галактик потребует дальнейшего уменьшения масштаба - до 10 кпк в 1 см (1 : 3.1*1022). При этом наша Галактика изобразится небольшим диском диаметром 3 см, а вместе с короной - шаром диаметром 10-12 см. Спутники Галактики - Большое и Малое Магеллановы Облаки - будут выглядеть еще скромнее - диаметрами 9 и 3 мм, на расстояниях соответственно 5.2 и 7.1 см. Галактика М31 (Туманность Андромеды) будет иметь форму диска диаметром примерно 10 см, и от центра Галактики она будет удалена на 70 см. Вся Местная группа (около 30 галактик) в таком масштабе легко уместится в сфере диаметром 2 м.
    Ближайшие соседние группы галактик расположатся в 2-5 м от Местной группы, а в пределах 10-20 м от нее будет несколько десятков таких групп. Ближайшее крупное скопление галактик (в Деве) будет иметь диаметр 5 м (в скопление входит около 200 галактик) и удалено на 20 м от нашей Галактики. Есть предположение, что это скопление - центр сверхскопления, которое объединяет около 20000 галактик (исключая карликовые) и в нашем масштабе имеет диаметр 60 м.
    Рядом с нашим Сверхскоплением расположатся другие - во Льве (на расстоянии 140 м) и Геркулесе (190 м). Ближайший квазар (3С273, тоже в Деве) придется удалить на 630 м, а самые далекие квазары -  на 3.7 км. Горизонту событий нашей Вселенной (15 млрд. св. лет) в такой модели будет соответствовать расстояние 4.6 км.


Архив

Телефон: +7 (928) 425-32-10
e-mail: