«Рентгеновская и Гамма- астрономия»




Скачать 101.64 Kb.
Название«Рентгеновская и Гамма- астрономия»
Дата конвертации27.02.2013
Размер101.64 Kb.
ТипРеферат
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»


РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ:

«Рентгеновская и Гамма- астрономия»


Выполнила: студентка группы У4-02

Цыганкова Юлия


Москва 2011

Оглавление




Введение 4

Рождение рентгеновской астрономии 4

Гамма-излучение 6

Открытия рентгеновской астрономии. 8

Транзиентные рентгеновские источники - рентгеновские новые 8

Вспыхивающие рентгеновские источники - барстеры 9

Вырожденные карлики - источники рентгеновского излучения 9

Рентгеновские спутники 9

Заключение 11

Список литература 12



Введение


ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ – это наблюдения астрономических объектов с помощью приборов, поднятых за пределы земной атмосферы на борту геофизических ракет или искусственных спутников. Ее основные разделы – это астрономия высоких энергий (в рентгеновских и гамма-лучах), оптическая, ультрафиолетовая астрономия, инфракрасная астрономия и радиоастрономия.

В следующем, 2012 году, исполнится 50 лет со дня рождения рентгеновской астрономии. Именно в 1962 году впервые было зарегистрировано излучение космического источника Sco X-1. Следует отметить, что рентгеновское излучение Солнца было зарегистрировано в 1948 году. За чуть более чем двадцатилетний период становления и развития рентгеновская астрономия достигла впечатляющих успехов. Были открыты мощные источники космического рентгеновского излучения, как в нашей Галактике, так и внегалактического происхождения.

Под рентгеновским излучением понимаются электромагнитные волны в области энергий 0,1-300 КэВ. Этот диапазон, в свою очередь, делится на три поддиапазона: 0,1-5 КэВ (мягкое рентгеновское излучение), 5-50 КэВ (классический рентгеновский диапазон), 50-300 КэВ (жесткое рентгеновское излучение). Электромагнитное излучение в области энергий Е = 300 КэВ принято называть гамма-излучением. Такое разделение, прежде всего, связано с разными принципами и методами регистрации излучения.

Рождение рентгеновской астрономии


Долгое отсутствие каких-либо данных о рентгеновском излучении Солнца объясняется экранирующим действием земной атмосферы, которая поглощает практически всё коротковолновое излучение, идущее из космоса. Считалось, что рентгеновское излучение, исходя от внеатмосферного источника, создаёт дополнительный ионизованный слой в земной атмосфере на высоте около 80 км (его назвали слоем D). Но для доказательства данной гипотезы требовалось вынести приборы за его пределы. Это стало возможным только в послевоенные годы.


Рис.
В конце 40-х гг. детекторы рентгеновских лучей на баллистических ракетах были подняты на высоту более 100 км. С их помощью удалось зарегистрировать рентгеновское излучение, испускаемое при солнечной вспышке. Этот своеобразный "магнитный взрыв" на Солнце сопровождается выбросом частиц высокой энергии - солнечных космических лучей - и мощным импульсом рентгеновского излучения. В основном наблюдаются спектры водородоподобных атомов, имеющих только один оставшийся электрон. С помощью оптики косого падения получены и фотографии солнечного диска в мягкой рентгеновской области спектра. Обнаружена поляризация рентгеновского излучения при вспышках (Рис.1).

В 60-х гг. были обнаружены два других рентгеновских источника. Один из них оказался связанным с Крабовидной туманностью - газовым остатком сверхновой звезды, второй - со звездой в созвездии Скорпиона.


Рис. 2
На сегодняшний день зарегистрировано более 150 источников рентгеновского космического излучения. Большая их часть концентрируется в плоскости Галактики (Рис.2).

Для регистрации космических рентгеновских лучей сначала применялась фотоплёнка, похожая на ту, что используется в рентгеновских кабинетах; потом появились счётчики Гейгера; затем газовые, так называемые пропорциональные счётчики и, наконец, специальные полупроводниковые устройства, способные не только улавливать рентгеновские кванты, но и определять их энергию. Долгое время основным недостатком рентгеновских приёмников излучения была низкая разрешающая способность, однако впоследствии использование на рентгеновских обсерваториях специальных металлических зеркал обеспечило высокое угловое разрешение.

Гамма-излучение



Рис. 3
Во всех курсах физики - от школьного до университетского - описывается такой эксперимент: свинцовая коробочка с маленьким отверстием сверху, наполненная солью радия, ставится под фотопластинку. На проявленной пластинке обнаруживается пятно (Рис.3) - признак того, что радий испускает какие-то лучи. Именно таким образом в 1896 г. французский учёный Беккерель открыл явление радиоактивности. Если же поместить коробочку с радием между полюсами сильного магнита, на фотопластинке появятся три пятна: одно - точно над отверстием, второе будет немного смещено в сторону, а третье - тоже смещено, но гораздо больше и в противоположную сторону. Очевидно, радиоактивное вещество испускает частицы трёх видов: заряженные положительно (отклоняются слабо), заряженные отрицательно (отклоняются сильно) и лишённые электрического заряда (вообще не отклоняются). Они получили соответственно названия альфа-, бета- и гамма-лучей. Вскоре выяснилось, что альфа-лучи - это поток ядер гелия, бета-лучи - поток быстрых электронов, а гамма-лучи - родственники света, электромагнитные волны, более короткие, чем рентгеновские, с длинами волн в стотысячные доли микрометра (и даже ещё меньше).

Если лучи видимого света порождаются атомами, то гамма-лучи - в основном атомными ядрами. Атом способен перейти в возбуждённое состояние, поглотив порцию (квант) энергии; вслед за тем, возвращаясь в основное состояние, он испускает свет, образующий те самые линии, которые мы видим в спектроскопе. Точно так же возбуждённое, т. е. поглотившее энергию, ядро способно излучать её, но уже в виде гамма-лучей.

Гамма-лучи испускаются не только возбуждённым атомным ядром. Они могут возникать при столкновении высокоэнергичных частиц, так называемом комптоновском рассеянии - обмене энергией между обычным излучением и высокоэнергичными электронами. Гамма-лучи возникают и при пролёте быстрого электрона в электрическом поле протона или атомного ядра (такое излучение образно именуют "тормозным"). Их источником является также процесс аннигиляции - превращения пары частица-античастица в гамма-кванты.

В полном соответствии с законами квантовой механики гамма-лучи из-за очень малой длины волны, а следовательно, мощной энергии квантов, гораздо больше похожи по поведению на поток частиц, чем на волны. Поэтому их, как правило, характеризуют не длиной волны, а энергией квантов.

Физики создали приборы, позволяющие обнаружить гамма-кванты, определить их направление и энергию. Но какое это имеет отношение к астрономии? Самое непосредственное.

В недрах звёзд протекают многочисленные ядерные реакции; в пространстве между звёздами с околосветовыми скоростями проносятся частицы космических лучей; в космосе происходит аннигиляция частиц и античастиц. Значит, должны существовать космические гамма-лучи.

Уловить их на поверхности Земли невозможно - мешает атмосфера, мощная броня, которой природа прикрыла нас от космоса. Учёные подсчитали, что для того, чтобы пролететь через земную атмосферу, частицы космических лучей или кванты высокой энергии должны преодолеть такой же по массе слой вещества, какой они прошли по пути через Вселенную на протяжении нескольких миллиардов световых лет!

Но всё-таки существует и наземный метод обнаружения космических гамма-квантов: можно регистрировать слабый поток световых фотонов, который создают в атмосфере быстрые электроны, возникающие при взаимодействии энергичных гамма-квантов с атомами воздушной среды. Такой метод позволяет улавливать гамма-кванты особенно высоких энергий.

Гамма-астрономия непосредственно примыкает к рентгеновской астрономии и граница между ними весьма условна.

Открытия рентгеновской астрономии.

Транзиентные рентгеновские источники - рентгеновские новые



Транзиент, или рентгеновская новая, - это рентгеновская звезда, которая внезапно вспыхивает в каком-либо участке неба, где она раньше не наблюдалась. Кривая блеска рентгеновского транзиента удивительно напоминает кривую оптического блеска новой. Вот почему транзиенты имеют второе название - рентгеновские новые.

На рисунке 4 изображен вид двойной системы с релятивистским объектом (черной дырой или нейтронной звездой) и маломассивной звездой-компаньоном (изображение художника). Приблизительно так должны выглядеть рентгеновские новые в пике яркости.


Рис. 4
Общепринятое сейчас объяснение этого явления было предложено А.И. Цыганом. Рентгеновские новые - это также двойные системы, но в отличие от предыдущего случая нейтронная звезда движется по сильно вытянутой орбите с большим эксцентриситетом. Пока нейтронная звезда находится далеко от оптического компонента, скорость истечения вещества из нормальной звезды невелика и соответственно мал поток возникающего в результате аккреции рентгеновского излучения. Как только нейтронная звезда входит в периастр (то есть подходит близко к нормальной звезде), из-за уменьшения расстояния между звездами и соответствующего возрастания гравитационного воздействия нейтронной звезды на оптический компонент мощность истечения резко возрастает, увеличивается темп аккреции и соответственно резко растет рентгеновский поток. В области периастра расстояние между звездами настолько мало, что значительная доля рентгеновского потока может перехватываться оптической звездой. Это перехваченное рентгеновское излучение обеспечивает дополнительный подогрев атмосферы нормальной звезды, в результате чего ее блеск может возрасти во много раз.

Вспыхивающие рентгеновские источники - барстеры




Рис. 5
Барстер (Рис.5) - это неудачная транскрипция английского слова "burster", существительного, образованного от слова "burst" - вспышка, вспыхивать, взрываться. Явление вспышки - это внезапное возрастание рентгеновской интенсивности за время порядка нескольких секунд или даже меньше. Затем происходит понижение интенсивности с характерным временем в несколько десятков секунд (несколько минут). Таких вспышек одного источника может быть несколько, временной промежуток между вспышками порядка нескольких часов, а иногда и дней. Такие вспышки называются вспышками I типа. Сейчас известно более 30 таких медленных барстеров. Медленные барстеры находятся вблизи галактического экватора и концентрируются к галактическому центру, входя в группу рентгеновских источников так называемого галактического горба (балджа). Эта группа насчитывает примерно 70 источников, из которых детально исследованы далеко не все. c:\users\user\desktop\учеба\семестр4\рентген\астрономия\барстер.jpg

Вырожденные карлики - источники рентгеновского излучения



Рис. 6


Вырожденные карлики (Рис.6) в тесных двойных системах образуют широкий класс звезд, известный как взрывные переменные (Cataclysmic variables). Они делятся на следующие четыре группы: новые, повторные новые, карликовые новые и новоподобные. Эти группы отличаются энерговыделением, амплитудой и частотой вспышек.

Рентгеновские спутники



Рис. 7
В 1962 году за пределы солнечной системы был выпущен первый рентгеновский спутник. Этот аппарат за 2 года зарегистрировал 339 рентгеновских космических источников, в том числе и объект в созвездии Лебедя, который стал первым в истории астрономии претендентом на роль черной дыры. В 1978 в космос был выпущен первый рентгеновский телескоп «Эйнштейн», который регистрировал рентгеновские кванты в диапазоне 200 эВ – 20 кэВ. Эта станция впервые осуществила высококачественное спектрографирование остатков сверхновых и открыла множество очень слабых внегалактических источников рентгеновского излучения. Однако, астрономии XXI века был необходим инструмент, обладающий куда более широкими возможностями. Поэтому в 1999 году на орбиту был запущен телескоп с восемью зеркалами с максимальным диаметром 120 см, способный регистрировать в сто раз менее яркие рентгеновские источники, нежели «Эйнштейн». Обсерватория получила название «Чандра» (Рис.7). С этого времени «Чандра» непрерывно работает в штатном режиме. Первой фотографией, которую она прислал на Землю, было великолепное рентгеновское изображение исполинского облака раскаленного газа, образовавшегося после взрыва сверхновой звезды в созвездии Кассиопеи. Камера телескопа высокого разрешения дает возможность получать качественные изображения с точностью до 0,5 угловой секунды – это примерно 1/600 углового размера полной Луны. И в этом «Чандра» до сих пор не имеет равных. обсерватория чандра.jpg


Рис. 8
Гамма-астрономия в основном изучает долгоживущие точечные источники и диффузное излучение. Немало таких источников открыл спутник EКA «Cos-B» (запущен 9 августа 1975), а более глубокие исследования в этой области начались после запуска в 1991 году обсерватории «Комптон» (Рис.8) с четырьмя комплексами приборов: BATSE, OSSE, COMPTEL и EGRET. Эксперимент EGRET показал, что в области энергий около 100 МэВ многие источники связаны с радиояркими квазарами, которые выбрасывают двойные струи вещества почти со скоростью света. Особенно мощными источниками жестких гамма-лучей являются квазары, выбрасывающие свои струи почти точно в направлении Земли. c:\users\user\desktop\учеба\семестр4\рентген\астрономия\гамма-обсерватория «комптон» (gro, gamma-ray observatory) в полете 4 ноября 1991 над калифорнией.jpg


Рис. 9
1 декабря 1989 года была запущена Международная астрофизическая обсерватория «Гранат» — советская (а затем российская) орбитальная обсерватория, разработанная совместно с Францией, Данией и Болгарией (Рис.9). они была запущена на орбиту ракетой-носителем «Протон» с периодом обращения вокруг Земли 4 дня, из которых научные наблюдения проводились в течение 3 дней. В сентябре 1994 года, после практически 5 лет работы на орбите в режиме направленных наблюдений рабочее тело для двигателей разворота подошло к концу и обсерватория была переведена в режим сканирования. Передача данных с обсерватории была закончена 27 ноября 1998 года, обсерватория разрушилась при входе в атмосферу 25 мая 1999 г. c:\users\user\desktop\учеба\семестр4\рентген\астрономия\ракета-носитель протон с орбитальной обсерваторией гранат на стартовом столе.jpg

Заключение


Современная астрономия имеет дело с мощными источниками космического рентгеновского излучения, которыми являются необычные звезды, такие, как нейтронные звезды и черные дыры, а также сверхмассивные черные дыры (ядра галактик). Как правило, эти объекты являются также источниками гамма-излучения. Вместе с тем в последние годы открыта новая необычная популяция источников космического гамма-излучения, природа которых неизвестна.

Список литература


http://astroweb.ru/reserch_/res04.htm, 2010

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/325.html,2009

http://www.bigpi.biysk.ru/encicl/articles/21/1002109/1002109F.htm, 2008

http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/127143/Рентгеновская, 2009

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» iconКосмическое рентгеновское и гамма-излучение
Ключевые слова: рентгеновское, гамма-излучение, энергетические спектры, кривая блеска, тесные двойные системы, пульсары, магнетары,...

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» iconПрограмма вступительного экзамена по специальности научных работников 01. 03. 02 «Астрофизика и звездная астрономия»
Тепловые приемники. Системы счета фотонов в изображении. Приемники излучения для рентгеновского диапазона. Особенности регистрации...

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» iconРазработка технологий гамма-циклодекстринглюканотрансферазы, гамма-циклодекстрина и комплексов включения на его основе
Специальность 05. 18. 07 Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» iconПоиск всплесков космического гамма-излучения высокой энергии
В такого рода экспериментах гамма-всплески должны проявить себя как кратковременное увеличение темпа счета

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» iconРаботы: Астрономия от Петровских времён до наших дней
Астрономия- это фундаментальная мировоззренческая учебная дисциплина, играющая важную роль в учебном процессе средней школы. Астрономия...

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» icon33 гамма-излучение владелец завода красок
«Гамма» Александр Ермаков задумал стать монополистом. Крохотный рынок детских канцтоваров еще не видывал таких страстей -от попыток...

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» iconУчебник «Астрономия» 11 класс под редакцией Н. П. Пришляка или «Астрономия»
Установить межпредметные связи с математикой, географией, физикой, информатикой, историей

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» iconКульминации светил. Астрономия Вопросы к зачету
Дорогие мои 11-классники! Астрономия очень интересный и захватывающий предмет, убедиться Вы в этом сможете, если прочтете дополнительную...

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» iconГосударственного бюджетного образовательного учреждения гимназии №1404 «гамма» Основная школа Москва, 2012 Общие положения Основная
Гбоу гимназии №1404 «Гамма». В разработке ооп ООО принимали участие члены Управляющего совета, обеспечивающего государственно-общественный...

«Рентгеновская и Гамма- астрономия» iconКалендарно-тематическое планирование по учебному предмету «Астрономия»
Галузо, И. В. Астрономия. Учебное пособие для учащихся 11-го кл учреждений, обеспечивающих получение общ сред образования / И. В....


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница