До открытия фонового излучения теория Большого Взрыва была не более чем одним из возможных объяснений расширения Вселенной. Другая теория, известная как теория стабильного состояния, рассматривала Вселенную как нечто вечное и не имеющее границ. Согласно этой теории, вещество создавалось в гигантских космических провалах между галактиками, расталкивая их в стороны и заставляя Вселенную расширяться по мере образования новых галактик. Существование микроволнового фонового излучения можно объяснить с помощью теории Большого Взрыва, но не теории стабильного состояния.
Микроволновое фоновое излучение состоит из фотонов, высвобожденных после Большого Взрыва, когда Вселенная начала расширяться и остывать. До этого времени фотоны постоянно поглощались и снова испускались атомами, составлявшими недавно возникшую Вселенную. По мере расширения и остывания Вселенной была достигнута критическая фаза, когда фотоны и атомы 'отделились' друг от друга. Считается, что это произошло, когда возраст Вселенной не превышал 100 000 лет, а ее размер составлял не более 0,001 от нынешнего размера. Фотоны, высвобожденные на этом этапе, увеличивали свою длину волны в результате расширения Вселенной за время полета через космическое пространство, поэтому теперь они находятся на микроволновом отрезке спектра электромагнитного изучения.
КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ
Оптический спектр звезды или галактики представляет собой непрерывную полосу, пересеченную темными вертикальными линиями, соответствующими длинам волн, характерным для элементов во внешних слоях звезды. Линии спектра смещаются из — за движения звезды, если она приближается к нам или удаляется от нас. Это пример доплеровского эффекта, который заключается в изменении наблюдаемой длины волны, излучаемой источником, находящимся в движении по отношению к наблюдателю. Спектральные линии смещаются в область более длинных волн (то есть обнаруживают красное смещение), если источник света отдаляется, или в область коротких волн, если источник света приближается (так называемое голубое смещение).
Для света, испускаемого монохроматическим источником с частотой f, который движется со скоростью и, можно доказать, что смещение длины волны ?? = ?/f = (?/с) ?, где с представляет собой скорость света, а ? — длину волны. Таким образом, скорость отдаленной звезды или галактики можно измерить на основании смещения длины волны ??, пользуясь уравнением ? = c? ?/?.
В 1917 году, наблюдая спектры различных галактик с помощью шестидесятисантиметрового телескопа в обсерватории Лоуэлла, в Аризоне, Весто Слайфер обнаружил, что отдельные спиральные галактики отдаляются от нас со скоростью более 500 км/с — гораздо быстрее, чем любой объект в нашей Галактике. Термин 'красное смещение' был введен в употребление как показатель отношения изменения длины волны к испускаемой длине волны. Так, красное смещение 0,1 означает, что источник отдаляется от нас со скоростью 0,1 скорости света. Эдвин Хаббл продолжил работу Слайфера, оценив расстояние до двух десятков галактик с известным красным смещением. Так был сформулирован закон Хаббла, который гласит, что скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до нее.
В 1963 году Мартин Шмидт обнаружил первый квазар в результате открытия, что спектральные линии звездо-подобного объекта 3С 273 смещены в красную сторону спектра примерно на 15 %. Он пришел к выводу, что этот объект отдаляется со скоростью 0,15 световой и должен находиться на расстоянии более 2 млрд. световых лет, а, следовательно, он гораздо более мощный, чем обычная звезда. С тех пор было открыто много других квазаров.
См. также статьи 'Закон Хаббла', 'Квазар', 'Спектр оптический'.
КРАСНЫЙ ГИГАНТ
Гигантской звездой называется звезда, значительно превосходящая размерами наше Солнце. Если температура поверхности такой звезды ниже, чем на поверхности Солнца, ее цвет бывает оранжевым или красным, а не желтым, поэтому звезда называется красным гигантом. Абсолютная звездная величина красного гиганта колеблется около нуля или имеет отрицательную величину, поэтому на диаграмме Герцшпрунга — Ресселла он расположен высоко над линией Главной последовательности. Такая звезда излучает минимум в 100 раз больше света, чем Солнце, так как различие в абсолютной величине составляет около 5; однако температура Солнца вдвое превышает температуру на поверхности красного гиганта, поэтому Солнце излучает в 16 раз больше света на единицу площади (так как количество излучаемого света пропорционально температуре в четвертой степени). Площадь красного гиганта по меньшей мере в 1600 раз превосходит площадь Солнца, поэтому его диаметр примерно в 40 раз больше.
Арктур в созвездии Волопаса является оранжево-красной звездой с видимой величиной около -0,1; он расположен на расстоянии примерно 37 световых лет от Солнца. Его можно наблюдать в Северном полушарии, если глядеть прямо на юг незадолго до полуночи в середине и конце мая. Его абсолютная величина составляет -0,4, а диаметр в 40 раз больше диаметра Солнца.
Звезды, превосходящие красных гигантов на 5 или более звездных величин на диаграмме Герцшпрунга — Ресселла, называются сверхгигантами. Их диаметр может превосходить солнечный до 300 раз. Самый крупный сверхгигант, Антарес, является звездой класса М с видимой величиной 0,9. Он расположен на расстоянии 520 световых лет от Солнца. Его абсолютная величина равна -5,1, а диаметр почти в 300 раз больше, чем у Солнца.
Красная звезда, или сверхгигант, — это звезда, покинувшая Главную последовательность в результате коллапса ядра звезды с последующим вздуванием и остыванием внешних ее слоев. Это происходит, когда весь водород в ядре звезды превращается в гелий. Когда весь гелий в ядре превращается в более тяжелые элементы, гигантская звезда коллапсирует и становится белым карликом или сверхновой.
КРАТЕРЫ
Кратером называется чашеобразное углубление на поверхности планеты или малого небесного тела, обычно имеющее внешнее кольцо, выступающее над поверхностью за пределами кратера. Происхождение кратера может быть вулканическим или метеоритным. Кратеры на Земле подвержены эрозионному процессу под воздействием ветра и дождя. Считается, что кратер, обнаруженный неподалеку от мексиканского побережья, возник 65 млн. лет назад в результате падения метеорита, что привело к гибели динозавров.
Поверхность Меркурия, изобилующая кратерами, в основном оставалась неизменной со времени формирования планеты, так как на Меркурии нет атмосферы, а следовательно, и процессов эрозии. Как полагают астрономы, бассейн Калорис на Меркурии, крупная кольцевая структура более 1300 км в диаметре, образовался в результате метеоритного удара.
Лунные кратеры сильно различаются по диаметру; самый большой кратер на видимой стороне Луны имеет диаметр 295 км. Кольцевой вал крупного кратера может на тысячи метров возвышаться над его дном. По сравнению с этим Большой Каньон в Аризоне может показаться незначительным, поскольку его длина не превышает 10 км при глубине 1,5 км.
Согласно современным представлениям, большинство лунных кратеров образовалось в результате метеоритных ударов на раннем этапе развития Солнечной системы как следствие столкновения с тучами
