Цель работы:
Вычислить скорости удаления Галактик по красному смещению линии Hα в их спектрах, построить график зависимости скорости удаления от расстояния до галактики и проанализировать его.
Приборы и материалы:
Американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что в спектрах далёких галактик линии смещены в красную сторону относительно их нормального положения. Это явление назвали красным смещением. Количественно красное смещение z характеризуется относительным изменением длины волны спектральных линий:
где λ — длина волны в наблюдаемом спектре, λ0 — длина волны спектральной линии наблюдаемой в лаборатории. По красному смещению можно можно определить скорость удаления (или приближения) галактики:
где с=3*105 км/с — скорость света.
Смещение линий в спектре небесного тела к красному концу (в сторону большей длины волны) в результате эффекта Доплера при удалении тела, а также под действием его гравитационного поля. Численно красное смещение обычно характеризуют величиной 
, где 
— длина волны спектральной линии в излучении, приходящем от космического источника; 
длина волны той же линии, измеренная в спектре неподвижного лабораторного источника. При небольших скоростях движения эффект Доплера вызывает красное смещение (или голубое, если источник приближается к наблюдателю), пропорциональное лучевой скорости (v): 
, где 
— скорость света. При 
эта зависимость становится сложнее: 
Космологическое красное смещение связано с удаление от нас наблюдаемых объектов из-за расширения Вселенной.
Ход работы:
- Даны изображения галлактик, имеющих примерно одинаковые физические размеры. Расположите галактики по их удаленности от поверхности Земли: от самых близких до самых далеких (внесите в таблицу их номера)
2. Составьте таблицу значений и сгенерируйте график. Номера галактик по их удаленности от Земли на горизональной оси диаграммы, считая что в точке 0 расположена Земля.
3. На рисунке 1 показан лабораторный спектр водорода (Н), на рисунках 2-6 — спектры галактик. Для каждого объекта спектры представлены и в виде горизонтальной цветовой полосы (результат разложения света в спектрографе), и в виде графика изменения интенсивности излучения от длины волны. Яркая красная линия в спектрах галактик — линия водорода Нα — смещена относительно лабораторного значения λНα ≈ 656 нм.
4. Последний этап работы — вычислить расстояния до галактик, используя закон Хаббла. Обратите внимание, что значение постоянной Хаббла
выражается в км/(с * Мпк). Поэтому значения расстояний до галактик будут получены в Мпк, тогда как в таблицу требуется занести результаты в
миллионах световых лет. Вспоминаем: 1 пк = 3,26 световых года. Следовательно, чтобы получить результат в световых годах, следует полученное по
формуле:
, H расстояние умножить на 3,26.
5. Постройте график зависимости скорости удаления Галактик от расстояния до Земли.
6. Проанализируйте полученный график и сделайте вывод о соотношении расстояния до Галактики и скорости ее удаления.
Контрольные вопросы
1. Что такое галактика? Из чего состоит галактика?
2. Что такое скорость удаления галактики? О чем свидетельствует скорость разбегания галактик?
3. Сформулируйте и запишите закон Хаббла. Какой физический смысл имеет постоянная Хаббла? Используя закон Хаббла, определите максимальное расстояние, до которого можно наблюдать небесные тела.
4. В спектре галактики Андромеды наблюдается сдвиг спектральных линий в фиолетовую (коротковолновую) часть спектра. Какой вывод о движении этой Галактики по отношению к нашей следует сделать на основании этого факта?