stringtranslate.com

Парсек

Парсек (символ: пк ) — единица длины , используемая для измерения больших расстояний до астрономических объектов за пределами Солнечной системы , примерно равная 3,26 световых лет или 206 265 астрономических единиц (АЕ), то есть 30,9  триллиона километров (19,2 триллиона миль ) . . [a] Единица парсек получается с использованием параллакса и тригонометрии и определяется как расстояние, на котором 1 а.е. стягивает угол в одну угловую секунду [1] ( 1/3600степени ) . Ближайшая звезда, Проксима Центавра , находится на расстоянии около 1,3 парсека (4,2 светового года) от Солнца : с этого расстояния расстояние между Землей и Солнцем составляет чуть меньше1/3600одного градуса зрения. [2] Большинство звезд, видимых невооруженным глазом, находятся в пределах нескольких сотен парсеков от Солнца, самые далекие - на расстоянии нескольких тысяч парсеков, а Галактика Андромеды - на расстоянии более 700 000 парсеков. [3]

Слово парсек представляет собой словосочетание «параллакс в одну секунду» и было придумано британским астрономом Гербертом Холлом Тернером в 1913 году [4] для упрощения астрономических расчетов астрономических расстояний на основе только необработанных данных наблюдений. Частично по этой причине эту единицу предпочитают в астрономии и астрофизике , хотя световой год по -прежнему занимает видное место в научно-популярных текстах и ​​в обычном использовании. Хотя парсеки используются для более коротких расстояний в пределах Млечного Пути , для более крупных масштабов Вселенной требуется несколько парсеков, в том числе килопарсеков (кпк) для более удаленных объектов внутри и вокруг Млечного Пути, мегапарсеков (Мпк) для галактик среднего расстояния и гигапарсеков (Гпк) для многих квазаров и самых далеких галактик.

В августе 2015 года Международный астрономический союз (МАС) принял Резолюцию B2, в которой, как часть определения стандартизированной шкалы абсолютных и кажущихся болометрических величин , упоминалось существующее четкое определение парсека как точно648 000/π а.е., или приблизительно3,085 677 581 491 3673 × 10 16  метров (на основе определения астрономической единицы МАС 2012 г.). Это соответствует малоугловому определению парсека, встречающемуся во многих астрономических справочниках. [5] [6]

История и происхождение

Представив себе вытянутый прямоугольный треугольник в космосе, где более короткая сторона имеет длину в одну а.е. ( астрономическую единицу , среднее расстояние от Земли до Солнца ), а стянутый угол вершины, противоположной этой стороне, составляет одну угловую секунду ( 1 ⁄ 3600 градуса), парсек определяется как длина соседнего участка. Значение парсека можно получить с помощью правил тригонометрии . Проще говоря, расстояние от Земли, на котором радиус ее солнечной орбиты составляет одну угловую секунду.

Один из старейших методов, используемых астрономами для расчета расстояния до звезды, — это запись разницы углов между двумя измерениями положения звезды на небе. Первое измерение проводится с Земли на одной стороне Солнца, а второе — примерно через полгода, когда Земля окажется на противоположной стороне Солнца. [б] Расстояние между двумя положениями Земли на момент проведения двух измерений в два раза превышает расстояние между Землей и Солнцем. Разница углов между двумя измерениями равна удвоенному углу параллакса, который образован линиями, идущими от Солнца и Земли к звезде в удаленной вершине . Тогда расстояние до звезды можно было бы рассчитать с помощью тригонометрии. [7] Первые успешные опубликованные прямые измерения объекта на межзвездных расстояниях были предприняты немецким астрономом Фридрихом Вильгельмом Бесселем в 1838 году, который использовал этот подход для расчета расстояния в 3,5 парсека до 61 Лебедя . [8]

Диаграммы, иллюстрирующие видимое изменение положения небесного объекта при наблюдении с разных позиций на орбите Земли.
Звездное параллаксное движение от годового параллакса

Параллакс звезды определяется как половина углового расстояния , на которое звезда движется относительно небесной сферы , когда Земля вращается вокруг Солнца. Эквивалентно, это предполагаемый угол с точки зрения этой звезды на большую полуось орбиты Земли. Если заменить угол в одну угловую секунду в воображаемом прямоугольном треугольнике на параллакс звезды, то длинная сторона треугольника будет измерять расстояние от Солнца до звезды. Парсек можно определить как длину стороны прямоугольного треугольника, примыкающей к вершине, занятой звездой, угол параллакса которой составляет одну угловую секунду.

Использование парсека в качестве единицы расстояния естественным образом следует из метода Бесселя, поскольку расстояние в парсеках можно вычислить просто как обратную величину угла параллакса в угловых секундах (т. е.: если угол параллакса равен 1 угловой секунде, объект имеет размер 1 пк). от Солнца; если угол параллакса составляет 0,5 угловых секунды, объект находится на расстоянии 2 пк и т. д.). В этом соотношении не требуются тригонометрические функции , поскольку очень малые углы означают, что можно применить приближенное решение тонкого треугольника .

Хотя термин парсек , возможно, использовался и раньше, впервые он был упомянут в астрономической публикации в 1913 году. Королевский астроном Фрэнк Уотсон Дайсон выразил обеспокоенность по поводу необходимости названия этой единицы расстояния. Он предложил название « астрон» , но упомянул, что Карл Шарлье предложил сириометр , а Герберт Холл Тернер предложил парсек . [4] Прижилось именно предложение Тернера.

Вычисление значения парсека

По определению 2015 года,Длина дуги в 1 а.е. стягивает угол1 дюйм в центре круга радиуса1 шт . То есть 1 шт = 1 а.е./тан(1 ″ ) ≈ 206 264,8 а.е. по определению. [9] Преобразование единиц градус/минута/секунда в радианы .

, и
(точно по определению au 2012 г.)

Поэтому,

Поэтому,

метра

Примерно,

Схема парсека.

На диаграмме выше (не в масштабе) S представляет Солнце, а E — Землю в одной точке ее орбиты (например, образующей прямой угол с S [b] ). Таким образом, расстояние ES составляет одну астрономическую единицу (а.е.). Угол SDE равен одной угловой секунде (1/3600степени ), поэтому по определению D — это точка в пространстве, находящаяся на расстоянии одного парсека от Солнца . С помощью тригонометрии расстояние SD рассчитывается следующим образом:

Поскольку астрономическая единица определяется как149 597 870 700  м , [10] можно рассчитать следующее:

Следовательно, если1  год ≈ 9,46 × 10 15  м,

Затем1 шт ≈3,261 563 777  св. лет

Следствие гласит, что парсек - это также расстояние, с которого необходимо рассматривать диск диаметром в одну а.е., чтобы он имел угловой диаметр в одну угловую секунду (путем размещения наблюдателя в точке D и диска, охватывающего ES ).

Математически для расчета расстояния с учетом угловых измерений, полученных от инструментов в угловых секундах, формула будет иметь вид:

где θ — измеренный угол в угловых секундах. Расстояние Земля-Солнце — константа (1 а.е. или 1,5813 × 10 −5  св. Рассчитанное звездное расстояние будет в тех же единицах измерения, что и расстояние Земля-Солнце (например, если Расстояние Земля-Солнце =1 а.е. — единица измерения расстояния до звезды в астрономических единицах; если расстояние Земля-Солнце = 1,5813 × 10 −5  св. лет, единицей измерения расстояния до звезды являются световые годы).

Длина парсека, использованная в Резолюции B2 IAU 2015 г. [11] (точно648 000/πастрономических единиц) точно соответствует значению, полученному с помощью расчета малых углов. Это отличается от классического определения обратного тангенса примерно на200 км , т.е.: только после 11-й значащей цифры . Поскольку астрономическая единица была определена МАС (2012) как точная длина в метрах, теперь парсек соответствует точной длине в метрах. С точностью до метра малоугловой парсек соответствует30 856 775 814 913 673  м .

Использование и измерение

Метод параллакса является фундаментальным этапом калибровки для определения расстояния в астрофизике ; однако точность измерений угла параллакса наземными телескопами ограничена примерно0,01″ , и, следовательно, до звезд не болееНа расстоянии 100 ПК . [12] Это связано с тем, что атмосфера Земли ограничивает резкость изображения звезды. [ нужна цитация ] Телескопы космического базирования не ограничены этим эффектом и могут точно измерять расстояния до объектов за пределами наземных наблюдений. В период с 1989 по 1993 год спутник Hipparcos , запущенный Европейским космическим агентством (ЕКА), измерял параллаксы около100 000 звезд с астрометрической точностью около0,97  мс и получил точные измерения звездных расстояний до звездНа расстоянии 1000 ПК . [13] [14]

Спутник ЕКА Gaia , запущенный 19 декабря 2013 года, предназначен для измерения расстояний до одного миллиарда звезд с точностью до20 микросекунд дуги, что приводит к ошибкам в 10% в измерениях до центра Галактики , околоНа расстоянии 8000 пк в созвездии Стрельца . [15]

Расстояния в парсеках

Расстояния меньше парсека

Расстояния, выраженные в долях парсека, обычно охватывают объекты внутри одной звездной системы. Так, например:

По наблюдениям космического телескопа «Хаббл» , астрофизическая струя , вырывающаяся из активного галактического ядра M87, представляет собой 20 дюймов и, как полагают, имеет длину 1,5 килопарсека (4892  световых лет ) (струя несколько укорочена с точки зрения Земли).

Парсек и килопарсек

Расстояния, выраженные в парсеках (пк), включают расстояния между соседними звездами, например, в одном спиральном рукаве или шаровом скоплении . Расстояние в 1000 парсеков (3262 св. лет) обозначается килопарсеком (кпк). Астрономы обычно используют килопарсеки для выражения расстояний между частями галактики или внутри групп галактик . Так, например (обратите внимание: один парсек примерно равен 3,26 светового года):

Мегапарсек и гигапарсек

Астрономы обычно выражают расстояния между соседними галактиками и скоплениями галактик в мегапарсеках (Мпк). Мегапарсек — это один миллион парсеков или около 3 260 000 световых лет. [16] Иногда галактические расстояния указываются в единицах Мпк/ ч (например, «50/ ч  Мпк», также пишется как « 50 Мпк ч -1 »). h — константа (« безразмерная постоянная Хаббла ») в диапазоне 0,5 < h < 0,75 , отражающая неопределенность значения постоянной Хаббла H для скорости расширения Вселенной: h =ЧАС/100 (км/с)/Мпк. Постоянная Хаббла становится актуальной при преобразовании наблюдаемого красного смещения z в расстояние d по формуле d ≈с/ЧАС× з . [17]

Один гигапарсек (Гпк) равен одному миллиарду парсеков — одной из крупнейших обычно используемых единиц длины . Один гигапарсек равен примерно 3,26 миллиарда лет, или примерно1/14расстояния до горизонта наблюдаемой Вселенной (определяется космическим микроволновым фоновым излучением ). Астрономы обычно используют гигапарсеки для выражения размеров крупномасштабных структур, таких как размер Великой стены CfA2 и расстояние до нее ; расстояния между скоплениями галактик; и расстояние до квазаров .

Например:

Единицы объема

Для определения количества звезд в Млечном Пути выбирают объемы в кубических килопарсеках [с] (кпк 3 ) в различных направлениях. Все звезды в этих объемах подсчитываются и общее количество звезд определяется статистически. Аналогичным образом определяется количество шаровых скоплений, пылевых облаков и межзвездного газа. Для определения количества галактик в сверхскоплениях выбираются объемы в кубических мегапарсеках [с] (Мпк 3 ). Все галактики в этих томах классифицированы и подсчитаны. Затем общее количество галактик можно определить статистически. Огромная пустота Волопаса измеряется в кубических мегапарсеках. [20]

В физической космологии объемы кубических гигапарсеков [с] (Гпк 3 ) выбираются для определения распределения материи в видимой Вселенной и для определения числа галактик и квазаров. Солнце в настоящее время является единственной звездой кубического парсека [c] (pc 3 ), но в шаровых скоплениях звездная плотность может составлять от100–1000 шт -3 .

Наблюдательный объем гравитационно-волновых интерферометров (например, LIGO , Virgo ) выражается в кубических мегапарсеках [с] (Мпк 3 ) и по существу представляет собой значение куба эффективного расстояния.

В популярной культуре

По-видимому, парсек неправильно использовался в качестве меры времени Ханом Соло в первом фильме «Звездные войны» , когда он заявил, что его корабль « Тысячелетний сокол » «преодолел путь Кесселя менее чем за 12 парсеков». Утверждение было повторено в «Пробуждении Силы» , но это было изменено в «Соло: Звёздные войны: Истории» , заявив, что « Тысячелетний сокол» преодолел меньшее расстояние (в отличие от более быстрого времени) из-за более опасного маршрута через Кессель-Ран, что позволило своей скоростью и маневренностью. [21] Оно также неоднозначно используется как пространственная единица в «Мандалорце» , а не как единица измерения расстояния. [22]

В книге «Трещина во времени » «Мегапарсек» — это прозвище, которое мистер Марри дал своей дочери Мэг. [23]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Один триллион здесь — это короткая шкала , т.е. 10 12 (миллион миллионов или миллиард в широком масштабе).
  2. ^ ab Наземные наблюдения за положением звезды следует проводить, когда Земля находится в самых дальних точках своей орбиты от линии между Солнцем и звездой, чтобы сформировать прямой угол с Солнцем и полное расстояние при взгляде. от звезды.
  3. ^ абкде

Рекомендации

  1. ^ «Шкалы космических расстояний - Млечный Путь» . Проверено 24 сентября 2014 г.
  2. ^ Бенедикт, GF; и другие. «Астрометрическая стабильность и точность датчика точного наведения № 3: параллакс и правильное движение Проксимы Центавра» (PDF) . Материалы семинара по калибровке HST . стр. 380–384 . Проверено 11 июля 2007 г.
  3. ^ «Самые дальние звезды». Звездная дата . Техасский университет в Остине . 15 мая 2021 г. Проверено 5 сентября 2021 г.
  4. ^ аб Дайсон, FW (март 1913 г.). «Распределение в пространстве звезд в циркумполярном каталоге Кэррингтона». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 73 (5): 342. Бибкод : 1913MNRAS..73..334D. дои : 10.1093/mnras/73.5.334 . [ абзац 14, стр. 342 ] Примем за единицу расстояния R* единицу, соответствующую параллаксу 1″·0 [… Сноска:] * Для этой единицы расстояния необходимо дать название. Г-н Шарлье предложил «Сириометр» , но если игнорировать насилие над греческим языком, можно было бы принять слово «Астрон» . Профессор Тернер предлагает парсек , который можно понимать как сокращенную форму «расстояния, соответствующего параллаксу в одну секунду».
  5. ^ Кокс, Артур Н., изд. (2000). Астрофизические величины Аллена (4-е изд.). Нью-Йорк: AIP Press / Springer. Бибкод : 2000asqu.book.....C. ISBN 978-0387987460.
  6. ^ Бинни, Джеймс; Тремейн, Скотт (2008). Галактическая динамика (2-е изд.). Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. Бибкод : 2008gady.book.....B. ISBN 978-0-691-13026-2.
  7. ^ Научно-исследовательский центр архива астрофизики высоких энергий (HEASARC). «Вывод формулы параллакса». НАСА Представьте себе Вселенную! . Отдел астрофизики (ASD) Центра космических полетов имени Годдарда НАСА . Проверено 26 ноября 2011 г.
  8. ^ Бессель, FW (1838). «Bestimmung der Entfernung des 61sten Sterns des Schwans» [Определение расстояния до 61-й звезды Лебедя] (PDF) . Астрономические Нахрихтен . 16 (5): 65–96. Бибкод : 1838AN.....16...65B. дои : 10.1002/asna.18390160502.
  9. ^ Б. Луке; Ф. Дж. Баллестерос (2019). «Название: К Солнцу и дальше». Физика природы . 15 (12): 1302. Бибкод : 2019NatPh..15.1302L. дои : 10.1038/s41567-019-0685-3 .
  10. ^ Международный астрономический союз, изд. (31 августа 2012 г.), «РЕЗОЛЮЦИЯ B2 о новом определении астрономической единицы длины» (PDF) , РЕЗОЛЮЦИЯ B2 , Пекин: Международный астрономический союз , XXVIII Генеральная ассамблея Международного астрономического союза рекомендует [принята] единица измерения должна быть переопределена так, чтобы она представляла собой традиционную единицу длины, равную точно149 597 870 700  м , в соответствии со значением, принятым в Резолюции МАС 2009 г. B2.
  11. ^ Международный астрономический союз, изд. (13 августа 2015 г.), «РЕЗОЛЮЦИЯ B2 о рекомендуемых нулевых точках для абсолютных и кажущихся болометрических шкал звездных величин» (PDF) , РЕЗОЛЮЦИЯ B2 , Гонолулу: Международный астрономический союз , XXIX Генеральная ассамблея Международного астрономического союза отмечает [4], что парсек определяется как ровно (648 000/ ) а.е. согласно определению AU в Резолюции B2 IAU 2012 г.
  12. ^ Погге, Ричард. «Астрономия 162». Университет штата Огайо.
  13. ^ "Миссия космической астрометрии Hipparcos" . Проверено 28 августа 2007 г.
  14. ^ Турон, Кэтрин. «От Гиппарха до Гиппарха».
  15. ^ "ГЕЯ". Европейское космическое агентство .
  16. ^ «Почему парсек составляет 3,26 световых лет?». Астрономия.com . 1 февраля 2020 г. Проверено 20 июля 2021 г.
  17. ^ «Структуры галактик: крупномасштабная структура близлежащей Вселенной». Архивировано из оригинала 5 марта 2007 года . Проверено 22 мая 2007 г.
  18. ^ Мэй, С.; Блейксли, JP; Коте, П.; и другие. (2007). «Обзор кластера ACS Virgo. XIII. Каталог расстояний SBF и трехмерная структура кластера Virgo». Астрофизический журнал . 655 (1): 144–162. arXiv : astro-ph/0702510 . Бибкод : 2007ApJ...655..144M. дои : 10.1086/509598. S2CID  16483538.
  19. ^ Лайнуивер, Чарльз Х.; Дэвис, Тамара М. (1 марта 2005 г.). «Заблуждения о Большом взрыве». Научный американец . 292 (3): 36–45. Бибкод : 2005SciAm.292c..36L. doi : 10.1038/scientificamerican0305-36. Архивировано из оригинала 10 августа 2011 года . Проверено 4 февраля 2016 г.
  20. ^ Киршнер, Р.П.; Оемлер, А. младший; Шехтер, PL; Шектман, SA (1981). «Пустота в миллион кубических мегапарсек в Волопасе». Астрофизический журнал . 248 : Л57. Бибкод : 1981ApJ...248L..57K. дои : 10.1086/183623. ISSN  0004-637X.
  21. ^ «Соло» исправило одну из самых печально известных дыр в сюжете «Звездных войн»» . Эсквайр . 30 мая 2018 г.
  22. ↑ Чой, Чарльз (5 ноября 2019 г.). «Звездные войны» снова неправильно понимают парсек в «Мандалорце»». space.com . Проверено 6 мая 2020 г.
  23. ^ «Как мистер Марри прозвал Мэг в «Трещине во времени»?» . Проверено 6 мая 2020 г.

Внешние ссылки