Исследования экспертами внутренних движений
Звезды и межзвездная материя вращаются вокруг центра масс, которым часто является яркое ядро. В спиральной форме, такой как Млечный Путь, обычно существует два типа звездных орбит.
Звезды в плоскости, как правило, имеют почти круговые орбиты, в то время как звезды в выпуклости и гало имеют более высокоэллиптические орбиты.
Эти движения защищают галактики от гравитационного коллапса в том же смысле, в каком планеты солнечной системы удерживаются от падения на Солнце своими орбитальными движениями. Обычно внутренние области в плоскости спиральной галактики вращаются почти как твердое тело (скорость пропорциональна радиусу), в то время как внешние области вращаются дифференциально (постоянная скорость).
Разброс скоростей вещества внутри галактик колеблется от одной до нескольких сотен км в секунду. Типичные орбитальные периоды звезд составляют несколько сотен миллионов лет. Распределение кинетической энергии в произвольно ориентированных и круговых вращательных движениях зависит от типа галактики.
Диск спиральной формы может иметь только около 1% своей общей кинетической энергии при случайных движениях, в то время как квадратные галактики E, в отличие от дискообразных, могут иметь большую часть своей энергии в своей случайной составляющей. Источник энергии, который управляет всеми этими разнообразными явлениями, высвобождается, когда материя попадает в сверхмассивную черную дыру, занимающую центр галактик.
Установлено, что массы этих черных дыр находятся примерно в диапазоне от миллиона до 10 миллиардов солнечных масс. Происхождение сверхмассивных черных дыр продолжает изучаться, хотя часть их совокупного объема обусловлена высокой плотностью материала, который, как ожидается, будет накапливаться в центре галактики из-за ее гравитационного поля.
Практически все крупные галактические образования имеют черные дыры в своих центрах, хотя большинство из них недостаточно активны, чтобы квалифицироваться как активные ядра. Обратная связь от этих черных дыр с их более широкими галактическими хозяевами оказывает глубокое влияние на общее звездообразование и эволюцию галактики на протяжении космической истории, механизм, который остается предметом значительных текущих исследований.
Сколько нам нужно фотонов, чтобы увидеть источник света?
Как правило, колбочкам для оптимального функционирования требуется гораздо больше света, чем палочкам. По этой причине при низком освещении наша способность различать цвета падает, а за работу принимаются палочки, обеспечивающие черно-белое зрение.
В идеальных лабораторных условиях на тех участках сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут активироваться при попадании на них всего нескольких фотонов. Однако палочки справляются с задачей регистрации даже самого тусклого света еще лучше.
Правообладатель иллюстрации
После операции на глазе некоторые люди приобретают способность видеть ультрафиолетовое излучение
Как показывают эксперименты, впервые проведенные в 1940-х гг., одного кванта света достаточно для того, чтобы наш глаз его увидел. «Человек способен увидеть один-единственный фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфордском университете. – В большей чувствительности сетчатки просто нет смысла».
В 1941 г. исследователи из Колумбийского университета провели эксперимент – испытуемых заводили в темную комнату и давали их глазам определенное время на адаптацию. Для достижения полной чувствительности палочкам требуется несколько минут; именно поэтому, когда мы выключаем в помещении свет, то на какое-то время теряем способность что-либо видеть.
Затем в лицо испытуемым направляли мигающий сине-зеленый свет. С вероятностью выше обычной случайности участники эксперимента регистрировали вспышку света при попадании на сетчатку всего 54 фотонов.
Не все фотоны, достигающие сетчатки, регистрируются светочувствительными клетками. Учитывая это обстоятельство, ученые пришли к выводу, что всего пяти фотонов, активирующих пять разных палочек в сетчатке, достаточно, чтобы человек увидел вспышку.
Развитие стереоскопического зрения у ребенка
Ребенок в течение нескольких недель после рождения еще не в состоянии фиксировать взгляд на предмете, так как его глазные мышцы рассогласованы и не могут совершать синхронных движений. Из-за этого мы наблюдаем младенческое косоглазие. Характер зрения после рождения монокулярный — малыш видит только одним глазом, а затем монокулярный альтернирующий — то левым, то правым глазом. А вот к двум месяцам жизни должен сформироваться рефлекс фиксации предмета. В этот период световые возбуждения уже передаются в кору головного мозга, возникает связь между желтыми пятнами сетчатки и осуществляется слияние двух изображений в одно — срабатывает фузионный рефлекс, без которого невозможно стереоскопическое бинокулярное зрение. Помимо этого, при нормальном развитии должна появиться конвергенция (сведение зрительных осей для фиксации расположенных вблизи предметов). Это подтверждение того, что развивается аккомодация — способность глаз к видению на разных расстояниях.
В два-три месяца малыш активно осваивает ближнее пространство — важный этап для формирования бинокулярного зрения. В это время он еще не обладает зрением «стерео» и видит объекты только в двух измерениях — в ширину и высоту, а представление о глубине может получить только путем осязания. Так он получает первое представление об объемности предметов.
В 4-5 месяцев у ребенка происходит динамичное развитие хватательного рефлекса. Малыш определяет направление движения, но оценить расстояние ему еще трудно, как и объем: он пытается схватить рукой солнечные зайчики, блики от источников освещения, движущиеся тени.
После шести месяцев наступает этап активного освоения дальнего пространства, когда малыш начинает активно ползать. При этом ребенок уже лучше оценивает расстояние до объекта, к которому он направляется, наступает понимание того, что с края кровати можно упасть. Он способен дотянуться до разнообразных вещей, оценить их размер, рельеф. Это период бурного развития стереоскопического и в целом бинокулярного зрения. В это время необходимо давать ему для игр предметы разной формы, из различных материалов, наполнить детскую различными геометрическими игрушками: кубами, шарами, которые можно катать.
Исследуя различные по форме и материалу объекты, малыш формирует стереоскопическое зрение, свое представление об окружающем мире. Распространенная игра — катание мяча между взрослым и ребенком — отличный пример того, как он учится оценивать расстояние — один из важных признаков бинокулярного зрения. Полностью формирование стереозрения завершается примерно к восьми годам жизни.
Какие галактики существуют во Вселенной?
Галактика – это огромное скопление звезд, планет, газа, пыли и темной материи, объединенных вместе гравитационными силами. Она представляет собой огромную систему, образующую основные строительные блоки Вселенной.
На Земле мы наблюдаем ночное небо и видим множество светящихся точек – это звезды, которые принадлежат различным галактикам. Многие из них находятся настолько далеко от нас, что свет их достигает Земли за миллионы и даже миллиарды лет.
Виды галактик:
Эллиптические галактики. Эти галактики имеют форму эллипсоида и обычно не имеют выраженных спиральных рукавов. Они состоят в основном из старых звезд и сравнительно малого количества газа и пыли. Эллиптические галактики часто встречаются в густых областях космоса.
- Спиральные галактики. Это один из самых распространенных типов галактик. Они имеют выраженные спиральные рукава, состоящие из ярких молодых звезд и областей активного звездообразования, а также газа и пыли. Наш Млечный Путь – типичный пример спиральной галактики.
- Плоские галактики (ленточные). Эти галактики обладают плоской формой с длинными и узкими рукавами, напоминающими ленты. Они содержат газ и пыль, формирующие звезды.
- Спиральные барджи. Это галактики, которые имеют спиральные рукава, но также обладают баром – яркой полосой звезд и газа, которая проходит через центр галактики. Этот тип галактик объединяет черты спиральных и ленточных галактик.
- Неправильные галактики. Этот тип галактик не имеет определенной формы и часто выглядит хаотично. Они содержат много газа и пыли и активно участвуют в звездообразовании.
- Эллиптические линзовидные галактики. Это редкий тип галактик, который объединяет особенности эллиптических и линзовидных галактик. Они имеют яркое ядро, окруженное кольцевым образованием.
- Квазары. Квазары – это ядра активной галактики, которые излучают огромное количество энергии, часто в виде ярких радиоволн и света. Они считаются одними из самых ярких и далеких объектов во Вселенной.
- Интеракционные галактики. Это галактики, которые находятся в процессе взаимодействия и слияния. В результате этого процесса они могут менять свою форму и структуру.
- Кольцевые галактики. Эти галактики обладают кольцевой структурой, состоящей из ярких звезд и газа.
Что такое галактика?
Каждая галактика имеет свою собственную коллекцию звезд, планет, черных дыр, нейтронных звезд, лун, туманностей, астероидов, комет и темной материи.
Наша галактика представляет собой спиральную галактику с перемычкой и называется Млечный Путь.
У нее большие спиральные рукава с выпуклым диском и полосой из звезд в центре.
Наша галактика, как и наша Солнечная система, находится в постоянном движении.
Вселенная состоит из разных галактик, которые являются основными единицами Вселенной.
Наша Вселенная имеет широкий спектр разнообразия, так как некоторые галактики чрезвычайно сложны, а другие довольно просты.
Подробнее о галактиках
Скопление галактик Abell 2218
Мы можем думать о галактике так же, как о Земле.
Когда мы определяем нашу планету, мы учитываем такие вещи, как гравитация, ядро, атмосфера и поверхность, состоящая из воды и суши.
Планета состоит из различных типов экосистем.
В зависимости от их местоположения на нашей планете и их положения относительно Солнца эти экосистемы варьируются от жарких и насыщенных паром до очень холодных и ветреных.
Точно так же, как существуют плотные популяции людей, существуют плотные популяции звезд.
И точно так же, как наша Земля состоит из множества материалов, уникальных для Земли, каждая галактика состоит из смеси газа, пыли и звезд, уникальных для этой галактики.
Все эти вещи удерживаются вместе гравитационными силами.
Хотя существует много типов галактик, как и разных стран, каждая галактика, как и каждая страна, уникальна.
В нашей Вселенной существует множество галактик, каждая из которых представляет собой впечатляющее собрание звездных систем и газа.
Звезды в телескоп, или общее количество звезд на небе
Однако человечество уже давно нашло способ обойти ограничения собственного зрения. Множество мощных телескопов на Земле и в космосе ежедневно отодвигают видимые границы пространства, открывая новые звезды и галактики. Даже самый обычный бинокль дает возможность увидеть дополнительные 200 тысяч звезд. А дешевый телескоп открывает в 10 раз больше светил!
Разумеется, мы не можем увидеть все звезды во Вселенной. Центр нашей галактики является непреодолимой преградой, которая закрывает от нас часть Млечного пути, а облака космической пыли поглощают все лучи, кроме инфракрасных. И хотя астрономы с этим борются — так, телескоп Джеймс Уэбб проникнет через те препятствия, которые раньше считались непреодолимыми — Вселенная остается ограниченной. Хотя бы по видимости — максимальное расстояние, на которое мы можем заглянуть, составляет 45,7 миллиарда световых лет.
Галактический центр (в инфракрасном диапазоне)
Подведем итоговый счет. В нашей галактике существует примерно от 100 до 400 миллиардов звезд. По версии телескопа «Хаббл», сейчас найдено около 100 миллиардов галактик, и считается, что вскоре их будет найдено еще 100 миллиардов. Нашу галактику традиционно признают средней по количеству вмещаемых звезд — существуют объекты и крупнее, и меньше размером.
Давайте воспользуемся известными числами и подсчитаем количество звезд на небе вместе. У нас есть 100 миллиардов галактик, в каждой из которых содержится 100–400 миллиардов звезд. Умножим 1011 на 1011 — получается 1022 звезд, 10000000000000000000000 звезд на небе. И это только минимальная оценка! Если галактик или звезд окажется больше, число вырастет на порядки.
Из-за всех этих условностей и неточностей астрономы редко берутся давать точную оценку количеству звезд на небе. Их попросту слишком много, и не все можно четко увидеть и отделить от остальных. Особенно в отдаленных галактиках — часто они сами выглядят как одна тусклая звезда.
Карликовая галактика в созвездии Печь (31 октября)
Последний объект в нашем списке непросто увидеть. Карликовая сфероидальная галактика в созвездии Печь является спутником нашей галактики. Она содержит шесть шаровых звездных скоплений, разглядеть которые проще, чем саму галактику. 31 октября эта галактика достигнет 9-й звездной величины; для ее наблюдения вам потребуется телескоп как минимум средних размеров. Если у вас есть только маленький телескоп, вы можете попробовать разглядеть яркие шаровые скопления, находящиеся в этой галактике. Карликовая галактика в созвездии Печь – это объект Южного полушария неба, недоступный для наблюдения севернее 35° северной широты.
Видеть дальше
Благодаря телескопу Хаббл мы можем видеть не только далекие сверхновые, но и далекие галактики. В течение последних 10 лет Хаббл частенько заглядывал в космос в районе созвездия Печь в Южном полушарии. Данные, полученные от Хаббла, позволили астрономам обнаружить самый отдаленный из когда-либо наблюдавшихся объект – UDFj-39546284. Это галактика – представитель самого первого поколения подобных объектов в космосе. Расстояние до нее – более 13,2 миллиардов световых лет. В те времена когда свет, достигший наших глаз, покинул эту галактику, Вселенная была очень молода.
В космосе есть много далеких звезд, которых мы никогда не увидим. Потому что Вселенная продолжает расширяться. И все удаленные объекты продолжают улетать от нас со все увеличивающимися скоростями. Но даже среди тех объектов, которые продолжают быть доступными нам для наблюдения, можно сделать еще очень много интересных и важных открытий.
Самая удаленная звезда, видимая невооруженным глазом
При современных условиях наблюдения за небом самая отдаленная звезда, которую можно увидеть без каких-либо больших трудностей, – это Денеб. Она находится в созвездии Лебедя. Расстояние до нее около 1550 световых лет. Это по одной методике. По другой – 3000 световых лет. Но, несмотря на трудности с точным определением расстояния до этой звезды, это все равно однозначно самая удаленная звезда, которую мы можем видеть. Денеб также входит в двадцатку самых ярких видимых звезд.
Считается, что в условиях идеального темного неба человеческий глаз может видеть объекты, имеющие значение звездной величины до +6. (Чем меньше это число, тем ярче объект. Солнце имеет звездную величину -26, полная Луна -12, Денеб – + 1,25 ). На вершине этой границы есть несколько звезд, которые, по разным оценкам, находятся дальше, чем Денеб. Например, μ Cephei, обнаруженная Гершелем, имеет звездную величину +4. И, по разным оценкам, он находится на расстоянии 4300-9300 световых лет от нас. Но эту звезду, в отличие от Денеба, трудно разглядеть без телескопа даже в идеальных условиях.
Некоторые астрономы утверждают, что еще дальше, чем μ Cephei, находится переменная звезда V762 Cas. Ее можно увидеть в созвездии Кассиопеи. Она имеет величину 5,8, что в теории позволяет разглядеть ее без помощи специальных приборов. Но опять же только при идеальных условиях наблюдения. Считается, что расстояние до этой звезды составляет 16 000 световых лет. Однако расчеты носят весьма приблизительный характер. И основаны на устаревших данных. В каталоге Hipparcos 2007 говорится, что годовой параллакс этой звезды составляет 1,18 миллисекунды (с неопределенностью 0,45 миллисекунды). Это эквивалентно расстоянию 2760 световых лет (но из-за большой неопределенности оно может составлять от 2000 до 4465 световых лет). Миссия ESA Gaea, вероятно, в конечном итоге даст точное значение расстояния до V762 Cas.
Лечение дальнозоркости
Как будет происходить коррекция гиперметропии, зависит от возраста, степени, наличия или отсутствия вторичных заболеваний, индивидуальных особенностей человека. В любом случае, лечить дальнозоркость нужно, причем чем раньше, тем лучше. На первых этапах коррекция не производится, так как глаз может компенсировать естественную аккомодацию.
Сегодня специалисты предлагают несколько способов коррекции дальнозоркости:
- оптический;
- хирургический метод.
Иногда вместе с этими способами выступает еще и медикаментозный. Капли, обогащенные минералами и витаминами, снимают усталость и на первых этапах помогают предотвратить развитие возможных сопутствующих заболеваний.
Сверхскопления
Галактика Сомбреро (M104) в Деве – одна из величайших галактик, расположенных на краю неба, и большинство людей говорят, что она похожа на летающую тарелку. Она состоит из большого вращающегося диска с выпуклой полосой пыли, поглощенной сияющим ореолом газа и звезд. Она находится на расстоянии 43 миллионов световых лет и примерно вдвое меньше Млечного Пути, ее диаметр составляет 49 000 световых лет (фото: НАСА и Команда Наследия Хаббла (AURA / STScI))
Скопление, содержащее 1500 галактик, это одно, но также существуют и гораздо более крупные скопления галактик. Кластер Девы сам по себе является членом так называемого Сверхскопления Девы, который в свою очередь содержит тысячи галактик. В Сверхскоплении Девы находятся наш Млечный Путь, Местная Группа, Скопление Девы и всего около 100 галактических групп и скоплений. Этот удивительно большой каркас простирается на 110 миллионов световых лет и является одним из 10 миллионов сверхскоплений, составляющих весь космос.
Несмотря на огромное количество галактик, существующих в Сверхскоплении Девы, астрономы теперь знают, что большая часть пространства в этом объеме по существу пуста. Диаметры этих огромных пустот варьируются от десятков до сотен миллионов световых лет. Нитчатые цепи галактик обвивают темные пустые пространства. В больших масштабах галактики в скоплениях и сверхскоплениях похожи на мыльные пузыри, и они покрывают поверхности и пустоты, лежащие между ними.
Галактика Водоворот или Мессье 51
Галактика Водоворот в Трости Венатичи – это еще одна галактика около Большой Медведицы, также известна как M51 и она является главной целью телескопа. Галактика Водоворот проходит мимо небольшой NGC 5195, которая вытягивает материал из одного из спиральных рукавов большой галактики. Эта пара находится на расстоянии 23 миллионов световых лет, а диск M51 простирается на 60 000 световых лет. (Фото: Тони Халлас)
К концу 1980-х астрономы определили Великую стену – лист галактик размером 500 миллионов световых лет. Великая стена Слоуна – это совокупность галактик, которая находится на расстоянии около 1,4 миллиарда световых лет. По мере того, как астрономы открывали все больше и больше далеких галактик, они обнаружили, что какая-то большая масса, казалось, тянет за собой локальную вселенную, подтягивая нас в направлении южных созвездий Triangulum Australe и Norma.
Эта аномалия, названная Великим Аттрактором, находящаяся на расстоянии около 200 миллионов световых лет, озадачила астрономов. В конце концов они обнаружили, что еще большая масса в этом направлении тянет нас. Эта гигантская структура, называемая Сверхскоплением Шепли, находится на расстоянии 650 миллионов световых лет и содержит наибольшую концентрацию галактик в нашей локальной части космоса.
Загадочное пространство вокруг ближайшего космоса
Несколько веков назад, ученые полагали, что наш “Млечный путь” — это центр мироздания. На самом деле, это всего лишь небольшая часть в космическом пространстве. Во Вселенной существуют тысячи галактик различных размеров, каждая из которых таит в себе множество тайн.
В 19-20 веках, все, что могли увидеть астрономы в свои телескопы — это ближайший космос, то есть наш дом “Млечный путь”. Все, непонятные и необъяснимые объекты зачисляли к одной галактике. В несовершенные телескопы, все дальние тела казались расплывчатыми туманностями.
Впервые, доказать наличие других объектов, которые расположены за пределами ближайшего космоса, удалось Эдвину Хабблу. Астроном, используя усовершенствованный телескоп, сумел определить приблизительное расстояние от Млечного пути до Андромеды. Оно было огромным, ввиду чего исключалась принадлежность к ближайшему космосу. Это открытие позволило ученым “шире” взглянуть на Вселенную и задуматься о наличии других миров.
Есть ли тесты, сколько кадров в секунду видит человеческий глаз?
Некоторые исследователи показывают человеку быстрые последовательности изображений и просят дать ответы, чтобы увидеть, что они смогли обнаружить.
Именно это сделали исследователи в исследовании 2014 года, чтобы определить, что мозг может обрабатывать изображение, которое глаз видел только в течение 13 миллисекунд.
Офтальмолог может изучить движения внутри вашего глаза, известные как внутриглазные движения, с помощью высокоскоростной кинематографии, чтобы узнать больше о том, насколько быстро работают ваши глаза.
В наши дни даже смартфоны могут захватывать эти незаметные движения с помощью замедленного видео (slow motion). Эта технология позволяет телефону записывать больше изображений за более короткое время.
По мере развития технологий эксперты могут продолжать расширять диапазоны возможностей человеческого глаза.
Сколько цветов мы можем видеть?
Здоровый человеческий глаз имеет три типа колбочек, каждый из которых может различать порядка 100 разных цветовых оттенков, поэтому большинство исследователей сходятся во мнении, что наши глаза в общем могут различить примерно миллион оттенков. Тем не менее восприятие цвета — это довольно субъективная способность, которая варьируется от человека к человеку, поэтому определить точные цифры довольно сложно.
Джеймисон знает, о чем говорит, поскольку работает с «тетрахроматами» — людьми, обладающими «сверхчеловеческим» зрением. Эти редкие индивиды, в основном женщины, обладают генетической мутацией, которая подарила им дополнительные четвертые колбочки. Грубо говоря, благодаря четвертому набору колбочек, тетрахроматы могут разглядеть 100 миллионов цветов. (Люди с цветовой слепотой, дихроматы, имеют только два вида колбочек и видят примерно 10 000 цветов).
Самый маленький и самый удаленный видимые объекты
Следующий факт может вас удивить: наша способность увидеть объект зависит вовсе не от его физических размеров или удаления, а от того, попадут ли хотя бы несколько излучаемых им фотонов на нашу сетчатку.
«Единственное, что нужно глазу, чтобы что-то увидеть, — это определенное количество света, излученного или отраженного на него объектом, — говорит Лэнди. – Все сводится к числу достигших сетчатки фотонов. Каким бы миниатюрным ни был источник света, пусть даже он просуществует доли секунды, мы все равно способны его увидеть, если он излучает достаточное количество фотонов».
Правообладатель иллюстрации
Глазу достаточно небольшого количества фотонов, чтобы увидеть свет
В учебниках по психологии часто встречается утверждение о том, что в безоблачную темную ночь пламя свечи можно заметить с расстояния до 48 км. В реальности же наша сетчатка постоянно бомбардируется фотонами, так что один-единственный квант света, излученный с большого расстояния, просто затеряется на их фоне.
Чтобы представить себе, насколько далеко мы способны видеть, взглянем на ночное небо, усеянное звездами. Размеры звезд огромны; многие из тех, что мы наблюдаем невооруженным взглядом, достигают миллионов км в диаметре.
Однако даже самые близкие к нам звезды расположены на расстоянии свыше 38 триллионов километров от Земли, поэтому их видимые размеры настолько малы, что наш глаз не способен их различить.
С другой стороны, мы все равно наблюдаем звезды в виде ярких точечных источников света, поскольку испускаемые ими фотоны преодолевают разделяющие нас гигантские расстояния и попадают на нашу сетчатку.
Правообладатель иллюстрации
Острота зрения снижается по мере увеличения расстояния до объекта
Все отдельные видимые звезды на ночном небосклоне находятся в нашей галактике – Млечном Пути. Самый удаленный от нас объект, который человек в состоянии разглядеть невооруженным глазом, расположен за пределами Млечного Пути и сам представляет собой звездное скопление – это Туманность Андромеды, находящаяся на расстоянии в 2,5 млн световых лет, или 37 квинтильонов км, от Солнца. (Некоторые люди утверждают, что особо темными ночами острое зрение позволяет им увидеть Галактику Треугольника, расположенную на удалении около 3 млн световых лет, но пусть это утверждение останется на их совести.)
Туманность Андромеды насчитывает один триллион звезд. Из-за большой удаленности все эти светила сливаются для нас в едва различимое пятнышко света. При этом размеры Туманности Андромеды колоссальны. Даже на таком гигантском расстоянии ее угловой размер в шесть раз превышает диаметр полной Луны. Однако до нас долетает настолько мало фотонов из этой галактики, что она едва различима на ночном небе.