Kodėl mes naudojame rentgeno teleskopus?
Trumpas atsakymas: Rentgeno spindulių teleskopais tyrinėjame labai karštas ir energingas vietas kosmose. Žemės oras blokuoja rentgeno spindulius, todėl virš atmosferos pastatome specialius teleskopus, kad juos pagauti ir sužinoti, kas ten vyksta.
Kas iš tikrųjų vyksta?
Kai kurie kosmose esantys objektai yra milijonus laipsnių karšti arba juose yra labai energingų dalelių. Šie objektai skleidžia rentgeno spindulius – didelės energijos šviesą, kurios mūsų akys nemato. Žemės atmosfera sulaiko rentgeno spindulius, todėl antžeminiai teleskopai jų negali aptikti.
Rentgeno spindulių teleskopai skraido raketomis arba erdvėlaiviais virš atmosferos. Jie naudoja specialius mažo kampo veidrodžius, kad rentgeno spindulius būtų galima sufokusuoti, o ne prasiskverbti pro juos. Detektoriai matuoja rentgeno spindulių ryškumą ir jų energiją.
Remdamiesi šiais matavimais, mokslininkai nustato temperatūrą, greitį ir tai, kokie elementai yra. Tai padeda mums tirti juodąsias skyles, sprogstančias žvaigždes ir karštas dujas tarp galaktikų.
Norintiems suprasti tiksliau
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikis / dėsnis: terminis stabdymo spinduliavimas (laisva emisija) ir slydimo-kritimo atspindys.
Karštos plazmos (jonizuotos dujos) ir labai greitos dalelės skleidžia rentgeno spindulius, kai įkrautos dalelės sulėtinamos arba kai jos sukasi spirale magnetiniuose laukuose. Terminis stabdymo spinduliavimas yra vienas iš pagrindinių procesų: šalia jonų judantys elektronai praranda energiją ir skleidžia rentgeno spindulių fotonus. Sinchrotroninė emisija ir atvirkštinė Komptono sklaida yra kiti būdai, kaip energingos dalelės sukuria rentgeno spindulius.
Rentgeno spindulių fotonai yra daug energingesni už matomą šviesą ir yra sugeriami Žemės atmosferos molekulių per fotoelektrinę absorbciją, todėl teleskopai turi skristi į kosmosą arba labai dideliame aukštyje, kad juos aptiktų. Norėdami sufokusuoti rentgeno spindulius, inžinieriai naudoja veidrodžius, nustatytus labai mažais, arba slydimo, kampais; rentgeno spinduliai slysta paviršiumi ir yra šiek tiek palenkti iki fokusavimo vietos. Tada detektoriai užfiksuoja kiekvieno rentgeno spindulių fotono padėtį ir energiją, sukurdami vaizdus ir spektrus, kurie atskleidžia šaltinio temperatūrą, judėjimą ir cheminius pirštų atspaudus.
Kaip mes tai žinome: rentgeno spindulių spektrų ir vaizdų matavimai atitinka karštų dujų ir energingų dalelių fizinius modelius. Pakartotiniai stebėjimai kosminiais rentgeno prietaisais patvirtina šias daugelio objektų interpretacijas.
Pavyzdžiai gamtoje
- Juodųjų skylių tyrinėjimas stebint į jas įsiskverbiančias karštas dujas.
- Supernovų liekanų stebėjimas ten, kur sprogusios žvaigždės įkaitina dujas iki milijonų laipsnių.
- Karštų dujų kartografavimas galaktikų spiečiuose, siekiant sužinoti, kaip auga didelės struktūros.
- Saulės žybsnių stebėjimas, siekiant suprasti, kaip ji skleidžia energingas daleles.
Namų Darbai
Šviesos blokatoriai (rodo, kaip sustabdoma dalis šviesos)
Sauga: Nešvieskite žibintuvėliu niekam į akis.
Priemonės
- žibintuvėlis
- akiniai nuo saulės
- plonas kartonas
- vaškuotas popierius
- aliuminio folija
- lipni juosta
Žingsniai
- Įjunkite žibintuvėlį ir pašvieskite juo per kambarį į sieną.
- Laikykite akinius nuo saulės priešais spindulį ir stebėkite, kiek šviesos praeina.
- Pakeiskite akinius nuo saulės vaškuotu popieriumi, tada kartonu, o galiausiai aliuminio folija, kiekvieną kartą stebėdami.
- Lipnia juosta priklijuokite nedidelį plyšelį kartone ir pažiūrėkite, kiek šviesos praeina pro plyšį, palyginti su kitais. Ką tai rodo: Skirtingos medžiagos blokuoja arba praleidžia skirtingų rūšių šviesą, pavyzdžiui, kaip Žemės atmosfera blokuoja rentgeno spindulius, o tuo pačiu metu praleidžia matomą šviesą.
Žodynas
- Rentgeno spinduliai: Labai energinga šviesos rūšis, kurios nematome akimis.
- Teleskopas: Įtaisas, kuris renka šviesą (ar kitą spinduliuotę), kad būtų lengviau tyrinėti tolimus objektus.
- Plazma: Karštos, jonizuotos dujos, kuriose elektronai yra atskirti nuo atomų.
- Stabdymo spinduliuotė: Spinduliuotė, susidaranti, kai greitus elektronus sulėtina jonai; dažnas rentgeno spindulių šaltinis.
Atsakymai į klausimus
Kodėl negalime matyti rentgeno spindulių įprastais teleskopais?
Įprastus teleskopus ir žemę užstoja Žemės atmosfera, o įprasti veidrodžiai negali sufokusuoti rentgeno spindulių.
Ar rentgeno spindulių teleskopai daro nuotraukas kaip ir įprasti?
Taip – jie daro vaizdus ir spektrus, tačiau detektoriai fiksuoja atskirus rentgeno fotonus ir jų energijas, o ne spalvotas nuotraukas.
Ar rentgeno spinduliai iš kosmoso yra pavojingi mums Žemėje?
Ne – Žemės atmosfera apsaugo mus nuo kosminių rentgeno spindulių, todėl jie nepasiekia paviršiaus kenksmingais kiekiais.