» » Гравитационная линза в домашних условиях

Гравитационная линза в домашних условиях


Гравитационная линза в домашних условиях

Космическая линза заработала!


На этой фотографии — результат эксперимента по созданию аналога гравитационной линзы при помощи материала с переменным коэффициентом преломления. Как видно, эксперимент удался: появились два изображения источника света, находящегося за куском оргстекла. Ниже — подробное описание происходящего.

Все кто смотрел фильм «Интерстеллар», помнят, как устроено гравитационное линзирование. В качестве линзы там выступала вращающаяся черная дыра (см. видео c краткими пояснениями, а также другой пример симуляции такого линзирования), а в качестве объекта наблюдения — целая галактика. Подробно о научной подоплеке фильма «Интерстеллар» можно прочитать в книге Кипа Торна «Наука за кадром».

Напомним, как это работает. Предположим, что между наблюдателем и некоторой далекой звездой находится другой, очень массивный объект. Это может быть черная дыра, галактика или даже целый галактический кластер (скопление галактик).


Гравитационная линза в домашних условиях

Схема гравитационного линзирования. На рисунке мы показываем лучи в некоторой плоскости и получаем два изображения звезды. Понятно, что если мы то же самое нарисуем для всех плоскостей, проходящих через линию «наблюдатель — звезда», то получится окружность


Согласно общей теории относительности массивный объект деформирует пространство-время таким образом, что лучи света как бы отклоняются в его сторону. Можно сказать, что массивный объект работает, как своего рода линза космического масштаба. Поэтому мы видим не одно, а несколько изображений далекой звезды. В случае, если гравитационное поле «линзы» сферически симметрично, а сама она находится точно между наблюдателем и звездой, то звезда превратится в окружность — так называемое «кольцо Эйнштейна» (Einstein ring).


Гравитационная линза в домашних условиях

На фотографии, сделанной с помощью телескопа ALMA, видно изображение далекой галактики SDP.81, находящейся на расстоянии 11,7 млрд световых лет от нас. Линзирование происходит благодаря скоплению галактик, находящемуся в 3,4 млрд лет от Земли. Фото с сайта eso.org


В более экзотических случаях результатом линзирования может быть дуга или даже крест, образованные сразу несколькими или неоднородными «линзами».


Гравитационная линза в домашних условиях

Гравитационная линза в домашних условиях

Слева — так называемый Крест Эйнштейна — линзированное изображение квазара (8 млрд световых лет от Земли), расположенного за массивной галактикой (0,4 млрд световых лет от Земли). Справа — почти идеальная дуга, образованная голубой галактикой, гравитационной линзой работает скопление галактик рядом с объектом LRG-4-606, фото с сайта spacetelescope.org


Оказывается, все это можно довольно точно смоделировать в домашних условиях. Для этого понадобится кусок оргстекла, старый мобильник с фонариком (у новых фонарик слишком яркий) и сухой лед. Сухой лед свободно продается в больших городах или добывается из углекислотного огнетушителя (получается дороже, но зато очень познавательно).


Гравитационная линза в домашних условиях

Гравитационная линза в домашних условиях

Брусок оргстекла (слева) должен иметь отполированные плоско-параллельные грани, а в середине нужна дырка. Справа видно, что грани отполированы хорошо: через них можно без искажений читать текст и ноты известной песни


Разместите источник света и кусок оргстекла, как показано на схеме (вид сверху).


Гравитационная линза в домашних условиях

Схема эксперимента: брусок из оргстекла находится между наблюдателем и источником света


Положите в дырку тряпочку или смятую бумагу и убедитесь, что из точки наблюдения фонарик не виден.


Гравитационная линза в домашних условиях

Смотрим на источник света через брусок из оргстекла. Виден только рассеянный свет фонарика


Теперь с помощью сухого льда мы будем делать из бруска оргстекла массивную галактику. Для этого вспомним, что показатель преломления оргстекла повышается при понижении температуры. Значит, если мы достаточно быстро и сильно охладим середину бруска, создав градиент температуры, то получим неоднородную среду, в которой луч света будет отклоняться от края к холодной середине. О том, почему так происходит, читайте в заметке «Мираж в оргстекле».

Эта среда будет очень похожа по своим оптическим свойствам на неоднородность пространства-времени рядом с массивным космическим объектом. В этом легко убедиться.

Получив сухой лед, быстро наполняем им полость в оргстекле и накрываем чем-нибудь сверху. Не меняя положения фонарика и бруска, снова наблюдаем. Очень скоро заметим, что наша звезда-фонарик раздвоилась: на самой верхней фотографии ее отлично видно по обе стороны от непрозрачной полости, заполненной сухим льдом. Домашний аналог гравитационной линзы заработал!

Постепенно сухой лед испарится, температура бруска выровняется, и наша «гравитационная линза» снова превратится в обычный кусок оргстекла с дыркой.

Внимательный читатель заметит, что мы не получили окружность Эйнштейна, так как наш эксперимент был сделан фактически на плоскости. На самом деле, совсем несложно подручными средствами получить из звезды окружность. Напишите в комментариях, как мог бы выглядеть такой эксперимент, а мы через некоторое время опубликуем свою версию и сравним. Удачи!

Фото © Михаила Кухаренко.

Михаил Кухаренко

04 ноябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Гравитационная линза помогла открыть новую экзопланету

Сейчас счет открытым экзопланетам идет на тысячи, причём подавляющее большинство из них были обнаружены методом транзитов или методом радиальных скоростей. Недавно астрономы, ищущие экзопланеты на

Неомения и пепельный свет Луны

На этой фотографии, сделанной 27 октября 2011 года, виден похожий на блин диск Луны, висящий над постройками Паранальской обсерватории...

Астрономы получили загадочный радиосигнал из далекой галактики

Очень часто астрономы всматриваются в далекие галактики, чтобы лучше понять, как устроена Вселенная и даже наша собственная Солнечная система.

Рот Риттер: космическое путешествие для неравнодушных

Астрофотография композитора и музыканта Рота Риттера: 10 фото Рот Риттер (Roth Ritter) по профессии композитор. Он начал писать музыку в 90-х годах. Позаимствовав холодноватый и глубокий звук Depeche

Глубокий космос, октябрь 2011 года

Туманности, звездные скопления и далекие галактики: лучшие фото за прошедший месяц. Здесь собраны наиболее удачные по нашему мнению фото объектов глубокого космоса, которые появились в сети Интернет

Созвездие Малая Медведица — 10 фото

Созвездие Малая Медведица и ее достопримечательности. Сразу предупредим читателя, что объекты, о которых пойдет речь, весьма трудны для наблюдения в любительские телескопы. Тем не менее почти все
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Шугаринг: плюсы и минусыПреимущества матрасов MatroluxeКамеры заднего видаКалькулятор тарифов Яндекс на таксиАвтосвет, нюансы ремонта и обслуживанияОсобенности продвижения сайтаТайник с серебряными шекелямиНеисправности и ремонт светодиодной ленты