Благодаря закону всемирного тяготения родилась новая ветвь астрономии: небесная механика, изучение движения звезд под действием гравитации.
Небесная механика
Одним из первых успехов небесной механики была работа Эдмонда Галлея. Этот английский астроном использовал новый закон для определения орбит нескольких комет. Затем он понял, что яркие кометы, наблюдавшиеся в 1531, 1607 и 1682 годах, на самом деле были разными явлениями одного и того же тела.
В 1705 году он смог предсказать, что комета, которая теперь носит его имя, появится в 1759 году. Это произошло, как и ожидалось, и с блеском подтвердило точность теории Ньютона.
Небесная механика и изучение Солнечной системы продолжали развиваться в восемнадцатом и девятнадцатом веках под воздействием многих астрономов, в частности французов Пьера Симона де Лапласа и Жозефа Луи Лагранжа.
Но именно в 1846 году, когда была открыта планета Нептун, она стала наиболее успешна.
Предсказание новой планеты: Нептун
В 1781 году английский астроном Уильям Гершель случайно обнаружил звезду, медленно движущуюся в небе. Непрерывные наблюдения показали, что это была новая планета, добавленная к шестерке, известной с древности, и позже названной Уран.Изучение движения этого тела в течение десятков лет показало, что его орбита, казалось, не совсем подчинялась законам Ньютона. Единственный способ объяснить это явление - предположить, что восьмая неизвестная планета мешала движению Урана своим гравитационным влиянием.
Два эксперта по небесной механике, француз Урбан Ле Верье и англичанин Джон Куш Адамс, затем приступили к чрезвычайно сложным вычислениям и попытались определить положение этой неизвестной планеты по нарушениям движения Урана.Оба достигли схожих результатов в 1846 году, но именно Урбен Ле Верье первым проверил свои расчеты.
Верриер отправил свою оценку положения планеты Иоганну Готфриду Галле, астроному Берлинской обсерватории. С первой ночи наблюдений он смог подтвердить присутствие новой планеты, вскоре получившей название Нептун , очень близко к предсказанному положению.Это был триумф небесной механики, способной теоретически предсказать существование и положение тела, чего раньше никогда не было.
Световые волны
С небесной механикой астрономия получила серию ошеломительных успехов. Тем не менее, область её применения была очень ограничена, она только описывала положение и движение небесных тел, не имея возможности проанализировать их природу.
Лишь в XIX веке появился новый метод исследования - спектральный анализ, который позволил бы изучить физическую природу звезд и дать начало астрофизике.Но прежде чем изучать применение этого нового метода, давайте начнем с небольшого знакомства с явлением, на котором он основан: светом.
Цвета радуги
Происхождение разных цветов - это проблема, которая всегда интересовала физиков. Исаак Ньютон был первым, кто дал этому правильную интерпретацию. Он показал, что видимый свет на самом деле является суперпозицией всех цветов радуги.
Чтобы заставить эти различные цвета появиться, достаточно передать свет в призму. Каждый цвет затем немного отличается и выглядит по-другому от других. Белый свет может быть разложен на его различные компоненты и привести к последовательности цветов, называемых спектром.
Электромагнитная волна
Ответ на более фундаментальный вопрос о природе света приходил медленнее. Во второй половине девятнадцатого века шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл создал один из шедевров классической физики: единую теорию электрических и магнитных явлений. Одним из наиболее важных результатов этой теории была демонстрация тесной связи между электрическим и магнитным полями.
Физики уже знали, что переменное магнитное поле может генерировать электрическое поле, как, например, в велосипедном динамо. Но Максвелл показал, что, наоборот, переменное электрическое поле может породить магнитное поле.
Этот результат имел очень важное значение. Представьте, что электрическое поле колеблется в точке. Согласно Максвеллу, колебание будет вызывать магнитное поле вокруг этой точки. Созданное таким образом магнитное поле является переменным и, в свою очередь, вызывает электрическое поле. Это создаст новое магнитное поле и так далее.
Таким образом, два поля могут общаться друг с другом. Начальные колебания будут быстро распространяться во всех направлениях, подобно тому, как волна распространяется по поверхности воды, и поэтому это явление называется электромагнитной волной.
Максвелл рассчитал в 1860-х годах, что электромагнитная волна должна распространяться со скоростью около 300 000 километров в секунду. Однако Ипполит Физо и Леон Фуко за несколько лет до этого измерили скорость света и получили значение, очень близкое к ней.
Максвелл сделал необходимый вывод и утверждал, что свет был объяснен как электромагнитная волна, одновременное колебание электрического и магнитного полей, которые распространяются со фантастической скоростью 299 792 километров в секунду.
Длина волны
Для описания волны наиболее важным параметром является то, что называется длиной волны. В случае волн, распространяющихся по поверхности воды, длина волны - это расстояние, разделяющее две последовательные волны. В случае световых волн длина волны - это расстояние между двумя точками, где поля достигают максимальной интенсивности.
Для видимого света эта длина волны очень мала. Он выражается в нанометрах, то есть в миллиардных долях метра, и варьируется от 380 до 800 нанометров.
Цвет, который мы наблюдаем при взгляде на объект, зависит от длины волны его света. Таким образом, световой луч с длиной волны около 700 нм кажется нам красным. Если длина волны близка к 500, цвет желтый и почти 400 нанометров - фиолетовый.
Белый свет, например, солнечный, состоит из множества разных длин волн и, следовательно, из разных цветов.
За пределами видимой области
Спектр электромагнитных волн не ограничен светом, который мы можем видеть. Физики с девятнадцатого века обнаружили спектр излучения, невидимого для глаза.
Так, в начале прошлого века Уильям Гершель изучал спектр солнечного света с помощью призмы и термометра. Последнее указывало на повышение температуры, когда оно находилось в видимом спектре, что не было неожиданностью, но также и когда оно находилось за красной частью видимого спектра. Гершель только что открыл невидимую и в то же время реальную форму света.
Это излучение, инфракрасное излучение, хорошо известно в наши дни. Например, оно используется в пультах дистанционного управления или в системах обнаружения тепла. Оно охватывает диапазон длин волн, превышающий видимый свет, от 800 нанометров до 1 миллиметра.
Для еще более длинных волн мы попадаем в поле радиоволн , выделенное Генрихом Герцем в 1888 году. Эти волны хорошо известны, поскольку они позволяют транслировать радио- и телевизионные программы, осуществлять связь с спутники, а также микроволновые печи.
Другие типы излучения существуют на длинах волн меньше, чем у видимого света. Для длины волны от 10 до 400 нм это ультрафиолетовое излучение, которое, как известно, вызывает рак кожи. Кроме того, это рентгеновские лучи, используемые для наблюдения внутри человеческого тела, а затем гамма-лучи , очень опасные и производимые, например, во время ядерных реакций.
