Строение галактики. Происхождение и эволюция галактик и звезд. Наш дом на космической карте

>> Строение нашей галактики

4.2. Движение и столкновения галактик

Разнообразие форм галактик можно рассматривать как проявление действия принципа минимального разнообразия. Оно свидетельствует о вариативности условий формирования и эволюции конкретных строительных блоков Вселенной.

4.2.1. Строение нашей галактики

Наша галактика (Млечный путь) представляет собой спиральный диск с четырьмя закрученными рукавами и с центральным шаровидным утолщением. Толщина диска около 500 св. лет (за такой интервал времени свет пересечет его). Радиус рукавов равен примерно 50 000 св. лет. Центральное утолщение Млечного пути имеет диаметр в 3 000 св. лет и окружено роем (иногда используют термин гало) из примерно 200 шаровых звездных скоплений.

Черная полоса, которую мы видим ночью вдоль Млечного пути (и на фотографиях некоторых других галактик), свидетельствует, что межзвездное пространство в Галактике заполнено гигантскими газопылевыми облаками, поглощающими видимое излучение, но прозрачными для радиоволн и инфракрасного излучения. Именно на основании данных радиоастрономии и спутниковых наблюдений в ИК – диапазоне была установлена четырехрукавная структура нашей галактики и то, что Солнце располагается на расстоянии 25 000 св. лет от центральной части. Один оборот вокруг центра Галактики Солнце совершает примерно за 200 млн. лет, за время его существования оно около 25 раз успело обойти центр Млечного пути. Можно образно сказать, что Солнцу 25 галактических лет!

Скорость вращения отдельных звезд определяют по смещению спектральных линий (по эффекту Доплера). Для нашей Галактики величина массы составляет примерно 100 млрд. солнечных масс. Это, по порядку величины, соответствует массе видимых звезд и газопылевых облаков. В то же время измерения скоростей движения звезд, расположенных на периферии Млечного пути и шаровых скоплений в галактическом гало, показало, что они движутся вокруг центра с такими скоростями , которые не соответствуют оценке полной массы видимого вещества нашей галактики. Несоответствие устраняется в том только случае, если допустить, что существует темное вещество, скрытое от использованных методов наблюдения. Причем масса невидимого вещества на порядок величины превосходит ту массу, которая определяется современными методами астрономии. Физическая природа темного вещества, которое проявляется только в гравитационном взаимодействии, в настоящее время дискуссионная.

В самом центре нашей галактики зарегистрирован источник с экстремально большим энерговыделением. Имея сравнительно небольшие размеры (порядка размеров Солнечной системы), он обладает массой в миллион раз большей, чем Солнце, и светит в широком диапазоне в 100 млн. раз интенсивней. Первая гипотеза о природе такого источника связывала его со вспышкой звездообразования «молодых» звезд. В настоящее время более вероятной причиной считают Черную дыру, образовавшуюся в самом «сердце» Млечного пути.

Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. - Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. - 184 с.

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

ВВЕДЕНИЕ

Астрономия - это наука о Вселенной, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Как и все на свете, астрономия имеет длительную историю, едва ли не большую, чем любая другая наука.

По ходу знакомства с окружающей нас Вселенной возникали новые области познания. Рождались отдельные направления исследований, постепенно складывавшиеся в самостоятельные научные дисциплины. Все они, разумеется, объединялись общими интересами астрономии, но сравнительно узкая специализация внутри астрономии все больше и больше давала себя знать.

В современной астрономии четко выделились следующие разделы:

I. Астрометрия - древнейший раздел астрономии, изучающий положение на небе небесных тел в определенные моменты времени. Где и когда - таков по существу основной вопрос, на который отвечает астрометрия. Очевидно, для ответа нужно знать ту систему координат, относительно которой определяют положение тела, и уметь измерять промежутки времени с помощью равномерного движения.

Порожденная нуждами практики, астрометрия до сих пор остается наиболее "практической", прикладной отраслью астрономии. Измерения времени и местоположения нужны во всех делах человеческих, и поэтому трудно указать обстоятельства, где астрометрия прямо или косвенно не находила бы себе применение.

II. Небесная механика возникла лишь в XVII в. когда стало возможным изучать силы, управляющие движением небесных тел. Главной из этих сил, как известно, является гравитационная сила, т. е. сила тяготения, или, иначе говоря, сила взаимного притяжения небесных тел. Хотя природа гравитации до сих пор не ясна, теория движения небесных тел под действием тяготения разработана очень обстоятельно, как, впрочем, и теория фигур равновесия небесных тел, которые определяются гравитацией и вращением. Обе эти теории, и составляют главное, чем занимается небесная механика.

III. Почти одновременно с небесной механикой развивалась и астрофизика - та отрасль астрономии, которая изучает физическую природу небесных тел. А стало это возможным благодаря изобретению телескопа, который далекое сделал близким и позволил рассмотреть удивительные подробности на небе и небесных телах. Особенно бурное развитие астрофизика испытала с открытием спектрального анализа в XIX в. Стремительный рост астрофизических знаний, невиданно быстрое расширение средств исследования физики космоса продолжается и в наше время.

IV. Звездная астрономия изучает строение и развитие звездных систем. Этот раздел возник на грани XVIII и XIX вв. с классических работ Вильяма и Джона Гершелей. Дальнейшие шаги в познании звездных систем показали, что звездная астрономия немыслима без астрофизики. Подобно тому, как в современной астрономии астрометрия все теснее сближается с небесной механикой, астрофизические методы исследования приобретают все большее значение в исследовании звездных систем.

V. Конкретные данные, добываемые перечисленными выше отраслями астрономии, обобщаются космогонией, которая изучает происхождение и развитие небесных тел. Так как эволюция небесных тел совершается, как правило, за сроки, несравнимо большие, чем время существования человека, решение космогонических проблем - дело очень трудное. Правда, в какой-то мере оно облегчается некоторыми быстропротекающими космическими процессами типа взрывов, которых в последнее время открывают все больше и больше. Однако разгадать их эволюционный смысл далеко не всегда просто.

VI. Космология занимается наиболее общими вопросами строения и эволюции всего, мира в целом. Космологи стараются рассматривать Вселенную в целом, не забывая, конечно, о том, что человеку всегда доступна лишь ограниченная часть бесконечного и неисчерпаемого во всех отношениях Мира. Поэтому космологические "модели" всей Вселенной, т. е. теоретические схемы "Мира в целом", неизбежно страдают упрощенчеством и лишь в большей или меньшей степени отражают реальность. Космология всегда была и остается сферой идеологической борьбы идеалистического и материалистического мировоззрений.

Данная работа посвящена одной из основных частей звездной астрономии - нашей Галактике.

Планета Земля принадлежит Солнечной системе, которая состоит из единственной звезды - Солнца и девяти планет с их спутниками, тысяч астероидов, комет, бесчисленных частичек пыли, и все это обращается вокруг Солнца. Поперечник Солнечной системы составляет примерно 13 109 км.

Солнце и Солнечная система расположены в одном из гигантских спиральных рукавов Галактики, называемой Млечным Путем. Наша Галактика содержит более 100 млрд. звезд, межзвездный газ и пыль, и все это обращается вокруг ее центра. Поперечник Галактики составляет примерно 100 000 световых лет (один миллиард миллиардов километров).

ОТКРЫТИЕ ГАЛАКТИКИ

3вездная астрономия, т.е. раздел астрономии, изучающий строение звездных систем, возникла сравнительно недавно, всего два века назад. Раньше она не могла возникнуть, так как оптические средства исследования Вселенной были еще крайне несовершенны. Правда, высказывались разные умозрительные идеи о строении звездного мира, подчас гениальные. Так, древнегреческий философ Демокрит (460-370 г. до н.э.) считал Млечный Путь скопищем слабосветящихся звезд. Немецкий ученый XVIII в. Иоганн Ламберт (1728-1777) полагал, что звездный мир имеет ступенчатое, иерархическое строение: меньшие системы звезд образуют большие, те, в свою очередь, еще большие и т. д., наподобие известной игрушечной "матрешки". И эта "лестница систем", по Ламберту, не имеет конца, т. е. подобная "структурная" Вселенная бесконечна. Но, увы, все такие идеи не подкреплялись фактами, и звездная астрономия как наука зародилась лишь в трудах Вильяма Гершеля (1738-1822), великого наблюдателя и исследователя звездной Вселенной.

За свою долгую жизнь он отшлифовал для телескопов около 430 телескопических зеркал, и среди них громадное зеркало диаметром 122 см и фокусным расстоянием 12 м. Гершелю стало доступно огромное множество очень слабых звезд, что сразу расширило горизонты познания. Удалось выйти в глубины звездного мира.

Еще в 683 г. н.э. китайский астроном И. Синь измерил координаты 28 звезд и заметил их изменения по сравнению с более древними определениями. Это заставило его высказать догадку о собственном движении звезд в пространстве. В 1718 г. Эдмунд Галлей на основании наблюдений Сириуса, Альдебарана и Арктура подтвердил эту гипотезу. К концу ХVIII в. стали известны собственные движения всего 13 звезд. Но даже по таким крайне бедным данным Гершелю удалось обнаружить движение нашего Солнца в пространстве.

Идея метода Гершеля проста. Когда идешь по густому лесу, кажется, что деревья впереди расступаются, а сзади, наоборот, сходятся. Так и на небе - в той его части, куда летит Солнце вместе с Солнечной системой (созвездие Геркулеса), звезды будут казаться "разбегающимися" в стороны от апекса - точки неба, куда направлен вектор скорости Солнца. Наоборот, в противоположной точке неба (антиапексе) звезды должны казаться сходящимися. Эти эффекты и были выявлены Гершелем, но из-за скудости данных скорость движения Солнца он определил неточно.

Гершель открыл множества двойных, тройных и вообще кратных звезд и обнаружил в них движение компонентов. Это доказывало, что кратные звезды - физические системы, подчиняющиеся закону тяготения. Но главная заслуга Вильяма Гершеля состоит в его исследовании общего строения звездного мира.

Задача была трудной. В ту пору (конец ХУШ в.) ни до одной из звезд не было известно расстояние. Пришлось поэтому ввести ряд упрощающих предположений. Так, Гершель предположил, что все звезды распределены в пространстве равномерно. Там же, где наблюдаются сгущения звезд, в том направлении звездная система имеет большую протяженность. Пришлось также предположить, что все звезды излучают одинаковое количество света, а их видимая звездная величина зависит только от расстояния. И, наконец, мировое пространство Гершель считал абсолютно прозрачным. Все эти три допущения были, как мы теперь знаем, ошибочными, но ничего лучшего во времена Гершеля придумать было невозможно. На звездном небе Гершель выделил 1083 площадки и на каждой из них подсчитывал число звезд данной звездной величины. Предположив затем, что самые яркие звезды наиболее близки к Земле, Гершель принял их расстояние от Земли за единицу и в этих относительных масштабах построил схему нашей звездной системы. При этом Гершель полагал, что его телескопы позволяют видеть самые далекие звезды Галактики.

На тему: «Наша Галактика»

Выполнила: ученица 11 «А» класса

Драгунова Светлана

Проверила: учитель физики

ст. Отрадная

ВВЕДЕНИЕ.. 3

ОТКРЫТИЕ ГАЛАКТИКИ.. 5

СТРОЕНИЕ ГАЛАКТИКИ И ЕЕ ВРАЩЕНИЕ.. 9

ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ.. 14

МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО И ТУМАННОСТИ.. 16

ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ТУМАННОСТИ.. 17

МЕЖЗВЕЗДНЫЙ ГАЗ.. 20

МЕЖЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ.. 21

ТУМАННОСТИ.. 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 26

ЛИТЕРАТУРА.. 27

ВВЕДЕНИЕ

Данная работа посвящена одной из основных частей звездной астрономии – нашей Галактике.

Планета Земля принадлежит Солнечной системе, которая состоит из единственной звезды – Солнца и девяти планет с их спутниками, тысяч астероидов , комет, бесчисленных частичек пыли, и все это обращается вокруг Солнца. Поперечник Солнечной системы составляет примернокм.

Солнце и Солнечная система расположены в одном из гигантских спиральных рукавов Галактики, называемой Млечным Путем. Наша Галактика содержит более 100 млрд. звезд, межзвездный газ и пыль, и все это обращается вокруг ее центра. Поперечник Галактики составляет примерно световых лет (один миллиард миллиардов километров).

Когда ясной темной ночью мы всматриваемся в бескрайние просторы Вселенной, нашему взору предстает широкая белесая полоса, пересекающая звездное небо. Древние греки, наблюдая небо, сравнивали эту полосу с пролившимся молоком и поэтому назвали ее «галаксиас», что значит молочный, млечный. Это название и легло в основу термина «галактика» - Млечный Путь. Особенно хорошо виден Млечный путь осенними ночами, когда он пересекает зенит и делит небо пополам. Он виден на небосводе обоих полушарий Земли, опоясывая небосвод по кругу, но, конечно, одним взглядом с Земли можно окинуть только половину этого кольца – остальная часть скрывается под горизонтом. Полоса Млечного Пути проходит по созвездиям: Возничего, Персея, Кассиопеи, Ящерицы, Цефея, Лебедя, Лисички, Стрелы, Орла, Щита, Змеи, Змееносца, Стрельца, Скорпиона, Жертвенника, Наугольника, Волка, Южного Треугольника, Циркуля, Центавра, Мухи, Южного Креста, Киля, Парусов, Кормы Компаса, Большого Пса, Единорога, Малого Пса, Ориона, Близнецов и Тельца. Как видим, этот круг включает в себя значительно больше созвездий, чем Зодиак, т. к. полоса Млечного Пути достаточно широкая. Наиболее широк Млечный Путь в созвездии Стрельца, в чем можно убедиться, взглянув на рисунок сентябрьского полуночного неба (см. рисунок слева). Именно в созвездии Стрельца находится центр Галактики (см. рисунок справа). Если посмотреть на Млечный Путь в телескоп, то становится ясно, что он состоит из множества слабых звезд, сливающихся в одно целое для невооруженного глаза. Что же представляет из себя Млечный Путь в просторах Вселенной?

ОТКРЫТИЕ ГАЛАКТИКИ

3вездная астрономия, т. е. раздел астрономии, изучающий строение звездных систем, возникла сравнительно недавно, всего два века назад. Раньше она не могла возникнуть, так как оптические средства исследования Вселенной были еще крайне несовершенны. Правда, высказывались разные умозрительные идеи о строении звездного мира, подчас гениальные. Так, древнегреческий философ Демокрит (460-370 г. до н. э.) считал Млечный Путь скопищем слабосветящихся звезд. Немецкий ученый XVIII в. Иоганн Ламберт (1728-1777) полагал, что звездный мир имеет ступенчатое, иерархическое строение: меньшие системы звезд образуют большие, те, в свою очередь, еще большие и т. д., наподобие известной игрушечной «матрешки». И эта «лестница систем», по Ламберту, не имеет конца, т. е. подобная «структурная» Вселенная бесконечна. Но, увы, все такие идеи не подкреплялись фактами, и звездная астрономия как наука зародилась лишь в трудах Вильяма Гершеля (1738-1822), великого наблюдателя и исследователя звездной Вселенной.

Еще в 683 г. н. э. китайский астроном И. Синь измерил координаты 28 звезд и заметил их изменения по сравнению с более древними определениями. Это заставило его высказать догадку о собственном движении звезд в пространстве. В 1718 г. Эдмунд Галлей на основании наблюдений Сириуса, Альдебарана и Арктура подтвердил эту гипотезу. К концу ХVIII в. стали известны собственные движения всего 13 звезд. Но даже по таким крайне бедным данным Гершелю удалось обнаружить движение нашего Солнца в пространстве.

Идея метода Гершеля проста. Когда идешь по густому лесу, кажется, что деревья впереди расступаются, а сзади, наоборот, сходятся. Так и на небе - в той его части, куда летит Солнце вместе с Солнечной системой (созвездие Геркулеса), звезды будут казаться «разбегающимися» в стороны от апекса - точки неба, куда направлен вектор скорости Солнца. Наоборот, в противоположной точке неба (антиапексе) звезды должны казаться сходящимися. Эти эффекты и были выявлены Гершелем, но из-за скудости данных скорость движения Солнца он определил неточно.

Схема строения Галактики по Гершелю была, конечно, далекой от действительности. Получалось, что поперечник Галактики равен 5800 св. годам, а ее толщина 11ОО св. годам, причем Солнечная система находится недалеко от галактического центра. Хотя в этой работе действительные размеры нашей звездной системы уменьшены по крайней мере в 15 раз и положение Солнца оценено неверно, не следует преуменьшать значение открытия Гершеля. Именно он впервые опытным путем доказал структурность звездной Вселенной, опровергнув популярные в ту пору взгляды о равномерном распределении звезд в бесконечном пространстве.

Следующий, весьма важный вклад в изучение Галактики внесли русские ученые. Воспитанник Дерптского (Тартуского) университета Василий Яковлевич Струве был первым астрономом, который в 1837 г. измерил расстояние до звезд. По его измерениям расстояние до Веги равно 26 св. годам, что весьма близко к современным результатам. Независимо от Струве в 1838г. Ф. Бессель (1784- 1846) измерил расстояние до звезды 61 Лебедя (11,1 св. лет), а затем Т Гендерсону (1798-1844) в 1839г. удалось отыскать самую близкую к нам звезду Альфу Центавра (4,3 св. года). Позднее расстояния до целого ряда звезд были измерены Пулковской обсерватории X. Петерсом (1806-1880).

Как тогда писали, «лот, закинутый в глубину мироздания, достал дно». Стали известны масштабы звездных расстояний. Нужно было продолжить работы Гершеля на более высоком уровне знаний. Этим и занялся.

Теоретически подсчитав, сколько звезд должны быть видимы в телескопы Гершеля и сколько он видел на самом деле, В. Я Струве пришел к фундаментальному открытию. Межзвездное пространство наполнено веществом, поглощающим свет звезд. Без учета этого межзвездного поглощения выяснить строение Галактики невозможно. Кстати оказать, оценка величины поглощения света, подсчитанная Струве, близка к современным оценкам.

В отличие от Гершеля, Струве не считал светимость звезд одинаковой. Но звезд с известным до них расстоянием было еще очень мало, и поэтому учесть светимость звезд Струве мог только приближенно.

В 1847 г вышел в свет обобщающий труд «Этюды звездной астрономии». В нем автор приходит к выводу, что сгущение звезд в плоскости Млечного Пути - реальное явление, и, следовательно, Галактика должна иметь форму плоского диска. По исследованиям Струве, Солнце расположено не в центре Галактики, а на значительном расстоянии от него. Размеры Галактики (с учетом поглощения света) получились большими, чем полагал Гершель. Границы нашей звездной система оказались недоступными для зондирования, и поэтому оценить параметры Галактики в целом В. Я Струве не смог.

В середине прошлого века некоторые астрономы предполагали, что в центре Галактики находится исполинское «центральное Солнце», заставляющее своим тяготением все звезды двигаться вокруг себя. Профессор Казанского университета (1821-1884) доказал, что существование «центрального Солнца" вовсе не обязательно и звезды Галактики могут двигаться вокруг динамического центра, т. е. геометрической точки, являющейся центром тяжести всей звездной системы. Формулы Ковальского позволили по собственным движениям звезд найти направление на центр Галактики.

В 1927 г. голландский астроном Ян Оорт окончательно доказал, что все звезды Галактики обращаются вокруг ее центра. При этом Галактика в целом не вращается как твердое тело. Во внутренних областях Галактики (примерно до Солнца) угловые скорости звезд почти одинаковы. Однако далее к краям Галактики они постепенно убывают, но несколько медленнее, чем положено по третьему закону Кеплера. Орбитальная скорость Солнца составляет 250 км/с, причем Солнце завершает полный оборот вокруг центра Галактики примерно за 200 млн. лет.

Только в 1934 г. были уверенно определены следующие параметры нашей звездной системы: расстояние от Солнца до центра –св. лет; диаметр Галактики св. лет; толщена галактического «диска»св. лет; масса 165 млрд. солнечных масс.

СТРОЕНИЕ ГАЛАКТИКИ И ЕЕ ВРАЩЕНИЕ

Одним из самых примечательных объектов звездного неба является Млечный Путь . Древние греки называли его galaxias , т. е. молочный круг . Уже первые наблюдения в телескоп, проведенные Галилеем, показали, что Млечный Путь – это скопление очень далеких и слабых звезд.

Южная часть Млечного Пути. В начале ХХ века стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в гигантских звездно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсеков до нескольких десятков килопарсек (1 килопарсек = 1000 парсек ~ 3∙103 световых лет ~ 3∙1019 м). Солнце вместе с окружающими его звездами также входит в состав спиральной галактики, всегда обозначаемой с заглавной буквы: Галактика. Когда мы говорим о Солнце, как об объекте Солнечной системы, мы тоже пишем его с большой буквы.

Общая схема строения Галактики современным данным представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Строение Галактики

В Галактике различают три главные части - диск, гало и корону. Центральное сгущение диска называется балджем. В диске сосредоточены звезды, порождающие явление Млечного Пути. Здесь же присутствуют многочисленные облака пыли и газа. Диаметр диска близок к св. годам, наибольший и наименьший поперечники балджа соответственно близки кисв. лет.

Гало по форме напоминает слегка сплюснутый эллипсоид с наибольшим диаметром, немного превосходящим поперечник диска. Эту часть нашей звездной системы населяют главным образом старые и слабосветящиеся звезды, а газ и пыль там практически отсутствуют. Масса гало и диска примерно одинакова. Обе эти части Галактики погружены в огромную сферическую корону, диаметр которой в 5-10 раз больше диаметра диска. Возможно, что корона содержит главную массу Галактики в форме невидимого пока вещества («скрытой массы»). По некоторый оценкам эта «скрытая масса» примерно раз в 10 больше массы всех обычных звезд Галактики, сосредоточенных в диске и гало.

Расположение Солнца в нашей Галактике довольно неудачное для изучения этой системы как целого: мы находимся вблизи плоскости звездного диска, и с Земли сложно выявить структуру Галактики. К тому же, в области, где расположено Солнце, довольно много межзвездного вещества, поглощающего свет и делающего звездный диск почти непрозрачным для видимого света в некоторых направлениях, особенно в направлении ее ядра. Поэтому исследования других галактик играют громадную роль в понимании природы нашей Галактики. Галактика представляет собой сложную звездную систему, состоящую из множества разнообразных объектов, которые находятся между собой в определенной взаимосвязи. Масса Галактики оценивается в 200 миллиардов (2∙1011) масс Солнца, но только два миллиарда звезд (2∙109) доступно наблюдениям. Распределение звезд в Галактике имеет две ярко выраженные особенности: во-первых, очень высокая концентрация звезд в галактической плоскости, и во-вторых, большая концентрация в центре Галактики. Так, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звезда приходится на 16 кубических парсеков, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находитсязвезд. В плоскости Галактики помимо повышенной концентрации звезд наблюдается также повышенная концентрация пыли и газа.

Центр Галактики находится в созвездии Стрельца в направлении на α = 17ч. 46,1мин. δ = –28°51". Галактика состоит из диска, гало и короны. Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром. В ядре высокая концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной. В центре Галактики предполагается существование массивной черной дыры. В кольцевой области галактического диска (3–7 кпк) сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды; там находится наибольшее количество пульсаров, остатков сверхновых и источников инфракрасного излучения. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи.

Вид на Млечный Путь с воображаемой планеты, обращающейся вокруг звезды галактического гало над звездным диском. Галактика содержит две основных подсистемы (два компонента), вложенные одна в другую и гравитационно-связанные друг с другом. Первая называется сферической – гало, ее звезды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж. Вторая подсистема – это массивный звездный диск. Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. В диске концентрация звезд значительно больше, чем в гало. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики. В звездном диске между спиральными рукавами расположено Солнце. Звезды галактического диска были названы населением I типа, звезды гало – населением II типа. К диску, плоской составляющей Галактики, относятся звезды ранних спектральных классов О и В, звезды рассеянных скоплений, темные пылевые туманности. Гало, наоборот, составляют объекты, возникшие на ранних стадиях эволюции Галактики: звезды шаровых скоплений, звезды типа Лиры. Звезды плоской составляющей по сравнению со звездами сферической составляющей отличаются большим содержанием тяжелых элементов. Возраст населения сферической составляющей превышает 12 миллиардов лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики. По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Скорость вращения диска не одинакова на различных расстояниях от центра. Масса диска оценивается в 150 миллиардов М. В диске находятся спиральные ветви (рукава). Молодые звезды и очаги звездообразования расположены, в основном, вдоль рукавов. Диск и окружающее его гало погружены в корону. В настоящее время считают, что размеры короны Галактики в 10 раз больше, чем размеры диска. Вращение Галактики происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны ее северного полюса, находящегося в созвездии Волосы Вероники. Угловая скорость вращения зависит от расстояния от центра и убывает по мере удаления от центра.

Солнце движется со скоростью около 220 км/с вокруг центра Галактики и делает полный оборот вокруг центра за 220 миллионов лет. За время своего существования Солнце облетело Галактику примерно 30 раз. Звезды гало быстро движутся по всевозможным направлениям, так что среднее различие между скоростями пространственно близких звезд – дисперсия скоростей – составляет для них сотни километров в секунду. Звезды диска – это значительно более «холодная» система (дисперсия скоростей обычно 20–50 км/с), зато с более быстрым вращением. Однако самая низкая динамическая температура у совокупности газовых облаков в диске галактики и у молодых звезд, которые из этих облаков образуются и поэтому сохраняют те же особенности движения. Их дисперсия скоростей в большинстве наблюдаемых галактик близка к 10 км/с, что в 15–30 раз меньше, чем скорость вращения вокруг центра.

По одной из гипотез светящуюся материю нашей Галактики окружает неизлучающее вещество, названное темным гало. Анализ вращения показал, что Галактике помимо гало, балджа и диска, вместе с находящимся в них наблюдаемым газом, есть большие массы несветящегося вещества, названного скрытой массой или темным гало. Масса Галактики с учетом скрытой массы оценивается примерно в 2∙1012 масс Солнца. По одной из гипотез часть скрытой массы может заключаться в коричневых карликах, в телах, занимающих промежуточное положение между звездами и планетами, в плотных и холодных молекулярных облачках, которые имеют низкую температуру, малый размер и недоступны для обычных наблюдений. Скрытая масса может также находиться в давно проэволюционировавших и «погасших» звездах. По другой гипотезе пустое пространство (вакуум) обладает такими свойствами, что вносит свой вклад в полную плотность материи. Также предполагают, что нейтрино имеют ненулевую массу покоя и заполняют периферию Галактики. Скрытая масса существует не только в нашей Галактике. Так, в середине восьмидесятых годов было установлено, что Местная группа галактик движется со скоростью более 600 км/с в сторону большого сверхскопления галактик. Эта скорость слишком велика, чтобы ее можно было объяснить гравитационным действием наблюдаемых галактик. Она свидетельствует о присутствии скрытой массы между галактиками. Другое доказательство скрытой массы – эффект гравитационного линзирования. Природа скрытой массы в галактиках остается неясной. Природа сама придумала для астрофизиков гигантский всеволновой космический телескоп, основанный на эффекте гравитационного линзирования. Это явление, основанное на общей теории относительности, было теоретически предсказано в тридцатые годы ХХ века.

Эффект гравитационной линзы . Если на пути света от далекого источника (скажем, квазара) до нас есть какой-либо массивный объект (например, галактика), то лучи света в ее поле тяготения будут искривляться, и галактика выступит в роли гравитационной линзы. Результат, в частности, может заключаться в появлении кратного (двойного, тройного и т. д.) изображения одного и того же квазара. Первая гравитационная линза была открыта в 1979 г. Это был квазар QSO 0957+561 А и В; для него расстояние между двумя изображениями составляет 6 угловых секунд. Сейчас известно 25 гравитационных линз. Минимальное расстояние между компонентами 0,77", максимальное 7".

Скопление галактик как гравитационная линза. Желтым отмечены галактики, входящие в скопление, голубым – несколько изображений одной и той же галактики, находящейся за скоплением. Среди гравитационных линз встречаются образования различной формы, а самыми эффектными выглядят кресты и кольца Эйнштейна.

ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ

В Галактике каждая третья звезда – двойная, имеются системы из трех и более звезд. Известны и более сложные объекты – звездные скопления.

Рассеянные звездные скопления встречаются вблизи галактической плоскости. Сейчас известно более 1200 рассеянных скоплений, из них детально изучено 500. Самые известные среди них – Плеяды и Гиады в созвездии Тельца. Общее количество рассеянных скоплений в Галактике, возможно, достигает ста тысяч. Рассеянные скопления состоят из сотен или тысяч звезд. Их масса невелика (100–1000 М), и гравитационное поле не может долго сдерживать их в малом объеме пространства, поэтому за миллиарды лет рассеянные скопления распадаются. Среди рассеянных звездных скоплений гораздо больше молодых звезд, чем старых. Все звезды, входящие в состав скопления, имеют общее движение. В двадцатых годах ХХ века Харлоу Шепли исследовал рассеянные скопления и произвел классификацию звезд. Диаграмма Герцшпрунга – Рассела для семи рассеянных скоплений показала, что практически все их звезды лежат на главной последовательности. Средние размеры рассеянных скоплений от 2 до 20 парсеков. Большинство рассеянных скоплений расположено в диске нашей Галактики, где сконцентрированы скопления пыли и межзвездного газа, в спиральных рукавах.

Рассеянное скопление «Плеяды» содержит много ярких, горячих звезд, которые были сформированы в одно и то же время из газопылевого облака. Голубая дымка, сопутствующая «Плеядам», – рассеянная пыль, отражающая свет звезд. Шаровые скопления сильно выделяются на звездном фоне благодаря значительному числу звезд и четкой сферической форме. Диаметр шаровых скоплений составляет от 20 до 100 пк, а масса – 104–106 М. Вся сфера шарового скопления густо заполнена звездами, их концентрация растет к центру. Сейчас известно свыше 150 скоплений; предполагается, что в нашей Галактике их не больше нескольких сотен. В шаровых скоплениях двойные звезды встречаются редко. Некоторые двойные системы в шаровых скоплениях являются рентгеновскими источниками излучения. Шаровые скопления – старейшие образования в нашей Галактике, их возраст от 10 до 15 миллиардов лет и сравним с возрастом Вселенной. Бедный химический состав и вытянутые орбиты, по которым они движутся в Галактике, говорят о том, что шаровые скопления образовались в эпоху формирования самой Галактики. Возраст звезд, входящих в состав шаровых скоплений, солиден, поэтому все массивные звезды прошли длинный путь эволюции и стали нейтронными звездами или белыми карликами. В результате, в шаровых скоплениях наблюдаются вспышки новых звезд, рентгеновские источники и пульсары. Шаровые скопления также богаты переменными типа RR Лиры.

МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО И ТУМАННОСТИ

Помимо рассеянных звездных скоплений хорошо изучен еще один тип группировок молодых звезд – звездные ассоциации. Их начали изучать в двадцатых годах ХХ века. ОВ-ассоциации имеют протяженность от 15 до 300 пк и содержат от нескольких десятков до нескольких сотен горячих голубых гигантов и сверхгигантов. Поскольку гиганты ранних спектральных классов быстро проходят путь эволюции, то все звезды образовались в одно время и имеют небольшой возраст. Т-ассоциации содержат переменные звезды типа Т Тельца, которые еще не достигли главной последовательности и находятся на самых ранних этапах звездной эволюции. В таких ассоциациях открыты источники инфракрасного излучения, связанные с рождающимися массивными звездами. Пространство между звездами заполнено разреженным веществом, излучением и магнитным полем. В межзвездной среде открыты огромные холодные области (молекулярные облака) с температурой 5–50 К и очень горячий газ с температурой 106 К – корональный газ.

Подводные кораллы? Очарованные замки? Космические змеи? В действительности эти таинственные темные колонны – очень плотные газопылевые облака туманности M16 «Орел» в созвездии Змеи. Большая туманность Ориона. Это диффузная туманность.

Среди молекулярных облаков выделяются гигантские молекулярные облака с массами 105–106М. Температура таких облаков от 5 до 30 К. В галактическом диске примерно 6000 таких облаков, и в них содержится 90% всего молекулярного газа. Гигантские молекулярные облака связаны с очагами звездообразования.

Круговорот газа и пыли в Галактике. В Галактике (особенно, в плоской составляющей) имеется также большое количество межзвездной пыли. Средний радиус пылинок составляет доли микрометра. В настоящее время считают, что пылинки состоят из смеси графитовых и силикатных частиц, покрытых оболочками из органических молекул и льда. Суммарная масса пыли всего 0,03 % полной массы Галактики, ее полная светимость составляет 30 % от светимости звезд и полностью определяет излучение Галактики в инфракрасном диапазоне. Температура пыли 15–25 К.

ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ТУМАННОСТИ

Вселенная - это, по сути, почти пустое пространство. Звезды занимают лишь ничтожную его долю. Однако, везде присутствует газ, хотя и в очень малых количествах. Это в основном водород , легчайший химический элемент. Если "зачерпнуть" обычной чайной чашкой (объем около 200 см3) вещество из межзвездного пространства на расстоянии 1-2 световых лет от Солнца, то в ней окажется примерно 20 атомов водорода и 2 атома гелия. В таком же объеме в обычном атмосферном воздухе содержится атомов кислорода и азота 1022. Все, что заполняет пространство между звездами внутри галактик, называется межзвездной средой. И основное, что составляет межзвездную среду - это межзвездный газ. Он довольно равномерно перемешан с межзвездной пылью и пронизывается межзвездными магнитными полями, космическими лучами и электромагнитным излучением.

Из межзвездного газа образуются звезды, которые на поздних стадиях эволюции вновь отдают часть своего вещества межзвездной среде. Некоторые из звезд, умирая, взрываются как Сверхновые, выбрасывая обратно в пространство значительную долю водорода, из которого они когда-то образовались. Но значительно важнее, что при таких взрывах выбрасывается большое количество тяжелых элементов, образовавшихся в недрах звезд в результате термоядерных реакций. И Земля и Солнце сконденсировались в межзвездном пространстве из газа, обогащенного таким путем углеродом, кислородом, железом и другими химическими элементами. Чтобы постичь закономерности такого цикла, нужно знать, каким образом новые поколения звезд последовательно конденсируются из межзвездного газа. Понять, как образуются звезды, - важная цель исследований межзвездного вещества.

200 лет назад астрономам стало ясно, что кроме планет, звезд и появляющихся изредка комет на небе наблюдаются и другие объекты. Эти объекты из-за их туманного вида были названы туманностями. Французский астроном Шарль Мессье () был вынужден создать каталог этих туманных объектов, чтобы избежать путаницы при поисках комет. Его каталог содержал 103 объекта и был опубликован в 1784 г. Теперь известно, что природа этих объектов, впервые объединенных в общую группу под названием "туманности", совершенно различна. Английский астроном Уильям Гершель (), наблюдая все эти объекты, за семь лет открыл еще две тысячи новых туманностей. Он же выделил класс туманностей, которые с наблюдательной точки зрения казались ему отличными от остальных. Он назвал их "планетарными туманностями", поскольку они имели некоторое сходство с зеленоватыми дисками планет. Таким образом, мы будем рассматривать следующие объекты: межзвездный газ, межзвездная пыль, темные туманности, светлые туманности (самосветящиеся и отражательные), планетарные туманности.

Примерно через миллион лет после начала расширения Вселенная еще представляла собой относительно однородную смесь газа и излучения. Не было ни звезд, ни галактик. Звезды образовались несколько позже в результате сжатия газа под действием собственной гравитации. Такой процесс называют гравитационной неустойчивостью. Когда звезда коллапсирует под действием огромного собственного гравитационного притяжения, ее внутренние слои непрерывно сжимаются. Это сжатие ведет к нагреву вещества. При температурах выше 107 К начинаются реакции, приводящие к образованию тяжелых элементов. Современный химический состав Солнечной системы является результатом реакций термоядерного синтеза, протекавших в первых поколениях звезд.

Стадия, когда выброшенное при взрыве Сверхновой вещество перемешивается с межзвездным газом и сжимается, снова образуя звезды, более всего сложна и хуже понятна, чем все остальные стадии. Во-первых, сам межзвездный газ неоднороден, он имеет клочковатую, облачную структуру. Во-вторых, расширяющаяся с огромной скоростью оболочка сверхновой выметает разреженный газ и сжимает его, усиливая неоднородности. В-третьих, уже через сотню лет остаток сверхновой содержит больше захваченного по пути межзвездного газа, чем вещества звезды. Кроме того, вещество перемешивается неидеально. На рисунке справа показан остаток сверхновой в Лебеде (NGC 6946). Считают, что волокна образованы расширяющимися оболочками газа. Видны завитки и петли, образованные светящимся газом остатка, расширяющимся со скоростью много тысяч километров в секунду. Может возникнуть вопрос, чем же завершается, в конце концов, космический цикл? Запасы газа уменьшаются. Ведь большая часть газа остается в маломассивных звездах, которые умирают спокойно, и не выбрасывают в окружающее пространство свое вещество. Со временем запасы его истощатся настолько, что ни одна звезда уже не сможет образоваться. К тому времени Солнце и другие старые звезды угаснут. Вселенная постепенно погрузится во мрак. Но конечная судьба Вселенной может быть и иной. Расширение постепенно прекратится и сменится сжатием. Через много миллиардов лет Вселенная сожмется вновь до невообразимо высокой плотности.

МЕЖЗВЕЗДНЫЙ ГАЗ

Межзвездный газ составляет около 99% массы всей межзвездной среды и около 2% нашей Галактики. Температура газа колеблется в диапазоне от 4 К до 106 К. Излучает межзвездный газ также в широком диапазоне (от длинных радиоволн до жесткого гамма-излучения). Существуют области, где межзвездный газ находится в молекулярном состоянии (молекулярные облака) - это наиболее плотные и холодные части межзвездного газа. Есть области, где межзвездный газ состоит из нейтральных атомов водорода и области ионизованного водорода, которыми являются светлые эмиссионные туманности вокруг горячих звезд.

По сравнению с Солнцем, в межзвездном газе заметно меньше тяжелых элементов, особенно алюминия , кальция, титана, железа и никеля. Межзвездный газ есть в галактиках всех типов. Больше всего его в неправильных (иррегулярных), а меньше всего в эллиптических галактиках. В нашей Галактике максимум газа сосредоточено на расстоянии 5 килопарсек от центра. Наблюдения показывают, что кроме упорядоченного движения вокруг центра Галактики, межзвездные облака имеют также и хаотические скорости. Через 30-100 млн. лет облако сталкивается с другим облаком. Образуются газо-пылевые комплексы. Вещество в них достаточно плотно для того, чтобы не пропускать на большую глубину основную часть проникающей радиации. Поэтому внутри комплексов межзвездный газ холоднее, чем в межзвездных облаках. Сложные процессы преобразования молекул вместе с гравитационной неустойчивостью ведут к возникновению самогравитирующих сгустков - протозвезд. Таким образом, молекулярные облака должны быстро (менее чем за 106 лет) превратиться в звезды. Межзвездный газ постоянно обменивается веществом со звездами. Согласно оценкам, в настоящее время в Галактике в звезды переходит газ в количестве примерно 5 масс Солнца в год.

Область М 42 в созвездии Ориона, где в наше время идет активный процесс звездообразования. Туманность светится из-за нагрева газа горячим излучением ярких звезд, находящихся поблизости.

МЕЖЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

Мелкие твердые частицы, рассеянные в межзвездном пространстве почти равномерно перемешаны с межзвездным газом. Размеры крупных газо-пылевых комплексов, о которых мы говорили выше, достигают десятков сотен парсек, а их масса составляет примерно 105 масс Солнца. Но существуют и небольшие плотные газо-пылевые образования - глобулы размером от 0,05 до нескольких пк и массой всего 0,масс Солнца. Межзвездные пылинки не сферичны и размер их примерно 0,1-1 мкм. Состоят они из песка и графита. Образуются они в оболочках поздних красных гигантов и сверхгигантов, оболочках новых и сверхновых звезд, в планетарных туманностях, около протозвезд. Тугоплавкое ядро одето в оболочку изо льда с примесями, которую в свою очередь окутывает слой атомарного водорода. Пылинки в межзвездной среде либо дробятся в результате столкновений друг с другом со скоростями больше 20 км/с, либо наоборот, слипаются, если скорости меньше 1 км/с.

Присутствие в межзвездной среде межзвездной пыли влияет на характеристики излучения исследуемых небесных тел. Пылинки ослабляют свет от далеких звезд, изменяют его спектральный состав и поляризацию. Помимо этого пылинки поглощают ультрафиолетовое излучение звезд и перерабатывают его в излучение с меньшей энергией. Пылинки, как правило, электрически заряжены и взаимодействуют с межзвездными магнитными полями. А в результате мы видим узконаправленный (когерентный) очень мощный поток радиоизлучения. На рисунке показана молекула воды. Радиоизлучение от этой молекулы идет на волне 1,35 см. Кроме нее очень яркое излучение возникает на молекулах межзвездного гидроксила ОН на волне 18 см. Еще одна молекула SiO располагается в оболочках холодных звезд, находящихся на заключительной стадии звездной эволюции и развивающихся к планетарной туманности.

ТУМАННОСТИ

Темные туманности

Туманности представляют собой участки межзвездной среды, выделяющиеся своим излучением или поглощением на общем фоне неба. Темные туманности представляют собой плотные (обычно молекулярные) облака межзвездного газа и пыли, непрозрачные из-за межзвездного поглощения света пылью. Иногда темные туманности видны прямо на фоне Млечного Пути. Таковы, например, туманность "Угольный Мешок" и многочисленные глобулы. В тех частях, которые полупрозрачны для оптического диапазона, хорошо заметна волокнистая структура. Волокна и общая вытянутость темных туманностей связаны с наличием в них магнитных полей, затрудняющих движение вещества поперек силовых магнитных линий.

Светлые туманности

Отражательные туманности являются газо-пылевыми облаками, подсвеченными звездами. Примером такой туманности являются Плеяды. Свет от звезд рассеивается межзвездной пылью. Большинство отражательных туманностей расположено вблизи плоскости Галактики. Некоторые отражательные туманности имеют кометообразный вид и называются кометарными. В голове такой туманности находится обычно переменная звезда типа Т Тельца, освещающая туманность. Редкой разновидностью отражательной туманности является "световое эхо", наблюдавшееся после вспышки Новой 1901 г. в созвездии Персея. Яркая вспышка звезды подсветила пыль, и несколько лет наблюдалась слабая туманность, распространявшаяся во все стороны со скоростью света. На изображении слева выше показано звездное скопление "Плеяды" со звездами, окруженными светлыми туманностями. Если звезда, которая находится в туманности или рядом с ней достаточно горячая, то она ионизует газ в туманности. Тогда газ начинает светиться, а туманность называется самосветящаяся или туманность, ионизованная излучением.

Планетарные туманности

К середине XIX века появилась возможность дать серьезное доказательство, что эти туманности принадлежат к самостоятельному классу объектов. Появился спектроскоп. Йозеф Фраунгофер обнаружил, что Солнце излучает непрерывный спектр, испещренный резкими линиями поглощения. Оказалось, что и спектра планет имеют многие характерные черты солнечного спектра. У звезд также обнаружился непрерывный спектр, однако, каждая из них имела свой собственный набор линий поглощения. Уильям Хеггинс () был первым, кто исследовал спектр планетарной туманности. Это была яркая туманность в созвездии Дракона NGC 6543. До этого Хеггинс в течение целого года наблюдал спектры звезд, однако спектр NGC 6543 оказался совершенно неожиданным. Ученый обнаружил лишь одну единственную, яркую линию. В то же время яркая Туманность Андромеды показала непрерывный спектр, характерный для спектров звезд. Теперь мы знаем, что Туманность Андромеды на самом деле является галактикой, а следовательно, состоит из множества звезд. В 1865 году тот же Хеггинс, применив спектроскоп более высокой разрешающей способности, обнаружил, что эта "единственная" яркая линия состоит из трех отдельных линий. Одну из них удалось отождествить с бальмеровской линией водорода Hb, но две другие, более длинноволновые и более интенсивные остались не узнанными. Их приписали новому элементу - небулию. Только в 1927 году этот элемент был отождествлен с ионом кислорода . А линии в спектрах планетарных туманностей до сих пор так и называются - небулярные.

Планетарная туманность - это система из звезды, называемой ядром туманности, и симметрично окружающей ее светящейся газовой оболочки (иногда, несколько оболочек). Масса оболочки планетарной туманности примерно 0,1 массы Солнца. Оболочки планетарных туманностей расширяются в окружающее пространство со скоростямикм/с под действием внутреннего давления горячего газа. По мере расширения оболочка становится разреженней, ее свечение ослабевает, и, в конце концов, она становится невидимой. Ядра планетарных туманностей представляют собой горячие звезды ранних спектральных классов, претерпевающие значительные изменения за время жизни туманности. Температуры их обычно составляюттыс. К. Ядра старых планетарных туманностей близки к белым карликам, но вместе с тем значительно ярче и горячее типичных объектов такого рода. Среди ядер встречаются и двойные звезды. Образование планетарной туманности является одной из стадий эволюции большинства звезд. Рассматривая этот процесс, удобно разделить его на две части: 1) от момента выброса туманности до той стадии, когда источники энергии звезды в основном исчерпаны; 2) эволюция центральной звезды от главной последовательности до выброса туманности. Эволюция после выброса туманности довольно хорошо изучена как наблюдательно, так и теоретически. Более ранние стадии гораздо менее понятны. Особенно стадия между красным гигантом и выбросом туманности.

Центральные звезды самой низкой светимости обычно окружены самыми большими, а потому самыми старыми туманностями. На изображении слева представлена планетарная туманность Гантель М 27 в созвездии Лисички. Вспомним немного теорию эволюции звезд. При удалении от главной последовательности важнейшая стадия эволюции звезды начинается после того, как водород в центральных областях полностью выгорит. Тогда центральные области звезды начинают сжиматься, освобождая гравитационную энергию. В это время область, в которой водород еще горит, начинает продвигаться наружу. Возникает конвекция. В звезде начинаются драматические перемены, когда масса изотермического гелиевого ядра составляет 10-13% массы звезды. Центральные области начинают быстро сжиматься, а оболочка звезды расширяется - звезда становится гигантом, перемещаясь вдоль ветви красных гигантов. Ядро, сжимаясь, разогревается. В конце концов, в нем начинается горение гелия. Через некоторый период времени истощаются и запасы гелия. Тогда начинается второе "восхождение" звезды вдоль ветви красных гигантов. Звездное ядро, состоящее из углерода и кислорода, быстро сжимается, а оболочка расширяется до гигантских размеров. Такая звезда называется звездой асимптотической ветви гигантов. На этой стадии звезды имеют два слоевых источника горения - водородный и гелиевый и начинают пульсировать.

Остальная часть эволюционного пути изучена гораздо хуже. У звезд с массами, превосходящими 8-10 масс Солнца углерод в ядре в конце концов загорается. Звезды становятся сверхгигантами и продолжают эволюционировать, пока не образуется ядро из элементов "железного пика" (никель, марганец, железо). Это центральное ядро, вероятно, коллапсирует и образует нейтронную звезду, а оболочка сбрасывается в виде вспышки Сверхновой. Ясно, что планетарные туманности образуются из звезд с массами меньше 8-10 масс Солнца. Два факта позволяют предполагать, что родоначальниками планетарных туманностей являются красные гиганты. Во-первых, звезды асимптотической ветви физически очень сходны с планетарными туманностями. Ядро красного гиганта по массе и размерам очень напоминает центральную звезду планетарной туманности, если удалить протяженную разреженную атмосферу красного гиганта. Во-вторых, если туманность сброшена звездой, то она должна иметь минимальную скорость, достаточную чтобы уйти из гравитационного поля. Расчеты показывают, что только для красных гигантов эта скорость сравнима со скоростями расширения оболочек планетарных туманностей (10-40 км/с). При этом масса звезды оценивается в 1 массу Солнца, а радиус лежит в пределах 100-200 радиусов Солнца (типичный красный гигант). В заключение отметим, что наиболее вероятными кандидатами на роль родоначальников планетарных туманностей являются переменные звезды типа Миры Кита. Представителями одного из переходных этапов между звездами и туманностями могут быть симбиотические звезды. И конечно нельзя обойти вниманием объект, FG Sge (на изображении справа вверху). Таким образом, большинство звезд, массы которых меньше 6-10 масс Солнца, в конце концов, становятся планетарными туманностями, На предшествующих стадиях они теряют большую часть своей первоначальной массы; остается только ядро с массой 0,4-1 масса Солнца, которое становится белым карликом. Потеря массы влияет не только на саму звезду, но и на условия в межзвездной среде и на будущие поколения звезд.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение звездных систем, очевидно немыслимое в древности, могло начаться на достаточно высоком уровне развития телескопической техники. Начало было положено в ХVIII и XIX вв. громадными рефлекторами Гершелей и Росса. На протяжении этих веков осмысливалось положение Земли в звездном мире. Окончательно открытие Галактики с ее реальными параметрами состоялось лишь к началу 20-х годов текущего века. С этих же лет начинается и бурный рост внегалактической астрономии, чему способствовали прогресс в телескопостроении и рождение радиоастрономии.

Ныне наблюдаемая часть Вселенной предстает как совокупность материальных систем, начиная от кратных звезд и звездных скоплений и кончая облаками из сотен тысяч галактик.

Главная задача современной звездной астрономии состоит в выяснении деталей строения Метагалактики, т. е. всего доступного нашему изучению звездного мира. Открытие квазаров и уменьшение их численности по мере дальнейшего проникновения в глубины Вселенной, возможно, показывает, что «границы» Метагалактики близки к наблюдению самых старых объектов мироздания.

То, что уже известно о мире галактик, показывает громадное многообразие звездных систем. Этот факт еще и еще раз убеждает нас в неисчерпаемости окружающего нас материального мира.

ЛИТЕРАТУРА

1. , Астрономия: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. 3-е изд. –М.: Просвещение, АО «Московские учебники», 2001.

2. О. Струве, Б. Линдс, Э. Пилланс. Элементарная астрономия. 2-е изд. –М.: Наука 1967.

3. Моше Д. Астрономия: Книга для учащихся. Перевод с английского/Под редакцией. – М.: Просвещение, 1985.

4. Звёзды, галактики, Метагалактика. –3-е изд. –М.: Наука, 1981.

5. Астрономия в ёё развитии: Книга для учащихся 8-10 классов средней школы . –М.: Просвещение, 1988.

6. «Открытая Астрономия», ООО "ФИЗИКОН

7. Материалы сайта www.

8. Материалы сайта www.

9. Материалы сайта www.

10. Материалы сайта www. astronews.

Происхождение и эволюция галактик и звезд.

Небесные тела находятся в непрерывном движении и изменении. Десятки тысяч лет назад небо Земли украшали фигуры других созвездий, миллиарды лет назад вообще еще не было Земли, Луны, планет, Солнца, многих звезд и галактик. Когда и как именно они произошли, наука стремится выяснить, изучая небесные тела и их системы. Раздел астрономии, занимающийся проблемами происхождения и эволюции небесных тел, называется космогонией.

Современные научные космогонические гипотезы – результат физического, математического и философского обобщения многочисленных наблюдательных данных

В космогонических гипотезах в значительной мере находит свое отражение общий уровень развития естествознания. Дальнейшее развитие науки, обязательно включающее в себя астрономические наблюдения, подтверждает или опровергает эти гипотезы. Подтверждаются те гипотезы, которые не только могут объяснить известные из наблюдений факты, но и предсказать новые открытия.

Звезды возникали в ходе эволюции галактик. Большинство астрономов считают, что это происходило в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Одна из исходных предпосылок такой гипотезы состоит в том, что, как показывают наблюдения, “молодые” звезды всегда тесно связаны с газом и пылью. Эти звезды и диффузная материя концентрируются в спиральных ветвях галактик. Местами наиболее интенсивного звездообразования считаются массы холодного межзвездного вещества, которые называются газово-пылевыми комплексами. Наиболее изученный газово-пылевой комплекс нашей Галактики находится в созвездии Ориона, он включает в себя туманность в Орионе, более плотные газово-пылевые облака и другие объекты. Представим себе холодное газово-пылевое облако. Силы тяготения сжимают его, оно принимает шарообразную форму. При сжатии будут возрастать плотность и температура облака. Возникнет будущая, рождающаяся звезда (протозвезда). Температура её поверхности пока еще мала, но протозвезда уже излучает в инфракрасном диапазоне, а поэтому рождающиеся звезды можно попытаться обнаружить среди довольно многочисленных источников инфракрасного излучения. Поиски протозвезд (и протогалактик) сейчас ведутся на многих обсерваториях.

Одно из основных отличий протозвезды от звезды заключается в том, что в протозвезде еще не происходят термоядерные реакции, то есть в ней нет еще основного источника энергии обычных звезд. Термоядерные реакции начинаются, когда в процессе сжатия протзвезды температура её недрах станет порядка 10 7 К. С этого времени стадия сжатия звезды прекращается: сила внутреннего давления газа теперь уже может уравновесить силу тяготения внешних частей звезды.

Стадия сжатия звезд, массы которых значительно больше массы Солнца, продолжается всего лишь сотни тысяч лет, а звезды, массы которых меньше солнечной, сжимаются сотни миллионов лет. Чем больше масса звезды, тем при большей температуре достигается равновесие. По этой причине у массивных звезд большие светимости.

Стадию сжатия сменяет стационарная стадия, сопровождающаяся постепенным “выгоранием” водорода

В стационарной стадии звезда проводит большую часть своей жизни. Именно в этой стадии эволюции находятся звезды, которые располагаются на главной последовательности диаграммы “спектр – светимость”. Таких звезд больше всего. Время пребывания звезды на главной последовательности пропорционально массе звезды, учитывая, что от этого зависит запас ядерного горючего, и обратно пропорционально светимости, которая определяет темп расхода ядерного горючего. А поскольку светимость звезды пропорциональна примерно четвертой степени её массы, то массивные звезды, массы которых в несколько раз больше массы Солнца, эволюционируют быстрее. Они находятся в стационарной стадии только несколько миллионов лет, а звезды, подобные Солнцу – миллиарды лет.

Когда весь водород в центральной области звезды превратится в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. Теперь уже водород будет превращаться в гелий не в центре звезды, а в слое, прилегающем к очень горячему гелиевому ядру. Пока внутри гелиевого ядра нет источников энергии, оно будет постепенно сжиматься и при этом еще более разогреваться. Когда температура внутри звезды превысит 1,5 * 10 7 К, гелий начнет превращаться в углерод (с последующим образованием все более тяжелых химических элеменᴛᴏʙ). Светимость и размеры звезд будут возрастать

В результате обычная звезда постепенно превратится в красного гиганта или сверхгиганта. Многие звезды не сразу становятся стационарными гигантами, а некоторое время пульсируют, как бы проходя в своем развитии стадию цефеид.

Заключительный этап жизни звезды, как и вся её эволюция, решающим образом зависит от массы звезды. Внешние слои звезд, подобных нашему Солнцу (но с массами, не большими 1,2 массы Солнца), постепенно расширяются и в конце концов совсем покидают ядро звезды. На месте гиганта остается маленький и горячий белый карлик. Белых карликов в мире звезд много. Это значит, что многие звезды превращаются в белых карликов, которые затем постепенно остывают, становясь “потухшими звездами”.

Иная судьба у более массивных звезд. Если масса звезды примерно вдвое превышает массу Солнца, то такие звезды на последних этапах своей эволюции теряют устойчивость. Изучим конкретный случай. Вот к примеру, они могут взорваться как сверхновые, обогащая межзвездную среду тяжелыми химическими элементами (которые образовались внутри звезды и во время её взрыва), а затем катастрофически сжаться до размеров шаров радиусом в несколько километров, то есть превратиться в нейтронные звезды.

Внутри звезд в ходе термоядерных реакций может образоваться до 30 химических элеменᴛᴏʙ, а во время взрыва сверхновых – остальные элементы периодической системы. Из обогащенной тяжелыми элементами межзвездной среды образуются звезды следующих поколений.

Если масса звезды вдвое превышает массу Солнца, то такая звезда, ᴨᴏᴛеряв равновесие и начав сжиматься, либо превратится в нейтронную звезду, либо вообще не сможет достигнуть устойчивого состояния

В процессе неограниченного сжатия (коллапса) она, вероятно, способна превратиться в черную дыру. Такого рода название связано с тем, что могучее поле тяготения сжавшейся звезды не выпускает за её пределы никакое излучение (свет, рентгеновские лучи и т.д.). По этой причине черную дыру нельзя увидеть ни в каком диапазоне электромагнитных волн

Дальнейшее развитие науки покажет, какие из сегодняшних представлений о происхождении галактик и звезд окажутся правильными. Но нет сомнения в том, что звезды рождаются, живут, умирают, а не есть однажды созданные и вечно неизменные объекты Вселенной; звезды рождаются группами, причем процесс звездообразования продолжается в настоящее время.

Современные представления о происхождении планет.

Проблема происхождения планет – очень ᴄᴫᴏжная и далеко еще не решенная проблема, во многом зависящая от развития не только астрономии, но и других естественных наук (прежде всего наук о Земле). Дело в том, что пока можно изучить только единственную планетарную систему, окружающую наше Солнце. Как выглядят более молодые и более старые системы, вероятно существующие вокруг других звезд, неизвестно. Для того чтобы правильно объяснить происхождение планет, необходимо также знать, как образовалось Солнце и другие звезды, ᴨᴏᴛому что планетарные системы появляются вокруг звезд в результате закономерных процессов развития материи.

Наиболее важные выводы планетной космогонии сводятся к следующему:

а) планеты сформировались в результате объединения твердых (холодных) тел и частиц, входивших в состав туманности, которая когда –то окружала Солнце. Эту туманность часто называют “допланетным” или “протопланетным” облаком. Считается, что солнце и протопланетное облако сформировались одновременно в едином процессе, хотя пока неизвестно, как произошло отделение части туманности, из которой возникли планеты, от “протосолнца”.

б) формирование планет происходило под воздействием различных физических процессов. Следствием механических процессов стало сжатие (уплощение) вращающейся туманности, её удаление от “протосолнца”, столкновение частиц, их укрупнение и т.д. Изменялась температура вещества, туманности и состояние, в котором находилось вещество. Замедление вращения будущего Солнца могло быть обусловлено магнитным полем, связывающим туманность с “протосолнцем”. Взаимодействие солнечного излучения с веществом протопланетного облака привело к тому, что наиболее легкие и многочисленные частицы оказались вдали от Солнца (там, где сейчас планеты-гиганты).

в) спутники планет (а значит, и наша Луна) возникли, по-видимому, из роя частиц, окружающих планеты, то есть тоже из вещества протопланетной туманности. Пояс астероидов возник там, где притяжение Юпитера препятствовало формированию крупной планеты.

Основная идея современной планетной космогонии – это то, что планеты и их спутники образовались из холодных твердых тел и частиц.

Строение, происхождение и эволюция Вселенной с точки зрения современной науки.

Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна, учитывая, что она является вечно самодвижущейся материей.

Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. По этой причине не будет ошибкой сказать, что любая наука так или иначе изучает Вселенную, точнее, те или иные её стороны. С развитием кибернетики в различных областях научных исследований приобрели большую популярность методики моделирования. Сущность этого метода состоит в том, что вместо того или иного реального объекта изучается его модель, более или менее точно повторяющая оригинал или его наиболее важные и существенные особенности. Модель не обязательно вещественная копия объекта. Построение приближенных моделей различных явлений помогает нам всё глубже познавать окружающий мир. Так, к примеру, на протяжении длительного времени астрономы занимались изучением однородной и изотропной (воображаемой) Вселенной, в которой все физические явления протекают одинаковым образом и все законы остаются неизменными для любых областей и в любых направлениях. Изучались так же модели, в которых к этим двум условиям добавлялось третье - неизменность картины мира. Это означает, что в какую бы эпоху мы не созерцали мир, он всегда должен выглядеть в общих чертах одинаково. Эти во многом условные и схематические модели помогли осветить некоторые важные стороны окружающего нас мира. Но! Как бы ᴄᴫᴏжна ни была та или иная теоретическая модель, какие бы многообразные факты она ни учитывала, любая модель – это еще не само явление, а только более или менее точная его копия, так сказать, образ реального мира. По этой причине все результаты, полученные с помощью моделей Вселенной, необходимо обязательно проверять путем сравнения с реальностью. Нельзя отождествлять само явление с моделью. Нельзя без тщательной проверки, приписывать природе те свойства, которыми обладает модель. Ни одна из моделей не может претендовать на роль точного “слепка” Вселенной. Это говорит о необходимости углубленной разработки моделей неоднородной и не изотропной Вселенной.

Звезды во Вселенной объединены в гигантские Звездные системы, называемые галактиками. Звездная система, в составе которой как рядовая звезда находится наше Солнце, называется Галактикой.

Число звезд в галактике порядка 10 12 (триллиона). Млечный путь - светлая серебристая полоса звезд - опоясывает всё небо, составляя основную часть нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок в созвездии Стрельца, где находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он в противоположной части неба. Из этого нетрудно сделать заключение, что солнечная система находится не в центре Галактики, который от нас виден в направлении созвездия Стрельца. Наша Галактика занимает пространство, напоминающее линзу или чечевицу, если смотреть на нее сбоку. Размеры Галактики были замечены по расположению звезд, которые видны на больших расстояниях. Это - цефеиды и горячие гиганты. Диаметр Галактики примерно равен 3000 пк (Парсек (пк) – расстояние, с кᴏᴛᴏᴘыᴍ большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1?. 1 Парсек = 3,26 свеᴛᴏʙого года = 206265 а.е. = 3*10 13 км.) или 100000 свеᴛᴏʙых лет (свеᴛᴏʙой год – расстояние, пройденное светом в течение года), но четкой границы у нее нет, ᴨᴏᴛому что звездная плотность постепенно сходит на нет.

В центре Галактики расположено ядро диаметром 1000-2000 пк – гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10000 пк (30000 свеᴛᴏʙых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто плотной завесой облаков, что препятствует визуальным и фотографическим наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики

В состав ядра входит много красных гиганᴛᴏʙ и короткопериодических цефеид.

Звезды верхней части главной последовательности, а особенно сверхгиганты и классические цефеиды, составляют более молодые население. Оно располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкий слой или диск. Среди звезд этого диска находится пылевая материя и облака газа. Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую систему.

Масса нашей галактики оценивается сейчас разными способами и равна 2*10 11 масс Солнца (масса Солнца равна 2*10 30 кг.) причем 1/1000 её заключена в межзвездном газе и пыли. Поперечник нашей Галактики составляет 100000 свеᴛᴏʙых лет. Путем кропотливой работы московский астрономом В.В. Кукарин в 1944 г. нашел доказательства спиральной структуры Галактики, причем оказалось, что мы живем в пространстве между двумя спиральными ветвями, бедном звездами.

В некоторых местах на небе в телескоп, а кое- где даже невооруженным глазом, можно различить тесные группы звезд, связанные взаимным тяготением, или звездные скопления.

Существует два вида звездных скоплений: рассеянные и шаровые.

Рассеянные скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и сверхгиганᴛᴏʙ со слабой концентрацией к центру.

Шаровые же скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и красных гиганᴛᴏʙ. Порой они содержат короткопериодические цефеиды.

Размер рассеянных скоплений – несколько парсек. Размер шаровых скоплений с сильной концентрацией звезд к центру – десяток парсек. Известно более 100 шаровых и сотни рассеянных скоплений, но в Галактике последних десятки тысяч.

Кроме звезд в состав Галактики входит еще рассеянная материя, чрезвычайно рассеянное вещество, состоящее из межзвездного газа и пыли. Оно образует туманности. Туманности бывают диффузными (клочковатой формы) и планетарными. Пример: газопылевая туманность в созвездии Ориона и темная пылевая туманность Конская голова.

Расстояние до туманности в созвездии Ориона равно 500 пк, диаметр центральной части туманности – 6 пк, масса приблизительно в 100 раз больше массы Солнца.

Во Вселенной нет ничего единственного и неповторимого в том смысле, что в ней нет такого тела, такого явления, основные и общие свойства которого не были бы повторены в другом теле, другими явлениями.

Внешний вид галактик чрезвычайно разнообразен, и некоторые из них очень живописны. Эдвин Пауэлла Хаббл (1889-1953), выдающийся американский астроном – наблюдатель, избрал самый простой метод классификации галактик по внешнему виду, и, нужно сказать, что хотя впоследствии другими выдающимися исследователями были внесены разумные предложения по классификации, первоначальная система, выведенная Хабблом, по прежнему остаётся основой классификации галактик.

Хаббл предложил разделить все галактики на 3 вида:

Эллиптические – обозначаемые Е (elliptical);

Спиральные (Spiral);

Неправильные – обозначаемые (irregular).

Эллиптические галактики внешне невыразительные. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным круговым уменьшением яркости от центра к периферии. Ни каких дополнительных частей у них нет, ᴨᴏᴛому что эллиптические галактики состоят из второго типа звездного населения. Они построены из звезд красных и желтых гиганᴛᴏʙ, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светлости. Отсутствуют бело-голубые сверхгиганты и гиганты, группировки которых можно наблюдать в виде ярких сгустков, придающих структурность системе, нет пылевой материи, которая, в тех галактиках где она имеется, создаёт темные полосы, оттеняющие форму звездной системы.

Внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой – большим или меньшим сжатием (NGG и 636, NGC 4406, NGC 3115 и др.)

С несколько однообразными эллиптическими галактиками контрастируют спиральные галактики, являющиеся может быть даже самыми живописными объектами во Вселенной. У эллиптических галактик внешний вид говорит о статичности, стационарности. Спиральные галактики, наоборот, являют собой пример динамики формы. Важно учесть, что их красивые ветви, выходящие из центрального ядра и как бы теряющие очертания за пределами галактики, указывает на мощное стремительное движение. Поражает также многообразие форм и рисунков ветвей. Стоит отменить, что традиционно, у галактики имеются две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающимися сходным симметричным образом и теряющимися в противоположных областях периферии галактики. Но при этом известны примеры большего, чем двух числа спиральных ветвей в галактике

В других случаях спирали две, но они неравны – одна значительно более развита, чем вторая. Примеры спиральных галактик: М31, NGC 3898, NGC 1302, NGC 6384, NGC 1232 и др.

Перечисленные до сих пор типы галактик характеризовались симметричностью форм, определенным характером рисунка. Но встречаются большое число галактик неправильной формы, без какой-либо закономерности структурного строения. Хаббл дал им обозначение от английского слова irregular – неправильные.

Неправильная форма у галактики может быть вследствие того, что она не успела принять правильной формы из-за малой плотности в ней материи или из-за молодого возраста. Есть и другая возможность: галактика может стать неправильной вследствие искажения формы в результате взаимодействия с другой галактикой. По-видимому, эти оба случая встречаются среди неправильных галактик и с этим связано разделение неправильных галактик на 2 подтипа:

Первый подтип характеризуется сравнительно высокой яркостью и ᴄᴫᴏжностью неправильной структуры (NGM 25744, NGC 5204). Французский астроном Вакулер в некоторых галактиках этого подтипа, к примеру, Магеллановых облаках, обнаружил признаки спиральной разрушенной структуры.

Неправильные галактики другого подтипа отличаются очень низкой яркостью. Эта черта выделяет их из среды галактик всех других типов

В то же время она препятствует обнаружению этих галактик, вследствие чего удалось выявить только несколько галактик этого типа, расположенных сравнительно близко (галактика в созвездии Льва.).

Только 3 галактики можно наблюдать невооруженным глазом: Большое Магелланово облако, Малое Магелланово облако и Туманность Андромеды.

Вращающаяся звездная система по истечении некоторого срока должна принять форму шара. Такой вывод следует из теоретических исследований. Он подтверждается на примере шаровых скоплений, которые вращаются и имеют шарообразную форму.

Если же звездная система сплюснута, то это означает, что она вращается. Следовательно, должны вращаться и эллиптические галактики, за исключением тех из них, которые шарообразны. Вращение происходит вокруг оси, которая перпендикулярна главной плоскости симметрии. Галактика сжата вдоль оси своего вращения. Впервые вращение галактик обнаружил в 1914 г. американский астроном Слайфер.

Особый интерес представляют галактики с резко повышенной светимостью. Важно учесть, что их принято называть радиогалактиками. Наиболее выдающаяся галактика - Лебедьl . Это слабая двойная галактика с чрезвычайно тесно расположенными друг к другу компонентами, являющимися мощнейшим дискретным источником. Объекты, подобные галактике Лебедьl , безусловно, очень редки в метагалактике, но Лебедьl не единственный объект подобного рода во Вселенной. Они должны находиться на громадном расстоянии друг от друга (более 200Мпс).

Поток проходящего от них радиоизлучения в виду большого расстояния слабее, чем от источника Лебедьl .

Несколько ярких галактик, входящих в каталог NGC, также можно отнести к разряду радиогалактик, ᴨᴏᴛому что их радиоизлучение аналогично сильное, хотя оно значительно уступает по энергии свеᴛᴏʙому. Из этих галактик NGC 1273, NGC 5128, NGC 4782 и NGC 6186 являются двойными. Одиночные - NGC 2623 и NGC 4486.

Когда английские и австралийские астрономы, применив интерференционный метод, в 1963 г. определили с большой точностью положения значительного числа дискретных источников радиоизлучения, они одновременно определили и другие угловые размеры некоторого числа радиоисточников. Диаметры большинства из них исчислялись минутами или десятками секунд дуги, но у 5-ти источников, а именно у 3С48, 3С147, 3С196, 3С273 и 3С286, размеры оказались меньше секунды дуги. Поток их радиоизлучения не уступал по величине радиоизлучению других дискретных источников, превосходящих их по площади излучения в десятки тысяч раз. Эти источники радиоизлучения были названы квазарами. Сейчас их открыто более 1000. Блеск квазара не остается постоянным. Массы квазаров достигают миллиона солнечных масс. Источник энергии квазаров до сих пор не ясен Есть предположения, что квазары – это исключительно активные ядра очень далеких галактик.

Теоретическое моделирование имеет важное значение так же и для выяснения прошлого и будущего наблюдаемой Вселенной

В 1922 г. А.А. Фридман занялся разработкой оригинальной теоретической модели Вселенной. Он предположил, что средняя плотность не является постоянной, а меняется с течением времени. Фридман пришел к выводу, что любая достаточно большая часть Вселенной, равномерно заполненная материей, не может находиться в состоянии равновесия: она должна либо расширяться, либо сжиматься. Еще в 1917 г. В.М. Слайфер обнаружил “красное смещение” спектральных линий в спектрах далёких галактик. Подобное смещение наблюдается тогда, когда источник света удаляется от наблюдателя

В 1929 г. Э. Хаббл объяснил это явление взаимным разбеганием этих звездных систем. Явление “красного смещения” наблюдается в спектрах почти всех галактик, кроме ближайших (нескольких). И чем дальше от нас галактика, тем больше сдвиг линий в её спектре, т.е. все звездные системы удаляются от нас с огромными скоростями в сотни, тысячи десятки тысяч километров в секунду; более далекие галактики обладают и большими скоростями. А после того, как эффект “красного смещения” был обнаружен и в радиодиапазоне, то не осталось никаких сомнений в том, что наблюдаемая Вселенная расширяется. В настоящее время известны галактики, удаляющиеся от нас со скоростью 0,46 скорости света, а сверхзвезды и квазары – 0,85 скорости света. Но почему они движутся, расширяются? На галактики постоянно действует какая-то сила. В отдаленном прошлом материя в нашей области Вселенной находилась в сверхплотном состоянии. Затем произошел “взрыв”, в результате которого и началось расширение. Для того чтобы выяснить дальнейшую судьбу метагалактики, необходимо оценить среднюю плотность межзвездного газа. Если она выше 10 протонов на 1м 3 , то общее гравитационное поле метагалактики достаточно велико, чтобы постепенно остановить расширение. И оно сменяется сжатием.

Возникли два мнения по поводу состояния Метагалактики до начала расширения. Согласно одному из них первоначальное вещество метагалактики состояло из “холодной” смеси протонов, т.е. ядер атомов водорода, электронов и нейтронов. Согласно второй, температура была очень велика, а плотность излучения даже превосходила плотность вещества. Но после открытия в 1965 г. реликᴛᴏʙого излучения А. Пензиасом и Р. Вилсоном, предпочтение было отдано второй теории. После была предпринята попытка представить ход событий на первых стадиях расширения Метагалактики: через 1сек. после начала расширения сверхплотной исходной плазмы плотность вещества снизилась до 500 кг/ см 3 , а t=10 13 С о. В течении следующих 100сек. плотность снизилась до 50 г/см 3 , температура упала. Объединились протоны и нейтроны => ядра гелия. При t=4000 о это продолжалось несколько сотен тысяч лет. Затем, после того, как образовались атомы водорода, началось постепенное формирование горячих водородных облаков, из которых образовались галактики и звезды. Но при этом в процессе расширения могли сохраниться сгустки сверхплотного дозвездного вещества, а в процессе их распада образовались звезды и галактики. Не исключено, что действовали оба механизма.

Понятие Метагалактика не является вполне ясным. Оно сформировалось на основании аналогии со звездами. Наблюдения показывают, что галактики, подобно звездам, группирующиеся в рассеянные и шаровые скопления, также объединяются в группы и скопления различной численности. Вся охваченная современными методами астрономических наблюдений часть Вселенной называется Метагалактикой (или нашей Вселенной)

В Метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разряженным межгалактическим газом, пронизывается космическими лучами, в нем существуют магнитные и гравитационные поля, и, вероятно, невидимые массы веществ.

От наиболее удаленных метагалактических объекᴛᴏʙ свет идет до нас много миллионов лет. Но все-таки нет оснований утверждать, что метагалактика - это вся Вселенная. Возможно, существуют другие, пока не известные нам метагалактики.

В 1929 г. Хаббл открыл замечательную закономерность, которая была названа “законом Хаббла” или законом “красного смещения”: линии галактик смещены к красному концу, причем смещение тем больше, чем дальше находится галактика.

Объяснив красное смещение эффектом Доплера, ученые пришли к выводу о том, что расстояние между нашей и другими галактиками непрерывно увеличивается. Хотя, безусловно, галактики не разлетаются во все стороны от нашей галактики, которая не занимает никакого особого положения в Метагалактике, а происходит взаимное удаление всех галактик. Следовательно, Метагалактика не стационарна.

Открытие расширения Метагалактики свидетельствует о том, что в прошлом Метагалактика была не такой как сейчас и иной станет в будущем, т.е. Метагалактика эволюционирует.

По красному смещению определены скорости удаления галактик. У многих галактик они очень велики, соизмеримы со скоростью света. Самым большими скоростями (более 250 000 км/с) обладают некоторые квазары, которые считаются самыми удаленными от нас объектами Метагалактики.

Мы живем в расширяющейся Метагалактике. Расширение Метагалактики проявляется только на уровне скоплений и сверхскоплений галактик. Метагалактика имеет одну особенность: не существует центра, от которого разбегаются галактики. Удалось вычислить промежуток времени с начала расширения Метагалактики. Он равен 20-13 млрд. лет. Расширение Метагалактики является самым грандиозным из известных в настоящее время явлений природы. Это открытие произвело коренное изменение во взглядах философов и ученых. Ведь некоторые философы ставили знак равенства между Метагалактикой и Вселенной, и пытались доказать, что расширение Метагалактики подтверждает религиозное представление о божественности происхождения Вселенной. Но Вселенной известны естественные процессы, по всей вероятности это взрывы. Есть предположение, что расширение Метагалактики также началось с явления, напоминающего колоссальный взрыв вещества, обладающего огромной температурой и плотностью.

Расчеты, выполненные астрофизиками, свидетельствуют о том, что после начала расширения вещество Метагалактики имело высокую температуру и состояло из элементарных частиц (нуклонов) и их античастиц

В ходе расширения изменилась не только температура и плотность вещества, но и состав входивших в него частиц, т.е. многие частицы и античастицы аннигилировали, порождая при этом электромагнитные кванты.

Эта теория называется теорией “горячей Вселенной”, когда сверхплотное вещество превратилось в вещество с близкой плотностью к плотности воды. Через несколько часов плотность почти сравнялась с плотностью нашего воздуха, а сейчас, по истечении миллиардов лет, оценка средней плотности вещества в Метагалактике приводит к значению порядка 10 -28 кг/м 3 .

Великий немецкий ученый , философ Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновения такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех её масштабных уровнях – начиная с планетной системы и кончая миром туманности.

Эйнштейн совершил радикальную научную революцию, открыв теорию относительности

В статье от 30.06.1905 г., заложившей основы специальной теории относительности, Эйнштейн, обобщая принципы относительности Галилея, провозгласил равноправие всех инерциальных систем отсчета не только в механических, но также в электромагнитных явлениях.

Специальная или частная теория относительности Эйнштейна явилась результатом обобщения механики Галилея и электродинамики Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света.

Впервые принципиально новые космологические следствия общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физик-теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.). Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте “красного смещения” в их спектрах.

Этим Фридман доказал, что вещество во Вселенной не может находиться в покое. Своими выводами Фридман теоретически способствовал открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной.

Существует несколько теорий эволюции:

Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация. По этой теории наша Вселенная расширяется в течение 18 млрд. лет со времени взрыва

В будущем расширение полностью замедлится и произойдет остановка, а затем она начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющихся галактик. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет.

Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует каких либо точных доказательств хотя бы одной из них.

Наиболее вероятное значение постоянной Хаббла (коэффициента пропорциональности, связывающего скорости удаления внегалактических объекᴛᴏʙ и расстояние до них, составляющее 60 км/(с* Мпк), приводит к значению времени расширения метагалактики до современного состояния - 17 млрд. лет.

Список использованной литературы и источников

Климишин И.А. Открытие Вселенной. –М., 1987.

Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. –М., 1988.

Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. –М., 1990.

Полак И.Ф. Как устроена Вселенная. –М., 1979.

Левитан Е.П. Эволюционирующая Вселенная. –М..1993.

Воронцов-Вельяминов Б.А. Галактики, туманности и взрывы во Вселенной. –М., 1983.

Для подгоᴛᴏʙки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat2000.bizforum.ru/

Страница 1 из 1

Ученые о происхождение чуваш

Проблема происхождения чувашского народа стала объектом изучения историков еще в XVIII веке. Затем к исследованиям дореволюционных авторов (Н. Карамзин, А. Фукс, 3. Гомбоц, В. Сбоев, С. Михайлов, Г. Комиссаров и др.) в XX в. добавились труды выдающегося тюрколога Н. И. Ашмарина, археолога А. П. Смирнова,исследования историков В. Д. Димитриева, В. Ф. Каховского, этнографа П. В. Денисова, языковедов В. Г. Егорова, М. Р. Федотова, Б. А. Серебренникова, Н. И. Егорова, искусствоведа А. А. Трофимова и др. История чувашей рассматривалась во многих работах уфимских (Р. Г. Кузеев, Н. А. Махитов и др.) и казанских (А. X. Халиков, Р. Г. Фа-хрутдинов, Г.В. Юсупов, М. 3. Закиев, Ф. С. Хакимзянов, Д. М. Исхаков и др.) ученых. В изучении этногенетических проблем чувашей значительный вклад внесли венгерские (Д. Мессарош, А. Ро-на-Таш и др.) и болгарские (И. Коев, П. Добрев и др.) исследователи. ...

Политическая эволюция южных штатов в период Реконструкции

Министерство образования Российской Федерации Московский государственный открытый педагогический университет им. М.А. Шолохова Дипломная работа тема: «Политическая стратегия США в Тихоокеанском регионе в годы Второй мировой войны»...

Политическая эволюция стран Востока

Политическая эволюция стран Востока План 1. Становление колониальной системы 2. Французский колониализм 3. Колониальная система и формы освободительной войны 1. Становление колониальной системы Страны Востока на протяжении трех веков Нового времени (XVI-XIX вв.) пережили довольно мучительный переход от доминирующего положения в мировой истории до статуса стороны подчиненной, во всяком случае, уступающей и обороняющейся. В начале этого периода, в XVI-XVII вв., они были заняты, в основном, своими внутренними проблемами и не уделяли Западу достаточного внимания. Япония, Китай, Индия и их ближайшие соседи слишком далеко отстояли от Европы и поэтому не очень были обеспокоены первыми экспедициями Васко да Гамы в 1498-1502 гг. на запад Индии и созданием Аффонсу д"Албукерки в 1509-1515 гг. цепи опорных баз от острова Сокотра к югу от Йемена до Маллаккского полуострова. Даже мусульмане, ближе и лучше других успевшие узнать к тому времени иберийских конкистадоров, были уверены в своем военном и прочем превосходстве над «неверными», особенно шедшие тогда от победы к победе османы....

Немецкий менталитет и происхождение двух мировых войн (Райнер Бендик)

НЕМЕЦКИЙ МЕНТАЛИТЕТ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДВУХ МИРОВЫХ ВОЙН Райнер Бендик Ментальности - это совокупность взглядов и представлений людей, которые находят выражение в их мыслях и поступках. Они воплощаются в определенных моделях восприятия, надежд, суждений и поведения. Ученые, исследующие историю ментальностей, пытаются определить роль человека как существа мыслящего, чувствующего, обладающего определенными потребностями и желаниями в историческом процессе. Наука изучает варианты поведения, поступков и т.п людей в каждый данный конкретный момент...

Введение кантонной системы управления и ее эволюция

Доклад

Выполнила: студент группы: Кулумбаева А.Г

Стерлитамакская государственная педагогическая академия имени Зайнаб Биишевой

Стерлитамак- 2008 Введение кантонного управления.

В 1798 г. в Башкортостане была введена кантонная система управления, просуществовавшая до 1866 г. Царские власти опасались новых восстаний башкир, поэтому они искали пути их предотвращения. Выдвигались различные проекты в этом отношении. Было даже предложение о раздаче башкир как крепостных крестьян дворянам. Предпочтение было отдано проекту, учитывавшему пограничное положение Башкортостана и превращению края в плацдарм для проведения активной политики в Казахстане и Средней Азии. Он предусматривал перевод башкир в военное сословие, установление жесткого режима и использование боевой энергии башкир для охраны юго-восточной границы империи и участия во внешних войнах России....

Общая астрономия. Строение Галактики

Одним из самых примечательных объектов звездного неба является Млечный Путь . Древние греки называли его galaxias , т.е. молочный круг . Уже первые наблюдения в телескоп, проведенные Галилеем, показали, что Млечный Путь – это скопление очень далеких и слабых звезд.

В начале ХХ века стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в гигантских звёздно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсеков до нескольких десятков килопарсек (1 килопарсек = 1000 парсек ~ 3∙10 3 световых лет ~ 3∙10 19 м). Солнце вместе с окружающими его звёздами также входит в состав спиральной галактики, всегда обозначаемой с заглавной буквы: Галактика. Когда мы говорим о Солнце, как об объекте Солнечной системы, мы тоже пишем его с большой буквы.

Расположение Солнца в нашей Галактике довольно неудачное для изучения этой системы как целого: мы находимся вблизи плоскости звёздного диска, и с Земли сложно выявить структуру Галактики. К тому же, в области, где расположено Солнце, довольно много межзвёздного вещества, поглощающего свет и делающего звездный диск почти непрозрачным для видимого света в некоторых направлениях, особенно в направлении ее ядра. Поэтому исследования других галактик играют громадную роль в понимании природы нашей Галактики. Галактика представляет собой сложную звёздную систему, состоящую из множества разнообразных объектов, которые находятся между собой в определенной взаимосвязи. Масса Галактики оценивается в 200 миллиардов (2∙10 11) масс Солнца, но только два миллиарда звезд (2∙10 9) доступно наблюдениям.

Распределение звёзд в Галактике имеет две ярко выраженные особенности: во-первых, очень высокая концентрация звёзд в галактической плоскости, и во-вторых, большая концентрация в центре Галактики. Так, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звёзда приходится на 16 кубических парсеков, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находится 10 000 звезд. В плоскости Галактики помимо повышенной концентрации звёзд наблюдается также повышенная концентрация пыли и газа.

Размеры Галактики: - диаметр диска Галактики около 30 кпк (100 000 световых лет), - толщина - около 1000 световых лет.

Солнце расположено очень далеко от ядра Галактики - на расстоянии 8 кпк (около 26 000 световых лет). Галактика состоит из диска, гало, балджа и короны.

Галактика содержит две основных подсистемы (два компонента), вложенные одна в другую и гравитационно-связанные друг с другом.

Первая называется сферической - гало , ее звезды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж . (английское слово bulge переводится как вздутие ). В балдже (3-7 кпк) сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды; там находится наибольшее количество пульсаров, остатков сверхновых и источников инфракрасного излучения. Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром . В ядре высокая концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной. В центре Галактики предполагается существование массивной черной дыры. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи. Центр Галактики находится в созвездии Стрельца в направлении на α = 17h46,1m, δ = –28°51". Вторая подсистема - это массивный звездный диск . Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. В диске концентрация звезд значительно больше, чем в гало. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики. В звездном диске между спиральными рукавами расположено Солнце.

Звёзды галактического диска были названы населением I типа, звёзды гало - населением II типа. К диску, плоской составляющей Галактики, относятся звёзды ранних спектральных классов О и В, звёзды рассеянных скоплений, тёмные пылевые туманности, облака газа и пыли. Солнце относится к звездному населению I типа.

Гало, наоборот, составляют объекты, возникшие на ранних стадиях эволюции Галактики: звёзды шаровых скоплений, звёзды типа RR Лиры. Звёзды плоской составляющей по сравнению со звёздами сферической составляющей отличаются большим содержанием тяжелых элементов. Возраст населения сферической составляющей превышает 12 миллиардов лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики. По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Масса диска оценивается в 150 миллиардов М Солнца. В диске находятся спиральные ветви (рукава). Молодые звёзды и очаги звёздообразования расположены, в основном, вдоль рукавов. Диск и окружающее его гало погружены в корону .

В настоящее время считают, что размеры короны Галактики в 10 раз больше, чем размеры диска. Дальнейшие исследования показали, что в нашей Галактике имеется перемычка (бар).

Астрономы убедились в существовании спиральных рукавов полвека назад по тому же излучению атомарного водорода на волне 21 сантиметр.

Иллюстрация слева. Солнце расположено между рукавами Киля-Стрельца и Персея. Иллюстрация справа. Строение нашей Галактики в разрезе.

Слева вид нашей Галактики в видимом диапазоне (цифровая панорама их трёх тысяч изображений звёздного неба), если посмотреть на всё небо сразу. Аксел Мелингер. Проект Панорама Млечного пути 2.0. Рисунок справа. Наблюдения радиоизлучения водорода. Наблюдения Энглмайера. Красным наложен узор спиральных рукавов. Отчётливо видно, что у нашей Галактики есть бар (перемычка), от которой отходят два рукава. Во внешней части видны 4 рукава.