Реферат: Наша Галактика

1.Млечный Путь и структура Галактики. Уже к началу нашего века было известно, что те звезды, которые наблюдаются невооружен­ным глазом или в телескоп, обра­зуют в пространстве сплюснутый звездный диск громадного размера. Мы находимся внутри этого диска и поэтому вблизи его плоскости ви­дим очень много далеких звезд. Совокупность этих звезд сливается для нас в светящуюся полосу Млеч­ного Пути. Раньше думали, что Солнце расположено вблизи центра звездной системы — Галактики, по­тому что яркость Млечного Пути примерно одинакова во всех на­правлениях, хотя в нем и сущест­вуют отдельные более яркие участ­ки. Сейчас мы знаем, что свет самой яркой центральной области Галактики сильно ослабля­ется из-за поглощения межзвездной пылью. Лишь наблюдения в инфра­красных лучах, которые испытывают меньшее поглощение, позволили «увидеть» наиболее плотную цент­ральную область нашей Галактики. Она расположена в созвездии Стрельца.

Эта центральная, наиболее ком­пактная область Галактики назы­вается ее звездным ядром. Солнце расположено очень далеко от ядра Галактики — на расстоянии 25— 30 тыс. световых лет (8—10 кпк) — вблизи плоскости симметрии звезд­ного диска, толщина которого состав­ляет несколько тысяч световых лет. Ядро находится в центре звездного, диска Галактики.

Часть звезд нашей Галактики не входит в состав диска, а образует сферическую составляющую (рис.1). Эти звезды концентрируются не к плоскости диска, к ядру Галактики. Диск и сферическая составляющая — основные элементы структуры нашей Га­лактики.

Полное число звезд в Галактике можно оценить только ориентиро­вочно. Оно составляет несколько сотен миллиардов. Лишь незначи­тельная доля всех этих звезд доступ­на наблюдениям даже при помощи крупнейших телескопов.

Галактика — это огромный звезд­ный остров, диаметр которого пре­вышает 100000 св. лет, объединя­ющий многие миллиарды самых раз­личных звезд. Помимо звезд, в Га­лактике содержится много тел не­большой массы (например, планет) и очень неоднородная по плотности межзвездная среда (разреженный газ, пыль, космические лучи). Не­смотря на большую массу. Галак­тика—очень разреженная система: расстояния между соседними звез­дами, как правило, измеряются световыми годами.

2.Звездные скопления. Хоро­шо известно, что звезды неравно­мерно распределены по небу. На­пример, вблизи Млечного Пути сла­бые звезды встречаются заметно чаще, чем вдали от него. Это не кажущийся эффект. Звезды дейст­вительно неравномерно заполняют пространство. Наиболее наглядно это проявляется в существовании групп из большого числа звезд, называе­мых звездными скоплениями.

Примером звездных скоплений, хорошо видимых невооруженным глазом, являются скопления Плеяды и Гиады (оба в созвездии Тельца). В Плеядах нормальный глаз видит 5—7 слабых звездочек, располагающихся в виде малень­кого ковшика (по этому скоплению удобно проверять остроту зрения). В телескоп в Плеядах заметны сот­ни звезд (рис. 2). Гиады — скоп­ление не столь компактное, как Плеяды, но оно содержит более яркие звезды. Рядом с Гиадами — красноватый Альдебаран — яр­чайшая звезда в созвездии Тельца.

Невооруженным глазом на небе заметно всего несколько скоплений. Но в телескоп их можно видеть сотни. Наблюдения показали, что звездный состав скоплений различен. Измеряя температуру и светимость звезд скоплений и сверяя их положение на диаграмме Герцшпрунга - Рессела с теорией звездной эволюции, удается оценить возраст скоплений. Оказалось, что некоторые скопления состоят из сравнительно молодых, некоторые — из старых звезд. Звезды внутри скопл ения имеют близкий возраст и, следовательно, связаны общим происхождением.

Наблюдается два типа скоплений — рассеянные и шаровые. Рассеянные скопления содержат десятки, сотни, а наиболее крупные — тысячи звезд и выглядят в телескоп сверкающей россыпью. Плеяды и Гиады относятся к этому типу. Среди рассеянных скоплений встречаются как сравнительно ста­рые, с возрастом в несколько мил­лиардов лет, так и очень молодые, в которых еще сохранились много голубых горячих звезд высокой све­тимости. Эти звезды значительно массивнее Солнца, и поэтому (как мы уже знаем) продолжительность жизни у них более короткая, чем у звезд других типов. Существование в рассеянных скоплениях таких звезд говорит о том, что образование скоплений продолжается и в наше время. Сравнительно молодым скоплением являются Плеяды: его возраст около 10⁸ лет.

Рассеянные скопления можно найти не в любой части неба. Почти все они наблюдаются вблизи Млеч­ного Пути. Именно там, вблизи плоскости диска Галактики, наи­более активно происходит образо­вание звезд.

Шаровые скопления по размеру, как правило, больше рас­сеянных и содержат сотни тысяч звезд. Все они очень далеки от нас. Лишь одно-два можно заметить невооруженным глазом или в бинокль, но даже они из-за громадного расстояния видны как крошечные светящиеся пятнышки. На фотографиях шаровые скопления обычно выглядят как целый рой огромного числа звезд (рис. 3). Кажется, что в центре скопления звезды сливаются в сплошную светлую массу. Но на самом деле даже там между звездами достаточно много свободного пространства, что­бы они двигались, не сталкиваясь друг с другом. В отличие от рассеянных скоплений, в шаровых мы не наблюдаем молодых звезд. Это очень старые звездные системы. Их возраст трудно точно оценить. Основываясь на теории звездной эволюции, ученые получают оценки возраста наиболее старых скоплений в 13—18 млрд. лет.

Всего в нашей Галактике известно около 150 шаровых скоплений. В отличие от рассеянных звездных скоплений, шаровые скопления слабо концентрируются к полосе Млечного Пути. Зато практически все они наблюдаются в одной половине неба, в центре которой находится созвездие Стрельца. Такая особенность распределения отражает структуру нашей звездной системы — Галактики: в созвездии Стрельца находится ее центр. Шаровые скопления, в отличие от рассеянных, относятся к сферической составляющей Галактики.

II. ДВИЖЕНИЕ ЗВЕЗД

1.Тангенциальные и лучевые скорости звезд. Звезды в Галактике непрерывно движутся. Если бы они хоть на мгновение остановились, то из-за взаимного притяжения начали бы падать к центру Галактики. Скорости, с которыми движутся звезды, составляют десятки и сотни километров в секунду, но из-за больших расстояний до звезд обнаружить их относительное движение по небу очень сложно.

О движении небесного тела в космическом пространстве можно узнать двумя способами.

Первый способ — наблюдение за перемещением источника на фоне очень далеких звезд. Он дает оценку не полной скорости объекта, а проекции вектора скорости на плоскость, перпендикулярную лучу зрения (рис.4). Эту составляющую называют тангенциальной скоростью V _t . Ее можно измерить лишь для сравнительно близких звезд по медленному изменению их положения на небе.

Первый каталог, в котором были приведены относительные положения ярких звезд, был составлен еще во II в. до н.э. древнегреческим ученым Гиппархом. Этим каталогом пользовался Клавдий Птолемей — автор геоцентрической системы мира. В начале XVIII в. английский астроном Эдмонд Галлей сравнил наблюдавшиеся в его время положения звезд с теми, которые были приведены у Птолемея. Для нескольких ярких звезд он обнаружил заметное перемещение относительно остальных. Так впервые было доказано, что звезды движутся.

Чтобы измерить тангенциальную скорость какой-нибудь звезды, при помощи специальных измерительных приборов сравнивают фотографии одного и того же участка неба, сделанные на одном и том же телескопе с промежутком времени в несколько лет или десятилетий. За этот промежуток времени близ­кие звезды слегка смещаются на фоне слабых, более далеких, прак­тически неподвижных для наблюда­теля звезд. Такое смещение очень мало и лишь у немногих звезд превышает одну угловую секунду в год.

Зная расстояние до звезды, легко по угловому смещению найти ее тангенциальную скорость V_t .. Пусть, например, звезда, расстояние D до которой 30 св. лет, или около 3_* 10­­­­¹⁷ м, перемещается на угол a=0,2" в год. Следовательно, ее смещение за год равно отрезку длиной D _* sin a =3_* 10¹¹ м. Значит, тангенциальная скорость состав­ляет 3_* 10¹¹ м в год, или около 10 км/с.

Второй способ оценки скорости звезд основан на измерении смещения линий в их спектрах, определяемого эффектом Доплера. Этот способ позволяет найти проекцию вектора скорости звезды на луч зрения, или лучевую ско­рость звезды V_r (рис. 4).

Полная скорость звезды вычисляется через тангенциальную V_t и лучевую V_r по теореме Пифагора: . Измерения показали, что большинство звезд, сравнительно близких к Солнцу, движется относительно него со скоростями, не превышающими 30 км/с.

Из-за движения звезд вид звезд­ного неба со временем должен ме­няться. Одни звезды приближаются к нам и в будущем станут более яркими, другие навсегда удаляются от Солнечной системы. Изменяется и их положение на небе. Но этот процесс происходит настолько мед­ленно, что нужны многие сотни лет, чтобы перемещение даже бли­жайших звезд стало заметным на глаз.

2.Вращение Галактики. Когда были измерены скорости движения большого числа звезд — как близ­ких, так и далеких от Солнца,— выяснилась общая картина их дви­жения. Оказалось, что звезды га­лактического диска обращаются во­круг ядра Галактики в одну и ту же сторону по орбитам, близким к круговым. Скорость их движения вокруг ядра в окрестности Солнца составляет почти 250 км/с. Вместе с ними движется и Солнце. Раз­делив длину окружности радиусом, равным расстоянию до центра Галак­тики, на скорость, легко найти, что полный период обращения Солнца в Галактике составляет примерно 200 млн. лет.

???? ???????? ????????? ? ?????? ???????? ??????, ????? ?????????? ????? ?????????? ????? ??????????, ????????? ??????? ??? ????????? ???????? :

Подставляя известные нам числовые значения V=2.5_* 10⁵ м/с,R=3_* 10²⁰ м и G=6,7_* 10¹¹ Н_* м² /кг­² , получаем, что M=2,8_* 10⁴¹ кг, или около 140 млрд. масс Солнца. Такую массу имеет все вещество Галакти­ки, находящееся ближе к ее центру, чем Солнце.

Звезды и скопления звезд сферической составляющей движутся по-иному, не так, как звезды диска. Их орбиты сильно вытянуты и наклонены к плоскости диска под все возможными углами (рис. 5) Такие звезды имеют относительно Солнца очень большие скорости (до 200—300 км/с). Но относительно центра Галактики средние скорости звезд как сферической составляющей, так и диска приблизительно одинаковы.

Как мы видим, движение звезд в Галактике напоминает движение тел Солнечной системы. Действитель­но, планеты, как и звезды диска, движутся вокруг центра в одну сторону и примерно в одной плос­кости, а кометы, как и звезды сферической составляющей, движут­ся по вытянутым орбитам в самых различных плоскостях.

III. МЕЖЗВЕЗДНАЯ СРЕДА

1.Межзвездный газ . В состав нашей Галактики входят не только звезды. Наблюдения показали, что межзвездное пространство нельзя считать абсолютно пустым. Основная масса межзвездной среды приходит­ся на разреженный газ. Этот газ обладает способностью слабо светиться, если горячие звезды осве­щают его ультрафиолетовым светом, и излучать потоки радиоволн, которые можно уловить радиотелеско­пами. Межзвездный газ имеет при­мерно такой же химический состав, как и большинство наблюдаемых звезд. Он преимущественно состоит из легких газов (водорода и гелия).

Большая часть межзвездного газа сосредоточена в пределах диска Галактики, где межзвездная среда образует вблизи плоскости симмет­рии диска газопылевой слой тол­щиной в несколько сотен световых лет. В пределах этого слоя находится и наше Солнце с окружающими его звездами. Газопылевой слой вместе со звездами диска принимает участие во вращении Галактики.

Даже вблизи плоскости звездного диска концентрация частиц газа очень мала. У поверхности Земли, например, в 1 см³ содержится 3_* 10¹⁹ молекул воздуха, а в меж­звездном газе на два кубических сантиметра приходится в среднем только один атом газа. Но меж­звездный газ занимает такие боль­шие объемы пространства, что его полная масса в Галактике достигает нескольких процентов от суммарной массы всех звезд.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--