Structura galaxiei. Tipuri de galaxii. Structura galaxiilor Studiați structura galaxiei noastre
Structura galaxiei. Tipuri de galaxii.
Stelele care înconjoară Soarele și Soarele însuși formează o mică parte dintr-un grup gigant de stele și nebuloase, care se numește Galaxie. Galaxia are o structură destul de complexă. O parte semnificativă a stelelor din Galaxie este situată într-un disc gigant cu un diametru de aproximativ 100 de mii și o grosime de aproximativ 1500 de ani lumină. Acest disc conține mai mult de o sută de miliarde de stele de diferite tipuri. Soarele nostru este una dintre aceste stele, situată la periferia Galaxiei în apropierea planului său ecuatorial.
Stelele și nebuloasele din galaxie se mișcă într-un mod destul de complex: ele participă la rotația galaxiei în jurul unei axe perpendiculare pe planul său ecuatorial. Diferite părți ale galaxiei au perioade de rotație diferite.
Stelele sunt situate la distanțe mari unele de altele și sunt practic izolate unele de altele. Practic nu se ciocnesc, deși mișcarea fiecăreia dintre ele este determinată de câmpul gravitațional creat de toate stelele Galaxiei.
Astronomii au petrecut ultimele decenii studiind alte sisteme stelare similare cu ale noastre. Aceasta este o cercetare foarte importantă în astronomie. În acest timp, astronomia extragalactică a făcut progrese uimitoare.
Numărul de stele din galaxie este de aproximativ un trilion. Cei mai numeroși dintre ei sunt pitici cu mase de aproximativ 10 ori mai mici decât masa Soarelui. Galaxia include stele duble și multiple, precum și grupuri de stele legate de forțele gravitaționale și care se mișcă în spațiu ca un singur întreg - clustere de stele. Există grupuri de stele deschise, cum ar fi Pleiadele din constelația Taurului. Astfel de grupuri nu au o formă regulată; În prezent, se cunosc mai mult de o mie.
Se observă grupuri de stele globulare. Dacă clusterele deschise conțin sute sau mii de stele, atunci clusterele globulare conțin sute de mii. Forțele gravitaționale țin stele în astfel de grupuri de miliarde de ani.
În diferite constelații se găsesc pete nebuloase, care constau în principal din gaz și praf - acestea sunt nebuloase. Ele pot avea o formă neregulată, neregulată - difuză și o formă regulată, asemănătoare în aparență cu planetele - planetare.
Există, de asemenea, nebuloase difuze luminoase, cum ar fi Nebuloasa Crab, numită pentru rețeaua sa neobișnuită de filamente de gaz ajurate. Aceasta este o sursă nu numai de radiații optice, ci și de radiații radio, raze X și raze gamma. În centrul Nebuloasei Crabului există o sursă de radiații electromagnetice pulsate - pulsar, în care, împreună cu pulsațiile de emisie radio, au fost descoperite pentru prima dată pulsații optice de luminozitate și pulsații de emisie de raze X. Un pulsar, care are un câmp magnetic alternant puternic, accelerează electronii și face ca nebuloasa să strălucească în diferite părți ale spectrului undelor electromagnetice.
Spațiul din galaxie este plin peste tot cu gaz interstelar rarefiat și praf interstelar. Există, de asemenea, diverse câmpuri în spațiul interstelar - gravitațional și magnetic. Razele cosmice, care sunt fluxuri de particule încărcate electric care, atunci când se deplasează în câmpuri magnetice, accelerează la viteze apropiate de viteza luminii și dobândesc energie enormă, pătrund în spațiul interstelar.
Galaxia poate fi considerată ca un disc cu un nucleu în centru și brațe uriașe în spirală care conțin în principal cele mai fierbinți și mai strălucitoare stele și nori masivi de gaz. Discul cu ramuri spiralate formează baza subsistemului plat al Galaxiei. Iar obiectele care se concentrează spre miezul galactic și pătrund doar parțial în disc aparțin subsistemului sferic. Galaxia însăși se rotește în jurul regiunii sale centrale. Doar o mică parte de stele sunt concentrate în centrul galaxiei. Soarele este situat la o asemenea distanță de centrul Galaxiei unde viteza liniară a stelelor este maximă. Soarele și stelele cele mai apropiate de el se mișcă în jurul centrului galaxiei cu o viteză de 250 km/s, completând o revoluție completă în aproximativ 290 de milioane de ani.
Pe baza aspectului lor, galaxiile sunt împărțite în mod convențional în trei tipuri: eliptice, spiralate și neregulate.
Forma spațială galaxii eliptice– elipsoizi cu diferite grade de compresie. Printre ei se numără și uriași și pitici. Aproape un sfert din toate galaxiile studiate sunt eliptice. Acestea sunt cele mai simple galaxii în structură - distribuția stelelor în ele scade uniform din centru, aproape că nu există praf și gaz. Ele conțin cele mai strălucitoare stele - giganți roșii.
Galaxii spirale- cele mai numeroase specii. Aceasta include galaxia noastră și Nebuloasa Andromeda, care se află la aproximativ 2,5 milioane de ani lumină distanță de noi.
Galaxii neregulate nu au nuclei centrali; nu au fost încă descoperite modele în structura lor. Aceștia sunt norii Magellanic Mari și Mici, care sunt sateliți ai galaxiei noastre. Ele sunt situate de noi la o distanță de o dată și jumătate diametrul Galaxiei. Norii Magellanic sunt semnificativ mai mici decât galaxia noastră ca masă și dimensiune.
Există, de asemenea galaxii care interacționează. Ele sunt de obicei situate la distanțe scurte unul de celălalt, conectați prin „punți” de materie luminoasă și uneori par să se pătrundă unul în celălalt.
Unele galaxii au emisii radio excepțional de puternice, depășind radiațiile vizibile. Acest galaxii radio.
În 1963, a început descoperirea surselor de emisie radio asemănătoare stelelor - quasari. Acum sunt peste o mie de ele deschise.
Lista literaturii folosite:
Karpenkov S.Kh. Concepte de științe naturale moderne: manual pentru universități. – M.: Cultură și sport, UNITATE, 1997.
2. Galaxii
Galaxiile au devenit subiectul cercetărilor cosmogonice încă din anii 20 ai secolului nostru, când natura lor reală a fost stabilită în mod fiabil și s-a dovedit că nu erau nebuloase, adică. nu nori de gaz și praf aflați în apropierea noastră, ci lumi uriașe de stele aflate la distanțe foarte mari de noi. Toată cosmologia modernă se bazează pe o idee fundamentală - ideea instabilității gravitaționale, care datează din Newton. Materia nu poate rămâne uniform dispersată în spațiu, deoarece atracția reciprocă a tuturor particulelor de materie tinde să creeze în ea concentrații de anumite scări și mase. În Universul timpuriu, instabilitatea gravitațională a intensificat inițial neregularități foarte slabe în distribuția și mișcarea materiei și la o anumită epocă a dus la apariția unor neomogenități puternice: „clătite” - protoclustere. Granițele acestor straturi de compactare erau unde de șoc, pe fronturile cărora mișcarea inițial nerotațională, irotațională a materiei a dobândit vorticitate. S-a produs și dezintegrarea straturilor în condensări separate, aparent din cauza instabilității gravitaționale, iar acest lucru a dat naștere protogalaxiilor. Multe dintre ele s-au dovedit a fi în rotație rapidă din cauza stării de vârtej a substanței din care s-au format. Fragmentarea norilor protogalactici ca urmare a instabilității lor gravitaționale a dus la apariția primelor stele, iar norii s-au transformat în sisteme stelare - galaxii. Cei dintre ei care aveau rotație rapidă au dobândit o structură cu două componente din această cauză - în ele s-a format un halou mai mult sau mai puțin sferic și un disc, în care au apărut brațe spiralate, unde s-au născut stelele Protogalaxie, a căror rotație a fost mai lentă, încă continuă sau complet absentă, transformată în galaxii eliptice sau neregulate. În paralel cu acest proces, a avut loc formarea unei structuri pe scară largă a Universului - au apărut superclustere de galaxii, care, conectându-se cu marginile lor, au format un fel de celule sau faguri; au fost recunoscute în ultimii ani.
In 20-30 de ani. În secolul al XX-lea, Hubble a dezvoltat baza clasificării structurale a galaxiilor - sisteme de stele gigantice, conform cărora se disting trei clase de galaxii:
I. Galaxii spirale – caracterizate prin două ramuri relativ strălucitoare dispuse în spirală. Ramurile ies fie din nucleul luminos (astfel de galaxii sunt desemnate S), fie de la capetele unui pod luminos care traversează nucleul (denumit SB).
II. Galaxii eliptice (notate E) - având forma de elipsoide.
Nebuloasa inelar reprezentativă din constelația Lyra este situată la 2.100 de ani lumină distanță și este formată din gaz strălucitor care înconjoară steaua centrală. Acest înveliș s-a format atunci când o stea în vârstă și-a aruncat capacele de gaze și s-au repezit în spațiu. Steaua s-a micșorat și a devenit o pitică albă, comparabilă ca masă cu soarele nostru și ca dimensiune cu Pământul.
III. Galaxii neregulate (neregulate) (denumite I) - au forme neregulate.
În funcție de gradul de zdrențuire al ramurilor, galaxiile spirale sunt împărțite în subtipuri a, b, c. În prima dintre ele ramurile sunt amorfe, în a doua sunt oarecum zdrențuite, în a treia sunt foarte zdrențuite, iar miezul este întotdeauna slab și mic.
Densitatea de distribuție a stelelor în spațiu crește pe măsură ce galaxiile spirale se apropie de planul ecuatorial. Acest plan este planul de simetrie al sistemului, iar majoritatea stelelor, atunci când se rotesc în jurul centrului galaxiei, rămân aproape de acesta; perioadele de circulație sunt 107 - 109 ani. În acest caz, părțile interne se rotesc ca un corp rigid, iar la periferie vitezele unghiulare și liniare de rotație scad odată cu distanța de la centru. Cu toate acestea, în unele cazuri, nucleolul și mai mic („nucleul”) situat în interiorul nucleului se rotește cel mai repede. Galaxiile neregulate, care sunt și sisteme stelare plate, se rotesc în mod similar.
Galaxiile eliptice sunt formate din stele din al doilea tip de populație. Rotația a fost detectată doar în cele mai comprimate dintre ele. De regulă, nu există praf cosmic în ele, motiv pentru care se deosebesc de galaxiile neregulate și mai ales spirale, în care materia de praf care absoarbe lumina este prezentă în cantități mari.
Galaxiile spirale conțin mai mult material de praf care absoarbe lumina. Acesta variază de la câteva miimi până la o sutime din masa lor totală. Datorită concentrației de materie praf spre planul ecuatorial, acesta formează o dungă întunecată în galaxiile care sunt întoarse cu muchia spre noi și au aspectul unui fus.
Observațiile ulterioare au arătat că clasificarea descrisă nu este suficientă pentru a sistematiza întreaga varietate de forme și proprietăți ale galaxiilor. Astfel, s-au descoperit galaxii care ocupă, într-un fel, o poziție intermediară între galaxiile spirale și cele eliptice (notate So). Aceste galaxii au un aglomerat central imens și un disc plat înconjurător, dar fără brațe spiralate. În anii 60 ai secolului XX, au fost descoperite numeroase galaxii în formă de deget și în formă de disc, cu toate gradările abundenței de stele fierbinți și de praf. În anii 30 ai secolului XX, galaxiile pitice eliptice au fost descoperite în constelațiile Furnace și Sculptor cu o luminozitate extrem de scăzută la suprafață, atât de scăzută încât acestea, una dintre cele mai apropiate galaxii de noi, chiar și în partea centrală sunt greu vizibile pe cer. . Pe de altă parte, la începutul anilor 60 ai secolului al XX-lea, au fost descoperite multe galaxii compacte îndepărtate, dintre care cele mai îndepărtate în aparență nu se pot distinge de stele chiar și în cele mai puternice telescoape. Ele diferă de stele în spectrul lor, în care liniile de emisie luminoase sunt vizibile cu deplasări enorme către roșu, corespunzând unor distanțe atât de mari încât nici cele mai strălucitoare stele nu pot fi văzute. Spre deosebire de galaxiile îndepărtate obișnuite, care apar roșiatice datorită unei combinații dintre adevărata distribuție a energiei spectrale și deplasarea spre roșu, cele mai compacte galaxii (numite și galaxii quasostelare) sunt de culoare albăstruie. De regulă, aceste obiecte sunt de sute de ori mai strălucitoare decât galaxiile supergigant obișnuite, dar există și altele mai slabe.În multe galaxii au fost detectate emisii radio de natură non-termică, ceea ce apare, conform teoriei astronomului rus. I.S. Shklovsky, când electronii și cei mai grei sunt decelerati într-un câmp magnetic, particulele încărcate care se deplasează cu viteze apropiate de viteza luminii (așa-numita radiație sinchotron). Particulele ating astfel de viteze ca urmare a exploziilor grandioase din interiorul galaxiilor.
Galaxiile compacte, îndepărtate, care emit emisii radio non-termice puternice sunt numite N-galaxii.
Sursele în formă de stea cu o astfel de emisie radio sunt numite quasari (surse radio cvasostelare), iar galaxiile cu emisie radio puternică și cu dimensiuni unghiulare vizibile sunt numite galaxii radio. Toate aceste obiecte sunt extrem de departe de noi, ceea ce le face dificil de studiat. Galaxiile radio, care au emisii radio non-termice deosebit de puternice, au o formă predominant eliptică; se găsesc și cele spiralate.
Radiogalaxiile sunt galaxii ale căror nuclee sunt în proces de dezintegrare. Părțile dense ejectate continuă să se fragmenteze, formând posibil noi galaxii - surori, sau sateliți ai galaxiilor cu masă mai mică. În același timp, viteza de dispersie a fragmentelor poate atinge valori enorme. Cercetările au arătat că multe grupuri și chiar grupuri de galaxii se dezintegrează: membrii lor se îndepărtează la nesfârșit unul de celălalt, ca și cum toți ar fi fost generați de o explozie.
Galaxiile supergigant au luminozități de 10 ori mai mari decât luminozitatea Soarelui, quasarii sunt în medie de 100 de ori mai strălucitori; Cele mai slabe dintre galaxiile cunoscute - piticele - sunt comparabile cu grupurile de stele globulare obișnuite din galaxia noastră. Luminozitatea lor este de aproximativ 10 ori mai mare decât luminozitatea soarelui.
Dimensiunile galaxiilor sunt foarte diverse și variază de la zeci de parsec-uri la zeci de mii de parsec-uri.
Spațiul dintre galaxii, în special în cadrul clusterelor de galaxii, pare să conțină uneori praf cosmic. Radiotelescoapele nu detectează o cantitate notabilă de hidrogen neutru în ele, dar razele cosmice pătrund prin ele în același mod ca în radiația electromagnetică.
Galaxia este formată din multe stele de diferite tipuri, precum și grupuri și asociații de stele, nebuloase de gaz și praf și atomi și particule individuale împrăștiate în spațiul interstelar. Cele mai multe dintre ele ocupă un volum în formă de lentilă cu un diametru de aproximativ 30 și o grosime de aproximativ 4 kiloparsecs (aproximativ 100 mii, respectiv 12 mii de ani lumină). Partea mai mică umple un volum aproape sferic cu o rază de aproximativ 15 kiloparsecs. (aproximativ 50 de mii de ani lumină).
Toate componentele galaxiei sunt conectate într-un singur sistem dinamic care se rotește în jurul unei axe minore de simetrie. Pentru un observator pământesc situat în interiorul galaxiei, aceasta apare sub forma Căii Lactee (de unde și numele ei - „Galaxie”) și întreaga multitudine de stele individuale vizibile pe cer.
Stelele și materia interstelară gaz-praf umple volumul galaxiei în mod neuniform: ele sunt cel mai concentrate în apropierea planului perpendicular pe axa de rotație a galaxiei și a planului component al simetriei acesteia (așa-numitul plan galactic). În apropierea liniei de intersecție a acestui plan cu sfera cerească (ecuatorul galactic), este vizibilă Calea Lactee, a cărei linie de mijloc este aproape un cerc mare, deoarece sistemul solar este situat nu departe de acest plan. Calea Lactee este o colecție de un număr imens de stele care se contopesc într-o dungă largă albicioasă; Cu toate acestea, stelele proiectate pe cerul din apropiere sunt îndepărtate unele de altele în spațiu la distanțe enorme, excluzând ciocnirile lor, în ciuda faptului că se deplasează cu viteze mari (zeci și sute de km/sec) în direcția polilor galaxie (polul său nord este situat în constelația Coma Berenices). Numărul total de stele din galaxie este estimat la 100 de miliarde.
Materia interstelară este, de asemenea, împrăștiată în spațiu în mod neuniform, concentrându-se mai ales în apropierea planului galactic sub formă de globule, nori individuali și nebuloase (de la 5 la 20 - 30 parsecs în diametru), complexe ale acestora sau formațiuni difuze amorfe. Nebuloase întunecate deosebit de puternice, relativ aproape de noi, apar cu ochiul liber ca luminițe întunecate de forme neregulate pe fundalul fâșiei Căii Lactee; Lipsa lor de stele este rezultatul absorbției luminii de acești nori de praf neluminoși. Mulți nori interstelari sunt iluminați de stele de înaltă luminozitate din apropierea lor și apar ca nebuloase strălucitoare, deoarece strălucesc fie prin lumina reflectată (dacă sunt formați din boabe de praf cosmic), fie ca rezultat al excitării atomilor și al emisiei ulterioare de energie. (dacă nebuloasele sunt gazoase).
Zilele noastre sunt numite pe bună dreptate epoca de aur a astrofizicii - descoperiri remarcabile și cel mai adesea neașteptate din lumea stelelor se succed acum una după alta. Sistemul solar a devenit recent subiectul cercetărilor directe experimentale, și nu doar observaționale. Zborurile stațiilor spațiale interplanetare, laboratoarele orbitale și expedițiile pe Lună au adus o mulțime de noi cunoștințe specifice despre Pământ, spațiul apropiat Pământului, planete și Soare. Trăim într-o eră a descoperirilor științifice uimitoare și a realizărilor mari. Cele mai incredibile fantezii se împlinesc în mod neașteptat. De multă vreme, oamenii au visat să dezvăluie secretele Galaxiilor împrăștiate în întinderile nemărginite ale Universului. Nu putem decât să fii uimit de cât de repede știința prezintă diverse ipoteze și le respinge imediat. Totuși, astronomia nu stă pe loc: apar noi metode de observare și se modernizează unele vechi. Odată cu inventarea radiotelescoapelor, de exemplu, astronomii pot „privi” la distanțe care sunt încă în anii 40. anii secolului al XX-lea păreau inaccesibili. Cu toate acestea, trebuie să ne imaginăm în mod clar magnitudinea enormă a acestei căi și dificultățile colosale care încă mai rămân înainte pe calea către stele.
Iar Universul……………………………………………………………………8 Capitolul 3. Formarea Universului... cap. Hubble a propus să împărtășească totul galaxii de 3 tip: Eliptică – desemnat E (...
Metodologia de desfășurare a 1 lecție
„Galaxia noastră”
Scop: dezvoltarea unui concept despre Galaxia noastră.
Obiective de invatare:
Educație generală - formarea conceptelor astronomice:
1) despre galaxii ca unul dintre principalele tipuri de sisteme cosmice folosind exemplul luării în considerare a naturii fizice și a principalelor caracteristici ale galaxiei noastre:
- principalele caracteristici fizice ale Galaxiei noastre (masa, dimensiunea, forma, luminozitatea, vârsta, obiectele cosmice care o formează și numărul acestora);
- structura Galaxiei și principalele tipuri de populație galactică.
2) despre mediul interstelar, componentele sale de gaz și praf și razele cosmice.
3) despre relația dintre evoluția mediului cosmic din Galaxie și evoluția stelelor.
Educational:
1) Formarea viziunii științifice despre lume a studenților:
- în cursul cunoașterii istoriei studiului și naturii Galaxiei și principalele sale caracteristici fizice, structura și compoziția;
- bazat pe dezvăluirea principiilor filozofice despre unitatea materială și cunoașterea lumii atunci când se prezintă material astronomic despre natura Galaxiei;
2) Învățământ politehnic și pregătire profesională în repetarea și aprofundarea cunoștințelor despre metodele și instrumentele folosite pentru studiul Galaxiei (analiza spectrală, radioastronomie (radiotelescoape), astronomie IR etc.).
De dezvoltare: dezvoltarea abilităților de analiză a informațiilor, explicarea proprietăților sistemelor spațiale pe baza celor mai importante teorii fizice, utilizarea unui plan generalizat pentru studierea obiectelor spațiale și tragerea de concluzii.
Elevii trebuie stiu: principalele caracteristici ale conceptului de „galaxie” ca tip separat de sisteme spațiale și principalele caracteristici fizice, structura și compoziția galaxiei noastre.
Elevii trebuie a fi capabil să: analizează și sistematizează materialul educațional, folosește un plan generalizat pentru studierea obiectelor spațiale, trage concluzii.
Ajutoare vizuale și demonstrații:
- fotografii, sistemȘi desene galaxii spirale asemănătoare galaxiei noastre; Calea Lactee, clustere deschise și globulare; structurile galaxiei noastre;
- transparente din seria de filme de diapozitive „Astronomie ilustrată: „Stele și galaxii”, „Galaxii, evoluția universului”;
- benzi de filmȘi fragmente de benzi de film: „Dezvoltarea ideilor despre Univers”; „Galaxii”; „Structura Universului”;
- fragmente film"Univers";
- Mese: „Radioastronomie”; „Clustere de stele, nebuloase, galaxie”; "Calea lactee"; „Galaxii”;
- ajutoare vizuale și OTS: hărți de perete și stele în mișcare.
Planul lecției
|
Pașii lecției |
Metode de prezentare |
Timp, min |
|
|
Repetarea și actualizarea cunoștințelor astronomice |
Sondaj frontal, conversație |
||
|
Prezentarea noului material: |
Prelegere, conversație, povestea profesorului |
20-25 |
|
|
Consolidarea materialului studiat. Rezolvarea problemelor |
Lucrul la tablă, rezolvarea problemelor într-un caiet |
10-12 |
|
|
Rezumând lecția. Teme pentru acasă |
|||
Teme pentru acasă: pe baza manualelor:
-B.A. Vorontsov-Velyaminova: studiu §§ 27, 28; întrebări pentru paragrafe.
-E.P. Levitan: studiu § 28; întrebări pentru paragraf.
- A.V. Zasova, E.V. Kononovici: studiu §§ 28-30; întrebări pentru paragrafe; ex. 28,4, 29,4 (4)
Metodologia lecției:
Profesorul anunță elevilor scopul și obiectivele acestei lecții: studiul Galaxiei noastre. Cunoștințele „preștiințifice” despre natura galaxiei noastre și ale altor galaxii sunt actualizate și se repetă materiale despre sistemele cosmice (stelare). Elevilor li se pun întrebări:
1. Ce este un sistem spațial? Ce sisteme spațiale cunoașteți? Ce caracteristici și proprietăți au?
2. După ce criterii sunt clasificate sistemele spațiale cunoscute de dvs.?
3. Ce este o galaxie? Cuvintele „Galaxie” și „Calea Lactee” sunt sinonime?
4. Ce știi despre Galaxy noastră? Care sunt dimensiunile sale? Formă? Ce obiecte spațiale sunt incluse în el?
5. Există și alte galaxii în Univers? Ce stii despre ei?
Atunci când raportăm informații despre principalele caracteristici fizice ale Galaxiei, este necesar să atragem atenția elevilor asupra dificultăților studiului acesteia, datorită faptului că observăm Galaxia „din interior”. Manualul recomandă utilizarea unei analogii punând elevilor întrebarea: care este mai ușor și mai precis să întocmești un plan al orașului tău: din observații de la fereastra propriei case sau din fotografii aeriene? Este necesar să le explicăm studenților cum sunt observate principalele detalii ale structurii Galaxiei (disc galactic, miez) pe cerul înstelat al Pământului. Structura Galaxiei poate fi demonstrată folosind un tabel adecvat (acest lucru economisește timp de predare), dar pentru o mai bună asimilare a materialului de către elevi, este mai bine să-l reproducă pas cu pas cu explicații adecvate pe tablă (și elevii îl redesenează în caietele lor). Este recomandabil să raportați caracteristicile cantitative ale Galaxiei atât sub formă numerică, cât și în comparație cu dimensiunile obiectelor cunoscute de ei.
Elevii ar trebui să înțeleagă că Galaxia este legat gravitațional Sistemul cosmic: forțele gravitaționale joacă un rol decisiv în existența sa și, alături de forțele de inerție și forțele de natură electromagnetică, determină structura și proprietățile de bază ale Galaxiei.
Galaxia noastră
Al nostru Galaxie- un sistem spiralat cu o masă de la 2× 10 11 M¤ la 8,5-11,5× 10 11 M¤ (2,3× 10 42 kg), o rază de aproximativ 1,5-2× 10 4 pc și o luminozitate de 2-4 × 10 10 L¤ . Galaxia este formată din 150-200 de miliarde de stele și multe alte obiecte spațiale: peste 6.000 de nori moleculari galactici care conțin până la 50% gaz interstelar, nebuloase, corpuri planetare și sistemele lor, stele neutronice, pitice albe și maro, găuri negre, praf cosmic. și gaz. Discul galaxiei este pătruns de un câmp magnetic la scară mare care captează particulele de raze cosmice și le forțează să se miște de-a lungul liniilor magnetice de-a lungul traiectoriilor elicoidale. 85-95% din masa Galaxiei este concentrată în stele, 5-15% în gazul difuz interstelar. Fracția de masă a elementelor grele din compoziția chimică a Galaxiei este de 2%. Vârsta galaxiei este de 14,4 ± 1,3 miliarde de ani. Majoritatea stelelor din galaxie s-au format acum peste 9 miliarde de ani.
Partea principală a stelelor care formează Galaxia este observată de pe Pământ ca o fâșie albicioasă, ușor luminoasă, de contur neregulat, care înconjoară întregul cer - Calea lactee, în care se contopește strălucirea a miliarde de stele slab luminoase.
Ne observăm Galaxy din interior, ceea ce face dificilă determinarea formei, structurii și a unor caracteristici fizice. Doar 10 9 stele sunt accesibile observațiilor telescopice - până la 1% din toate stelele din Galaxie.
Miezul Galaxiei este observat în constelația Săgetător (a = 17 h 38 m, d = -30њ), ocupând o parte din constelațiile Scutum, Scorpion și Ophiuchus. Miezul este complet ascuns în spatele norilor puternici de gaz și praf întunecați (GDC) cu o masă totală de 3 × 10 8 M¤, 700 pc din centrul galaxiei, absorbind vizibil, dar transmit radiații radio și infraroșii. În absența lor, nucleul galactic ar fi cel mai strălucitor corp ceresc după Soare și Lună.
În centrul miezului există o condensare - miez Doar 400 St. ani de centru, în adâncurile nebuloasei de gaz și praf Săgetător A cu masa de 10 5 M¤, se ascunde o gaură neagră cu masa de aproximativ 4,6 × 10 6 M¤. Chiar în centru, într-o regiune cu dimensiuni mai mici de 1 pc și o masă de 5 × 10 6 M¤, există probabil un grup foarte dens de supergiganți albastre (până la 50.000 de stele).
Orez. 67. Structura galaxiei noastre:
1 - Kern
2 - Galaxy Core
3 - Bulge („balonare”): populație sferică a centrului galactic
4 - Bară – „săritor” galactic.
5 - Subsistem plat tânăr (stele din clasele O, B, asociații)
6 - Vechi subsistem plat (stele de clasa A)
7 - Discul galaxiei (stele din secvența principală, novae, giganți roșii, nebuloase planetare)
8 - Componenta sferică intermediară (stele vechi, variabile cu perioadă lungă)
9 - Brațe spiralate (nebuloase difuze gaz-praf, stele tinere din clasele O, B, A, F)
10 - Zone de concentrare a OMG-urilor în apropierea miezului (9A) și în „inelul molecular” (9B)
11 - Cel mai vechi subsistem sferic (aureola) (clustere globulare, cefeide cu perioadă scurtă, subpitici)
12 - Ciorchinii globulari
13 - Sistemul solar
14 - Coroana de gaz a galaxiei.
Galaxia noastră are o punte - bar, de la capete ale căror, la 4 mii de parsecs de centrul Galaxiei, încep să se răsucească 3 brațe spiralate; langa unul dintre ele - bratul (ramura) Orion se afla sistemul solar. A doua - ramura Perseus - se observă în direcția dinspre centrul Galaxiei la o distanță de 1,5-2,4 kpc de Soare. A treia ramură a Săgetător este situată în direcția centrului Galaxiei la 1,2-1,8 kpc de Soare.
Galaxia are un model complex, diferențiat de rotație în jurul axei sale (Fig. 68). Vitezele proprii ale stelelor în miez ajung la 1000-1500 km/s. Viteza de rotație a brațelor galactice este mai mică decât viteza de mișcare a stelelor individuale la aceeași distanță de centrul galaxiei.
Sistemul solar este situat în apropierea planului ecuatorial al galaxiei la 34.000 de ani lumină. ani de centrul ei (la o distanta in care viteza de rotatie a Galaxiei si miscarea bratelor sale spiralate coincid). Dintr-o analiză a mișcărilor proprii a 300.000 de stele prin deplasarea liniilor din spectre datorită efectului Doppler, s-a stabilit că sistemul solar se mișcă în raport cu cele mai apropiate stele cu o viteză de 20 km/s în direcția constelația Hercule și, împreună cu acestea, se rotește în jurul centrului Galaxiei cu o viteză de 250 km/s în direcția constelațiilor Cygnus și Cepheus. Se numește punctul de pe sfera cerească în direcția în care se mișcă sistemul solar apex.
Perioada de revoluție a sistemului solar în jurul centrului galaxiei este de 195-220 de milioane de ani. Durata medie an galactic(T G ) este egal cu 213 milioane de ani.
Concentrația materiei în mediul interstelar este foarte neuniformă. Crește brusc în planul de rotație al Galaxiei și într-un strat gros de 500 de ani lumină. ani cu un diametru de 100.000 St. ani este de 10 -21 kg/m 3. Norii de praf întunecat și dens care absorb lumina stelelor sunt vizibili pe fundalul Căii Lactee cu ochiul liber în constelațiile Cygnus, Ophiuchus, Scutum și Săgetător. Ea capătă cea mai mare densitate în direcția nucleului galactic. La o distanță de 4 până la 8 mii de parsecs de centrul galactic este situat " inel molecular„Galaxiile sunt un grup de OMG-uri care cântăresc până la 3× 10 9 M¤.
Gazul neutru rarefiat departe de stele este transparent la radiația optică. Studiul distribuției și caracteristicilor gazului în mediul interstelar și OMG este facilitat de emisia radio de hidrogen molecular (l = 0,21 m) și hidroxil OH (l = 0,18 m) (Fig. 69).
Plasma interstelară turbulentă este concentrată în nori, ocupând aproximativ 20% din mediul interstelar. În afara brațelor spiralate, nori de plasmă rari cu dimensiuni mai mici de 26 pc și o densitate de electroni de 0,1-0,3 particule/cm 3 sunt detectați la distanțe de până la ± 900 kpc față de planul galactic. Norii în brațe spiralate (± 200 pc din planul Galaxy) au dimensiuni de până la 50 pc, densitatea electronilor 0,2-1,0 particule/cm 3 . În zonele de formare a stelelor din planul galactic, densitatea de electroni a norilor cu dimensiuni de 10-50 pc ajunge la 1-10 particule/cm 3 .
Vârsta relativă și ordinea de formare a stelelor în Galaxie sunt determinate dintr-o analiză a compoziției chimice a regiunilor stelare - subsisteme ale Galaxiei. Nașterea stelelor în Galaxie de-a lungul a miliarde de ani reduce concentrația de gaz interstelar și încetinește rata de formare a stelelor până când se oprește complet din cauza „lipsei de materii prime” pentru formarea stelelor din generațiile următoare. În trecut, rata de formare a stelelor era mult mai mare. Acum, în întreaga Galaxie, gazul interstelar cântărind de la 4 M¤ la 10 M¤ se transformă în stele în fiecare an. Trebuie reînnoit, altfel ar fi complet epuizat în primii 1-2 miliarde de ani de viață ai Galaxiei.
Principalul „furnizor” de gaz interstelar sunt stelele, mai ales în ultimele etape ale evoluției lor: giganții și supergiganții albastre și roșii, nove și supernove generează aproximativ 1 M¤ de gaz interstelar pe an. Probabil, Galaxy atrage gaze din spațiul care o înconjoară (până la 1,2-2 M¤ pe an). Prin urmare, cantitatea de gaz interstelar din Galaxie scade foarte lent.
Compoziția sa chimică se schimbă semnificativ. În generația I stele vechi de 12-15 miliarde de ani, concentrația de elemente grele este de aproximativ 0,1%.
Stelele din generația a II-a ale secvenței principale, vechi de 5-7 miliarde de ani, conțin până la 2% elemente grele.
Nebuloasele difuze moderne conțin destul de mult praf, diverse gaze, elemente chimice grele și compuși moleculari complecși. Stele tinere din clasele O, B, A cu o vârstă de 0,1-3 miliarde de ani în clustere deschise aparțin noii generații a III-a de stele. Conțin aproximativ 3-4% elemente grele.
În haloul galaxiei, se observă nori „de mare viteză” de hidrogen atomic, care se deplasează independent de rotația sa. Unii nori, care conțin aproximativ 0,1% elemente chimice grele, constau din materie atrasă de Galaxie din spațiul înconjurător. Alți nori sunt formați prin ejecții de materie de pe discul galactic în timpul exploziilor de supernove în grupuri de stele și alte fenomene cosmice; compoziția lor include până la 1% elemente chimice grele.
Orez. 70. Bilanțul anual al mediului interstelar din Galaxie
O componentă importantă a mediului interstelar al Galaxiei este raze cosmice- fluxuri de particule elementare încărcate cu energie de până la 10 21 eV: protoni (91,7%), electroni relativiști (0,92%), nuclee de atomi de heliu (6,6%) și elemente chimice mai grele (0,72%). În ciuda densității spațiale scăzute a razelor cosmice (în apropierea Pământului - 1 particulă/cm 3× s), densitatea lor de energie este comparabilă cu densitatea de energie a radiației electromagnetice totale a stelelor, cu energia mișcării termice a gazului interstelar și cu cea magnetică. câmpul Galaxiei. Principala sursă de raze cosmice sunt exploziile de supernove.
Câmpul magnetic total al Galaxiei are o inducție de aproximativ 10 -10 Tesla. Liniile de câmp sunt în general paralele cu planul galactic și se curbează de-a lungul brațelor sale spiralate. Interacționând cu particulele încărcate de raze cosmice, câmpul magnetic al galaxiei îndoaie traiectoriile mișcării lor de-a lungul liniilor de forță și încetinește electronii relativiști, generând radiații non-termice (sincrotron) ale undelor radio cu o lungime de undă mai mare de 1 m. Studiul „variațiilor” - modificări spațio-temporale ale caracteristicilor razelor cosmice sub influența diferitelor procese în spațiul interstelar și obiectele spațiale face posibilă studierea câmpurilor electromagnetice ale obiectelor spațiale extinse individuale și ale întregii Galaxii în ansamblu. Energia mare a razelor cosmice le face asistenți indispensabili pentru fizicieni în studierea structurii materiei și a interacțiunilor particulelor elementare.
La sfârșitul lecției, puteți oferi elevilor sarcini pentru a repeta și consolida material despre stele și sisteme stelare (determinarea distanțelor interstelare, caracteristicile componentelor sistemelor binare etc.), precum și exercițiul 18:
Exercițiul 18:
- Cum ar arăta Calea Lactee dacă Pământul ar fi: a) în centrul Galaxiei; b) la marginea discului galactic, la 50.000 de ani lumină. ani de centrul Galaxiei; c) într-unul dintre clusterele globulare există o componentă sferică; d) la o distanta de 10.000 sv. ani deasupra polului nordic al Galaxiei; e) pentru un observator în Marele Nor Magellanic?
- Estimați masa galaxiei care se află în interiorul regiunii de mișcare orbitală a sistemului solar în jurul centrului galaxiei dacă masa sistemului solar M~ 1 M¤, iar perioada sa de revoluție (an galactic) este de 213 milioane de ani.
- Realizați o diagramă care să indice toate tipurile, clasele și grupurile principale de obiecte spațiale și sistemele lor care fac parte din Galaxie (Fig. 71):
Orez. 71
4. În 1974, în cadrul programului SETI, un mesaj radio despre civilizația terestră a fost trimis către clusterul de stele globulare M13 din constelația Hercule (distanță 24.000 de ani lumină). Crezi că vor aștepta și, dacă „da”, atunci când vor aștepta descendenții noștri un răspuns?
5. În spectrele a trei galaxii îndepărtate se observă o deplasare la roșu egală cu: z 1 = 0,1, z 2 = 0,5, z 3 = 3 lungimi de undă ale liniilor spectrale. Cu ce viteză radială se mișcă aceste galaxii? Determinați distanța până la fiecare dintre ele, având în vedere H = 50 km/s× Mpc.
6. Calculați distanța, dimensiunile liniare și luminozitatea quasarului 3C48, dacă diametrul său unghiular este de 0,56ќ, luminozitatea 16,0 m, iar linia l 0 = 2298× 10 -10 m de magneziu ionizat este deplasată în spectrul său în poziția l 1 = 3832 × 10 -10 m.
7. Cum afectează absorbția luminii de către mediul interstelar determinarea distanțelor și dimensiunilor galaxiilor îndepărtate?
8. Tabloul clasic al lumii secolului al XIX-lea s-a dovedit a fi destul de vulnerabil în domeniul cosmologiei Universului, din cauza necesității de a explica 3 paradoxuri: fotometric, termodinamic și gravitațional. Sunteți invitat să explicați aceste paradoxuri din punctul de vedere al științei moderne.
Paradoxul fotometric (J. Chezot, 1744; G. Olbers, 1823) s-a rezumat la a explica întrebarea „De ce este întuneric noaptea?”
Dacă Universul este infinit, atunci există nenumărate stele în el. Cu o distribuție relativ uniformă a stelelor în spațiu, numărul de stele situate la o anumită distanță crește proporțional cu pătratul distanței până la acestea. Deoarece strălucirea unei stele scade proporțional cu pătratul distanței până la ea, slăbirea luminii generale a stelelor din cauza distanței lor ar trebui compensată exact de creșterea numărului de stele, iar întreaga sferă cerească ar trebui strălucește uniform și strălucitor.
Paradoxul termodinamic (Clausius, 1850) este asociat cu contradicția celei de-a doua legi a termodinamicii și conceptul de eternitate a Universului. Conform ireversibilității proceselor termice, toate corpurile din Univers tind spre echilibrul termic. Dacă Universul există pentru o perioadă de timp infinit de lungă, atunci de ce nu a ajuns încă echilibrul termic în natură, iar procesele termice continuă până în zilele noastre?
Paradoxul gravitațional (Seelinger, 1895) se bazează pe prevederile infinitului, omogenității și izotropiei Universului.
Selectați mental o sferă de rază R 0 astfel încât celulele de neomogenitate în distribuția materiei în interiorul sferei sunt nesemnificative și densitatea medie este egală cu densitatea medie a Universului r. Să existe un corp de masă pe suprafața sferei m, de exemplu, Galaxy. Conform teoremei lui Gauss asupra unui câmp simetric central, forța gravitațională dintr-o substanță de masă M, închisă în interiorul sferei, va acționa asupra corpului ca și cum toată materia ar fi concentrată într-un punct situat în centrul sferei. În același timp, restul materiei Universului nu aduce nicio contribuție la această forță. în care: 
Să exprimăm masa prin densitatea medie r: 
. Fie Atunci - accelerația căderii libere a unui corp spre centrul sferei depinde numai de raza sferei R 0 . Deoarece raza sferei și poziția centrului sferei sunt alese în mod arbitrar, apare incertitudine în acțiunea forței asupra masei de încercare mși direcția mișcării sale.
9. Faceți o călătorie cu o mașină imaginară a timpului în trecutul și viitorul Metagalaxiei noastre și faceți desene cu ceea ce ați vedea: a) în momentul Big Bang-ului; b) 1 secundă după aceasta; c) în 1 milion de ani; d) într-un miliard de ani; e) 10 miliarde de ani după Big Bang; f) după 100 de miliarde de ani; g) în 1000 de miliarde de ani.
10. Ce diferențiază modelele cosmologice ale Universului de explicațiile religioase ale Universului?
Metodologia de studiu a materialului din primele 3 lecții ale acestui subiect este discutată în articolul lui E.Yu.Stepanova, Yu.A. Kupryakova „Studiarea întrebărilor despre galaxie în subiectul „Structura universului”.
La orele de fizică și matematică și când lucrezi cu elevi puternici, poți folosi ideile cuprinse în articolul lui L.P. Surkova, N.V. Lisin „Elemente ale problemelor în predarea astronomiei la un institut pedagogic”. Potrivit autorilor, „Baza și sursa cunoștințelor astronomice sunt observațiile, care devin principala modalitate de creare a unei situații problematice (pe baza propriilor observații, situații de viață, lucrul cu fotografii, desene etc., inclusiv la întâlnirea cu observații). rezultate care se presupune că sunt de natură inexplicabilă și au condus la formularea unei probleme științifice în istoria științei).
Existența diferitelor abordări ale alegerii unei strategii de cercetare este implementată sub forma unor ipoteze științifice concurente. Acest lucru face posibilă utilizarea demonstrației diferitelor puncte de vedere și poziții ale oamenilor de știință pentru a rezolva o anumită problemă pentru a conferi prelegerii un caracter problematic.” Ca exemple, sunt oferite următoarele: 1) o discuție despre natura activității lui quasari și nuclee galactice, unde au fost propuse ca sursă de activitate următoarele: un model multipulsar, cu numeroase explozii în timpul ciocnirilor de stele; un model al unei găuri negre supermasive în acreție; un model al unui corp de magnetoplasmă rotativ supermasiv - un magnetoid. ) Apariția structurii spiralate a Galaxiei (teoria undelor a lui Lindblad, Lin și Shu, ideea lui Gerol și Seiden, Jaaniste și Saar, formarea ramurilor în timpul ejectării gazului din centrul galaxiilor).
De asemenea, este recomandabil să prezentați subiectul „Structura galaxiei” în termeni istorici. Sarcina este stabilită să urmeze mental calea oamenilor de știință. În primul rând, se efectuează observații (demonstrații, vizite la planetariu). Sarcina este dată: pe baza unei comparații a numărului de stele din părți individuale ale cerului și a diferențelor de luminozitate a stelelor, încercați să prezentați o imagine a lumii înconjurătoare, ținând cont de factorii de simplificare (cum ar fi Herschel). Prelegerea rezumă această sarcină și pune întrebarea „Ce și cum ar trebui să se schimbe în imaginea prezentată dacă presupunerile lui Herschel sunt incorecte?” Apoi, însoțite de demonstrații, sunt trecute în revistă metodele moderne și rezultatele explorării Galaxiei.
Prima opțiune „ne permite să luăm în considerare în succesiune istorică o serie de sarcini cu care se confruntă cercetătorii și, prin urmare, să profităm de avantajele pe care le oferă metoda de predare bazată pe probleme: să începem să ne formăm informații despre structura și dimensiunea Galaxiei pe baza studierii distribuției. de stele, completând și aprofundând treptat materialul cu informații despre alte obiecte”, familiarizandu-i în prealabil elevii cu distribuția vizibilă a stelelor pe cer și structura Căii Lactee.
- - teste - sarcină
65.Distribuția stelelor în galaxie. Clustere. Structura generală a galaxiei.
sfârşitul formei începutul formei Cunoaşterea distanţelor până la stele ne permite să abordăm studiul distribuţiei lor în spaţiu şi, în consecinţă, structura Galaxiei. Pentru a caracteriza numărul de stele din diferite părți ale Galaxiei, este introdus conceptul de densitate stelară, care este similar cu conceptul de concentrație a moleculelor. Densitatea stelară este numărul de stele situate într-o unitate de volum de spațiu. Unitatea de volum este de obicei considerată 1 parsec cub. În vecinătatea Soarelui, densitatea stelară este de aproximativ 0,12 stele pe parsec cub, cu alte cuvinte, fiecare stea are un volum mediu de peste 8 ps 3 ; distanța medie dintre stele este de aproximativ 2 ps. Pentru a afla cum se modifică densitatea stelare în diferite direcții, numărați numărul de stele pe unitate de suprafață (de exemplu, pe 1 grad pătrat) în diferite părți ale cerului.
Primul lucru care vă atrage atenția în astfel de calcule este creșterea neobișnuit de puternică a concentrației de stele pe măsură ce vă apropiați de fâșia Căii Lactee, a cărei linie de mijloc formează un cerc mare pe cer. Dimpotrivă, pe măsură ce ne apropiem de polul acestui cerc, concentrația de stele scade rapid. Acest fapt deja la sfârșitul secolului al XVIII-lea. i-a permis lui V. Herschel să tragă concluzia corectă că sistemul nostru stelar are o formă aplatizată, iar Soarele ar trebui să fie situat nu departe de planul de simetrie al acestei formațiuni.sfârșitul formei începutul formei Toate stelele cu o magnitudine aparentă mai mică decât sau egal cu m, proiectat pe o anumită zonă a cerului, sunt situate în interiorul sectorului sferic, a cărui rază este determinată de formula
log r m =1 + 0,2 (m * M)
sfârşitul formei începutul formei Pentru a caracteriza câte stele de luminozităţi diferite sunt conţinute într-o anumită regiune a spaţiului, se introduce o funcţie de luminozitate j (M), care arată ce proporţie din numărul total de stele are o mărime absolută dată, să zicem , de la M la M + 1.
sfârşitul formei începutul formei clustere galactice - sisteme legate gravitaţional galaxii, una dintre cele mai mari structuri din univers. Dimensiunile clusterelor de galaxii pot ajunge la 108 ani lumina.
Clusterele sunt împărțite în mod convențional în două tipuri:
regulat - ciorchini de formă sferică regulată, în care eliptice și galaxii lenticulare, cu o parte centrală clar definită. În centrul unor astfel de clustere se află galaxii eliptice gigantice. Un exemplu de cluster obișnuit este Cluster de comă.
neregulate - clustere fără o formă definită, inferior ca număr de galaxii celor obișnuite. Grupurile acestei specii sunt dominate de galaxii spirale. Exemplu - Clusterul Fecioarei.
Masele clusterelor variază de la 10 13 la 10 15 masa Soarelui.
Structura galaxiei
Distribuția stelelor în Galaxie are două trăsături distincte: în primul rând, o concentrație foarte mare de stele în planul galactic și, în al doilea rând, o concentrație mare în centrul Galaxiei. Deci, dacă în vecinătatea Soarelui, în disc, există o stea la 16 parsec cubi, atunci în centrul Galaxiei sunt 10.000 de stele într-un parsec cubi. Pe lângă concentrația crescută de stele, în planul Galaxiei există și o concentrație crescută de praf și gaz.
Dimensiunile galaxiei: – diametrul discului galaxiei este de aproximativ 30 kpc (100.000 de ani lumină), – grosimea – aproximativ 1000 de ani lumină.
Soarele este situat foarte departe de nucleul galactic - la o distanță de 8 kpc (aproximativ 26.000 de ani lumină).
Centrul Galaxiei este situat în constelația Săgetător în direcția? = 17h46.1m, ? = –28°51′.
Galaxia este formată dintr-un disc, un halou și o coroană. Regiunea centrală, cea mai compactă a Galaxiei se numește nucleu. Miezul are o concentrație mare de stele, cu mii de stele în fiecare parsec cubic. Dacă am trăi pe o planetă în apropierea unei stele situate în apropierea miezului galaxiei, atunci zeci de stele ar fi vizibile pe cer, comparabile ca luminozitate cu cea a Lunii. Se suspectează că există o gaură neagră masivă în centrul galaxiei. Aproape toată materia moleculară a mediului interstelar este concentrată în regiunea inelară a discului galactic (3–7 kpc); conține cel mai mare număr de pulsari, rămășițe de supernovă și surse de radiație infraroșie. Radiația vizibilă din regiunile centrale ale Galaxiei ne este complet ascunsă de straturi groase de materie absorbantă.
Galaxia conține două subsisteme principale (două componente), imbricate unul în celălalt și conectate gravitațional unul cu celălalt. Primul se numește sferic - aureolă, stelele sale sunt concentrate spre centrul galaxiei, iar densitatea materiei, ridicată în centrul galaxiei, scade destul de repede odată cu distanța de aceasta. Partea centrală, cea mai densă a halou, în câteva mii de ani lumină de centrul galaxiei, se numește umflătură. Al doilea subsistem este un disc stelar masiv. Arată ca două farfurii pliate la margini. Concentrația de stele în disc este mult mai mare decât în halou. Stelele din interiorul discului se deplasează în traiectorii circulare în jurul centrului galaxiei. Soarele este situat în discul stelar dintre brațele spirale.
Stelele discului galactic au fost numite populație tip I, stelele haloului - populație tip II. Discul, componenta plată a galaxiei, include stele de tipul spectral timpuriu O și B, stele din clustere deschise și nebuloase întunecate și prăfuite. Halourile, dimpotrivă, sunt formate din obiecte apărute în stadiile incipiente ale evoluției Galaxiei: stele de clustere globulare, stele de tip RR Lyrae. Stelele cu componentă plată, comparativ cu stelele cu componentă sferică, se disting printr-un conținut mai mare de elemente grele. Vârsta populației componentei sferice depășește 12 miliarde de ani. De obicei, este considerată vârsta Galaxy în sine.
În comparație cu un halou, discul se rotește considerabil mai repede. Viteza de rotație a discului nu este aceeași la distanțe diferite de centru. Masa discului este estimată la 150 miliarde M. Discul conține ramuri spiralate (manșoane). Stele tinere și centrele de formare a stelelor sunt localizate în principal de-a lungul brațelor.
Discul și haloul din jur sunt încorporate în coroană. În prezent se crede că dimensiunea coroanei Galaxy este de 10 ori mai mare decât dimensiunea discului.
Distribuția stelelor în Galaxie are două trăsături distincte: în primul rând, o concentrație foarte mare de stele în planul galactic și, în al doilea rând, o concentrație mare în centrul Galaxiei. Deci, dacă în vecinătatea Soarelui, în disc, există o stea la 16 parsec cubi, atunci în centrul Galaxiei sunt 10.000 de stele într-un parsec cubi. Pe lângă concentrația crescută de stele, în planul Galaxiei există și o concentrație crescută de praf și gaz.
Dimensiunile Galaxy:
- diametrul discului galaxiei este de aproximativ 30 kpc (100.000 de ani lumină),
– grosime – aproximativ 1000 de ani lumină.
Soarele este situat foarte departe de nucleul galactic - la o distanță de 8 kpc (aproximativ 26.000 de ani lumină).
Centrul Galaxiei este situat în constelația Săgetător în direcția? = 17h46.1m, ? = –28°51′.
Galaxia este formată dintr-un disc, un halou și o coroană. Regiunea centrală, cea mai compactă a Galaxiei se numește nucleu. Miezul are o concentrație mare de stele, cu mii de stele în fiecare parsec cubic. Dacă am trăi pe o planetă în apropierea unei stele situate în apropierea miezului galaxiei, atunci zeci de stele ar fi vizibile pe cer, comparabile ca luminozitate cu cea a Lunii. Se suspectează că există o gaură neagră masivă în centrul galaxiei. Aproape toată materia moleculară a mediului interstelar este concentrată în regiunea inelară a discului galactic (3–7 kpc); conține cel mai mare număr de pulsari, rămășițe de supernovă și surse de radiație infraroșie. Radiația vizibilă din regiunile centrale ale Galaxiei ne este complet ascunsă de straturi groase de materie absorbantă.
Galaxia conține două subsisteme principale (două componente), imbricate unul în celălalt și conectate gravitațional unul cu celălalt. Primul se numește sferic - aureolă, stelele sale sunt concentrate spre centrul galaxiei, iar densitatea materiei, ridicată în centrul galaxiei, scade destul de repede odată cu distanța de aceasta. Partea centrală, cea mai densă a halou, în câteva mii de ani lumină de centrul galaxiei, se numește umflătură. Al doilea subsistem este un disc stelar masiv. Arată ca două farfurii pliate la margini. Concentrația de stele în disc este mult mai mare decât în halou. Stelele din interiorul discului se deplasează în traiectorii circulare în jurul centrului galaxiei. Soarele este situat în discul stelar dintre brațele spirale.
Stelele discului galactic au fost numite populație tip I, stelele haloului - populație tip II. Discul, componenta plată a galaxiei, include stele de tipul spectral timpuriu O și B, stele din clustere deschise și nebuloase întunecate și prăfuite. Halourile, dimpotrivă, sunt formate din obiecte apărute în stadiile incipiente ale evoluției Galaxiei: stele de clustere globulare, stele de tip RR Lyrae. Stelele cu componentă plată, comparativ cu stelele cu componentă sferică, se disting printr-un conținut mai mare de elemente grele. Vârsta populației componentei sferice depășește 12 miliarde de ani. De obicei, este considerată vârsta Galaxy în sine.
În comparație cu un halou, discul se rotește considerabil mai repede. Viteza de rotație a discului nu este aceeași la distanțe diferite de centru. Masa discului este estimată la 150 miliarde M. Discul conține ramuri spiralate (manșoane). Stele tinere și centrele de formare a stelelor sunt localizate în principal de-a lungul brațelor.
Discul și haloul din jur sunt încorporate în coroană. În prezent se crede că dimensiunea coroanei Galaxy este de 10 ori mai mare decât dimensiunea discului.
Galaxia noastră este formată în principal din stele, gaz interstelar și raze cosmice. Toate acestea sunt interconectate prin câmpuri și câmpuri magnetice. Conține, de asemenea, unde radio, lumină, raze X și raze gamma - radiații electromagnetice, care joacă un rol semnificativ în viața fiecărei stele, dar nu este importantă pentru întregul sistem. 90-95% din materia din Galaxie este colectată în stele, iar restul este gaz, în principal.
Populația stelară (acest termen este acceptat oficial în astronomie) este împărțită în două tipuri. Stelele tinere (și există o majoritate semnificativă a acestora) care formează populația de tip 1 sunt aproape toate adunate într-un disc subțire uriaș în planul central al Galaxiei. Diametrul acestui disc este de aproximativ o sută de mii de ani lumină, adică aproximativ un miliard de miliarde de kilometri, iar grosimea este de doar două până la trei mii de ani lumină. Populația de tip II formează o anumită sferă. Și cu cât mai aproape de centrul Galaxiei, cu atât există mai multe astfel de stele. Vedetele acestei populații sunt mai în vârstă.
Galaxy are mai mult forma unui ferăstrău circular decât a unui disc sportiv pentru aruncare. Tu și cu mine trăim la o distanță de 30.000 de ani lumină de centru, undeva la marginea discului, dar aproape de planul său central.
Deci, din profil, Galaxy arată ca un disc plat cu o îngroșare sferică în centru. Vederea completă a feței este mai dificilă.
Nebuloasele de gaz ale Galaxiei sunt adunate în dungi luminoase (mâneci), răsucite în spirale. este situat lângă marginea brațului, care a primit numele Solnechny (altfel se numește brațul Swan-Kel). La o distanță de 9.000 de ani lumină de Soare, spre marginile Galaxiei, pot fi detectate trăsături ale Brațului Perseus. Și cu 4000 de ani lumină mai aproape de centru, Brațul Săgetător este vizibil.
Nu este posibil să vezi ce este și mai aproape de centru și ce este situat în spatele lui, deoarece „pungi negre” de praf cosmic interferează.
Adevărat, unele lucruri au devenit mai clare odată cu dezvoltarea radioastronomiei. Pentru undele radio, praful cosmic s-a dovedit a fi destul de transparent. Hidrogenul neutru emite intens unde radio decimetrice. Pe baza acestei radiații s-a stabilit că în spațiul dintre brațe există un atom de hidrogen la 5 centimetri cubi, iar în brațe densitatea medie a gazului este de cinci ori mai mare.
Observațiile radio i-au convins pe astronomi că marea noastră casă stelară este formată din 10-14 etaje spiralate. Acum știm cum arată în plan și secțiune. Un singur lucru este neclar... de ce nu s-a prăbușit cu mult timp în urmă.
Spiralele ar trebui să se întindă
Galaxia are o formă foarte complexă și se rotește în jurul centrului său de masă. Brațele galactice spiralate sunt curbate. Și nu la întâmplare, ci conform formulei matematice stricte a unei spirale logaritmice. Ramurile multor alte galaxii spirale sunt de asemenea curbate - evident, această formă este stabilă. În orice caz, există atâta timp cât sistemul nostru solar (adică aproximativ 5-6 miliarde de ani). Este foarte probabil, totuși, ca spiralele galaxiei să fi existat înainte de formarea Soarelui nostru. Dar aici începe neînțelesul.
Este rezonabil să presupunem că fiecare stea, fiecare moleculă de gaz sau bucată de praf se rotește complet independent de celelalte în jurul centrului de greutate al galaxiei. Și conform acelorași legi după care sateliții artificiali se mișcă în jurul Pământului. Dar atunci acele mase de materie galactică care sunt situate mai aproape de centrul Galaxiei ar trebui să facă o revoluție completă mult mai rapidă decât cele îndepărtate. Se pare că înainte ca Soarele nostru să aibă timp să finalizeze o revoluție (ar fi avut nevoie de „doar” 200 de milioane de ani pentru aceasta), doar „rezidenții” Galaxiei, cei mai aproape de centru, ar fi depășit-o, iar stelele. departe de centru, acumulările de praf etc. ar rămâne în urmă. Aceasta înseamnă că brațele Galaxiei ar fi unse într-un disc continuu sau s-ar rupe în inele concentrice, cum ar fi . Până de curând, niciun astronom nu a putut înțelege de ce nu se întâmplă acest lucru.
Stabilitatea brațelor galactice părea misterioasă și surprinzătoare. Situația este și mai gravă în centrul Galaxiei, unde densitatea gazelor este mult mai mare decât în brațe. Acest gaz aparent „curge” în mâneci. Numai ramura spirală cea mai apropiată de centru ar trebui să ducă departe de centrul galactic o cantitate de gaz egală în masă cu Soarele pe an. Potrivit celebrului astronom olandez Oort, în doar treizeci de milioane de ani, numai această ramură ar fi trebuit să „pompe” tot gazul de pe un disc cu o rază de până la 9 mii de ani lumină. Prea repede!
Existența îndelungată a miezului ar putea fi explicată prin afluxul de noi porțiuni de gaz în el de undeva. Dar nimeni nu a descoperit încă asta.
Astronomii s-au trezit într-o poziție ciudată: după multă muncă au reușit să descopere compoziția și structura galaxiei noastre, apoi au văzut că o astfel de structură părea să nu fie păstrată mult timp.
Pentru prima dată, o încercare rezonabilă de a explica constanța formei Galaxiei a fost făcută de profesorul G. Richter din Germania.
Galaxia este „sculptă” de unda de șoc
Primul pas al lui Richter: a studiat cu atenție distribuția hidrogenului neutru în Galaxie. Și a observat un nou fapt neașteptat: densitatea gazului în brațe este neuniformă. În unele zone, radiotelescopul a detectat maxime de radiație urmate de minime. Acest lucru corespunde în mod evident condensărilor și rarefacțiilor gazului interstelar.
Condensuri si rarefactii! Dar cum și de ce au apărut? Într-o carte de fizică pentru copii există o imagine: un clopot, lângă el este o ureche, între ele, uneori mai dens, alteori mai rar, sunt liniuțe. Aceasta ilustrează natura undei sonore. Oscilația clopoțelului comprimă stratul de aer adiacent, care, extinzându-se elastic, comprimă stratul adiacent etc. Deci o undă străbate aerul, constând în compresie și rarefacție.
Condensările și rarefacțiile de-a lungul brațelor Galaxiei ar putea apărea dacă un fel de undă ar circula în gazul interstelar. Nimeni nu se gândise la natura ondulatorie a spiralelor galactice înainte de Richter. Între timp...
Oricât de rarefiat ar fi gazul interstelar, oricât de mari sunt distanțele dintre atomii săi, oricât de rare ar fi ciocnirile dintre ei, el rămâne totuși un gaz, supus legilor obișnuite ale gazelor. Și în acest gaz interstelar, undele sonore se deplasează cu o viteză de aproximativ un kilometru pe secundă - doar de trei ori mai repede decât în aer, care este de trilioane de ori mai dens. Dar Richter nu a descoperit unde sonore în gazul interstelar.
În timpul vibrațiilor sonore, particulele sunt deplasate, rămânând „legate” la locul lor. Altceva se întâmplă atunci când apar unde de șoc sau de explozie, care se deplasează la viteze supersonice. Aceasta este, de asemenea, o alternanță de condensare și rarefacție. Dar într-o undă de șoc, o masă comprimată de gaz se mișcă - și cu o viteză enormă.
Un instantaneu al undei de șoc ar amintește de un instantaneu al unui proiectil care trece prin aer. Și în acțiunea sa, o undă de șoc seamănă cu un proiectil: în față, gazul flexibil, a cărui prezență de obicei nici măcar nu o observăm, este comprimat, devine, parcă, solid și nu orice obstacol îi poate rezista. Atât un avion supersonic, cât și o explozie de dinamită provoacă unde de șoc în aer. Undele de șoc apar și în gazul interstelar.
Ipoteza profesorului Richter
Să explicăm misterul stabilității casei noastre înstelate cu un exemplu concret. La o distanță de 10 mii de ani lumină de centrul galaxiei, aproape la jumătatea distanței de la centrul său până la Soare, există un braț spiralat care se îndepărtează anormal de rapid de centru - cu o viteză de 53 de kilometri pe secundă. De cealaltă parte a centrului a fost găsită o creangă care fugea și mai repede. Ramurile rămase se îndepărtează și ele de centru, dar mult mai încet.
Să fim atenți și la un alt fapt: ambele brațe fugare, împreună cu întreaga Galaxie, se rotesc în jurul centrului, dar mult mai încet decât este necesar pentru a menține integritatea Galaxiei. În sistemele stabile, care nu se dezintegrează, atunci când se rotesc, forța centrifugă de inerție trebuie echilibrată de forța gravitației - forța cu care corpurile sunt atrase de centrul de masă. Dar cu cât viteza de rotație este mai mare, cu atât forța centrifugă este mai mare. Dacă viteza de rotație este mai mică decât este necesar, corpul cade spre centru, dacă este mai mare, se îndepărtează de el. Viteza de rotație a ramurilor îndepărtate este vizibil mai mică decât cea necesară pentru echilibrul dintre forța centrifugă și atracție. Cu toate acestea, ramurile nu numai că cad spre centrul galactic, ci, dimpotrivă, zboară departe. De ce?
Centrul galaxiei
Richter a descoperit cauza în centrul misterios al Galaxiei. Concentrația de stele acolo este de o mie de ori mai mare decât în vecinătatea Soarelui. În chiar centrul Galaxiei există o sursă puternică de emisie radio, Săgetătorul A - ceva ca o minge cu un diametru de până la 500 de ani lumină. Este încorporat într-un disc de gaz care se rotește rapid, cu o limită exterioară ascuțită la 2.500 de ani lumină de centru. Acest disc subțire de gaz se rotește mult așa cum s-ar roti un corp solid, mai degrabă decât un nor vag de gaz.
La prima vedere, acest lucru este ciudat. Cum se poate transforma gazul în solid? Explicația este următoarea: viteza liniară de rotație a marginilor discului (sunt conturate ascuțit) este de aproximativ 260 de kilometri pe secundă, iar la această viteză masa gazului se mișcă ca în pereții solizi. (Sărind în apă dintr-un turn înalt, puteți vedea cât de dur devine un mediu moale flexibil dacă vă mișcați prea repede în el.)
Acum, amintindu-ne ceea ce s-a spus mai sus despre posibilitatea existenței undelor de șoc în gazul galactic, putem înțelege cu ușurință esența ideii lui Richter.
Lăsați să apară o mică neomogenitate în „peretele” de gaz exterior al discului sau în el însuși. După ce a perturbat echilibrul de rotație, se dezvoltă rapid și, în cele din urmă, o parte din substanță va scăpa cu o viteză enormă în spațiul înconjurător. Cheagul scăpat dă o lovitură colosală mediului extern. Și o undă puternică de explozie este excitată în gazul interstelar. Se va răspândi de la nucleul central la periferia Galaxiei.
Potrivit profesorului Richter, viteza inițială a undei de șoc este de aproximativ 60 de kilometri pe secundă. La această viteză, se mișcă în gaz interstelar, exact în interiorul unui „tub solid” (întrucât discul care l-a dat naștere se rotește în interiorul „pereților solizi”). Dar pe măsură ce se îndepărtează de centru, viteza undei de șoc scade din cauza rezistenței mediului interstelar și a influențelor gravitaționale, iar calea sa se îndoaie. În cele din urmă valul se risipește. Dar toate acestea durează miliarde de ani, deoarece traiectoriile undelor, căile de propagare a acestora în gaz sunt foarte stabile.
De asemenea, devine clar de ce discul galactic central nu a fost încă epuizat. Într-o undă de șoc, condensarea este urmată de rarefacție și o parte din substanță revine la locul inițial.
Astfel, potrivit lui Richter, brațele spiralate ale Galaxiei nu sunt altceva decât unde de șoc care apar din când în când în centrul ei. Diametrul undelor de șoc cosmic este uriaș - măsurat în milioane de ani lumină pătrați. Pe baza poziției condensărilor și rarefacțiilor din brațe, Richter a estimat intervalele dintre două unde de șoc succesive la 300 - 400 de milioane de ani. Ultima undă de șoc a avut loc acum aproximativ 60 de milioane de ani.
După cum puteți vedea, casa noastră stelară capătă o nouă înfățișare - în loc de o formațiune liberă, vagă, ea apare ca un vârf de stea-gaz care se rotește rapid, pătruns de valuri gigantice care o țin și îi conferă o structură dinamică complexă, subtilă.
Valuri, stele, viață
În zilele noastre, oamenii de știință adesea nu se limitează la concluzii bine întemeiate, ci își permit și presupuneri semi-fantastice. Dacă presupunerile sunt confirmate sau nu, nu va afecta esența ipotezei principale, dar comparațiile și analogiile îndrăznețe pot servi drept impuls pentru gânduri interesante.
Este interesant să facem cunoștință cu gândurile profesorului Richter cu privire la motivele...
Ce ipoteze au fost propuse pentru a explica dispariția acestor monștri, după care mamiferele au devenit stăpânii Pământului în urmă cu 60 de milioane de ani. Ei au încercat să explice această revoluție biologică prin catastrofe cosmice, epidemii, operi de frig asociate cu mișcarea polilor planetei și unele procese încă inexplicabile asupra Soarelui.
Richter a observat că apariția ultimei unde de șoc în gazul interstelar a coincis cu moartea dinozaurilor. El a corelat, de asemenea, alte schimbări bruște din istoria vieții pe Pământ cu intervalele dintre undele de șoc cosmic. Și a ajuns la concluzia că undele de șoc care „lovin” sistemul solar ar putea avea un impact semnificativ asupra tuturor formelor de viață. Adevărat, Richter nu a putut spune nimic despre mecanismul specific al unei astfel de influențe ipotetice.
Și iată o altă ipoteză, tot semifictivă. Se referă la o problemă „la scară mai mare” - problema nașterii stelelor.
În partea din față a undei de șoc, densitatea gazului ar trebui să crească de sute și mii de ori de ceva timp. Drept urmare, notează Richter, se creează condiții care favorizează condensarea materiei în corpuri cosmice dense.
Este relativ ușor de imaginat cum se disipează materia în spațiu: gazul tinde să ocupe un volum posibil mai mare, particulele sale se împrăștie în toate direcțiile. În plus, norul de gaz, cu excepția cazului în care forțele gravitaționale interne din el sunt suficient de puternice, va fi sfâșiat de forța de atracție către centrul galaxiei.
Cu toate acestea, dacă unda de șoc provoacă contractarea norului, forțele gravitaționale din interiorul acestuia ar trebui să crească brusc. Aceste forțe vor putea ține particulele împreună și va deveni posibil ca norul să se îngroașe, transformându-l într-o stea.
Desigur, aceasta este doar o ipoteză și, în prezent, semi-fictivă, dar pare foarte tentant pentru astronomi.
În casa noastră vedetă, totul este interconectat. Și dacă fundația se zguduie, dacă în miezul Galaxiei se naște o undă de șoc, atunci populația tuturor etajelor sale, atât stelare, cât și vii, nu poate să nu o simtă.
