Строение и структура галактики. Состав и строение галактик. Данная тема привлекает внимание своей важностью в изучении космического пространства
Поглощающей материи, по-этому исследуется только в инфракрасном свете и радиоизлу-чении. Процессы в ядре Галактики изучены плохо. В самом центре или непосредственно рядом с ним обнаружен источник нетеплового (т. е. не связанного с горячим газом) радиоизлу-чения, природа которого неясна.
Газовый диск
В пределах 300 пк от центра обнаружено множество признаков образования массивных звёзд. Там имеется газовый диск, масса которого, возможно, достигает 50 млн масс Солнца . Диск вращается с очень боль-шой скоростью, причём вдоль его оси из ядра выбрасывается довольно значительное количество газа.
Чёрные дыры
В центре Млечного Пути находится массивная (несколько миллионов масс Солнца) чёрная дыра .
Черные дыры наблюдаются, когда на её поверх-ность падает газ (в галактиках это межзвёздный газ). При па-дении на дыру газ разогревается до миллионов кельвин и све-тится в рентгеновском диапазоне. В Галактике, по-видимому, несколько миллионов лет назад произошло падение на чёрную дыру массивного тела. Это вызвало мощнейший взрыв, в ре-зультате которого межзвёздный газ выбросило из окрестностей чёрной дыры.
Вращение
Красные карлики, шаровые скопления, красные гиганты, короткопериодические цефеиды образуют сферическую состав-ляющую Галактики. Они занимают сферический объем, и их концентрация быстро увеличивается к центру.
Нашу Галактику окружает так на-зываемая галактическая корона, состоящая из огромного чис-ла звёзд малой массы (M ≈ 0,3—0,2 M ☉). О распределе-нии звёзд короны практически ничего не известно, но наи-более вероятно, что они распределены в сферическом объёме радиусом в несколько раз больше, чем радиус Галактики.
Строение галактики
Возможны ли полеты человека к другим звездам и другим галактикам?
Важнейшей особенностью небесных тел является их свойство объединяться в системы. Земля и её спутник Луна образуют систему из двух тел. Так как размеры Луны не так уж малы в сравнении с размерами Земли, то некоторые астрономы склонны рассматривать Землю и Луну как двойную систему Юпитер и Сатурн со своими спутниками- примеры более богатых систем. Солнце, девять планет с их спутниками, множество малых планет, комет и метеоров образуют систему более высокого порядка- Солнечную систему.
Не образуют ли систем и звезды?
Первое систематическое исследование этого вопроса выполнил во второй половине 18 века английский астроном Вильям Гершель. Он производил в разных областях неба подсчеты звёзд, наблюдаемых в поле зрения его телескопа. Оказалось, что на небе можно наметить большой круг, рассекающий все небо на две части и обладающий тем свойством, что при приближении к нему с любой стороны число звезд, видимых в поле зрения телескопа, неуклонно возрастает и на самом круге становится небольшим. Как раз вдоль этого круга, получившего название галактического экватора, стелется Млечный Путь, опоясывающая небо чуть светящаяся полоса, образованная сиянием слабых дальних звезд. Гершель правильно объяснил обнаруженное им явление тем, что наблюдаемые нами звезды образуют гигантскую звездную систему, которая сплюснута к галактическому экватору.
И все же, хотя вслед за Гершелем исследованием строения нашей звездной системы- Галактики занимались известные астрономы- В. Струве, Каптейн и другие, само представление л существовании Галактики как обособленной звездной системы являлось до тех пор, пока не были обнаружены объекты, находящиеся вне Галактики. Это произошло только в 20 годы нашего века, когда выяснилось, что спиралеобразные и некоторые другие туманности являются гигантскими звездными системами, находящимися на огромных расстояниях от нас и сравнимыми по строению и размерам с нашей Галактикой.
Выяснилось, что существует множество других звездных систем- галактик, весьма разнообразных по форме и по составу, причем среди них имеются галактики, очень похожие на нашу. Это обстоятельство оказалось очень важным. Наше положение внутри Галактики, с одной стороны, облегчает её исследование, а с другой- затрудняет, так как для изучения строения системы выгоднее её рассматривать не изнутри, а со стороны.
Форма Галактики напоминает круглый сильно сжатый диск. Как и диск, Галактика имеет плоскость симметрии, разделяющую её на две равные части и ось симметрии, проходящую через центр системы и перпендикулярную к плоскостям симметрии. Но у всякого диска есть точно обрисованная поверхность- граница. У нашей звездной системы такой чётко очерченной границы нет, также как нет чёткой верхней границы у атмосферы Земли. В Галактике звёзды располагаются тем теснее, чем ближе данное место к плоскости симметрии Галактики и чем ближе оно к её плоскости симметрии. Наибольшая звёздная плотность в самом центре Галактики. Здесь на каждый кубический парсек приходится несколько тысяч звёзд, т.е. в центральных областях Галактики звёздная плотность во много раз больше, чем в окрестностях Солнца. При удалении от плоскости и оси симметрии звёздная плотность убывает, при чём при удалении от плоскости симметрии она убывает значительно быстрее. По этому если бы мы условились считать границей Галактики те места, где звёздная плотность уже очень мала и составляет одну звезду на 100 пс, то очерченное этой границей тело было бы сильно сжатым круглым диском. Если границей считать область, где звёздная плотность ещё меньше и составляет одну звезду на 10 000 пс, то снова очерченной границей тело будет диском примерно той же формы, но только больших размеров. По этому нельзя вполне определённо говорить о размерах Галактики. Если всё-таки границами нашей звёздной системы считать места, где одна звезда приходится на 1 000 пс пространства, то диаметр Галактики приблизительно равен 30 000 пс, а её толщена 2 500 пс. Таким образом, Галактика- действительно сильно сжатая система: её диаметр в 12 раз больше толщины.
Количество звёзд в Галактике огромно. По современным данным оно превосходит сто миллиардов, т.е. примерно в 25 раз превосходит число жителей нашей планеты.
Существование газа в пространстве между звёздами впервые было обнаружено по присутствию в спектрах звёзд линий поглощения, вызываемых межзвёздным кальцием и межзвёздным натрием. Эти кальций и натрий заполняют всё пространство между наблюдателем и звездой и со звездой непосредственно не связаны.
После кальция и натрия было установлено присутствие кислорода, калия,титана и других элементов, а также некоторых молекулярных соединений: циана, углеводорода и др.
Плотность межзвёздного газа можно определить по интенсивности его линий. Как и следовало ожидать, она оказалось очень малой. Плотность межзвёздного натрия, например, близ плоскости Галактики, где он наиболее плотен, соответствует одному атому на 10 000 см пространства. Долгое время не удавалось обнаружить межзвёздный водород, хотя в звёздах он самый обильный газ. Это объясняется особенностями физического строения атома водорода и характером поля излучения Галактики. Близ плоскости Галактики один атом водорода приходится на 2-3 см пространства. Это значит, что плоскость всей газовой материи около плоскости Галактики составляет 5-8 10 / 25 см, масса газа и других элементов ничтожно мала.
Распределён межзвёздный газ неравномерно, местами образуя облака с плотностью в десятки раз выше средней, а местами создавая разряжения. При удалении от плоскости Галактики средняя плотность межзвёздного газа быстро падает. Общая его масса в Галактике составляет 0,01-0,02 общей массы всех звёзд.
Звёзды- горячие гиганты, излучающие большое количество ультрафиолетовых квантов, ионизируют вокруг себя межзвёздный водород в значительной области. Размер зоны ионизации в очень большой степени зависит от температуры и светимости звезды. Вне зон ионизации почти весь водород находится в нейтральном состоянии.
Таким образом, все пространство Галактики можно разделить на зоны ионизированного водорода и где водорода неионизирован. Датский астроном Стремгрен теоретически показал, что постепенного перехода от области, где водород практически весь ионизирован, к области, где он нейтрален, нет.
В настоящее время разработан метод определения закона вращения всей массы нейтрального водорода Галактики по совокупности профилей его эмиссионной линии 21 см. Можно полагать, что нейтральный водород в Галактике вращается так же или почти так же, как и сама Галактика. Тогда становится известным и закон вращения Галактики.
Этот метод в настоящее время дает наиболее надежные данные о законе вращения нашей звездной системы, т.е. данные о том, как изменяется угловая скорость вращения системы по мере удаления от центра Галактики к её окраинным областям.
Для центральных областей угловую скорость вращения пока определить не удается. Как видно, угловая скорость вращения Галактики убывает по мере удаления её от центра сначала быстро, а затем медленнее. На расстоянии 8 кпс. от центра угловая скорость равна 0, 0061 в год. Это соответствует периоду обращения 212 млн. лет. В районе Солнца(10 кпс. от центра Галактики) угловая скорость равна 0, 0047 в год, причем период обращения 275 млн. лет. Обычно именно эту величину- период обращения Солнца вместе с окрестными звездами около центра нашей звездной системы- считают периодом вращения Галактики и называют галактическим годом. Но нужно понимать, что общего периода для Галактики нет, она вращается не как твердое тело. В районе Солнца скорость равна 220 кмс. Это значит, что в своём движении вокруг центра Галактики Солнце и окрестные звёзды пролетают в секунду 220 км.
Период вращения Галактики в районе Солнца равен приблизительно 275 млн. лет, а области, расположенные от центра Галактики дальше Солнца, совершают оборот медленнее: период вращения растет на 1 млн. лет при увеличении расстояния от центра Галактики приблизительно на 30 пс.
Кроме газа в пространстве между звездами имеются пылинки. Размеры их очень малы и располагаются они на значительных расстояниях друг от друга; среднее расстояние между пылинками- соседями составляет около ста метров. Поэтому средняя плотность пылевой материи Галактики примерно в 100 раз меньше общей массы газа и в 5000- 10 000 раз меньше общей массы всех звезд. Поэтому динамическая роль пыли в Галактике весьма незначительна. В Галактике пылевая материя сильнее поглощает голубые и синие лучи, чем желтые и красные.
В некотором отношении туман, в который погружена Галактика, существенно отличается от тумана, который мы наблюдаем на Земле. Отличие состоит в том, что вся масса пылевой материи имеет крайне неоднородную структуру. Она не распределена гладким слоем, а собрана в отдельные облака различной формы и размеров. Поэтому поглощение света в Галактике носит пятнистый характер.
Пылевая и газовая материи в Галактике обычно перемешаны, но пропорции их в различных местах различны. Встречаются газовые облака, в которых пыль преобладает. Для обозначения рассеянной в Галактике материи газа, пыли и смеси газа и пыли- употребляется общий термин “ диффузная материя” .
Форма Галактики несколько отличается от диска тем, что в центральной части её имеется утолщение, ядро. Это ядро, хотя в нём сосредоточено большое число звёзд, долгое время не удавалось наблюдать, потому, что около плоскости симметрии Галактики наряду со светящейся материей звёзд имеются огромные темные облака пыли, поглощающие свет летящих за ними звёзд. Между Солнцем и центром Галактики расположено большое количество таких темных пылевых облаков различной формы и толщины, и они закрывают от нас ядро Галактики. Однако разглядеть ядро Галактики все- таки удалось.
В 1947 году американские астрономы Стеббинс и Уитфорд использовали совместно с телескопом фотоэлемент, чувствительный к инфракрасным лучам, и сумели обрисовать контуры ядра Галактики. В 1951 году советские астрономы В.И. Красовский и В.Б.Никонов получили фотографии ядра Галактики в инфракрасных лучах. Ядро Галактики оказалось не очень большим, его диаметр составлял около 1300пс. Но все-таки присутствие ядра в центральной области Галактики утолщает эту область, форму Галактики теперь можно сравнивать не просто с диском, а с дискообразным колесом, имеющим в центральной части утолщение- втулку.
Центр ядра Галактики- это центр всей нашей звездной системы. Материя в центре Галактики имеет высокую температуру и находится в состоянии бурного движения.
Внутри огромной звёздной системы- Галактики многие звёзды объединены в системы меньшей численности. Каждая из этих систем может рассматриваться как коллективный член Галактики.
Самые маленькие коллективные члены Галактики- это двойные и кратные звёзды. Так называются группы из двух, трех, четырех и т. д. До десяти звёзд, в которых звёзд удерживаются близко друг к другу благодаря взаимному притяжению согласно закона всемирного тяготения. В двойных и кратных звёздах таких огромных тел- звёзд(солнц) два или несколько. Они притягивают друг друга, удерживают друг друга и, возможно, другие тела меньших масс внутри сравнительного небольшого объёма.
Расстояние, разделяющее компоненты двойных звезд, могут быть весьма различны. У тесных двойных они так близки друг друга, что происходят сложные физические процессы взаимодействия, связанные с явлениями приливов.
В широких парах расстояние между компонентами составляет десятки тысяч астрономических единиц, периоды обращений столь велики, что измеряются тысячелетиями и орбитальное движение при наблюдениях не удаётся обнаружить. Связуемость компонентов в таких системах определяют по их относительной близости на небе и по общности собственного движения.
Среди 30 ближайших к нам звёзд 13 входят в состав двойных и тройных систем. Измерение скорости движения звёзд по их орбитам позволило оценить массу звёзд, входящих в двойные системы. Оказалось, что и в этом отношении звёзды различны. Некоторые из них по массе уступают Солнцу, а другие превосходят его. При этом для всех звезд, в том числе и для Солнца, выполняется условие- чем больше светимость звезды, тем больше и её масса. Вдвое большей массе соответствуют приблизительно вдесятеро большая светимость, так что различие в светимостях у звезд гораздо большее, чем различие в массах.
Двойные и кратные звёзды часто состоят из звёзд различных типов, например, звезда белый гигант может комбинироваться с красным карликом, или желтая звезда средней светимости- с красным гигантом.
Более крупными коллективными членами Галактики, чем двойные и кратные звёзды, являются рассеянные звёздные скопления. Эти скопления содержат от нескольких десятков до нескольких соте звёзд, самые крупные- до двух тысяч звёзд. Термин “рассеянное” скопление вызван тем, что сравнительно небольшая численность звезд в таких скоплениях не позволяет уверенно очертить форму скопления.
У рассеянных скоплений характерный состав. В них редко встречаются красные и желтые гиганты и совершенно нет красных и желтых сверхгигантов. В то же время белые и голубые гиганты- непременные члены рассеянных скоплений. Здесь чаще, чем в других местах Галактики, можно встретить и очень редкие звезды- белые и голубые сверхгиганты, т.е. звёзды высокой температуры и чрезвычайно высокой светимости, излучающие, каждая в сотни тысяч и даже миллионы раз больше, чем наше Солнце.
Рассеянные скопления располагаются очень близко к плоскости симметрии Галактики. Большинство из них лежит почти точно в этой плоскости. Число занесённых в каталоги рассеянных звёздных скоплений превышает в настоящее время тысячи. Далекие рассеянные скопления неразличимы, они недостаточно для этого богаты звёздами. Но при помощи телескопов можно отличить относительно близкие рассеянные скопления. Поэтому число имеющихся рассеянных скоплений в Галактике на самом деле на много больше тысячи и оценивается приблизительно в 30 тысяч. Если среднее число звёзд в одном рассеянном скоплении составляет 300 или несколько больше, то общее число звезд, входящих во все рассеянные скопления Галактики, равно приблизительно десяти миллионам.
Ещё более крупными коллективными членами Галактики являются шаровые звёздные скопления. Это очень богатые звёздные скопления, насчитывающие сотни тысяч, иногда свыше миллиона звёзд.
В центральных областях шарового скопления звёзды расположены очень тесно друг к другу. Из-за этого их изображения сливаются и определенные звёзды различить нельзя. Это не значит, что звёзды соприкасаются друг с другом. На самом деле даже в центральных областях шаровых скоплений расстояния между звёздами огромны по сравнению с размерами самих звёзд.
Состав шаровых скоплений существенно отличается от состава рассеянных скоплений. В шаровых скоплениях очень много звёзд красных и желтых гигантов, много красных и желтых сверхгигантов, но очень мало бело-голубых звёзд гигантов и совершенно отсутствуют бело –голубые сверхгиганты.
Шаровые скопления- это плотные системы. Состоящие из большого числа звёзд, поэтому они резко выделяются среди других объектов Галактики. К настоящему времени открыто 132 шаровых скопления, входящих в состав нашей Галактики. Предполагается, что будет открыто ещё некоторое их количество.
Вся совокупность шаровых скоплений образует как бы сферическую систему окружающую Галактику и в то же время проникающую в Галактику.
В следствии того, что шаровые скопления располагаются симметрично по отношению к центру Галактики, а Солнце находится далеко от него, почти все шаровые скопления должны наблюдаться в одной половине неба, в той, в которой находится галактический центр.
Если в каждом из известных шаровых скоплений в среднем имеется немного менее миллиона звёзд, то общее число звёзд в шаровых скоплениях составит около 100 миллионов. Это только одна тысячная доля всех звёзд Галактики.
Имеется ещё один тип членов Галактики- так называемые звёздные ассоциации. Они были открыты академиком В.А. Амбарцумяном, который обнаружил, что наиболее горячие звёзды- гиганты, расположены на небе как бы отдельными гнёздами. Обычно в таком гнезде два- три десятка звёзд- горячих гигантов спектральных классов. Ассоциация занимает большой объем, размером в несколько десятков или сотен парсек, в который обычно порядком, как и в другие места Галактики, входят в большом количестве звезды- карлики и звёзды средней светимости.
Звёзды горячие гиганты движутся со скоростью 5-10 кмс, и им требуется всего несколько сотен тысяч лет или, самое большее, несколько миллионов лет, чтобы уйти из ассоциации. Поэтому факт существования горячих гигантов в звёздных ассоциациях указывает на то, что эти звёзды недавно сформировались в ассоциациях и не успели ещё из них уйти.
Именно открытие звёздных ассоциаций привело к утверждению, что наряду со старыми звёздами, есть и молодые и очень молодые звёзды, что звёздообразование в Галактике было длительным процессом и продолжается в наши дни.
По расположению в Галактике все звёзды и все другие объекты можно разделить на три группы.
Объекты первой группы сосредоточены в галактической плоскости, т.е. образуют плоские подсистемы. К этим объектам относятся звёзды горячие сверхгиганты и гиганты, пылевая материя, газовые облака и рассеянные звёздные скопления. Характерно, что в состав рассеянных скоплений в основном входят именно те объекты, которые сами по себе тоже образуют плоские подсистемы.
Вторую группу образуют объекты, располагающиеся одинаково часто у плоскости симметрии Галактики и на значительном расстоянии от неё. Они образуют сферические подсистемы. В числе таких объектов желтые и красные субкарлики, желтые и красные гиганты, шаровые скопления.
Третью группу составляют промежуточные подсистемы. В них объекты сосредоточены к плоскости Галактики, но не так сильно, как у плоских подсистем. Промежуточные подсистемы составляют красные и желтые звёзды-гиганты, желтые и красные звёзды-карлики, а также особые переменные звёзды, называемые звёздами типа Мира Кита, очень сильно и неправильным образом изменяющие свой блеск.
Оказалось, что объекты различных подсистем отличаются друг от друга не только расположением в Галактике, но и своими скоростями. Объекты сферических подсистем имеют наибольшую скорость движения в направлении. Перпендикулярном к плоскости Галактики, а у объектов плоских подсистем эта скорость наименьшая.
Удалось также установить, что объекты различных подсистем отличаются и химическим составом: звёзды плоских подсистем богаче металлами, чем звёзды сферических подсистем.
Открытие существование объектов различных подсистем в Галактике имеет большое значение. Оно показывает, что звёзды разных типов формировались в разных местах Галактики и при различных условиях.
Из ядра до должны выходить спиральные ветви. Эти ветви, огибая ядро постепенно расширяясь и разветвляясь теряют яркость и на некотором расстоянии их след пропадает.
Спиральные ветви других Галактик состоят из звёзд- горячих гигантов и сверхгигантов, а также из пыли и газа-водорода.
Чтобы обнаружить спиральные ветви нашей Галактики, нужно проследить расположение в ней звёзд- горячих гигантов, а так же пыли и газа. Эта задача оказалась очень сложной из- за того, что спиральную структуру нашей Галактики мы наблюдаем изнутри и различные части спиральных ветвей проецируются друг на друга.
Надежды подает излучение нейтрального водорода по длине волны 21 см. В двух небольших спектрах. направленных на центр и антицентр Галактики, исследования пока провести не удаётся, поэтому картина не полная, но, хотя и неуверенно, начинает намечаться расположение спиральных ветвей, потому, что водород обычно соседствует со звёздами- горячими гигантами, определяющими форму спиральных ветвей.
Места уплотнения водорода должны повторять рисунок спиральной структуры Галактики.
Большое преимущество использования излучения нейтрального водорода состоит в том, что оно длинноволновое, находится в радиодиапазоне и для него межзвёздная материя практически совершенно прозрачна – 21 сантиметровое излучение без каких- либо искажений доходит до нас из самых далёких областей Галактики.
В безлунные осенние вечера вдали от ярко освещенных домов и улиц, любуясь звёздным небом, можно увидеть беленоватую полосу, протянувшуюся через все небо. Это Млечный Путь.
Согласно одному из древних мифов, Млечный Путь – это дорога с Олимпа на Землю. Согласно другому – это пролитое Герой молоко.
Млечный Путь опоясывает небесную сферу по большому кругу. Жителям северного полушария Земли, в осенние вечера удается увидеть ту часть Млечного Пути, которая проходит через Кассиопею, Цефей, лебедь, Орел и Стрельца, а под утро появляются другие созвездия. В южном полушарии Земли Млечный Путь простирается от Стрельца к созвездиям Скорпион, Циркуль, Центавр, Южный Крест, Киль, Стрела.
Млечный Путь, проходящий через звездную россыпь южного полушария, удивительно красив и ярок. В созвездиях Стрельца, Скорпиона, Щита много ярко светящихся звездных облаков. Именно в этом направлении находится центр нашей Галактики. В этой же части Млечного Пути особенно четко выделяются темные облака космической пыли- темные туманности. Если бы не было этих темных, непрозрачных туманностей, то Млечный Путь в направлении к центру Галактики был бы ярче в тысячу раз.
Глядя на Млечный путь, нелегко вообразить, что он состоит из множества неразличимых невооруженным глазом звёзд. Но люди догадались об этом давно. Одну из таких догадок приписывают ученому и философу Древней Греции- Демокриту. Он жил почти на две тысячи лет раньше, чем Галилей, который впервые доказал на основе наблюдений с помощью телескопа звездную природу Млечного Пути. В своём знаменитом “Звездном вестнике” в 1609 году Галилей писал: “Я обратился к наблюдению сущности или вещества Млечного Пути, и с помощью телескопа оказалось возможным сделать её настолько доступной нашему зрению, что все споры умолкли сами собой благодаря наглядности и очевидности, которые и меня освобождают от многословного диспута. В самом деле Млечный Путь представляет собой не что иное, как бессчетное множество звёзд, как бы расположенных в кучах, в какую бы область не направлять телескоп, сейчас же становится видимым огромное число звёзд, из которых весьма многие достаточно ярки и вполне различимы, количество же звёзд более слабых не допускает вообще никакого подсчета”.
Какое же отношение звёзды Млечного Пути имеют к единственной звезде Солнечной системы, к нашему Солнцу? Ответ сегодня общеизвестен. Солнце- одна из звёзд нашей Галактики, Галактики – Млечный Путь. Какое же место занимает Солнце в Млечном Пути? Уже из того факта, что Млечный Путь опоясывает наше небо по большому кругу, ученые сделали вывод, что Солнце находится вблизи главной плоскости Млечного Пути.
Чтобы получит более точное представление о положении Солнца в Млечном Пути, а затем и представить себе, какова в пространстве форма нашей Галактики, астрономы(В.Гершель, В.Я.Струве и др.)использовали метод звездных подсчетов. Суть в том, что в различных участках неба подсчитывают число звёзд в последовательном интервале звёздных величин. Если допустить, что светимости звёзд одинаковы, то по наблюдаемому блеску можно судить о расстояниях до звезд, далее, предполагая, что звёзды в пространстве расположены равномерно, рассматривают число звёзд, оказавшихся в сферических объёмах, с центром в Солнце.
На основе этих подсчетов уже в 18 веке был сделан вывод о “сплюснутости” нашей Галактики.
В состав Галактики входят не менее 150 млд. Звёзд, подобных нашему Солнцу. В близи центральной области Галактики звёздная плотность в миллионы раз больше, чем вблизи Солнца. Участвуя во вращении Галактики, наше Солнце мчится со скоростью более 220 кмс, совершая один оборот за 200- 250 миллионов лет. Галактика имеет сложное строение и сложный состав. Современные исследования Галактики требуют технических средств 20 века, но началось исследование Галактики с пытливого вглядывания в простирающийся над нашими головами Млечный Путь.
Помимо нашей Галактики, во Вселенной существует множество других Галактик. Внешний вид их чрезвычайно разнообразен и некоторые из них очень живописны. Для каждой Галактики, как бы ни был сложен её внешний рисунок, можно разыскать другую Галактику, очень на неё похожую, на первый взгляд двойника. Однако более внимательное рассмотрение всегда обнаружит заметные различия в любой паре Галактик, а большинство Галактик очень сильно отличаются друг от друга своим внешним видом.
Все Галактики делятся на три основных вида:
эллиптические, обозначаемые Е;
спиральные, обозначаемые S;
неправильные, обозначаемые J
Эллиптические Галактики внешне самый невыразительный тип Галактик. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным уменьшением яркости от центра к периферии. Эллиптические Галактики состоят из второго типа населения. Они построены из звёзд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звёзд не очень высокой светимости. Отсутствуют бело- голубые сверхгиганты и гиганты, группировки которых можно было бы наблюдать в виде ярких сгустков, придающих структуристость системе. Нет пылевой материи, которая в тех Галактиках, где она имеется, создает тёмные полосы, оттеняющие форму звёздной системы. Поэтому внешне эллиптические Галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой- большим или меньшим сжатием.
Как выяснилось, очень сильно сжатых эллиптических галактик нет, показателем сжатия 8, 9 и 10 не встречаются. Наиболее сжатые эллиптические галактики – это- Е 7. У некоторых показатели сжатия 0. Такие галактики практически не сжаты.
Эллиптические галактики в скоплениях галактик- это гигантские галактики, в то время как эллиптические галактики вне скоплений- это карлики в мире галактик.
Спиральные галактики- один из самых живописных видов галактик во Вселенной. Спиральные галактики являют собой пример динамичности формы. Их красивые ветви, выходящие из центрального ядра и как бы теряющие очертания за пределами галактики, указывают на мощное, стремительное движение. Поражает так же многообразие форм и рисунков спиральных ветвей.
Ядра у таких галактик всегда большие, обычно составляют около половины наблюдаемого размера самой галактики.
Как правило, у галактики имеются две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающиеся сходным симметричным образом и теряющиеся в противоположных областях периферии галактики.
Доказано, что сильно сжатая звёздная система в ходе эволюции не может стать слабо сжатой. Невозможен и противоположный переход. Значит, эллиптические галактики не могут превращаться в спиральные, а спиральные в эллиптические. Эти два типа представляют собой различные эволюционные пути, вызываемые различным сжатием систем. А различное сжатие обусловлено различным количеством вращения систем. Те галактики, которые при формировании получили достаточное количество вращения, приняли сильно сжатую форму, в них развились спиральные ветви. Галактики, материя которых после формирования имела меньшее количество вращения, оказались менее сжатыми и эволюционируют в виде эллиптических галактик.
Встречается большое число галактик неправильной формы, без какой либо общей закономерности структурного строения.
Неправильная форма у галактики может быть в следствии того, что она не успела принять правильной формы из- за малой плотности в ней материи или из- за молодого возраста. Есть и другая версия: галактика может стать неправильной в следствии искажения формы в результате взаимодействия с другой галактикой.
Оба таких случая встречаются среди неправильных галактик, может быть, с этим связано разделение неправильных галактик на два подтипа.
Подтип J1 характеризуется сравнительно высокой поверхностной яркостью и сложностью неправильной структуры. Французский астроном Вокулер в некоторых галактиках этого подтипа обнаружил признаки разрушенной спиральной структуры. Кроме того, Вокулер заметил, что галактики этого подтипа часто встречаются парами. Существование одиночных галактик так же возможно. Объясняется это тем, что встреча с другой галактикой могла иметь место в прошлом, теперь галактики разошлись, но для того, чтобы принять снова правильную форму им требуется длительное время.
Другой подтип J 2 отличается очень низкой поверхностной яркостью. Эта черта выделяет их среди галактик всех других типов. Галактики этого подтипа отличаются так же отсутствием ярко выраженной структурности.
Если галактика имеет очень низкую поверхностную яркость при обычных линейных размерах, то это означает, что в ней очень мала звёздная плотность, и, следовательно, очень малая плотность материи.
Вращающееся жидкое тело под действием внутренних сил в равновесном состоянии принимает форму эллипсоида. В общей теории этой задачи доказывается, что при определённых состояниях между плотностью жидкости и угловой скоростью вращения эллипсоид может быть и сжатым эллипсоидом вращения и вытянутым трехосным эллипсоидом, напоминающим сигару или даже иглу.
Долгое время исследователи галактик предполагали, что вращающиеся звёздные системы, придя в равновесие, должны обязательно принять форму сжатого эллипсоида вращения. Однако в 1956 г. К.Ф. Огородников, специально рассмотрев вопрос о применяемости теории фигур равновесия жидких тел к звёздным системам, пришел к выводу, что среди звёздных систем могут быть и такие, которые приняли форму вытянутого трехосного эллипсоида.
Также Огородников приводит примеры галактик, которые, вероятно имеют форму вытянутых трехосных эллипсоидов- сигар, а не являются дисками, наблюдаемыми с ребра.
Для таких галактик характерно отсутствие ядра- утолщения, наблюдаемого в центральной части.
Именно Огородников назвал эти галактики иглообразными.
Галактики довольно часто встречаются в виде пар, но гораздо труднее выяснить, является ли наблюдаемая пара физически двойной галактикой или это только оптическая пара. У двойной галактики движение одного компонента по орбите вокруг другого настолько медленно, что его невозможно заметить даже после многолетних наблюдений.
Каталог двойных галактик был составлен шведским астрономом Хольмбером. Он выделил все пары галактик, у которых взаимное расстояние компонентов не более, чем в два раза превосходит сумму их диаметров.
В каталоге оказалось 695 двойных галактик. Подавляющее большинство из них физически двойные галактики. Но о каждой паре отдельно можно сказать: вероятно, что это физически двойная галактика.
Пару галактик можно назвать физически двойной в трех случаях:
Если компоненты имеют общее происхождение;
Если компоненты динамически связаны, т. е. Сумма кинетической и потенциальной энергии компонентов отрицательна;
Если компоненты расположены в пространстве близко друг к другу.
Компоненты физически двойной галактики находятся практически на одинаковом от нас расстоянии. Поэтому лучевые скорости, вызванные расширением пространства, у них одинаковы.
Понятие “ Метагалактика” не является вполне ясным. Оно сформировалось на основании аналогии со звёздами. Наблюдения показывают, что галактики, подобно звёздам, группирующимся в рассеянные и шаровые скопления, также объединяются в группы- скопления различной численности.
Однако для звёзд известны объединения более высокого порядка- звёздные системы(галактики), характерные большей автономностью, т. е. Независимостью от влияния других тел, и большей замкнутостью, чем у звёздных скоплений. В частности, все звёзды, которые могут наблюдаться простым глазом в телескопы, образуют звёздную систему- нашу Галактику, насчитывающую около 100млд. Членов. В случае галактик аналогичные системы более высокого порядка непосредственно не наблюдаются.
Тем не менее имеются некоторые основания предполагать, что такая система, Метагалактика, существует, что она относительно автономна и является объединением галактик примерно такого порядка, каким для звёзд нашей системы является Галактика.
Следует предположить существование и других метагалактик.
Реальность метагалактики будет доказана, если удается как-то определить её границы и выделить наблюдаемые объекты, не принадлежащие ей.
В связи с гипотетичностью представлений о Метагалактики как об автономной гигантской системе галактик, включающей все наблюдаемые галактики, и их скопления, термин “ метагалактика” стал чаще применяться для облегчения обозреваемой (при помощи всех существующих средств наблюдения) части Вселенной.
Распределение звезд на небе стал впервые изучать В. Гершель в конце 18 века. Результатом было фундаментальное открытие- явление концентрации звёзд и галактической плоскости.
Приблизительно через полтора столетия наступило время изучить распределение по небу галактик. Сделал это Хабл.
Галактики по блеску в среднем значительно уступают звездам. Звёзды до 6-й видимой величины на всем небе несколько тысяч, а галактики до 6- ти только четыре. Звёзд до 13 около трех млн., а галактики около семисот. Только тогда, когда рассматриваются очень слабые объекты, число галактик становится большим и начинает приближаться к числу звёзд той же величины.
Чтобы иметь достаточное количество подсчитываемых галактик, нужно использовать большие инструменты способные уловить блеск слабых объектов. Но при этом возникает дополнительная сложность, связанная с тем, что слабые галактики и слабые звёзды не так заметно отличаются друг от друга, как яркие звёзды от ярких галактик. Слабые галактики имеют очень маленькие видимые размеры и их легко при подсчётах принять за звёзды.
Хабл использовал 2,5- метровый телескоп обсерватории Маунт Вилсон в Калифорнии, вступивший в 20- е годы ХХ века в строй, и выполнил подсчеты галактик до 20- й видимой звёздной величины в 1283 маленьких площадках, распределённых по всему небу. В результате, число галактик в площадках Хабла оказывалось тем меньше, чем ближе была расположена площадка к Млечному Пути. Около самого галактического экватора в полосе толщиной в 20, галактики, за отдельными исключениями, вовсе не наблюдается. Можно сказать, что плоскость Галактики является для галактики плоскостью деконцентрации, а зона у галактического экватора зоной избегания.
Совершенно очевидно, что другие звёздные системы, а их миллионы, не могут располагаться в пространстве по зонному, диктуемому определенной ориентировкой плоскости симметрии нашей Галактики, которая сама является только одной из множества звёздных систем. Хаблу было ясно, что в данном случае наблюдается не истинное распределение галактик в пространстве, а распределение искаженное некоторыми условиями видимости.
В 1953 году французский астроном Вокулер, исследуя распределение по небу галактик до 12- й величины, т.е. ярких галактик, установил, что они определённо концентрируются к большому кругу, который перпендикулярен к галактическому экватору. Полоса, толщиной в 12 около этого круга, составляющая только 10% поверхности неба, включает приблизительно 23 всех ярких галактик. Число галактик на 1 кв. градус в полосе приблизительно в 10 раз больше, чем в областях вне полосы. Наука уже имела аналогичный опыт, когда Гершель, обнаружив концентрацию звёзд в галактической плоскости, установил существование нашей звёздной системы и определил, что она сплюснутая. Также и Вокулер пришел к выводу о существовании гигантской сплюснутой системы галактик и называл её сверхсистемой галактик.
Значение сверхсистемы галактик для общей структуры Вселенной велико. Сверхсистема по размерам значительно превосходит скопления галактик. Число галактик, входящих в её состав, исчисляются не тысячами, как в крупных скоплениях, а многими десятками тысяч, возможно, достигает ста тысяч.
Диаметр сверхсистемы можно оценить в 30 М пс. Галактика находится далеко от её центра и вообще близка к краю. Её расстояние от внешней границы сверхсистемы 2- 4 М пс. Центр сверхсистемы находится в скоплении галактик в Деве, а само это скопление может рассматриваться как ядро сверхсистемы.
Не только оптическое излучение галактик показывает концентрацию к плоскости сверхсистемы галактик. Общее радиоизлучение, исходящее от неба также обнаруживает явную концентрацию к той же плоскости. Так как радиоизлучение неба в значительной степени вызывается галактиками, то в этом можно видеть подтверждение реальности сверхсистемы галактик.
Расстояние до других галактик, в отличие от планет солнечной системы, очень велико, поэтому фактор времени приобретает решающее значение.
Скорость космической ракеты на различных участках пути ограничивается предельным ускорением, которое способны длительное время переносить пассажиры. Кроме того, скорость ракеты не может достичь скорости света.
Если ракета будет двигаться с постоянным ускорением 10 мс, то пассажиры будут чувствовать себя превосходно. Состояние невесомости не будет, пассажиры будут испытывать совершенно те же физические ощущения, что и на Земле. Это объясняется тем, что ускорение силы тяжести на Земле также равно 10 мс (точнее 9, 81 мс) .
Но для уменьшения длительности полета нужна большая скорость и, следовательно, большее ускорение.
Здоровые люди могут длительное время удовлетворительно переносить постоянное ускорение в 20 мс. Пассажир чувствовал бы себя так же как и на поверхности такой планеты, на которой ускорение силы тяжести, и значит сила тяжести, вдвое больше, чем на Земле. Дополнительная нагрузка к обычному весу будет при этом равномерно распределяться по всему организму человека.
Итак, можно принять постоянное ускорение 20 мс. При таком ускорении на огромных расстояниях скорость может достичь очень больших величин.
Величина достигаемой ракетной скорости тем больше, чем больше отношение массы ракеты с топливом к её массе без топлива.
Пока не достигнуты очень большие скорости и можно пользоваться классической механикой, постоянное отношение силы тяги к массе ракеты 20 мс равно ускорению ракеты.
Скорость 55,2 кмс будет достигнута через 2760с, когда пройденный путь окажется равным 76 000 км. После этого расстояния топливо будет исчерпано, устройство ракеты перестанет действовать.
Таким образом, употребляемый в настоящее время в космонавтике способ сообщения ракете тяги при помощи сгорания химического топлива не может быть применен для полета к звёздам и галактикам. Он годен только в Солнечной системе. Необходимо найти такой метод создания реактивной тяги, при котором вылетающие частицы имели бы гораздо большую скорость, чем у современных ракет. Нужно, чтобы эта скорость была сравнима со скоростью света или даже равна ей. Идея такой ракеты предложена давно. Роль вылетающих частиц из ракеты должна играть частицы света- фотоны, а ракета будет двигаться в противоположном направлении. Источником излучения могут быть ядерные реакции и другие процессы, при которых происходит выделение электромагнитной энергии.
Трудности связанны с необходимостью получить мощный поток фотонов при сравнительно небольшом весе устройства. Кроме того, нужно огородить устройство от разрушающего действия высоких температур. Пока такой источник энергии не создан, но он по- видимому, будет создан.
Но все- таки, как бы ни были велики достижения человека, даже использование в будущем фотонной ракеты с очень большим отношением начальной и конечной масс позволит совершать полеты с возвращением только до нескольких самых близки звёзд. Достижение других галактик никогда не будет доступно человеку. И от того людям звёзды кажутся чем- то загадочным, сказочным, чудесным. И нет наверное человека, который бы не любовался ими, не любил звёзды.
Список литературы
Арзуманян “Небо. Звёзды. Вселенная” М. 1987 г.
Воронцов Б.А. “Очерки о Вселенной” М. 1976 г.
Зигель Ф.Ю. “Сокровища звёздного неба” М. 1976 г.
Климишин И.А. “Астрономия наших дней” М. 1980
Агекян Т.А. “Звёзды. Галактики. Метагалактики” М. 1982г.
Чихевский А.А. “ Земное эхо солнечных бурь” М. 1976г.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat2000.bizforum.ru/
Наша Галактика состоит в основном из звезд, межзвездного газа и космических лучей. Все это связано между собой полями и магнитными полями. Есть в ней еще радиоволны, световые, рентгеновские и гамма-лучи - электромагнитное излучение, которое играет немалую роль в жизни каждой отдельной звезды, но несущественно для системы в целом. 90-95 процентов вещества Галактики собрано в звезды, а остальное приходится на газ, в основном .
Звездное население (этот термин официально принят в астрономии) делится на два типа. Молодые звезды (а их значительное большинство), образующие население 1 типа, почти все собрались в огромный тонкий диск в центральной плоскости Галактики. Диаметр этого диска около ста тысяч световых лет, то есть примерно миллиард миллиардов километров, а толщина всего две-три тысячи световых лет. Население II типа образует некую сферу. И чем ближе к центру Галактики, тем таких звезд больше. Звезды этого населения постарше.
Галактика по форме скорее напоминает дисковую пилу, чем спортивный диск для метания. Мы с вами живем на расстоянии 30 000 световых лет от центра, где-то на окраине диска, но зато вблизи центральной его плоскости.
Итак, в профиль Галактика похожа на плоский диск с шаровым утолщением в центре. Сложнее ее вид анфас.
Газовые туманности Галактики собраны в светящиеся полосы (рукава), закрученные в спирали. находится недалеко от края рукава, получившего имя Солнечного (иначе его называют рукав Лебедь-Киль). На расстоянии 9000 световых лет от Солнца, по направлению к границам Галактики, можно обнаружить детали рукава Персея. А в 4000 световых лет ближе к центру заметен рукав Стрельца.
Рассмотреть, что находится еще ближе к центру и что расположено за ним, не удается, мешают «черные мешки» космической пыли.
Правда, кое-что разъяснилось с развитием радиоастрономии. Для радиоволн космическая пыль оказалась достаточно прозрачной. Нейтральный водород интенсивно излучает дециметровые радиоволны. По этому излучению установили, что в пространстве между рукавами один атом водорода приходится на 5 кубических сантиметров, а в рукавах средняя плотность газа в пять раз выше.
Радио наблюдения убедили астрономов, что наш большой звездный дом состоит из 10-14 спиральных этажей. Мы знаем теперь, как он выглядит в плане и в разрезе. Неясно только одно… почему он давным-давно не развалился.
Спирали должны размазаться
Галактика имеет очень сложную форму и вращается вокруг своего центра масс. Спиральные галактические рукава изогнуты. И не беспорядочно, а по строгой математической формуле логарифмической спирали. Так же изогнуты ветви множества других спиральных галактик - очевидно, эта форма устойчива. Во всяком случае, она существует так же долго, как наша Солнечная система (то есть примерно 5-6 миллиардов лет). Весьма вероятно, однако, что спирали Галактики существовали раньше, чем образовалось наше Солнце. Но тут начинается непонятное.
Разумно предположить: каждая звезда, каждая молекула газа или пылинка вращается совершенно независимо от других вокруг центра тяжести Галактики. И по тем же законам, по которым искусственные спутники движутся вокруг Земли. Но тогда те массы галактического вещества, которые расположены ближе к центру Галактики, должны делать полный оборот гораздо быстрее, чем далекие. Выходит, не успело бы наше Солнце совершить один оборот (ему понадобилось бы для этого «всего» 200 миллионов лет), как одни «жители» Галактики, те, что ближе к центру, обогнали бы его, а далекие от центра звезды, пылевые скопления и т. д. отстали бы. Значит, рукава Галактики размазались бы в сплошной диск или разбились бы на концентрические кольца, вроде . Почему этого не происходит, до недавних пор не мог понять ни один астроном.
Устойчивость галактических рукавов представлялась загадочной и удивительной. Еще хуже обстоит дело с центром Галактики, где плотность газа значительно больше, чем в рукавах. Газ этот, видимо, «вытекает» в рукава. Одна лишь ближайшая к центру спиральная ветвь должна уносить за год из галактического центра количество газа, равное по массе Солнцу. Как считает известный голландский астроном Оорт, всего за тридцать миллионов лет одна лишь эта ветвь должна была «выкачать» весь газ из диска радиусом до 9 тысяч световых лет. Слишком быстро!
Объяснить длительное существование ядра мог бы приток в него откуда-то новых порций газа. Но этого еще никто не обнаружил.
Астрономы попали в странное положение: после многих трудов им удалось выяснить состав и строение нашей Галактики, и тут же они увидели, что такое строение долго сохраняться как будто не должно.
Впервые обоснованную попытку объяснить постоянства формы Галактики сделал профессор Г. Рихтер из Германии.
Галактику «лепит» ударная волна
Первый шаг Рихтера: он тщательно исследовал распределение в Галактике нейтрального водорода. И подметил новый неожиданный факт: плотность газа в рукавах неравномерна. В некоторых участках радиотелескоп обнаружил максимумы излучения, за которыми следуют минимумы. Это соответствует, очевидно, сгущениям и разрежениям межзвездного газа.
Сгущения и разрежения! Но как и почему они появились? В детской книжке по физике картинка: колокол, рядом - ухо, между ними, то гуще, то реже расположены черточки. Так иллюстрируется природа звуковой волны. Колебание колокола сжимает прилегающий слой воздуха, тот, упруго расширяясь, сжимает соседний слой и т. д. Вот и бежит по воздуху волна, состоящая из сжатий и разрежений.
Сгущения и разрежения вдоль рукавов Галактики могли бы возникнуть, если бы в межзвездном газе бежала какая-то волна. О волновой природе галактических спиралей до Рихтера никто не думал. А между тем…
Как ни разрежен межзвездный газ, как ни велики расстояния между его атомами, как ни редки столкновения между ними, все же он остается газом, подчиненным обычным газовым законам. И в этом межзвездном газе звуковые волны распространяются со скоростью, около километра в секунду - всего в три раза быстрее, чем в воздухе, плотность которого в триллионы раз больше. Но Рихтер обнаружил в межзвездном газе не звуковые волны.
При звуковых колебаниях частицы смещаются, оставаясь «привязанными» к своему месту. Иное происходит при возникновении ударных или взрывных волн, движущихся со сверхзвуковой скоростью. Это тоже чередование сгущений и разрежений. Но в ударной волне сжатая масса газа движется - и с огромной скоростью.
Мгновенный снимок ударной волны напомнил бы моментальную фотографию снаряда, прорезающего воздух. И по своему действию ударная волна напоминает снаряд: в ее фронте податливый газ, присутствия которого мы обычно даже не замечаем, спрессовывается, становится как бы твердым, и далеко не всякая преграда может перед ним устоять. Ударные волны в воздухе вызывает и сверхзвуковой самолет и взрыв динамита. Ударные волны возникают и в межзвездном газе.
Гипотеза профессора Рихтера
Поясним загадку устойчивости нашего звездного дома конкретным примером. На расстоянии 10 тысяч световых лет от центра Галактики, почти на полпути от ее центра до Солнца, есть спиральный рукав, который удаляется от центра аномально быстро - со скоростью 53 километра в секунду. По другую сторону от центра найдена ветвь, убегающая еще скорее. Остальные ветви тоже удаляются от центра, но гораздо медленнее.
Обратим внимание и на другой факт: оба рукава-беглеца вместе со всей Галактикой вращаются вокруг центра, но гораздо медленнее, чем требуется для сохранения целостности Галактики. В устойчивых, нераспадающихся системах при их вращении центробежная сила инерции должна уравновешиваться силой тяготения - той, с которой тела притягиваются к центру масс. Но центробежная сила тем больше, чем выше скорость вращения. Если скорость вращения меньше необходимой, тело падает к центру, если больше - удаляется от него. Скорость же вращения дальних ветвей заметно меньше той, что необходима для равновесия между центробежной силой и притяжением. Тем не менее, ветви не только падают к галактическому центру, но, наоборот, улетают прочь. Почему же?
Центр галактики
Рихтер обнаружил причину в таинственном центре Галактики. Концентрация звезд там в тысячу раз больше, чем в окрестностях Солнца. В самом же центре Галактики есть мощный источник радиоизлучения Стрелец А - нечто вроде шара диаметром до 500 световых лет. Он погружен в быстро вращающийся газовый диск с резкой внешней границей на расстоянии 2500 световых лет от центра. Этот тонкий газовый диск вращается примерно так, как вращалось бы твердое тело, а не расплывчатое облако газа.
На первый взгляд, это странно. Как может газ превратиться в твердь? Объяснение таково: линейная скорость вращения краев диска (они резко очерчены) составляет около 260 километров в секунду, а при такой скорости масса газа движется как бы в твердых стенках. (Прыгнув в воду с высокой вышки, вы можете убедиться, какой твердой становится податливая мягкая среда, если вы движетесь в ней со слишком большой скоростью).
Теперь, вспомнив сказанное выше о возможности существования в галактическом газе ударных волн, мы легко поймем суть идеи Рихтера.
Пусть в наружной газовой «стенке» диска или в нем самом возникнет небольшая неоднородность. Нарушив равновесие вращения, она быстро развивается, и в конце концов часть вещества вырвется с огромной скоростью в окружающее пространство. Вырвавшийся сгусток наносит колоссальный удар по внешней среде. И в межзвездном газе возбуждается мощная взрывная волна. Она будет распространяться от центрального ядра к периферии Галактики.
По мнению профессора Рихтера, начальная скорость ударной волны составляет около 60 километров в секунду. При такой скорости она движется в межзвездном газе, точно внутри «твердой трубки» (как породивший ее диск вращается внутри «твердых стенок»). Но по мере удаления от центра скорость ударной волны уменьшается из-за сопротивления межзвездной среды и гравитационных воздействий, а путь ее - изгибается. В конце концов, волна рассеивается. Но все это длится миллиарды лет, ибо траектории волн, пути их распространения в газе очень устойчивы.
Становится также ясно, почему до сих пор не исчерпался центральный галактический диск. В ударной волне за сгущением следует разрежение, и часть вещества возвращается на прежнее место.
Таким образом, по Рихтеру спиральные рукава Галактики это не что иное, как ударные волны, время от времени возникающие в ее центре. Поперечник космических ударных волн огромен - измеряется миллионами квадратных световых лет. По положению сгущений и разрежений в рукавах Рихтер оценил интервалы между двумя последовательными ударными волнами в 300 - 400 миллионов лет. Последняя ударная волна возникла около 60 миллионов лет назад.
Как видите, наш звездный дом получает новый облик - вместо рыхлого, расплывчатого образования он представляется стремительно вращающимся звездно-газовым волчком, пронизанным гигантскими волнами, которые держат его и придают ему сложную, тонкую динамическую структуру.
Волны, звезды, жизнь
В наше время ученые часто не ограничиваются обоснованными выводами, но позволяют себе и полуфантастические предположения. Подтвердятся догадки или нет - это не отразится на существе основной гипотезы, зато смелые сопоставления и аналогии могут послужить толчком для интересных размышлений.
Любопытно познакомиться с соображениями профессора Рихтера о причинах… .
Какие только гипотезы не предлагались для объяснения исчезновения этих чудовищ, после которых 60 миллионов лет назад хозяевами Земли стали млекопитающие животные. Эту биологическую революцию пытались объяснить и космическими катастрофами, и эпидемиями, и похолоданиями, связанными с перемещением полюсов планеты, и какими-то еще не выясненными процессами на Солнце.
Рихтер отметил, что возникновение последней ударной волны в межзвездном газе совпало по времени с гибелью динозавров. Он сопоставил также некоторые другие крутые повороты в истории жизни на Земле с интервалами между космическими ударными волнами. И пришел к выводу, что ударные волны, «задевшие» Солнечную систему, могли оказать существенное влияние на все формы жизни. Правда, о конкретном механизме такого гипотетического влияния Рихтер ничего сказать не смог.
А вот еще одна, пока тоже полуфантастическая гипотеза. Она касается более «масштабной» проблемы - проблемы рождения звезд.
Во фронте ударной волны плотность газа на некоторое время должна увеличиться в сотни и тысячи раз. В результате, замечает Рихтер, создаются условия, благоприятствующие конденсации вещества в плотные космические тела.
Сравнительно легко представить себе, как происходит рассеивание вещества в космосе: газ стремится занять, возможно, больший объем, частицы его разбегаются во все стороны. Кроме того, газовое облако, если только внутренние силы тяготения в нем недостаточно велики, будет разорвано на части силой притяжения к центру Галактики.
Однако, если ударная волна заставит сжаться облако, силы тяготения внутри него должны резко возрасти. Эти силы смогут удержать частицы вместе, и станет возможным сгущение облака, превращение его в звезду.
Разумеется, это только гипотеза, и к тому же пока полуфантастическая, но выглядит она для астрономов очень заманчиво.
В нашем звездном доме все связано между собой. И если качнется фундамент, если в ядре Галактики родится ударная волна, то население всех ее этажей, и звездное и живое, не может не ощутить этого.
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 находится 10 000 звезд. В плоскости Галактики помимо повышенной концентрации звезд 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).
Центр Галактики находится в созвездии Стрельца в направлении на? = 17h46,1m, ? = –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.
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 RR 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.
Методика проведения 1
урока
"Наша Галактика"
Цель: формирование понятия о нашей Галактике.
Задачи обучения:
Общеобразовательные - формирование астрономических понятий:
1) о галактиках как одной из
основных типов космических систем на
примере рассмотрения физической природы и
основных характеристик нашей Галактики:
- основных физических характеристик нашей
Галактики (массы, размеров, формы,
светимости, возраста, образующих ее
космических объектов и их числа);
- строения Галактики и основных типов
галактического населения.
2) о межзвездной среде, ее газовой и пылевой
составляющих и о космических лучах.
3) о взаимосвязи эволюции космической среды
в Галактике с эволюцией звезд.
Воспитательные:
1) Формирование научного
мировоззрения учащихся:
- в ходе знакомства с историей изучения и
природой Галактики и ее основными
физическими характеристиками, строением и
составом;
- на основе раскрытия философских положений
о материальном единстве и познаваемости
мира при изложении астрономического
материала о природе Галактики;
2) Политехническое образование и трудовое
воспитание при повторении и углублении
знаний о методах и инструментах,
применяемых для изучения Галактики (спектральный
анализ, радиоастрономия (радиотелескопы),
ИК – астрономия и т.д.).
Развивающие
: формирование умений
анализировать информацию, объяснять
свойства космических систем на основе
важнейших физических теорий, использовать
обобщенный план для изучения космических
объектов, делать выводы.
Ученики должны знать : основные признаки понятия "галактика" как отдельного типа космических систем и главные физические характеристики, строение и состав нашей Галактики.
Ученики должны уметь : анализировать и систематизировать учебный материал, использовать обобщенный план для изучения космических объектов, делать выводы.
Наглядные пособия и демонстрации:
- фотографии
, схемы
и рисунки
спиральных галактик, подобных нашей
Галактике; Млечного Пути, рассеянных и
шаровых скоплений; строения нашей
Галактики;
- диапозитивы
из серийслайд-фильма
"Иллюстрированная астрономия: "Звезды
и галактики"; "Галактики, эволюция
Вселенной";
- диафильмы
и фрагменты диафильмов
:
"Развитие представлений о Вселенной";
"Галактики"; "Строение Вселенной";
- фрагменты кинофильма
"Вселенная";
- таблицы
: "Радиоастрономия"; "Звездные
скопления, туманности, Галактика"; "Млечный
Путь"; "Галактики";
- наглядные пособия и ТСО:
настенная и
подвижные карты звездного неба.
План урока
|
Этапы урока |
Методы изложения |
Время, мин |
|
|
Повторение и актуализация астрономических знаний |
Фронтальный опрос, беседа |
||
|
Изложение нового материала:
|
Лекция, беседа, рассказ учителя |
20-25 |
|
|
Закрепление изученного материала. Решение задач |
Работа у доски, решение задач в тетради |
10-12 |
|
|
Подведение итогов урока. Домашнее задание |
|||
Задание на дом: по материалу учебников:
- Б.А. Воронцов-Вельяминова
:
изучить §§ 27, 28; вопросы к параграфам.
- Е.П. Левитана
: изучить § 28; вопросы к
параграфу.
- А.В. Засова, Э.В. Кононовича
: изучить
§§ 28-30; вопросы к параграфам; упр. 28.4, 29.4
(4)
Методика проведения урока:
Учитель объявляет школьникам цель и задачи данного урока: изучение нашей Галактики. Производится актуализация "донаучных" познаний о природе нашей Галактики и других галактик и повторение материала о космических (звездных) системах. Ученикам задают вопросы:
1. Что такое космическая система?
Какие космические системы вы знаете? Какими
характеристиками и свойствами они обладают?
2. По каким признакам классифицируются
известные вам космические системы?
3. Что такое Галактика? Являются ли
синонимами слова "Галактика" и "Млечный
Путь"?
4. Что вы знаете о нашей Галактике? Каковы ее
размеры? Форма? Какие космические объекты
входят в ее состав?
5. Существуют ли во Вселенной другие
галактики? Что вы о них знаете?
При сообщении сведений об основных физических характеристиках Галактики необходимо обратить внимание учеников на трудности ее исследования, обусловленные тем, что мы наблюдаем Галактику "изнутри". В пособии рекомендуется использовать аналогию, задав ученикам вопрос: как легче и точнее составить план вашего города: из при наблюдениях из окна своего одного дома или по данным аэрофотосъемки? Нужно объяснить ученикам, как основные детали структуры Галактики (галактический диск, ядро) наблюдаются на звездном небе Земли. Строение Галактики можно продемонстрировать при помощи соответствующей таблицы (при этом экономится учебное время), но для более качественного усвоения материала учениками лучше поэтапно с соответствующими пояснениями воспроизвести ее на доске (а ученики перерисовывают ее в свои тетради). Количественные характеристики Галактики желательно сообщать как в числовой форме, так и в сравнении с размерами известных им объектов.
Ученики должны понимать, что Галактика является гравитационно-связанной космической системой: силы тяготения играют решающую роль в ее существовании и наряду с силами инерции и силами электромагнитной природы определяют структуру и основные свойства Галактики.
Наша Галактика
Наша Галактика - спиральная система массой от 2× 10 11 М¤ до 8,5-11,5× 10 11 М¤ (2,3× 10 42 кг), радиусом около 1,5-2× 10 4 пк и светимостью 2-4× 10 10 L¤ . Галактика состоит из 150-200 миллиардов звезд и множества других космических объектов: более 6000 галактических молекулярных облаков, содержащих в себе до 50% межзвездного газа, туманностей, планетных тел и их систем, нейтронных звезд, белых и коричневых карликов, черных дыр, космической пыли и газа. Диск Галактики пронизан крупномасштабным магнитным полем, удерживающим частицы космических лучей и заставляющим их двигаться вдоль магнитных линий по винтовым траекториям. 85-95% массы Галактики сосредоточено в звездах, 5-15% - в межзвездном диффузном газе. Массовая доля тяжелых элементов в химическом составе Галактики составляет 2%. Возраст Галактики 14,4 ± 1,3 млрд. лет. Большая часть звезд Галактики образовалась свыше 9 млрд. лет назад.
Основная часть образующих Галактику звезд наблюдается с Земли как опоясывающая все небо белесая, слабосветящаяся полоса неправильных очертаний - Млечный путь , в котором сливается сияние миллиардов слабосветящихся звезд.
Мы наблюдаем свою Галактику изнутри, что затрудняет определение ее формы, структуры и некоторых физических характеристик. Телескопическим наблюдениям доступно лишь 10 9 звезд - до 1% всех звезд Галактики.
Ядро Галактики наблюдается в созвездии Стрельца (a = 17 h 38 m , d = -30њ ), занимая часть созвездий Щита, Скорпиона и Змееносца. Ядро полностью скрыто за мощными темными газопылевыми облаками (ГМО) общей массой 3× 10 8 М¤ в 700 пк от центра Галактики, поглощающими видимое, но пропускающими радио- и инфракрасное излучение. В их отсутствие ядро Галактики было бы самым ярким после Солнца и Луны небесным светилом.
В центре ядра наблюдается сгущение - керн. Всего в 400 св. годах от центра, в недрах газопылевой туманности Стрелец А массой 10 5 М¤ скрывается черная дыра массой около 4,6× 10 6 М¤ . В самом центре в области размерами менее 1 пк и массой 5× 10 6 М¤ , вероятно, находится очень плотное скопление голубых сверхгигантов (до 50000 звезд).
Рис. 67. Строение нашей Галактики:
1 - Керн
2 - Ядро Галактики
3 - Балдж ("вздутие"): сферическое
население центра Галактики
4 - Бар – галактическая "перемычка".
5 - Молодая плоская подсистема (звезды
классов О, В, ассоциации)
6 - Старая плоская подсистема (звезды класса
А)
7 - Диск Галактики (звезды главной
последовательности, Новые, красные гиганты,
планетарные туманности)
8 - Промежуточная сферическая составляющая (старые
звезды, долгопериодические переменные)
9 - Спиральные рукава (диффузные газопылевые
туманности, молодые звезды классов О, В, А, F)
10 - Зоны концентрации ГМО вблизи ядра (9А) и в
"молекулярном кольце" (9В)
11 - Древнейшая сферическая подсистема (гало)
(шаровые скопления, короткопериодические
цефеиды, субкарлики)
12 - Шаровые скопления
13 - Солнечная система
14 - Газовая корона Галактики.
Наша Галактика имеет перемычку – бар , из концов которого в 4 тысячах парсек от центра Галактики начинают закручиваться 3 спиральные рукава; вблизи одного из них - рукава (ветви) Ориона находится Солнечная система. Вторая - ветвь Персея - наблюдается в направлении от центра Галактики на расстоянии 1,5-2,4 кпк от Солнца. Третья - ветвь Стрельца находится в направлении центра Галактики в 1,2-1,8 кпк от Солнца.
Галактика обладает сложным дифференцированным характером вращения вокруг своей оси (рис. 68). Собственные скорости звезд в ядре достигает 1000-1500 км/с. Скорость обращения галактических рукавов ниже скорости движения отдельных звезд на том же расстоянии от центра Галактики.
Солнечная система располагается вблизи экваториальной плоскости Галактики в 34000 св. лет от ее центра (на расстоянии совпадения скорости вращения Галактики и движения ее спиральных рукавов). Из анализа собственных движений 300000 звезд по смещению линий в спектрах благодаря эффекту Доплера установлено, что Солнечная система перемещается относительно ближайших звезд со скоростью 20 км/с в направлении созвездия Геркулеса и вместе с ними вращается вокруг центра Галактики со скоростью 250 км/c в направление созвездий Лебедя и Цефея. Точка небесной сферы, в направлении которой движется Солнечная система, называется апексом.
Период обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики составляет 195-220 миллионов лет. Средняя продолжительность галактического года (Т G )равна213 млн. лет.
Концентрация вещества межзвездной среды весьма неравномерна. Она резко возрастает в плоскости вращения Галактики и в слое толщиной 500 св. лет диаметром 100000 св. лет составляет 10 -21 кг/м 3 . Облака поглощающей звездный свет темной, плотной пылевой материи видны на фоне Млечного пути невооруженным глазом в созвездиях Лебедя, Змееносца, Щита, Стрельца. Наибольшую плотность она приобретает в направлении ядра Галактики. На расстоянии от 4 до 8 тысяч парсек от галактического центра располагается "молекулярное кольцо " Галактики - скопление ГМО массой до 3× 10 9 М¤ .
Разреженный нейтральный газ вдали от звезд прозрачен для оптического излучения. Изучению распределения и характеристик газа в межзвездной среде и ГМО способствует радиоизлучение молекулярного водорода (l = 0,21 м) и гидроксила ОН (l = 0,18 м) (рис. 69).
Турбулентная межзвездная плазма сконцентрирована в облаках, занимающих около 20% межзвездной среды. Вне спиральных рукавов редкие плазменные облака размерами менее 26 пк и плотностью электронов 0,1-0,3 частиц/см 3 обнаруживаются на расстояниях до ± 900 кпк от плоскости Галактики. Облака в спиральных рукавах (± 200 пк от плоскости Галактики) имеют размеры до 50 пк, электронную плотность 0,2-1,0 частиц/см 3 . В зонах звездообразования в плоскости Галактики электронная плотность облаков размерами 10-50 пк достигает 1-10 частиц/см 3 .
Относительный возраст и порядок образования звезд в Галактике определяются из анализа химического состава звездных областей - подсистем Галактики. Рождение звезд в Галактике на протяжении миллиардов лет уменьшает концентрацию межзвездного газа и замедляет темпов звездообразования до полного его прекращения из-за "нехватки сырья" на формирование звезд последующих поколений. В прошлом темп звездообразования был значительно выше. Сейчас во всей Галактике ежегодно в звезды превращается межзвездный газ массой от 4 М¤ до 10М¤ . Он должен возобновляться, иначе полностью исчерпался бы в первые 1-2 миллиарда лет жизни Галактики.
Основным "поставщиком" межзвездного газа являются звезды, особенно на последних стадиях своей эволюции: голубые и красные гиганты и сверхгиганты, Новые и Сверхновые порождают в год около 1 М¤ межзвездного газа. Вероятно, Галактика притягивает газ из окружающего ее пространства (до 1,2-2 М¤ в год). Поэтому количество межзвездного газа в Галактике уменьшается очень медленно.
Заметно изменяется его химический состав. В звездах I поколения возрастом 12-15 миллиардов лет концентрация тяжелых элементов составляет около 0,1%.
Звезды II поколения главной последовательности возрастом 5-7 миллиардов лет содержат до 2 % тяжелых элементов.
В современных диффузных туманностях довольно много пыли, различных газов, тяжелых химических элементов и сложных молекулярных соединений. Молодые звезды классов О, В, А возрастом 0,1-3 млрд. лет в рассеянных скоплениях относятся к новому III поколению звезд. Они содержат около 3-4% тяжелых элементов.
В гало Галактики наблюдаются "высокоскоростные" облака атомарного водорода, перемещающиеся независимо от ее вращения. Одни облака, в составе которых около 0,1 % тяжелых химических элементов, состоят из вещества, притянутого Галактикой из окружающего пространства. Другие облака образованы выбросами вещества из галактического диска при вспышках Сверхновых в звездных скоплениях и других космических явлениях; их состав включает до 1% тяжелых химических элементов.
Рис. 70. Ежегодный баланс межзвездной среды в Галактике
Важной составляющей межзвездной среды Галактики являются космические лучи -потоки заряженных элементарных частиц с энергией до 10 21 эВ: протоны (91,7%), релятивистские электроны (0,92%), ядра атомов гелия (6,6%) и более тяжелых химических элементов (0,72%). Несмотря на низкую пространственную плотность космических лучей (у Земли – 1 частица/см 3× с), плотность их энергии сравнима с плотностью энергии суммарного электромагнитного излучения звезд, энергии теплового движения межзвездного газа и магнитного поля Галактики. Основным источником космических лучей являются вспышки Сверхновых.
Общее магнитное поле Галактики обладает индукцией около 10 -10 Тл. Силовые линии в основном параллельны галактической плоскости и изгибаются вдоль ее спиральных рукавов. Взаимодействуя с заряженными частицами космических лучей, магнитное поле Галактики искривляет траектории их движения вдоль силовых линий и тормозит релятивистские электроны, порождая нетепловое (синхротронное) излучение радиоволн с длиной волны более 1 м. Изучение "вариаций" – пространственно-временных изменений характеристик космических лучей под влиянием различных процессов в межзвездном пространстве и космических объектах позволяет исследовать электромагнитные поля отдельных протяженных космических объектов и всей Галактики в целом. Высокая энергия космических лучей делает их незаменимыми помощниками физиков при изучении строения вещества и взаимодействий элементарных частиц.
В заключение урока можно предложить ученикам задачи на повторение и закрепление материала о звездах и звездных системах (определение межзвездных расстояний, характеристик компонентов двойных систем и т.д.), а также задания упражнения 18:
Упражнение 18:
- Как выглядел бы Млечный Путь, если бы Земля находилась: а) в центре Галактики; б) на краю галактического диска, в 50000 св. лет от центра Галактики; в) в одном из шаровых скоплений сферической составляющей; г) на расстоянии 10000 св. лет над северным полюсом Галактики; д) для наблюдателя в Большом Магеллановом Облаке?
- Оцените массу Галактики, лежащую внутри области орбитального движения Солнечной системы вокруг центра Галактики, если масса Солнечной системы М ~ 1 М¤ , а период ее обращения (галактический год) составляет 213 миллионов лет.
- Составьте схему, на которой будут указаны все основные типы, классы и группы космических объектов и их систем, входящих в состав Галактики (рис. 71):
Рис. 71
4. В 1974 году по программе SETI к шаровому звездному скоплению М13 в созвездии Геркулеса (расстояние 24000 св. лет) было отправлено радиосообщение о земной цивилизации. Как вы думаете, дождутся ли и, если "да", то когда дождутся наши потомки ответа?
5. В спектрах трех далеких галактик наблюдается красное смещение, равное: z 1 = 0,1, z 2 = 0,5, z 3 = 3 длин волн спектральных линий. С какой лучевой скоростью движутся эти галактики? Определите расстояние до каждой из них, считая Н = 50км/с× Мпк.
6. Вычислите расстояние, линейные размеры и светимость квазара 3С48, если его угловой диаметр равен 0,56ќ , блеск 16,0 m , а линия l 0 = 2298× 10 -10 м ионизированного магния смещена в его спектре до положения l 1 = 3832× 10 -10 м.
7. Как влияет поглощение света межзвездной средой на определение расстояний и размеров далеких галактик?
8. Классическая картина мира XIX века оказалась достаточно уязвимой в области космологии Вселенной, благодаря необходимости объяснения 3 парадоксов: фотометрического, термодинамического и гравитационного. Вам предлагается объяснить эти парадоксы с точки зрения современной науки.
Фотометрический парадокс (Ж. Шезо, 1744 г.; Г. Ольберс, 1823 г.) сводился к объяснению вопроса "Почему ночью темно?".
Если Вселенная бесконечна, то звезд в ней бесчисленно много. При сравнительно равномерном распределении звезд в пространстве число звезд, находящихся на данном расстоянии, возрастает пропорционально квадрату расстояния до них. Поскольку блеск звезды ослабевает пропорционально квадрату расстояния до нее, то ослабление общего света звезд из-за их удаленности должно в точности компенсироваться возрастанием числа звезд, и вся небесная сфера должна равномерно и ярко светится.
Термодинамический парадокс (Клаузиус, 1850 г.), связан с противоречием второго начала термодинамики и концепции вечности Вселенной. Согласно необратимости тепловых процессов, все тела во Вселенной стремятся к тепловому равновесию. Если Вселенная существует бесконечно долго, то почему же тепловое равновесие в природе до сих пор не наступило, и тепловые процессы продолжаются до сих пор?
Гравитационный парадокс (Зеелингер, 1895 г.) основан на положениях бесконечности, однородности и изотропности Вселенной.
Мысленно
выберем сферу радиуса R
0 так, чтобы
ячейки неоднородности в распределении
вещества внутри сферы были несущественны и
средняя плотность была равна средней
плотности Вселенной r
. Пусть
на поверхности сферы находится тело массой m
,
например, Галактика. Согласно теореме
Гаусса о центрально-симметричном поле, сила
тяготения со стороны вещества массой М
,
заключенного внутри сферы, будет
действовать на тело так, как если бы все
вещество было сосредоточено в одной точке,
расположенной в центре сферы. При этом
остальное вещество Вселенной никакого
вклада в эту силу не вносит. При этом:
Выразим массу через среднюю плотность r
: 
. Пусть
Тогда -
ускорение свободного падения тела к центру
сферы зависит только от радиуса сферы R
0 .
Поскольку радиус сферы и положение центра
сферы выбраны произвольно, возникает
неопределенность в действии силы на
пробную массу m
и направление ее
движения.
9. Проделайте путешествие на воображаемой машине времени в прошлое и будущее нашей Метагалактики и сделайте рисунки того, что вы увидели бы: а) в момент Большого Взрыва; б) спустя 1 секунду после него; в) через 1 миллион лет; г) через миллиард лет; д) через 10 миллиардов лет после Большого Взрыва; е) спустя 100 миллиардов лет; ж) через 1000 миллиардов лет.
10. Что отличает космологические модели Вселенной от религиозного объяснения Вселенной?
Методика изучения материала на первых 3 уроках данной темы рассматривается в статье Е.Ю Степановой, Ю.А. Купрякова "Изучение вопросов о Галактике в теме "Строение Вселенной" .
В физико-математических классах и при работе с сильными учащимися можно воспользоватьсяидеями, содержащимися в статьеЛ.П. Суркова, Н.В. Лисина "Элементы проблемности при обучении астрономии в педагогическом институте". По мнению авторов, "Основа и источник астрономических знаний – наблюдения, которые и становятся основным способом создания проблемной ситуации (на основе собственных наблюдений, жизненных ситуаций, работы с фотографиями, рисунками и т.д., в т.ч. при знакомстве с наблюдательными результатами, имеющими якобы необъяснимый характер и приведшими в истории науки к постановке научной проблемы).
Существование различных подходов к выбору стратегии исследования реализуется в виде конкурирующих научных гипотез. Это позволяет использовать для придания лекции проблемного характера показ различных точек зрения и позиций ученых к решению определенной проблемы". В качестве примеров предлагаются: 1) дискуссия о природе активности квазаров и ядер галактик, где в качестве источника активности предлагались: многопульсарная модель, с многочисленными взрывами при столкновениях звезд; модель аккрецирующей сверхмассивной черной дыры; модель сверхмассивного вращающегося магнитоплазменного тела – магнитоида. 2) Возникновение спиральной структуры Галактики (волновая теория Линдблада, Лина и Шу, идея Герола и Сейдена, Яанисте и Саара, формирования ветвей при выбросе газа из центра галактик).
Изложение темы "Строение Галактики" также целесообразно построить в историческом плане. Ставится задача мысленно пройти путь ученых. Вначале проводятся наблюдения (демонстрации, посещение планетария). Задается задание: на основании сопоставления числа звезд на отдельных участках неба и различия звезд по блеску попытаться представить картину окружающего мира с учетом упрощающих факторов (как Гершель). На лекции подводится итог этому заданию и ставится вопрос "Что и как должно измениться в представленной картине, если предположения Гершеля неверны?". Затем, сопровождаемые демонстрациями, рассматриваются современные методы и результаты исследования Галактики.
Первый вариант "позволяет рассмотреть в исторической последовательности ряд задач, стоящих на пути исследователей и тем самым использовать преимущества, которые дает проблемный метод обучения: начать формирование сведений о структуре и размерах Галактики на основе изучения распределения звезд, постепенно дополняя и углубляя материал информацией о других объектах", предварительно ознакомив учеников с видимым распределением звезд по небу и со структурой Млечного Пути.
- - контрольные работы - задача
