Фотография спиральной галактики " Цевочное колесо" (M101, NGC 5457), получена орбитальным телескопом Хаббл, запущенным NASA в 1990 г. Спиральные галактики похожи на громадные вихри или водовороты в пространстве Метагалактики. Вращаясь, они движутся в Метагалактике подобно циклонам, движущимся в атмосфере Земли.
Эллиптические галактики часто встречаются в плотных скоплениях спиралевидных галактик. Они имеют форму эллипсоида или шара, причем шаровидные обычно бывают больше элипсоидных. Скорость вращения эллипсоидных галактик меньше, чем у спиралевидных, потому диск у них не сформирован. Такие галактики обычно насыщены шаровидными скоплениями звезд. Эллиптические галактики, как считают астрономы, состоят из старых звёзд и практически полностью лишены газа. В их старости я, однако, сильно сомневаюсь. Почему? Расскажу об этом позже. Галактики неправильной формы обычно имеют небольшую массу и объем, в них входит немного звезд. Как правило, они являются спутниками спиралевидных галактик. В них обычно очень мало шаровых скоплений звезд. Примерами таких галактик являются спутники Млечного Пути – Большое и Малое Магеллановы облака. Но среди неправильных галактик встречаются и малые эллиптические галактики. В центре почти каждой галактики находится очень массивное тело – чёрная дыра – с такой мощной гравитацией, что его плотность равна или больше плотности ядер атомов. По сути, каждая чёрная дыра – это в пространстве небольшое, а по массе просто чудовищное, бешено вращающееся ядро. Название "чёрная дыра" явно неудачное, так как никакая это не дыра, а очень плотное тело с мощной гравитацией – такой, что даже легкие фотоны не могут из него вырваться. И когда чёрная дыра накапливает в себе чересчур большую массу и кинетическую энергию вращения, в ней нарушается равновесие массы и кинетической энергии, и тогда она исторгает из себя фрагменты, которые (самые массивные) становятся малыми чёрными дырами второго порядка, фрагменты поменьше – будущими звездами, когда соберут на себя большие водородные атмосферы из галактических облаков, а фрагменты мелкие станут планетами, когда собранного водорода не хватит для начала термоядерного синтеза. Думаю, что галактики образуются из массивных чёрных дыр, мало того, в галактиках совершается космический круговорот вещества и энергии. В начале чёрная дыра поглощает вещество, рассеянное в Метагалактике: в это время, благодаря своей гравитации, она действует как "пылегазосос". Вокруг чёрной дыры концентрируется водород, рассеянный в Метагалактике, при этом образуется шарообразное скопление газа и пыли. Вращение чёрной дыры увлекает газ и пыль, отчего шарообразное облако сплющивается, в нем образуются центральное ядро и рукава. Накопив критическую массу, чёрная дыра в центре газо-пылевого облака начинает выбрасывать фрагменты (фрагментоиды) , которые отрываются от нее с большим ускорением, достаточным, чтобы быть выброшенными на круговую орбиту вокруг центральной чёрноё дыры. На орбите, взаимодействуя с газо-пылевыми облаками, эти фрагментоиды гравитационно захватывают газ и пыль. Крупные фрагментоиды становятся звездами. Чёрные дыры своей гравитацией затягивают в себя космическую пыль и газ, которые, падая на такие дыры, сильно раскаляются и излучают в рентгеновском диапазоне. Когда вещества вокруг чёрной дыры становится мало, ее свечение резко уменьшается. Поэтому в некоторых галактиках в центре видно яркое свечение, а в других нет. Чёрные дыры подобны космическим «убийцам»: их гравитация притягивает даже фотоны и радио волны, отчего сама чёрная дыра не излучает и выглядит как абсолютно чёрное тело.
Но, вероятно, периодически гравитационное равновесие внутри чёрных дыр нарушается, и они начинают извергать сгустки сверхплотного вещества, обладающие сильной гравитацией, под воздействием которой эти сгустки принимают шарообразную форму и начинают притягивать пыль и газ из окружающего пространства. Из захваченного вещества на этих телах формируются твердые, жидкие и газообразные оболочки. Чем массивнее был извергнутый чёрной дырой сгусток сверхплотного вещества (фрагментоид ), тем больше он соберет на себя пыли и газа из окружающего пространства (если, конечно, это вещество в окружающем пространстве имеется).
Немного истории исследований
Изучению галактик астрофизика обязана А. Робертсу, Г.Д. Кёртису, Э. Хабблу, Х. Шелли и многим другим. Интересную морфологическую классификацию галактик предложил Эдвин Хаббл в 1926 г. и усовершенствовал ее в 1936 г. Эта классификация называется "Камертон Хаббла". До самой смерти в 1953г. Хаббл улучшал свою систему, а после его смерти это делал А. Сендидж, который в 1961 г. внес существенные новшества в систему Хаббла. Сендидж выделил группу спиральных галактик с рукавами, начинающимися на внешнем краю кольца, и спиральных галактик, у которых спиральные рукава начинаются сразу от ядра. Особое место в классификации занимают спиральные галактики с клочковатой структурой и слабо выраженным ядром. За созвездиями Скульптор и Печь Х. Шелли в 1938 г. открыл карликовые эллиптические галактики с очень низкой яркостью.
>> Строение нашей галактики
4.2. Движение и столкновения галактик
Разнообразие форм галактик можно рассматривать как проявление действия принципа минимального разнообразия. Оно свидетельствует о вариативности условий формирования и эволюции конкретных строительных блоков Вселенной.
4.2.1. Строение нашей галактики
Наша галактика (Млечный путь) представляет собой спиральный диск с четырьмя закрученными рукавами и с центральным шаровидным утолщением. Толщина диска около 500 св. лет (за такой интервал времени свет пересечет его). Радиус рукавов равен примерно 50 000 св. лет. Центральное утолщение Млечного пути имеет диаметр в 3 000 св. лет и окружено роем (иногда используют термин гало) из примерно 200 шаровых звездных скоплений.
Черная полоса, которую мы видим ночью вдоль Млечного пути (и на фотографиях некоторых других галактик), свидетельствует, что межзвездное пространство в Галактике заполнено гигантскими газопылевыми облаками, поглощающими видимое излучение, но прозрачными для радиоволн и инфракрасного излучения. Именно на основании данных радиоастрономии и спутниковых наблюдений в ИК – диапазоне была установлена четырехрукавная структура нашей галактики и то, что Солнце располагается на расстоянии 25 000 св. лет от центральной части. Один оборот вокруг центра Галактики Солнце совершает примерно за 200 млн. лет, за время его существования оно около 25 раз успело обойти центр Млечного пути. Можно образно сказать, что Солнцу 25 галактических лет!
Скорость вращения отдельных звезд определяют по смещению спектральных линий (по эффекту Доплера). Для нашей Галактики величина массы составляет примерно 100 млрд. солнечных масс. Это, по порядку величины, соответствует массе видимых звезд и газопылевых облаков. В то же время измерения скоростей движения звезд, расположенных на периферии Млечного пути и шаровых скоплений в галактическом гало, показало, что они движутся вокруг центра с такими скоростями , которые не соответствуют оценке полной массы видимого вещества нашей галактики. Несоответствие устраняется в том только случае, если допустить, что существует темное вещество, скрытое от использованных методов наблюдения. Причем масса невидимого вещества на порядок величины превосходит ту массу, которая определяется современными методами астрономии. Физическая природа темного вещества, которое проявляется только в гравитационном взаимодействии, в настоящее время дискуссионная.
В самом центре нашей галактики зарегистрирован источник с экстремально большим энерговыделением. Имея сравнительно небольшие размеры (порядка размеров Солнечной системы), он обладает массой в миллион раз большей, чем Солнце, и светит в широком диапазоне в 100 млн. раз интенсивней. Первая гипотеза о природе такого источника связывала его со вспышкой звездообразования «молодых» звезд. В настоящее время более вероятной причиной считают Черную дыру, образовавшуюся в самом «сердце» Млечного пути.
Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. - Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. - 184 с.
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные урокиВВЕДЕНИЕ
Астрономия - это наука о Вселенной, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Как и все на свете, астрономия имеет длительную историю, едва ли не большую, чем любая другая наука.
По ходу знакомства с окружающей нас Вселенной возникали новые области познания. Рождались отдельные направления исследований, постепенно складывавшиеся в самостоятельные научные дисциплины. Все они, разумеется, объединялись общими интересами астрономии, но сравнительно узкая специализация внутри астрономии все больше и больше давала себя знать.
В современной астрономии четко выделились следующие разделы:
I. Астрометрия - древнейший раздел астрономии, изучающий положение на небе небесных тел в определенные моменты времени. Где и когда - таков по существу основной вопрос, на который отвечает астрометрия. Очевидно, для ответа нужно знать ту систему координат, относительно которой определяют положение тела, и уметь измерять промежутки времени с помощью равномерного движения.
Порожденная нуждами практики, астрометрия до сих пор остается наиболее "практической", прикладной отраслью астрономии. Измерения времени и местоположения нужны во всех делах человеческих, и поэтому трудно указать обстоятельства, где астрометрия прямо или косвенно не находила бы себе применение.
II. Небесная механика возникла лишь в XVII в. когда стало возможным изучать силы, управляющие движением небесных тел. Главной из этих сил, как известно, является гравитационная сила, т. е. сила тяготения, или, иначе говоря, сила взаимного притяжения небесных тел. Хотя природа гравитации до сих пор не ясна, теория движения небесных тел под действием тяготения разработана очень обстоятельно, как, впрочем, и теория фигур равновесия небесных тел, которые определяются гравитацией и вращением. Обе эти теории, и составляют главное, чем занимается небесная механика.
III. Почти одновременно с небесной механикой развивалась и астрофизика - та отрасль астрономии, которая изучает физическую природу небесных тел. А стало это возможным благодаря изобретению телескопа, который далекое сделал близким и позволил рассмотреть удивительные подробности на небе и небесных телах. Особенно бурное развитие астрофизика испытала с открытием спектрального анализа в XIX в. Стремительный рост астрофизических знаний, невиданно быстрое расширение средств исследования физики космоса продолжается и в наше время.
IV. Звездная астрономия изучает строение и развитие звездных систем. Этот раздел возник на грани XVIII и XIX вв. с классических работ Вильяма и Джона Гершелей. Дальнейшие шаги в познании звездных систем показали, что звездная астрономия немыслима без астрофизики. Подобно тому, как в современной астрономии астрометрия все теснее сближается с небесной механикой, астрофизические методы исследования приобретают все большее значение в исследовании звездных систем.
V. Конкретные данные, добываемые перечисленными выше отраслями астрономии, обобщаются космогонией, которая изучает происхождение и развитие небесных тел. Так как эволюция небесных тел совершается, как правило, за сроки, несравнимо большие, чем время существования человека, решение космогонических проблем - дело очень трудное. Правда, в какой-то мере оно облегчается некоторыми быстропротекающими космическими процессами типа взрывов, которых в последнее время открывают все больше и больше. Однако разгадать их эволюционный смысл далеко не всегда просто.
VI. Космология занимается наиболее общими вопросами строения и эволюции всего, мира в целом. Космологи стараются рассматривать Вселенную в целом, не забывая, конечно, о том, что человеку всегда доступна лишь ограниченная часть бесконечного и неисчерпаемого во всех отношениях Мира. Поэтому космологические "модели" всей Вселенной, т. е. теоретические схемы "Мира в целом", неизбежно страдают упрощенчеством и лишь в большей или меньшей степени отражают реальность. Космология всегда была и остается сферой идеологической борьбы идеалистического и материалистического мировоззрений.
Данная работа посвящена одной из основных частей звездной астрономии - нашей Галактике.
Планета Земля принадлежит Солнечной системе, которая состоит из единственной звезды - Солнца и девяти планет с их спутниками, тысяч астероидов, комет, бесчисленных частичек пыли, и все это обращается вокруг Солнца. Поперечник Солнечной системы составляет примерно 13 109 км.
Солнце и Солнечная система расположены в одном из гигантских спиральных рукавов Галактики, называемой Млечным Путем. Наша Галактика содержит более 100 млрд. звезд, межзвездный газ и пыль, и все это обращается вокруг ее центра. Поперечник Галактики составляет примерно 100 000 световых лет (один миллиард миллиардов километров).
ОТКРЫТИЕ ГАЛАКТИКИ
3вездная астрономия, т.е. раздел астрономии, изучающий строение звездных систем, возникла сравнительно недавно, всего два века назад. Раньше она не могла возникнуть, так как оптические средства исследования Вселенной были еще крайне несовершенны. Правда, высказывались разные умозрительные идеи о строении звездного мира, подчас гениальные. Так, древнегреческий философ Демокрит (460-370 г. до н.э.) считал Млечный Путь скопищем слабосветящихся звезд. Немецкий ученый XVIII в. Иоганн Ламберт (1728-1777) полагал, что звездный мир имеет ступенчатое, иерархическое строение: меньшие системы звезд образуют большие, те, в свою очередь, еще большие и т. д., наподобие известной игрушечной "матрешки". И эта "лестница систем", по Ламберту, не имеет конца, т. е. подобная "структурная" Вселенная бесконечна. Но, увы, все такие идеи не подкреплялись фактами, и звездная астрономия как наука зародилась лишь в трудах Вильяма Гершеля (1738-1822), великого наблюдателя и исследователя звездной Вселенной.
За свою долгую жизнь он отшлифовал для телескопов около 430 телескопических зеркал, и среди них громадное зеркало диаметром 122 см и фокусным расстоянием 12 м. Гершелю стало доступно огромное множество очень слабых звезд, что сразу расширило горизонты познания. Удалось выйти в глубины звездного мира.
Еще в 683 г. н.э. китайский астроном И. Синь измерил координаты 28 звезд и заметил их изменения по сравнению с более древними определениями. Это заставило его высказать догадку о собственном движении звезд в пространстве. В 1718 г. Эдмунд Галлей на основании наблюдений Сириуса, Альдебарана и Арктура подтвердил эту гипотезу. К концу ХVIII в. стали известны собственные движения всего 13 звезд. Но даже по таким крайне бедным данным Гершелю удалось обнаружить движение нашего Солнца в пространстве.
Идея метода Гершеля проста. Когда идешь по густому лесу, кажется, что деревья впереди расступаются, а сзади, наоборот, сходятся. Так и на небе - в той его части, куда летит Солнце вместе с Солнечной системой (созвездие Геркулеса), звезды будут казаться "разбегающимися" в стороны от апекса - точки неба, куда направлен вектор скорости Солнца. Наоборот, в противоположной точке неба (антиапексе) звезды должны казаться сходящимися. Эти эффекты и были выявлены Гершелем, но из-за скудости данных скорость движения Солнца он определил неточно.
Гершель открыл множества двойных, тройных и вообще кратных звезд и обнаружил в них движение компонентов. Это доказывало, что кратные звезды - физические системы, подчиняющиеся закону тяготения. Но главная заслуга Вильяма Гершеля состоит в его исследовании общего строения звездного мира.
Задача была трудной. В ту пору (конец ХУШ в.) ни до одной из звезд не было известно расстояние. Пришлось поэтому ввести ряд упрощающих предположений. Так, Гершель предположил, что все звезды распределены в пространстве равномерно. Там же, где наблюдаются сгущения звезд, в том направлении звездная система имеет большую протяженность. Пришлось также предположить, что все звезды излучают одинаковое количество света, а их видимая звездная величина зависит только от расстояния. И, наконец, мировое пространство Гершель считал абсолютно прозрачным. Все эти три допущения были, как мы теперь знаем, ошибочными, но ничего лучшего во времена Гершеля придумать было невозможно. На звездном небе Гершель выделил 1083 площадки и на каждой из них подсчитывал число звезд данной звездной величины. Предположив затем, что самые яркие звезды наиболее близки к Земле, Гершель принял их расстояние от Земли за единицу и в этих относительных масштабах построил схему нашей звездной системы. При этом Гершель полагал, что его телескопы позволяют видеть самые далекие звезды Галактики.
Изучение характера распределения звезд разных типов в Галактике показало, что наш звездный «остров» имеет сложное строение и состоит из нескольких проникающих друг в друга подсистем.
Молодые и яркие звезды вместе с облаками межзвездного газа и космической пыли образуют плоский диск. Здесь же сосредоточены белые карлики, планетарные туманности и , взрывающиеся как сверхновые. В галактическом диске встречаются звезды и типа нашего , имеющие возраст 5-6 млрд лет и содержащие до 4% тяжелых химических элементов. Плотность звезд заметно убывает от центра диска к его окраинам.
В центральной части галактического диска имеется шарообразное утолщение. Внутри этого утолщения и «прячется» ядро Галактики, которое скрыто от нас облаками межзвездной пыли. Первое проникновение в тайны галактического ядра совершили пулковский астроном Александр Александрович Калиняк (1905-1983) и крымский - Владимир Борисович Никонов. Летом 1948 года в Симеизе совместно с московским физиком Валерьяном Ивановичем Красовским они получили первую фотографию ядра Галактики. Решить эту задачу им помогла инфракрасная астрономия: с помощью электронно-оптического преобразователя (Электронно-оптический преобразователь - фотоэлектрический прибор, который превращает невидимые инфракрасные лучи в лучи, видимые глазом и действующие на фотографическую пластику) невидимое ядро было заснято в инфракрасных лучах, обладающих большем проникающей способностью, чем лучи видимые. Они-то и пробили пылевую завесу.
Но это было только начало штурма галактического ядра. К его исследованиям вскоре подключились радиоастрономы. Они установили, что в диапазоне метровых волн ядро «светит» настолько ярко, что затмевает радиоизлучение спокойного Солнца! Было обнаружено также мощное истечение газа из центральных областей Галактики. По-видимому, в ее ядре происходят исключительно бурные процессы.
Наиболее интересные результаты были получены при исследовании центра нашей Галактики с помощью телескопа АРТ-П, установленного на орбитальной обсерватории «Гранат». Оказалось, что оттуда исходит не только поток радиоволн, но и рентгеновское излучение, и гамма-всплески. Один из самых интересных рентгеновских объектов в этой области неба, хотя далеко не самый яркий, - знаменитый Стрелец А , совпадающий с динамическим центром Галактики. Это и уникальный источник мощного радиоизлучения. Предполагается, что здесь находится сверхмассивная черная дыра с массой около 2 млн солнечных масс. Но гипотеза о сверхмассивной черной дыре, расположенной вблизи центра Галактики, еще не получила веских доказательств в свою пользу.
Плоский диск как бы погружен в сферическую составляющую Галактики , или гало. «Население» гало представлено преимущественно старыми и слабыми по блеску звездами. Здесь мы видим шаровые звездные скопления, красные сверхгиганты. Они разбросаны почти по всему объему сплюснутого гало вплоть до расстояний в 10 тыс. пк (примерно 30 тыс. световых лет) от галактической плоскости. В сферическую подсистему Галактики входят и звезды центрального утолщения - балджа. Газ и пыль в гало практически отсутствуют. Плотность звезд нарастает к центру Галактики . Масса гало приближается к массе диска.
Возраст шаровых скоплений достигает 13-15 млрд лет. Это самые старые образования в Галактике - ровесники самой звездной системы (Сейчас этот возраст, как и возраст всей наблюдаемoй нами Вселенной, пересматривается в сторону уменьшения).
Как видим, в зависимости от возраста звезды по-разному распределены в галактическом пространстве: старые заполняют сферический объем, молодые собраны в тонком диске.
С возрастными различиями звезд связаны различия и в их химическом составе. Наиболее старые светила содержат тяжелых химических элементов (тяжелее гелия) примерно в 100 раз меньше, чем Солнце. Стоит отметить, что для образования планет и зарождения жизни крайне необходимы тяжелые химические элементы. Поэтому вряд ли могли возникнуть планеты у звезд гало.
Важным шагом в изучении Галактики было обнаружение ее вращения вокруг оси, перпендикулярной к средней галактической плоскости. В этом вращении участвуют все звезды диска и газопылевые туманности. Скорость движения звезд вокруг галактического центра по мере удаления oт него сначала возрастает и достигает наибольшего значения (примерно 220 км/с) в окрестностях Солнца, а к краю Галактики медленно убывает. По этой скорости и расстоянию Солнца от центра Галактики , равному 8,5 кик, или около 28 тыс. световых лет, нетрудно вычислить период обращения Солнца. Он составляет около 230 млн. лет и называется галактическим годом.
По периоду обращения Солнца можно приближенно оцепить массу Галактики - диска имеете с гало. Для этого достаточно воспользоваться третьим обобщенным законом Кеплера. Оказалось, что она равна примерно 250 млрд масс Солнца.
Все звезды в Галактике связаны взаимным тяготением. Это служит надежной гарантией устойчивости звездной системы во времени.
Очень многое о строении и структуре нашей Галактики удалось узнать в результате изучения ближайших к нам больших звездных систем, таких как знаменитая Туманность Андромеды , обладающих четко выраженной спиральной структурой. Поэтому было разумно предположить, что наша Галактика тоже имеет спиральные ветви. Но как их распознать в бледном сиянии ? Ведь мы наблюдаем Галактику изнутри. Различные структуры галактического диска проецируются друг на друга, а многое прости скрыто от нас пылевыми облаками. И все-таки данная проблема получила оригинальное решение.
В 1951 году исследователи Вселённой сделали важное открытие: на волне 21 см они обнаружили сильный постоянным радиосигнал и прозвали его «песней водорода». Правда, открытие это ни для кого не явилось неожиданностью. Теоретически было уже предсказано, что нейтральный межзвездный водород должен «звучать» именно на такой волне. И. «вслушиваясь» в мелодию этой «песни», радиоастрономы смогли проникнуть за завесу межзвездной пыли и приступить к изучению структуры галактического диска.
Исследование излучения межзвездного газа в радиолинии водорода 21 см позволило установитъ ею распределение в пространстве. Оказалось, что уплотнения водорода действительно образуют спиральный узор. Постепенно удалось построить спиральную структуру для значительной части Галактики. Спиральные ветви, или рукава, вдоль которых группируются молодые горячие звезды отходят от центрального сгущения. Части трех рукавов хорошо прослеживаются в Орионе, Персее и Стрельце. В одном из узлов Орионова рукава, на краю Галактики, находится . Спиральные ветви закручиваются, то есть направление вращения Галактики совпадает с направлением от конца ветви к галактическому ядру.
Таким образом, если наблюдать нашу Галактику плашмя, то мы увидели бы, как из ее ядра вытекают спиральные ветви. Огибая центральное сгущение, расширяясь и разветвляясь, они теряют свою яркость, и постепенно след их пропадает.
Если ознакомиться с цветной фотографией Галактики, то нельзя не отметить, казалось бы, странное распределение на снимке цветов: ядро желтое, спирали - голубые! Но мы уже знаем, что, чем горячее звезда, тем она голубей. Последнее означает, что наиболее горячие звезды находятся в спиралях.
Газовый галактический диск пронизан силовыми линиями магнитного поля Галактики. Магнитное поле препятствует движению ионизованного газа поперек силовых линий, но не мешает ему распространяться вдоль них.
Магнитное поле не только влияет на движение межзвездного газа. Оно удерживает в Галактике космические лучи, возникающие при вспышках сверхновых. Эти лучи состоят из заряженных частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. В основном это протоны (ядра атомов водорода) с добавкой альфа-частиц (ядер гелия) и электронов и ничтожной примесью ядер атомов лития, углерода, азота, кислорода, железа и других более тяжелых элементов А так как силовые линии магнитного поля имеют довольно сложную конфигурацию, то космическим лучам приходится долго «петлять» по всему объему Галактики, прежде чем им удастся вырваться наружу - в межгалактическое пространство. Плотность энергии космических лучей в расчете на единицу объема Галактики примерно равна плотности энергии излучения звезд.
Магнитное поле Галактики тормозит быстрые релятивистские электроны. Это вызывает так называемое синхротронное (нетепловое) радиоизлучение на метровых волнах. Оно приходит к нам буквально со всех сторон неба. В противоположность этому нейтральный водород, сконцентрированный вблизи галактической плоскости, подает свой «радиоголос» только из зоны Млечного Пути.
В последние годы выяснилось, что плоский галактический диск и окружающее eго гало погружены в очень разреженную корону, которая является третьим главным структурным элементом Галактики. Полная масса короны в несколько раз превышает суммарную массу всех звезд Галактики. Она проявляет себя тяготением, но не излучает света, и в ней пе обнаружено ни звезд, ни газовых облаков.
Общая астрономия. Строение Галактики
Одним из самых примечательных объектов звездного неба является Млечный Путь . Древние греки называли его galaxias , т.е. молочный круг . Уже первые наблюдения в телескоп, проведенные Галилеем, показали, что Млечный Путь – это скопление очень далеких и слабых звезд.
В начале ХХ века стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в гигантских звёздно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсеков до нескольких десятков килопарсек (1 килопарсек = 1000 парсек ~ 3∙10 3 световых лет ~ 3∙10 19 м). Солнце вместе с окружающими его звёздами также входит в состав спиральной галактики, всегда обозначаемой с заглавной буквы: Галактика. Когда мы говорим о Солнце, как об объекте Солнечной системы, мы тоже пишем его с большой буквы.
Расположение Солнца в нашей Галактике довольно неудачное для изучения этой системы как целого: мы находимся вблизи плоскости звёздного диска, и с Земли сложно выявить структуру Галактики. К тому же, в области, где расположено Солнце, довольно много межзвёздного вещества, поглощающего свет и делающего звездный диск почти непрозрачным для видимого света в некоторых направлениях, особенно в направлении ее ядра. Поэтому исследования других галактик играют громадную роль в понимании природы нашей Галактики. Галактика представляет собой сложную звёздную систему, состоящую из множества разнообразных объектов, которые находятся между собой в определенной взаимосвязи. Масса Галактики оценивается в 200 миллиардов (2∙10 11) масс Солнца, но только два миллиарда звезд (2∙10 9) доступно наблюдениям.
Распределение звёзд в Галактике имеет две ярко выраженные особенности: во-первых, очень высокая концентрация звёзд в галактической плоскости, и во-вторых, большая концентрация в центре Галактики. Так, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звёзда приходится на 16 кубических парсеков, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находится 10 000 звезд. В плоскости Галактики помимо повышенной концентрации звёзд наблюдается также повышенная концентрация пыли и газа.
Размеры Галактики: - диаметр диска Галактики около 30 кпк (100 000 световых лет), - толщина - около 1000 световых лет.
Солнце расположено очень далеко от ядра Галактики - на расстоянии 8 кпк (около 26 000 световых лет). Галактика состоит из диска, гало, балджа и короны.
Галактика содержит две основных подсистемы (два компонента), вложенные одна в другую и гравитационно-связанные друг с другом.
Первая называется сферической - гало , ее звезды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж . (английское слово bulge переводится как вздутие ). В балдже (3-7 кпк) сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды; там находится наибольшее количество пульсаров, остатков сверхновых и источников инфракрасного излучения. Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром . В ядре высокая концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной. В центре Галактики предполагается существование массивной черной дыры. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи. Центр Галактики находится в созвездии Стрельца в направлении на α = 17h46,1m, δ = –28°51". Вторая подсистема - это массивный звездный диск . Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. В диске концентрация звезд значительно больше, чем в гало. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики. В звездном диске между спиральными рукавами расположено Солнце.
Звёзды галактического диска были названы населением I типа, звёзды гало - населением II типа. К диску, плоской составляющей Галактики, относятся звёзды ранних спектральных классов О и В, звёзды рассеянных скоплений, тёмные пылевые туманности, облака газа и пыли. Солнце относится к звездному населению I типа.
Гало, наоборот, составляют объекты, возникшие на ранних стадиях эволюции Галактики: звёзды шаровых скоплений, звёзды типа RR Лиры. Звёзды плоской составляющей по сравнению со звёздами сферической составляющей отличаются большим содержанием тяжелых элементов. Возраст населения сферической составляющей превышает 12 миллиардов лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики. По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Масса диска оценивается в 150 миллиардов М Солнца. В диске находятся спиральные ветви (рукава). Молодые звёзды и очаги звёздообразования расположены, в основном, вдоль рукавов. Диск и окружающее его гало погружены в корону .
В настоящее время считают, что размеры короны Галактики в 10 раз больше, чем размеры диска. Дальнейшие исследования показали, что в нашей Галактике имеется перемычка (бар).
Астрономы убедились в существовании спиральных рукавов полвека назад по тому же излучению атомарного водорода на волне 21 сантиметр.
Иллюстрация слева. Солнце расположено между рукавами Киля-Стрельца и Персея.
Иллюстрация справа. Строение нашей Галактики в разрезе.
Слева вид нашей Галактики в видимом диапазоне (цифровая панорама их трёх тысяч изображений звёздного неба), если посмотреть на всё небо сразу.
Аксел Мелингер. Проект Панорама Млечного пути 2.0.
Рисунок справа. Наблюдения радиоизлучения водорода. Наблюдения Энглмайера.
Красным наложен узор спиральных рукавов. Отчётливо видно, что у нашей Галактики есть бар (перемычка), от которой отходят два рукава. Во внешней части видны 4 рукава.