Предмет астрономии
Вариант № 1
1. Астрометрия
2. Астрофизика
3. Астрономия +
4. Другой ответ
2.Гелиоцентричну модель мира разработал …
1. Хаббл Эдвин
2. Николай Коперник +
3. Тихо Браге
4. Клавдий Птолемей
3.до планет земной группы относятся …
1. Меркурий, Венера, Уран, Земля
2. Марс, Земля, Венера, Меркурий +
3. Венера, Земля, Меркурий, Фобос
4. Меркурий, Земля, Марс, Юпитер
4.Второй от Солнца планета называется …
1. Венера +
2. Меркурий
5. Межзвездный пространство …
1. незаполненный ничем
2. заполнен пылью и газом +
3. заполнен обломками космических аппаратов
4. другой ответ.
6. Угол между направлением на светило с какой-либо точки земной поверхности и направлением из центра Земли называется …
1. Часовой угол
2. Горизонтальный параллакс +
4. Прямое восхождение
7 Расстояние, с которого средний радиус земной орбиты виден под углом 1 секунда называется …
1. Астрономическая единица
2. Парсек +
2. Световой год
4. Звездная величина
8. Нижняя точка пересечения отвесной линии с небесной сферой называется …
1. точках юга
2. точках севере
9. Большой круг, плоскость которого перпендикулярна оси мира называется …
1. небесный экватор +
2. небесный меридиан
3. круг склонений
4. настоящий горизонт
10. Первая экваториальная система небесных координат определяется …
1.Годинний угол и склонение +
3. Азимут и склонение
4. Азимут и высота
11 Большой круг, по которому цент диска Солнца совершает свой видимый летний движение на небесной сфере называется …
1. небесный экватор
2. небесный меридиан
3. круг склонений
4. эклиптика +
12. Линия вокруг которой вращается небесная сфера называется
1. ось мира +
2. вертикаль
3. полуденная линия
4. настоящий горизонт
13. В каком созвездии находится звезда, имеет координаты α = 5h 20m, δ = + 100
2. Возничий
14. Обратное движение точки весеннего равноденствия называется …
1. Перигелий
3. Прецессия +
4. Нет правильного ответа
15. Самых главных фаз Луны насчитывают …
4. восемь +
16. Угол который, отсчитывают от точки юга S вдоль горизонта в сторону заката до вертикала светила называют …
1. Азимут +
3. Часовой угол
4. Склонение
17. Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей орбит. Это утверждение …
1. первый закон Кеплера
2. второй закон Кеплера
3. третий закон Кеплера +
4. четвертый закон Кеплера
18.Телескоп, у которого объектив представляет собой линзу или систему линз называют …
1.Рефлекторн им
2.Рефракторн им +
3. менисковый
4. Нет правильного ответа.
Предмет астрономии
Вариант № 2
1. Астрометрия
2. Звездная астрономия
3. Астрономия +
4. Другой ответ
2.Геоцентричну модель мира разработал …
1. Николай Коперник
2. Исаак Ньютон
3. Клавдий Птолемей +
4. Тихо Браге
3.до состав Солнечной система включает …
1. восемь планет. +
2. девять планет
3. десять планет
4. семь планет
4. Четвертая от Солнца планета называется …
5. Определенная участок звездного неба с четко окреслинимы пределами, охватывающий все принадлежащие ей светила и имеющая собственное называется …
1. Небесной сферой
2. Галактикой
3. Созвездие +
4. Группа зрение
6. Угол, под которым из звезды был бы виден радиус земной орбиты называется …
1. Годовой параллакс +
2. Горизонтальный параллакс
3. Часовой угол
4. Склонение
7. Верхняя точка пересечения отвесной линии с небесной сферой называется …
2. точках севере
3. точках юга
8 Большой круг, проходящий через полюса мира и зенит называется …
1. небесный экватор
2. небесный меридиан
3. круг склонений
4. настоящий горизонт +
9. Промежуток времени между двумя последовательным и верхними кульминациями точки весеннего равноденствия называется …
1. Солнечные сутки
2. Звездные сутки +
3. Звездный час
4. Солнечное время
10. Количество энергии, которую излучает звезда со всей своей поверхности в единицу времени по всем направлениям называется …
1. звездная величина
2. яркость
4. светимость +
11. Вторая экваториальная система небесных координат определяется …
1.Годинний угол и склонение +
2. Прямое восхождение и склонение
3. Азимут и склонение
4. Азимут и высота
12. В каком созвездии находится звезда, имеет координаты α = 20h 20m, δ = + 350
1. Козерог
2. Дельфин
1. 11 созвездий
2. 12 созвездий
3. 13 созвездий +
4. 14 созвездий
14. Затмение Солнца наступает …
4. нет правильного ответа.
15. Каждая из планет движется вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Это утверждение …
1. первый закон Кеплера +
2. второй закон Кеплера
3. третий закон Кеплера
4. четвертый закон Кеплера
16. Календарь, в котором подсчету времени ведут за изменением фаз Луны называют …
1. Солнечным
2. Лунно-солнечным
3. Лунным +
4. Нет правильного ответа.
17.Телескоп, у которого объектив представляет собой вогнутое зеркало называют …
1.Рефлекторн им
2.Рефракторн им +
3. менисковый
4. Нет правильного ответа
18. Система, которая объединяет несколько радиотелескопов называется …
1.Радиоинтерф ерометром +
2.Радиотелеск опом
3.Детектором
Предме т астрономии
Вариант № 3
1.Встановив законы движения планет …
1. Николай Коперник
2. Тихо Браге
3. Галилео Галилей
4. Иоганн Кеплер +
2.До планет-гигантов относят планеты …
1. Фобос, Юпитер, Сатурн, Уран
2. Плутон, Нептун, Сатурн, Уран
3. Нептун, Уран, Сатурн, Юпитер +
4. Марс, Юпитер, Сатурн, Уран
3. Третья от Солнца планета называется …
1. Меркурий
4 Расстояние от Земли до Солнца называется ….
1. Астрономическая единица +
3. Световой год
4. Звездная величина
5. Линия, соединяющая точки юга и севера называется …
1. ось мира
2. вертикаль +
3. полуденная линия
4. настоящий горизонт
6. Большой круг, по которому горизонтальная плоскость пересекается с небесной сферой …
1. небесный экватор
2. небесный меридиан
3. круг склонений
4. настоящий горизонт +
7. Время, прошедшее с верхней кульминации точки весеннего равноденствия …
1. Солнечные сутки
2. Звездные сутки
3. Звездный час +
4. Солнечное время
8. Большой круг, проходящий через полюса мира и светило М называется …
1. круг склонений +
2. небесный экватор
3. небесный меридиан
4. вертикаль
9. Горизонтальная система небесных координат определяется..
1.Годинний угол и склонение
2. Прямое восхождение и склонение
3. Азимут и склонение
4. Азимут и высота
10. В каком созвездии находится звезда, имеет координаты α = 11h 20m, δ = — 150
11 Угол который, отсчитывают от горизонта вдоль вертикали до светила называют …
1. Азимут +
3. Часовой угол
4. Склонение
12. Промежуток времени, за который Луна, описывая полный круг на небесной сфере, возвращается к той же точки называют …
1. астрономической эпохой
2. сидерическим месяцем +
3. лунными сутками
4. синодическим месяцем
13. Укажите правильное утверждение
1. Синодический месяц меньше сидерический на 2 ¼ суток +
2. Синодический месяц больше сидерический на 2 ¼ суток
3. Синодический месяц меньше сидерический на 2 ⅔ суток
4. Синодический месяц больше сидерический на 2 ⅔ суток
14. Самых главных фаз Луны насчитывают …
4. восемь +
15. Радиус-вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равновеликие площади. Это утверждение …
1. первый закон Кеплера
2. второй закон Кеплера +
3. третий закон Кеплера
4. четвертый закон Кеплера
16.Календар, в котором за основу учета времени принимают смену времен года называют …
1. Солнечным +
2. Лунно-солнечным
4. Нет правильного ответа.
17.Найбильший телескоп мира «Очень большой телескоп» установлен в обсерватории..
1.Пулково
2.Мауна-Кеа
3.Ла-Силла
4.Кримська
1. Антенна и детектор
2. Антенна и приемник +
3. Приемник и детектор
4. Антенна и умножитель
Предме т астрономии
Вариант № 4
1. Наука, изучающая строение нашей Галактики и других звездных систем называется …
1. Астрометрия
2. Звездная астрономия
3. Астрономия +
4. Другой ответ
2. Закон всемирного тяготения открыл …
1. Галилео Галилей
2. Хаббл Эдвин
3. Исаак Ньютон +
4. Иоганн Кеплер
3 Первая от Солнца планета называется …
3. Меркурий +
4. Расстояние, которое проходит свет за один год называется …
1. Звездная величина
3. Астрономическая единица
4. Световой год +
5. Верхняя точка пересечения отвесной линии с небесной сферой называется …
2. точках севере +
3. точках юга
6. Конечно участок звездного неба с четко окреслинимы пределами, охватывающий все принадлежащие ей светила и имеющая собственное называется …
1. Небесной сферой
2. Галактикой
3. Созвездие +
4. Группа зрение
7. Большой круг, который проходит через светило М, точку зенита и точку Надир называется …
1. небесный экватор
2. небесный меридиан
3. круг склонений
4. вертикаль +
8. Количество энергии, которую излучает звезда со всей своей поверхности в единицу времени по всем направлениям называется …
1. звездная величина
2. яркость +
4. светимость
9 Линия, соединяющая точки юга и севера называется …
1. ось мира
2. вертикаль
3. полуденная линия
4. настоящий горизонт +
10 Первая экваториальная система небесных координат определяется …
1.Годинний угол и склонение +
2. Прямое восхождение и склонение
3. Азимут и склонение
4. Азимут и высота
11. В каком созвездии находится звезда, имеет координаты α = 8h 20m, δ = + 200
12 Дуга эклиптики протяженностью в 300, обозначена названием соответствующего зодиакального созвездия …
1. Созвездие
2 Дуга Зодиака
3. Знак Зодиака +
4. Нет правильного ответа
13 Угол который, отсчитывают от небесного экватора вдоль круга склонений к светилу называется …
3. Часовой угол
4. Склонение. +
1. астрономической эпохой
2. сидерическим месяцем +
3. лунными сутками
4. синодическим месяцем.
15. Затмение Солнца наступает …
1. если Луна попадает в тень Земли.
2. если Земля находится между Солнцем и Луной
3. если Луна находится между Солнцем и Землей +
4. нет правильного ответа.
16. Ближайшая к Солнцу точка планетной орбиты называется..
1. Перигелий +
3. Прецессия
4. Нет правильного ответа
17.Науковий центр, где с помощью телескопов изучают небесные объекты называют …
1.Интерфером етром
2.Обсерватор иею +
3.Планетарие м
4. Нет правильного ответа
18.Перший украинский космонавт …
1.Юрий Гагарин
2. Леонид Каденюк +
3. Герман Титов
4. Алексей Леонов
Предмет астрономии
Вариант № 5
1. Наука о небесных светила, о законах их движения, строения и развития, а также о строении и развитии Вселенной в целом называется …
1. Астрометрия
2. Астрофизика
3. Астрономия +
4. Другой ответ
2.Свит галактик расширяется доказал …
1. Хаббл Эдвин +
2. Николай Коперник
3. Тихо Браге
4. Уильям Гершель
3. Пятая от Солнца планета называется …
4. Сатурн +
4 Расстояние, с которого средний радиус земной орбиты виден под углом 1 секунда называется …
1. Астрономическая единица
2. Парсек +
3. Световой год
4. Звездная величина
5. Угол который, отсчитывают от горизонта вдоль вертикали до светила называют …
1. Азимут +
3. Часовой угол
4. Склонение
6. Верхняя точка пересечения отвесной линии с небесной сферой называется …
2. точках севере
3. точках юга
7. Промежуток времени между двумя последовательным и верхними кульминациями точки весеннего равноденствия называется …
1. Солнечные сутки
2. Звездные сутки +
3. Звездный час
4. Солнечное время
8. Время, прошедшее с верхней кульминации точки весеннего равноденствия …
1. Солнечные сутки
2. Звездные сутки
3. Звездный час +
4. Солнечное время
9 Вторая экваториальная система небесных координат определяется …
1.Годинний угол и склонение +
2. Прямое восхождение и склонение
3. Азимут и склонение
4. Азимут и высота
10. В каком созвездии находится звезда, имеет координаты α = 14h 20m, δ = + 350
3. Волопас
11. Обратное движение точки весеннего равноденствия называется …
1. Перигелий
3. Прецессия
4. Нет правильного ответа
12. Угол который, отсчитывают от точки юга S вдоль горизонта в сторону заката до вертикала светила называют …
1. Азимут +
3. Часовой угол
4. Склонение
13. Путь Солнца на небе вдоль эклиптики пролегает среди …
1. 11 созвездий
2. 12 созвездий
3. 13 созвездий +
4. 14 созвездий
14. Промежуток времени между двумя одноименными фазами Луны называется …
1. астрономической эпохой
2. сидерическим месяцем +
3. лунными сутками
4. синодическим месяцем
15.Календар, в котором за основу учета времени принимают смену времен года называют …
1. Солнечным +
2. Лунно-солнечным
4. Нет правильного ответа.
16. Затмение Луны наступает …
1. если тень от Луны попадает на Землю.
2. если Земля находится между Солнцем и Луной +
3. если Луна находится между Солнцем и Землей
4. нет правильного ответа
17 Система, которая объединяет несколько радиотелескопов называется …
1.Радиоинтерф ерометром +
2.Радиотелеск опом
3.Детектором
4. Нет правильного ответа.
18.Основнимы частями радиотелескопа есть …
1. Антенна и детектор
2. Антенна и приемник +
3. Приемник и детектор
4. Антенна и умножитель
>> 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 урокиПлан :
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ОТКРЫТИЕ ГАЛАКТИКИ
3. СОДРУЖЕСТВА ЗВЕЗД
4. ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ
5. МЕЖДУ ЗВЕЗДАМИ
6. АССОЦИАЦИИ И ПОДСИСТЕМЫ
7. МЕСТНАЯ СИСТЕМА
8. ВЫВОДЫ
ВВЕДЕНИЕ
Астрономия - это наука о Вселенной, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Как и все на свете, астрономия имеет длительную историю, едва ли не большую, чем любая другая наука.
По ходу знакомства с окружающей нас Вселенной возникали новые области познания. Рождались отдельные направления исследований, постепенно складывавшиеся в самостоятельные научные дисциплины. Все они, разумеется, объединялись общими интересами астрономии, но сравнительно узкая специализация внутри астрономии все больше и больше давала себя знать.
В современной астрономии четко выделились следующие разделы:
I. Астрометрия - древнейший раздел астрономии, изучающий положение на небе небесных тел в определенные моменты времени. Где и когда - таков по существу основной вопрос, на который отвечает астрометрия. Очевидно, для ответа нужно знать ту систему координат, относительно которой определяют положение тела, и уметь измерять промежутки времени с помощью равномерного движения.
Порожденная нуждами практики, астрометрия до сих пор остается наиболее «практической», прикладной отраслью астрономии. Измерения времени и местоположения нужны во всех делах человеческих, и поэтому трудно указать обстоятельства, где астрометрия прямо или косвенно не находила бы себе применение.
II. Небесная механика возникла лишь в XVII в. когда стало возможным изучать силы, управляющие движением небесных тел. Главной из этих сил, как известно, является гравитационная сила, т. е. сила тяготения, или, иначе говоря, сила взаимного притяжения небесных тел. Хотя природа гравитации до сих пор не ясна, теория движения небесных тел под действием тяготения разработана очень обстоятельно, как, впрочем, и теория фигур равновесия небесных тел, которые определяются гравитацией и вращением. Обе эти теории, и составляют главное, чем занимается небесная механика.
III. Почти одновременно с небесной механикой развивалась и астрофизика - та отрасль астрономии, которая изучает физическую природу небесных тел. А стало это возможным благодаря изобретению телескопа, который далекое сделал близким и позволил рассмотреть удивительные подробности на небе и небесных телах. Особенно бурное развитие астрофизика испытала с открытием спектрального анализа в XIX в. Стремительный рост астрофизических знаний, невиданно быстрое расширение средств исследования физики космоса продолжается и в наше время.
IV. Звездная астрономия изучает строение и развитие звездных систем. Этот раздел возник на грани XVIII и XIX вв. с классических работ Вильяма и Джона Гершелей. Дальнейшие шаги в познании звездных систем показали, что звездная астрономия немыслима без астрофизики. Подобно тому, как в современной астрономии астрометрия все теснее сближается с небесной механикой, астрофизические методы исследования приобретают все большее значение в исследовании звездных систем.
V. Конкретные данные , добываемые перечисленными выше отраслями астрономии, обобщаются космогонией, которая изучает происхождение и развитие небесных тел. Так как эволюция небесных тел совершается, как правило, за сроки, несравнимо большие, чем время существования человека, решение космогонических проблем - дело очень трудное. Правда, в какой-то мере оно облегчается некоторыми быстропротекающими космическими процессами типа взрывов, которых в последнее время открывают все больше и больше. Однако разгадать их эволюционный смысл далеко не всегда просто.
VI. Космология занимается наиболее общими вопросами строения и эволюции всего, мира в целом. Космологи стараются рассматривать Вселенную в целом, не забывая, конечно, о том, что человеку всегда доступна лишь ограниченная часть бесконечного и неисчерпаемого во всех отношениях Мира. Поэтому космологические «модели» всей Вселенной, т. е. теоретические схемы «Мира в целом», неизбежно страдают упрощенчеством и лишь в большей или меньшей степени отражают реальность. Космология всегда была и остается сферой идеологической борьбы идеалистического и материалистического мировоззрений.
Данная работа посвящена одной из основных частей звездной астрономии – нашей Галактике.
Планета Земля принадлежит Солнечной системе, которая состоит из единственной звезды – Солнца и девяти планет с их спутниками, тысяч астероидов, комет, бесчисленных частичек пыли, и все это обращается вокруг Солнца. Поперечник Солнечной системы составляет примерно 13 10 9 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.
Схема строения Галактики по Гершелю была, конечно, далекой от действительности. Получалось, что поперечник Галактики равен 5800 св. годам, а ее толщина 11ОО св. годам, причем Солнечная система находится недалеко от галактического центра. Хотя в этой работе действительные размеры нашей звездной системы уменьшены по крайней мере в 15 раз и положение Солнца оценено неверно, не следует преуменьшать значение открытия Гершеля. Именно он впервые опытным путем доказал структурность звездной Вселенной, опровергнув популярные в ту пору взгляды о равномерном распределении звезд в бесконечном пространстве.
Следующий, весьма важный вклад в изучение Галактики внесли русские ученые. Воспитанник Дерптского (Тартуского) университета Василий Яковлевич Струве был первым астрономом, который в 1837 г. измерил расстояние до звезд. По его измерениям расстояние до Веги равно 26 св. годам, что весьма близко к современным результатам. Независимо от Струве в 1838г. Ф. Бессель (1784- 1846) измерил расстояние до звезды 61 Лебедя (11,1 св. лет), а затем Т Гендерсону (1798-1844) в 1839г. удалось отыскать самую близкую к нам звезду Альфу Центавра (4,3 св. года). Позднее расстояния до целого ряда звезд были измерены Пулковской обсерватории X. Петерсом (1806-1880).
Как тогда писали, «лот, закинутый в глубину мироздания, достал дно». Стали известны масштабы звездных расстояний. Нужно было продолжить работы Гершеля на более высоком уровне знаний. Этим и занялся В.Я. Струве.
Теоретически подсчитав, сколько звезд должны быть видимы в телескопы Гершеля и сколько он видел на самом деле, В. Я Струве пришел к фундаментальному открытию. Межзвездное пространство наполнено веществом, поглощающим свет звезд. Без учета этого межзвездного поглощения выяснить строение Галактики невозможно. Кстати оказать, оценка величины поглощения света, подсчитанная Струве, близка к современным оценкам.
В отличие от Гершеля, Струве не считал светимость звезд одинаковой. Но звезд с известным до них расстоянием было еще очень мало, и поэтому учесть светимость звезд Струве мог только приближенно.
В 1847 г вышел в свет обобщающий труд В.Я. Струве «Этюды звездной астрономии». В нем автор приходит к выводу, что сгущение звезд в плоскости Млечного Пути - реальное явление, и, следовательно, Галактика должна иметь форму плоского диска. По исследованиям Струве, Солнце расположено не в центре Галактики, а на значительном расстоянии от него. Размеры Галактики (с учетом поглощения света) получились большими, чем полагал Гершель. Границы нашей звездной система оказались недоступными для зондирования, и поэтому оценить параметры Галактики в целом В. Я Струве не смог.
В середине прошлого века некоторые астрономы предполагали, что в центре Галактики находится исполинское «центральное Солнце», заставляющее своим тяготением все звезды двигаться вокруг себя. Профессор Казанского университета М.А. Ковальский (1821-1884) доказал, что существование «центрального Солнца" вовсе не обязательно и звезды Галактики могут двигаться вокруг динамического центра, т.е. геометрической точки, являющейся центром тяжести всей звездной системы. Формулы Ковальского позволили по собственным движениям звезд найти направление на центр Галактики.
В 1927 г. голландский астроном Ян Оорт окончательно доказал, что все звезды Галактики обращаются вокруг ее центра. При этом Галактика в целом не вращается как твердое тело. Во внутренних областях Галактики (примерно до Солнца) угловые скорости звезд почти одинаковы. Однако далее к краям Галактики они постепенно убывают, но несколько медленнее, чем положено по третьему закону Кеплера. Орбитальная скорость Солнца составляет 250 км/с, причем Солнце завершает полный оборот вокруг центра Галактики примерно за 200 млн. лет.
Только в 1934 г. были уверенно определены следующие параметры нашей звездной системы: расстояние от Солнца до центра – 32 000 св. лет; диаметр Галактики 100 000 св. лет; толщена галактического «диска» 10 000 св. лет; масса 165 млрд. солнечных масс.
Общая схема строения Галактики современным данным представлена на рисунке.
В Галактике различают три главные части - диск, гало и корону. Центральное сгущение диска называется балджем. В диске сосредоточены звезды, порождающие явление Млечного Пути. Здесь же присутствуют многочисленные облака пыли и газа. Диаметр диска близок к 100 000 св. годам, наибольший и наименьший поперечники балджа соответственно близки к 20 000 и 30 000 св. лет.
Гало по форме напоминает слегка сплюснутый эллипсоид с наибольшим диаметром, немного превосходящим поперечник диска. Эту часть нашей звездной системы населяют главным образом старые и слабосветящиеся звезды, а газ и пыль там практически отсутствуют. Масса гало и диска примерно одинакова. Обе эти части Галактики погружены в огромную сферическую корону, диаметр которой в 5-10 раз больше диаметра диска. Возможно, что корона содержит главную массу Галактики в форме невидимого пока вещества («скрытой массы»). По некоторый оценкам эта «скрытая масса» примерно раз в 10 больше массы всех обычных звезд Галактики, сосредоточенных в диске и гало.
Такова общая картина. Важны и детали. Внутри Галактики существуют разные по масштабам звездные системы - от двойных звезд до скоплений из десятков тысяч звезд. Различают и более крупные подсистемы в нашей звездной системе. Существенный элемент структуры Галактики - межзвездная среда, пылевые и газовые туманнос-ти. Со всем этим более подробно мы сейчас и ознакомимся.
СОДРУЖЕСТВА ЗВЕЗД
Очень многие звезды «предпочитают» странствовать не в одиночку, а парами. Вполне естественно считать, что близость компонентов в системе двойной звезды имеет глубокие причины. Две звезды объединились в одну систему не при случайной встрече в бескрайних просторах космоса (что весьма маловероятно), а возникли совместно. В последнем случае их физические свойства должны, по-видимому, быть сходными, хотя известны и такие пары звезд, где компоненты не имеют друг с другом почти ничего общего. Приведем примеры.
Рядом с Сириусом есть замечательная звездочка - это открытый в 1862 г. первый «белый карлик». В последнее время за спутником Сириуса («Песьей звездой» древних египтян) укоренилось даже собственное имя - Щенок. Щенок лишь вдвое уступает по массе Сириусу, а по объему-в 10 3 раз. Ясно поэтому, что плотность вещества спутника Сириуса очень велика. Если бы можно было этим веществом наполнить волейбольный мяч, последний приобрел бы весьма солидную массу-около 160 т!
Сириус и Щенок-система из двух солнц, двойная звезда. Но как не похожи они друг на друга. Впрочем, астрономам известны и другие, куда более странные содружества.
В созвездии Цефея есть двойная звезда, обозначаемая символом VV. Главная звезда - колоссальный холодный сверхгигант, по диаметру в 1200 раз превышающий Солнце. Его спутник-обычная и горячая звезда, по-видимому, с обширной, «толстой» атмосферой. Главная звезда превышает свой спутник по объему почти в 2 000 раз.
Странных содружеств в мире звезд очень много. Их происхождение остается пока невыясненным. Справедливость требует, однако, заметить, что есть немало и таких систем, в которых звезды как две капли воды похожи друг на друга.
Вот, например, система четырех звезд из созвездия Лиры, которую астрономы обозначают буквой «эпсилон». Все четыре звезды очень похожи друг на друга. Они больше, массивнее и ярче Солнца, и каждая из них, скорее напоминает Сириус.
Особенно замечательна пара звезд-гигантов, сливающаяся для невооруженного глаза в одну звезду - Капеллу. Они схожи, как близнецы, и их тесное, в буквальном смысле слова, содружество (расстояние между ними - миллионы километров) заставляет обе звезды обращаться вокруг общего центра масс почти за три месяца.
Когда две звезды находятся друг от друга на расстоянии, сравнимом с их поперечниками, они неизбежно теряют свою сферическую форму. Взаимное притяжение оказывается настолько мощным, что обе звезды под действием приливных сил вытягиваются в направлении друг к другу. Вместо шара каждая звезда становится трехосным эллипсоидом, причем наибольшие оси эллипсоидов всегда совпадают с прямой, соединяющей центры обеих звезд.
Одним из типичных представителей этого класса звезд является звезда W из созвездия Большой Медведицы. В этой системе из двух дынеобразных заезд движение, как обычно, совершается вокруг общего центра масс. Оно весьма стремительно: звезды так близки друг к другу, что через восемь часов каждая из них снова возвращается в первоначальное положение. Любопытно, что обе «звездные дыни» как две капли воды сходны между собой. Благодаря равенству масс центр тяжести лежит в точности посередине между звездами, и обе они, в сущности, обращаются по одной общей круговой орбите.
При наблюдениях с Земли оба компонента этой системы неразличимы в отдельности даже в сильнейшие телескопы. Все сведения о природе звезды W Большой Медведицы были получены исключительно по наблюдениям изменения ее видимой звездной величины. Нетрудно сообразить, что, обращаясь вокруг общего центра тяжести, дынеобразные светила поворачиваются к нам то более широкой, те более узкой своей частью. По этой причине звезда W Большой Медведицы принадлежит к числу переменных звезд, т е. звезд, поток излучения от которых изменяется. Тщательный анализ кривой изменения потока от W Большой Медведицы и раскрыл перед астрономами все удивительные свойства этой двойной системы.
Иногда дынеооразными могут быть самые крупные, массивные из звезд. Примером может служить уникальная система АО Кассиопеи, в сравнении с которой предыдущая пара выглядят весьма миниатюрной.
Обе, звезды в системе АО Кассиопеи-горячие гиганты, температура атмосферы которых около 25000 К. Каждый из гигантов почти в 30 раз массивнее Солнца и в 200-300 тыс. раз превосходит его по светимости.
Расчеты показывают, что расстояние между центрами этих горячих гигантов составляет всего 25 млн. км., а вытянутость их такова, что обе исполинские «дыни» касаются друг друга! И вся эта система быстро вращается с периодом всего в несколько часов!
Звезду bЛиры можно без всяких колебаний назвать замечательной. Как и звезда W Большой Медведицы, b Лиры состоит из двух дынеобразных звезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести. Большая из них-горячая гигантская звезда, атмосфера которой нагрета до 15000 К. Меньшая звезда вдвое холоднее, и ее излучение совершенно теряется в потоках света, излучаемых главной звездой.
На b Лиры впервые обратили внимание в конце ХVШ в., но, несмотря на тщательные исследования в течение почтя двух веков этой яркой звезды, ее природа до недавнего времени, казалась загадочной. Особенно сложными и непонятными были спектр звезды и те изменения, которые в нем наблюдались. Сейчас эти световые «ияеро-глифы» расшифрованы, и результаты проведенного исследования схематически представлены на рисунке.
От главной звезды В9 к ее спутнику F непрерывно извергаются потоки газового вещества. Они огибают спутник и возвращаются к главной звезде, образуя, таким образом, непрерывную циркуляцию газа. Но инертность газа и вращение спутника вокруг главной звезды приводят к тому, что часть газа, находящегося за спутником, на стороне, противоположной направлению на главную звезду, улетучивается во внешнее пространство. При этом газ, удаляясь от звезды, образует огромное газовое кольцо. Нечто сходное можно иногда увидеть при фейерверках, когда особые вертушки выбрасывают в воздух светящиеся спирали.
Кольцеобразный газовый шлейф b Лиры - образование динамическое. Оно непрерывно рассеивается в пространстве, и его кажущаяся стабильность объясняется непрерывным пополнением газового вещества идущего от вращающейся звездной пары.
Доступная нашему наблюдению газовая спираль имеет почти такой же размер, как наша планетная система. Луч зрения лежит как раз в ее плоскости, и только благодаря этому случайному обстоятельству удалось обнаружить ее существование. Кольцо вуалирует спектр главной звезды, и именно этим вызваны странные особенности спектра b Лиры. Если бы систему b Лиры мы наблюдали «сверху» или «снизу», она показалась бы нам самой обычной звездой.
На зимнем небе в созвездии Близнецов выделяются две звезды, сходные по яркости друг с другом. Верхняя из них называется Кастором, а нижняя - Поллуксрм. Оба эти имени мифологического происхождения. Согласно легендам древних греков, так звали двух близнецов, рожденных красавицей Ледой от всемогущего Зевса.
Еще в 1718 г. английский астроном Д. Брадлей (1693-1762) открыл, что Кастор-двойная звезда, состоящая из двух горячих и крупных солнц. Вскоре удалось заметить, что обе звезды весьма медленно обращаются вокруг общего центра. К сожалению, до сих пор период обращения в этой системе не может считаться уверенно определенным. Наиболее надежным его значением считается 341 год.
Трудности, с которыми приходится сталкиваться астрономам, станут более понятными, если осознать, что видимое движение в системах двойных звезд не есть движение истинное. Дело в том, что плоскость, в которой спутник совершает обращение вокруг главной звезды, обычно наклонена под некоторым углом к лучу зрения. Поэтому астрономы видят не истинную орбиту звезды и не истинное ее движение, а только проекцию того и другого на плоскость, перпендикулярную к лучу зрения.
Все это сильно затрудняет исследования. Отсюда проистекает и та неточность результатов, с которыми мы сейчас столкнулись.
Кастор А и Кастор В (как обозначают астрономы компоненты интересующей нас пары) отстоят друг от друга примерно в 76 раз дальше, чем Земля от Солнца. Иначе говоря, обе звезды разделяет расстояние, почти вдвое превышающее среднее расстояние Плутона от Солнца.
Около полутора веков назад поблизости от Кастора была замечена слабосветящаяся звездочка 9-й звездной величины, сопровождающая Кастор А и Кастор В в их полете вокруг центра Галактики. Если звезды видны на небе вблизи друг от друга и движутся в одном направлении и с одной скоростью - это верный признак того, что звезды физически связаны между собой. Поэтому уже с начала века Кастор считается не двойной, а тройной звездой.
Кастор С - третий компонент в рассматриваемой системе солнц - полная противоположность Кастору А и Кастору В. Это карликовая красноватая звездочка. Расстояние между ней и главными звездами системы во всяком случае не меньше чем 960 а. е. Заметим, что измеренное расстояние есть проекция на небосвод истинного расстояния.
При значительной удаленности от главных звезд Кастор С обращается вокруг них с периодом в десятки тысяч лет! Неудивительно, что за полтора века наблюдения Кастор С не сдвинулся со своего места на сколько-нибудь ощутимую величину.
Любопытнее всего, что каждая из трех звезд, с которыми мы сейчас познакомились, в свою очередь, представляет собой настолько тесную пару звезд, что «разделить» их удается только методами спектрального анализа.
Кастор А и Кастор В распадаются на две пары близнецов, расстояния между которыми составляют около 10000000 км! Это в пять раз меньше, чем расстояние от Меркурия до Солнца. Весьма возможно, что все четыре звезды под действием взаимного тяготения приобрели дынеобразную форму трехосных эллипсоидов,
Что касается Кастора С, то и эта звезда состоит из двух близнецов-карликов, удаленных друг от друга на 2700000 км, что лишь вдвое превышает диаметр Солнца.
По случайному стечению обстоятельств плоскость, в которой обращаются оба двойника Кастор С, проходит через луч зрения земного наблюдателя. Благодаря этому одна звезда периодически закрывает часть другой, из-за чего общий поток излучения от системы уменьшается. Применяя астрономическую терминологию, можно сказать, что Кастор С является затменно-переменной звездой.
Перед нами раскрылась удивительная картина - система из шести звезд, связанных между собой узами взаимного тяготения: две пары горячих огромных звезд и пара холодных красноватых карликов, непрерывно участвующих, в сложном движении. Двойники Кастор А совершают оборот вокруг общего центра масс всего за 9 дней. Двойники Кастор В, несколько более близкие друг к другу, имеют еще меньший период обращения-только.3 дня. И уж совсем головокружительным кажется вращение карликов, которые ухитряются обернуться вокруг центра масс всего за 19 ч! От 19 ч до десятков тысяч лет - таково разнообразие периодов обращения в этой удивительной системе звезд.
Долгое время шестикратная система Кастор считалась уникальной. Однако в 1964 г. обнаружили, что хорошо известная двойная звезда Мицар (средняя в ручке ковша Большой Медведицы) также, по-видимому, должна быть отнесена к шестикратным системам. Действительно, уже невооруженный глаз легко обнаруживает рядом с Мицаром звездочку пятой звездной величины, названную Алькором. Обе звезды имеют общее движение в пространстве и потому, по-видимому, образуют физическую пару звезд. В небольшой телескоп Мицар распадается на два компонента - Мицар А и Мицар В. По наблюдениям спектра Мицара А давно установлено, что эта звезда, в свою очередь, состоит из двух компонентов с периодом обращения вокруг общего центра тяжести, равным двадцати с половиной земным суткам. И вот, наконец, в 1964 г. выяснилось, что Мицар В, казавшийся до тех пор одиночной звездой, на самом деле состоит из трех звезд. Две из них близки друг к другу и обращаются вокруг общего центра масс за 182 сут. Третий же, далеко отстоящий от них компонент обладает значительно большим периодом обращения, равным 1 350 сут.
В настоящее время известны десятки тысяч двойных звезд, так что содружества звезд - явление очень частое. Возможно, более половины всех звезд являются двойными.
ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ
Первое знакомство всегда бывает внешним. Поэтому мы прежде всего обратим внимание на фотопортрет типичного шарового звездного скопления. Каждое шаровое скопление-это своеобразный исполинский шар из звезд, или, применяя более специальную терминологию, типичная сферическая звездная система. Бросается в глаза в общем равномерная по всем направлениям концентрация звезд к центру скопления. В сердцевине шаровых скоплений звезд так много и они так плотно расположены в пространстве, что на фотографиях видно лишь сплошное сияние.
Известно более 130 шаровых звездных скоплений, хотя общее их число в нашей Галактике должно быть раз в десять большим. Поперечники их весьма различны. У самых маленьких они близки к 5-10 св. годам, у наибольших измеряются 500-600 св. лет. Различна и масса скоплений - от нескольких десятков тысяч до сотен тысяч солнечных масс. Так как различия в массе у отдельных звезд невелики, можно считать, что шаровые звездные скопления содержат десятки, сотни тысяч, а иногда и миллионы звезд!
На фотоснимках шаровых скоплений мы видим не действительное распределение звезд в скоплении, а лишь проекций этого распределения на плоскость. Выведены формулы, позволяющие перейти от видимой картины к истинной. Оказалось, что пространственное распределение звезд в шаровых звездных скоплениях весьма сложно. В самых общих чертах шаровые звездные скопления состоят из плотного центрального ядра и короны окружающей его, в пределах которой плотность меняется сравнительно мало.
Подмечено, что у разных скоплений увеличение концентрации к центру различно-у одних оно мало, у других выражено очень резко. И еще один любопытный факт - некоторые «шары из звезд» заметно сплюснуты. Вызвано ли это их вращением или другими причинами, пока неизвестно.
Для Плеяд, типичного рассеянного, с неправильными очертаниями звездного скопления, характерно обилие очень горячих гигантских звезд. В шаровых скоплениях, наоборот, такие звезды редки или вовсе отсутствуют. Известно около 1200 рассеянных звездных скоплений, .Каждое из них включает в себя от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд, в основном принадлежащий к главной последовательности.
Горячие белые и голубые звезды-гиганты - образования весьма молодые, существующие не более нескольких десятков миллионов лет (для звезд этот срок все равно что для человека несколько дней). Раз их нет в шаровых звездных скоплениях, значит, сами эти скопления по-видимому, имеют весьма почтенный возраст.
О том же свидетельствует и другой факт-в шаровых звездных скоплениях, за очень редким исключением, нет газовых или пылевых туманностей. Межзвездное пространство там почти идеально прозрачно. Так могло получиться, если, например, шаровые звездные скопления совершили много оборотов вокруг ядра Галактики и каждый раз проходя через богатую глазом и пылью серединную плоскость нашей звездной системы, они оставляли там свои газы и пыль. Этот грандиозный очистительный «фильтр" действовал, безотказно и, возможно, благодари, ему шары из звезд так очищены от межзвездного «мусора».
Заметим, что в шаровых скоплениях найдены сотни переменных звезд и источники рентгеновского излучения.
МЕЖДУ ЗВЕЗДАМИ
В созвездии Ориона темными зимними ночами можно рассмотреть слабо светящееся туманное пятнышко. Его впервые заметили еще в 1618 г., и с тех пор на протяжении трех с половиной веков туманность Ориона служит предметом тщательного исследования.
Невооруженному глазу туманность Ориона кажется размером с Луну. На фотоснимках, полученных при помощи мощных телескопов, она занимает, всё созвездие! Это невообразимо большое и очень сложное по своей структуре межзвездное облако космических газов находится от Земли на расстоянии 1800 св. лет.
Туманность Ориона - типичный представитель первой группы межзвездных объектов - газовых туманностей.
Вторая, не менее многочисленная группа межзвездных образований представлена в том же созвездии. Это знаменитая тёмная туманность, благодаря своим причудливым внешним очертаниям названная Конской головой. Наибольший поперечник «голо-вы», в 20800 раз превышает расстояние от Земли до Солнца.
Конская голова состоит из мельчайшей твердой космической пыли.Облако пыли задерживает свет расположенных за ним звезд, и поэтому на фоне звездного неба некоторые из пылевых туманностей имеют вид зловещих черных пятен. Из образований подобного рода наиболее заметна развилка Млечного Пути. В темные августовские ночи, когда созвездие Лебедя в наших широтах близко к зениту. Млечный Путь, начиная от Денеба - самой яркой звезды в Лебеде, двумя сверкающими потоками ниспадает к горизонту. Разделение Млечного Пути только кажущееся. Оно вызвано колоссальными и сравнительно близкими к нам облаками космической пыли, которая и создает эффект развилки.
Темные и светлые туманности, подобные описанным выше, легко доступны для наблюдения. Гораздо труднее обнаружить необычайно разреженную и почти совершенно прозрачную газовую среду, которая называется межзвездным газом.
Известно, что межзвездный газ на самом деле представляет собой смесь, главным образом, водорода и гелия. Непрерывной дымкой заполняют эти газы межзвездное пространство нашей Галактики, и нет направления, в котором бы спектрограф не обнаруживал присутствия разреженной межзвездной среды.
Кроме газа и пыли есть и другие формы материи, которые совсем не оставляют места для пустоты.
Солнце и звезды, особенно некоторых типов и на определенных этапах своей эволюции, выбрасывают в пространство великое множество мельчайших частиц - корпускул. Среди них преобладают протоны и альфа-частицы, представляющие собой ядра наиболее легких химических элементов - водорода и гелия. Нет сомнения в том, что межзвездное пространство пронизывается корпускулярными потоками, или, как говорят, корпускулярным излучением звезд.
К этому добавляются потоки электромагнитного излучения, испускаемого не только звездами, но и самой межзвездной средой. Часть этого излучения человеческий глаз воспринимает в виде света, другие электромагнитные волны, например радиоволны, могут быть уловлены с помощью тех или иных приемников. Вся эта лучистая энергия сплошь заполняет космос, по крайней мере в наблюдаемой нами его части. Нельзя указать ни одной точки пространства, куда бы не доходило в той или иной форме электромагнитное излучение.
Из закона всемирного тяготения следует, что притяжение каждого предмета может быть обнаружено на любом сколь угодно большом расстоянии. Проявление сил данной природы в пространстве называется полем этих сил. Следовательно, протяженность поля тяготения любого тела, строго говоря, беспредельна. Оно, если угодно, может считаться своеобразным «продолжением» любого тела.
Поле хотя и невещественно (т. е. не состоит из элементарных частиц вещества - электронов, протонов, нейтронов и т. п.), тем не менее вполне материально. Ведь под материей понимается любая объективная реальность, т. е. все то, что существует независимо от нас и, воздействуя на наши органы чувств, порождает в нас ощущения.
Два тела, состоящие из вещества, не могут одновременно занимать один и тот же объем пространства. Для полей тяготения такого ограничения нет. Они совершенно беспрепятственно перекрывают друг друга, и в данном объеме пространства могут действовать совместно много полей и даже разной природы (электрические, магнитные и т.д.).
Все сказанное о гравитационном поле в полной мере относится к полям электромагнитным, наличие которых в космосе также можно считать твердо установленным.
Возвращаясь к веществу между звездами, заметим, что в окружающей нас земной обстановке нет ничего, что хотя бы в отдаленной степени напоминало сверхразреженную межзвездную среду. Самым легким веществом обычно принято считать воздух. Однако по сравнению с любой межзвездной туманностью воздух выглядит образованием необычайно плотным. Кубический сантиметр комнатного воздуха имеет массу, близкую к 1 мг; плотность туманности Ориона в 100 000 000 000 000 000 (10 17) раз меньше. Прочесть это число нелегко. Но еще труднее наглядно представить себе столь большую степень разреженности вещества.
Плотность межзвездных газовых туманностей (10 -17 кг/м 3) так ничтожно мала, что массой в 1 мг будет обладать газовое облако объемом в 100 км 3 !
В технике стремятся в некоторых случаях получить вакуум - весьма разреженное состояние газов. Путем довольно сложных ухищрений удается уменьшить плотность комнатного воздуха в 10 млрд. раз. Но и такая «техническая пустота» все же оказывается в миллион раз более плотной, чем любая газовая туманность!
Может показаться странным, почему столь разреженная среда на фотографиях кажется сплошным и даже плотным светящимся облаком, тогда как воздух настолько прозрачен, что почти не искажает наблюдаемую сквозь него картину Вселенной. Причина заключается, конечно, в размерах туманностей. Они так грандиозны, что представить себе объем, ими занимаемый, нисколько не легче, чем ничтожную их плотность
В среднем туманности имеют поперечники, измеряемые световыми годами или даже десятками световых лет. Это означает, что если Землю уменьшить до размеров булавочной головки, то в таком масштабе туманность Ориона должна быть изображена облаком размером с земной шар! Поэтому, несмотря на ничтожную плотность составляющих ее газов, вещества туманности Ориона все же вполне хватило бы на изготовлением нескольких сотен таких звезд, как наше Солнце.
Мы находимся от туманности Ориона на расстоянии, которое свет преодолевает за 1800 лет. Благодаря этому мы видим ее всю целиком. Если же в будущем при межзвездных перелетах путешественники окажутся внутри туманности Ориона, то заметить это будет нелегко - рассматриваемая «изнутри» туманность покажется почти идеально прозрачной.
Свечение газопылевых туманностей может быть вызвано тремя причинами. Во-первых, если вблизи туманности находится какая-нибудь звезда - туманность отражает ее свет, как туман, освещенный уличным фонарем. Во-вторых, в тех случаях, когда соседняя звезда весьма горячая (с температурой атмосферы большей 20000 К), атомы газов туманности переизлучают энергию, получаемую от звезды, и процесс свечения превращается в люминесценцию, имеющую сходство со свечением газов в рекламных трубках. Наконец, постоянно движущиеся газовые облака иногда сталкиваются друг с другом, и энергия столкновения частично преобразуется в излучение. Разумеется, все три причины могут действовать и совместно.
АССОЦИАЦИИ И ПОДСИСТЕМЫ
Когда мы видим на небе группу редких звезд, объяснить это их случайной встречей в мировом пространстве было бы ошибкой. Скорее такие звезды имеют общее происхождение, и мы их застали в ранний период их жизни, когда они еще не успели разойтись в разные стороны.
Так рассуждал известный советский астроном, академик В. А. Амбарцумян, когда в!947 г. ему удалось открыть рассеянные группы очень горячих звезд-гигантов (спектральные классы О и В), а также переменных желтых и красных карликовых звезд типа звезды Т Тельца. Первые из этих группировок В. А. Амбарцумян назвал 0-ассоциацнямй, вторые Т-ассоциациями. Каждая ассоциация состоит из нескольких десятков звезд, и размеры их колеблются в пределах от десятков до сотен световых лет. Установлено, что некоторые ассоциации медленно расширяются во все стороны.
Внутри звездных ассоциаций обнаружены большие массы водорода и пылевая материя.
По мнению В. А. Амбарцумяна н его последователей, звезды, образующие ассоциации, возникли одновременно из особых, как он называет, дозвездных тел. Эти тела пока решительно ничем себя непосредственно не проявили. Существуют ли они в действительности, покажет будущее.
Еще в 1944 г. немецкий астроном В. Бааде (1893-1966) разделил звездное население Галактики на два типа. К первому он отнес звезды, составляющие спиральные ветви нашей звездной системы, а также звезды рассеянных звездных скоплений и некоторые другие. Население второго типа по Бааде - это звезды шаровых звездных скоплений и звезды ядра Галактики.
Примерно в это же время детальное изучение структуры Галактики начал известный советский специалист по звездной астрономии Б. В. Кукаркин (1909-1977). В итоге он пришел к выводу, что в Галактике можно выделить три подсистемы: плоскую, промежуточную и сферическую. Б. В. Кукаркин доказал, что звезды с одинаковыми физическими характеристиками распределяются в пространстве одинаковым способом. Так, например, горячие гигантские звезды спектральных классов О и В, звезды рассеянных скоплений, пылевые туманности и сверхновые звезды образуют плоские подсистемы. Промежуточные подсистемы образованы новыми звездами, белыми карликами и некоторыми переменными звездами. Наконец, распределение в пространстве шаровых звездных скоплений, субкарликов и некоторых типов переменных звезд характерно для сферических подсистем.
Есть прямая связь между результатами Бааде и Кукаркина. Плоские подсистемы состоят из населения I типа, сферические-из населения II типа. Любопытно, что звезды II типа отличаются дефицитом металлов, что скорее всего свидетельствует о большом возрасте звезд сферических подсистем.
Описанное разделение на подсистемы, по-видимому, имеет глубокий эволюционный смысл, раскрыть который в деталях предстоит в будущем. В настоящее время принято делить население Галактики на пять подсистем, схемы и названия которых указаны на рисунке. В следующей таблице приведен примерный возраст каждой из подсистем в миллиардах лет и их характерный состав.
Как уже говорилось, главное, центральное сгущение звезд в Галактике называется балджем. Спиральная структура в балдже не проявляется. Она характерна для диска-плоской составляющей Галактики поперечником около 100000 св. лет. Скорее всего Галактика имеет две спиральные ветви, шириной около 3000 св. лет каждая.
Самая центральная область Галактики поперечником в несколько тысяч световых лет-это арена очень бурных и пока еще не вполне понятных процессов. Здесь наблюдается движение газов со скоростью в сотни километров в секунду, и создается впечатление, что имеют место какие-то гигантские взрывы, последствия которых мы видим. Пыль мешает нам рассмотреть подробности, но, по мнению ряда астрономов, в центре Галактики имеется сверхмассивная «черная дыра» с массой в десятки тысяч солнечных масс, окруженная втягивающимися в нее газами. Так ли это, решит будущее.
МЕСТНАЯ СИСТЕМА
Не только Вильям Гершель, но и некоторые его предшественники высказывали предположение, что часть светлых туманностей на небе представляют собой другие звездные системы, подобные Галактике. Лорд Росс даже сумел в свой огромный телескоп рассмотреть спиральную структуру некоторых из них. Но все это были ничем не подкрепленные догадки, и дискуссия об истинной природе «подозрительных» туманностей захватила почти всю первую четверть текущего века.
Лишь в 1924 г. американский астроном Эдвин Хаббл (1889-1953) при помощи 100-дюймового рефлектора обсерватории Маунт-Вилсон сумел «разложить» на отдельные звезды спиральные ветви туманностей Андромеды и Треугольника. Среди этих звезд оказались цефеиды - переменные звезды, период изменения светимости которых однозначно определяет абсолютное значение их светимости. Как уже говорилось, зная абсолютную и видимую яркость звезды, легко вычислить расстояние до нее. Так впервые удалось доказать, что обе туманности лежат далеко за пределами Галактики. Постепенно, в борьбе разных идей, родилась новая отрасль науки - внегалактическая астрономия.
Сегодня известно великое множество галактик. На некоторых участках неба их видно больше, чем звезд. До самых дальних из них луч света доходит лишь за миллиарды лет. Естественно, что изучение мира галактик началось с ближайших из них, которые вместе с нашей Галактикой образуют Местную систему из 34 галактик.
Местная система галактик занимает огромный объем пространства поперечником около 6 000 000 св. лет. Из 34 членов этой системы два (туманность Андромеды и наша Галактика) принадлежат к гигантским звездным системам, три (Магеллановы Облака и туманность Треугольника) являются системами промежуточных размеров, а остальные - типичные галактики-карлики.
Трудно сказать, насколько характерно такое сочетание звездных систем для других областей Вселенной. С больших расстояний карликовые галактики просто не видны. Можно все же думать, что карликовых галактик во Вселенной должно быть не меньше, чем гигантских звездных систем.
ВЫВОДЫ
Изучение звездных систем, очевидно немыслимое в древности, могло начаться на достаточно высоком уровне развития телескопической техники. Начало было положено в ХVIII и XIX вв. громадными рефлекторами Гершелей и Росса. На протяжении этих веков осмысливалось положение Земли в звездном мире. Окончательно открытие Галактики с ее реальными параметрами состоялось лишь к началу 20-х годов текущего века. С этих же лет начинается и бурный рост внегалактической астрономии, чему способствовали прогресс в телескопостроении и рождение радиоастрономии.
Ныне наблюдаемая часть Вселенной предстает как совокупность материальных систем, начиная от кратных звезд и звездных скоплений и кончая облаками из сотен тысяч галактик.
Главная задача современной звездной астрономии состоит в выяснении деталей строения Метагалактики, т. е. всего доступного нашему изучению звездного мира. Открытие квазаров и уменьшение их численности по мере дальнейшего проникновения в глубины Вселенной, возможно, показывает, что «границы» Метагалактики близки к наблюдению самых старых объектов мироздания.
То, что уже известно о мире галактик, показывает громадное многообразие звездных систем. Этот факт еще и еще раз убеждает нас в неисчерпаемости окружающего нас материального мира.
Список использованной литературы.
1. Засов А.В., Кононович Э.В. Астрономия: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. 3-е изд. –М.: Просвещение, АО «Московские учебники», 2001.
2. О. Струве, Б. Линдс, Э. Пилланс. Элементарная астрономия. 2-е изд. –М.: Наука 1967.
3. Моше Д. Астрономия: Книга для учащихся. Перевод с английского/Под редакцией А. А. Гурштейна. – М.: Просвещение, 1985.
4. Агекян Т. А. Звёзды, галактики, Метагалактика. –3-е изд. –М.: Наука, 1981.
5. Зигель Ф.Ю. Астрономия в ёё развитии: Книга для учащихся 8-10 классов средней школы. –М.: Просвещение, 1988.
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.
На тему: «Наша Галактика»
Выполнила: ученица 11 «А» класса
Драгунова Светлана
Проверила: учитель физики
ст. Отрадная
ВВЕДЕНИЕ.. 3
ОТКРЫТИЕ ГАЛАКТИКИ.. 5
СТРОЕНИЕ ГАЛАКТИКИ И ЕЕ ВРАЩЕНИЕ.. 9
ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ.. 14
МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО И ТУМАННОСТИ.. 16
ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ТУМАННОСТИ.. 17
МЕЖЗВЕЗДНЫЙ ГАЗ.. 20
МЕЖЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ.. 21
ТУМАННОСТИ.. 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 26
ЛИТЕРАТУРА.. 27
ВВЕДЕНИЕ
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.
Данная работа посвящена одной из основных частей звездной астрономии – нашей Галактике.
Планета Земля принадлежит Солнечной системе, которая состоит из единственной звезды – Солнца и девяти планет с их спутниками, тысяч астероидов , комет, бесчисленных частичек пыли, и все это обращается вокруг Солнца. Поперечник Солнечной системы составляет примернокм.
Солнце и Солнечная система расположены в одном из гигантских спиральных рукавов Галактики, называемой Млечным Путем. Наша Галактика содержит более 100 млрд. звезд, межзвездный газ и пыль, и все это обращается вокруг ее центра. Поперечник Галактики составляет примерно световых лет (один миллиард миллиардов километров).
Когда ясной темной ночью мы всматриваемся в бескрайние просторы Вселенной, нашему взору предстает широкая белесая полоса, пересекающая звездное небо. Древние греки, наблюдая небо, сравнивали эту полосу с пролившимся молоком и поэтому назвали ее «галаксиас», что значит молочный, млечный. Это название и легло в основу термина «галактика» - Млечный Путь. Особенно хорошо виден Млечный путь осенними ночами, когда он пересекает зенит и делит небо пополам. Он виден на небосводе обоих полушарий Земли, опоясывая небосвод по кругу, но, конечно, одним взглядом с Земли можно окинуть только половину этого кольца – остальная часть скрывается под горизонтом. Полоса Млечного Пути проходит по созвездиям: Возничего, Персея, Кассиопеи, Ящерицы, Цефея, Лебедя, Лисички, Стрелы, Орла, Щита, Змеи, Змееносца, Стрельца, Скорпиона, Жертвенника, Наугольника, Волка, Южного Треугольника, Циркуля, Центавра, Мухи, Южного Креста, Киля, Парусов, Кормы Компаса, Большого Пса, Единорога, Малого Пса, Ориона, Близнецов и Тельца. Как видим, этот круг включает в себя значительно больше созвездий, чем Зодиак, т. к. полоса Млечного Пути достаточно широкая. Наиболее широк Млечный Путь в созвездии Стрельца, в чем можно убедиться, взглянув на рисунок сентябрьского полуночного неба (см. рисунок слева). Именно в созвездии Стрельца находится центр Галактики (см. рисунок справа). Если посмотреть на Млечный Путь в телескоп, то становится ясно, что он состоит из множества слабых звезд, сливающихся в одно целое для невооруженного глаза. Что же представляет из себя Млечный Путь в просторах Вселенной?
ОТКРЫТИЕ ГАЛАКТИКИ
3вездная астрономия, т. е. раздел астрономии, изучающий строение звездных систем, возникла сравнительно недавно, всего два века назад. Раньше она не могла возникнуть, так как оптические средства исследования Вселенной были еще крайне несовершенны. Правда, высказывались разные умозрительные идеи о строении звездного мира, подчас гениальные. Так, древнегреческий философ Демокрит (460-370 г. до н. э.) считал Млечный Путь скопищем слабосветящихся звезд. Немецкий ученый XVIII в. Иоганн Ламберт (1728-1777) полагал, что звездный мир имеет ступенчатое, иерархическое строение: меньшие системы звезд образуют большие, те, в свою очередь, еще большие и т. д., наподобие известной игрушечной «матрешки». И эта «лестница систем», по Ламберту, не имеет конца, т. е. подобная «структурная» Вселенная бесконечна. Но, увы, все такие идеи не подкреплялись фактами, и звездная астрономия как наука зародилась лишь в трудах Вильяма Гершеля (1738-1822), великого наблюдателя и исследователя звездной Вселенной.
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.
Схема строения Галактики по Гершелю была, конечно, далекой от действительности. Получалось, что поперечник Галактики равен 5800 св. годам, а ее толщина 11ОО св. годам, причем Солнечная система находится недалеко от галактического центра. Хотя в этой работе действительные размеры нашей звездной системы уменьшены по крайней мере в 15 раз и положение Солнца оценено неверно, не следует преуменьшать значение открытия Гершеля. Именно он впервые опытным путем доказал структурность звездной Вселенной, опровергнув популярные в ту пору взгляды о равномерном распределении звезд в бесконечном пространстве.
Следующий, весьма важный вклад в изучение Галактики внесли русские ученые. Воспитанник Дерптского (Тартуского) университета Василий Яковлевич Струве был первым астрономом, который в 1837 г. измерил расстояние до звезд. По его измерениям расстояние до Веги равно 26 св. годам, что весьма близко к современным результатам. Независимо от Струве в 1838г. Ф. Бессель (1784- 1846) измерил расстояние до звезды 61 Лебедя (11,1 св. лет), а затем Т Гендерсону (1798-1844) в 1839г. удалось отыскать самую близкую к нам звезду Альфу Центавра (4,3 св. года). Позднее расстояния до целого ряда звезд были измерены Пулковской обсерватории X. Петерсом (1806-1880).
Как тогда писали, «лот, закинутый в глубину мироздания, достал дно». Стали известны масштабы звездных расстояний. Нужно было продолжить работы Гершеля на более высоком уровне знаний. Этим и занялся.
Теоретически подсчитав, сколько звезд должны быть видимы в телескопы Гершеля и сколько он видел на самом деле, В. Я Струве пришел к фундаментальному открытию. Межзвездное пространство наполнено веществом, поглощающим свет звезд. Без учета этого межзвездного поглощения выяснить строение Галактики невозможно. Кстати оказать, оценка величины поглощения света, подсчитанная Струве, близка к современным оценкам.
В отличие от Гершеля, Струве не считал светимость звезд одинаковой. Но звезд с известным до них расстоянием было еще очень мало, и поэтому учесть светимость звезд Струве мог только приближенно.
В 1847 г вышел в свет обобщающий труд «Этюды звездной астрономии». В нем автор приходит к выводу, что сгущение звезд в плоскости Млечного Пути - реальное явление, и, следовательно, Галактика должна иметь форму плоского диска. По исследованиям Струве, Солнце расположено не в центре Галактики, а на значительном расстоянии от него. Размеры Галактики (с учетом поглощения света) получились большими, чем полагал Гершель. Границы нашей звездной система оказались недоступными для зондирования, и поэтому оценить параметры Галактики в целом В. Я Струве не смог.
В середине прошлого века некоторые астрономы предполагали, что в центре Галактики находится исполинское «центральное Солнце», заставляющее своим тяготением все звезды двигаться вокруг себя. Профессор Казанского университета (1821-1884) доказал, что существование «центрального Солнца" вовсе не обязательно и звезды Галактики могут двигаться вокруг динамического центра, т. е. геометрической точки, являющейся центром тяжести всей звездной системы. Формулы Ковальского позволили по собственным движениям звезд найти направление на центр Галактики.
В 1927 г. голландский астроном Ян Оорт окончательно доказал, что все звезды Галактики обращаются вокруг ее центра. При этом Галактика в целом не вращается как твердое тело. Во внутренних областях Галактики (примерно до Солнца) угловые скорости звезд почти одинаковы. Однако далее к краям Галактики они постепенно убывают, но несколько медленнее, чем положено по третьему закону Кеплера. Орбитальная скорость Солнца составляет 250 км/с, причем Солнце завершает полный оборот вокруг центра Галактики примерно за 200 млн. лет.
Только в 1934 г. были уверенно определены следующие параметры нашей звездной системы: расстояние от Солнца до центра –св. лет; диаметр Галактики св. лет; толщена галактического «диска»св. лет; масса 165 млрд. солнечных масс.
СТРОЕНИЕ ГАЛАКТИКИ И ЕЕ ВРАЩЕНИЕ
Одним из самых примечательных объектов звездного неба является Млечный Путь . Древние греки называли его galaxias , т. е. молочный круг . Уже первые наблюдения в телескоп, проведенные Галилеем, показали, что Млечный Путь – это скопление очень далеких и слабых звезд.
Южная часть Млечного Пути. В начале ХХ века стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в гигантских звездно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсеков до нескольких десятков килопарсек (1 килопарсек = 1000 парсек ~ 3∙103 световых лет ~ 3∙1019 м). Солнце вместе с окружающими его звездами также входит в состав спиральной галактики, всегда обозначаемой с заглавной буквы: Галактика. Когда мы говорим о Солнце, как об объекте Солнечной системы, мы тоже пишем его с большой буквы.
Общая схема строения Галактики современным данным представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Строение Галактики
В Галактике различают три главные части - диск, гало и корону. Центральное сгущение диска называется балджем. В диске сосредоточены звезды, порождающие явление Млечного Пути. Здесь же присутствуют многочисленные облака пыли и газа. Диаметр диска близок к св. годам, наибольший и наименьший поперечники балджа соответственно близки кисв. лет.
Гало по форме напоминает слегка сплюснутый эллипсоид с наибольшим диаметром, немного превосходящим поперечник диска. Эту часть нашей звездной системы населяют главным образом старые и слабосветящиеся звезды, а газ и пыль там практически отсутствуют. Масса гало и диска примерно одинакова. Обе эти части Галактики погружены в огромную сферическую корону, диаметр которой в 5-10 раз больше диаметра диска. Возможно, что корона содержит главную массу Галактики в форме невидимого пока вещества («скрытой массы»). По некоторый оценкам эта «скрытая масса» примерно раз в 10 больше массы всех обычных звезд Галактики, сосредоточенных в диске и гало.
Расположение Солнца в нашей Галактике довольно неудачное для изучения этой системы как целого: мы находимся вблизи плоскости звездного диска, и с Земли сложно выявить структуру Галактики. К тому же, в области, где расположено Солнце, довольно много межзвездного вещества, поглощающего свет и делающего звездный диск почти непрозрачным для видимого света в некоторых направлениях, особенно в направлении ее ядра. Поэтому исследования других галактик играют громадную роль в понимании природы нашей Галактики. Галактика представляет собой сложную звездную систему, состоящую из множества разнообразных объектов, которые находятся между собой в определенной взаимосвязи. Масса Галактики оценивается в 200 миллиардов (2∙1011) масс Солнца, но только два миллиарда звезд (2∙109) доступно наблюдениям. Распределение звезд в Галактике имеет две ярко выраженные особенности: во-первых, очень высокая концентрация звезд в галактической плоскости, и во-вторых, большая концентрация в центре Галактики. Так, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звезда приходится на 16 кубических парсеков, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находитсязвезд. В плоскости Галактики помимо повышенной концентрации звезд наблюдается также повышенная концентрация пыли и газа.
Центр Галактики находится в созвездии Стрельца в направлении на α = 17ч. 46,1мин. δ = –28°51". Галактика состоит из диска, гало и короны. Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром. В ядре высокая концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной. В центре Галактики предполагается существование массивной черной дыры. В кольцевой области галактического диска (3–7 кпк) сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды; там находится наибольшее количество пульсаров, остатков сверхновых и источников инфракрасного излучения. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи.
Вид на Млечный Путь с воображаемой планеты, обращающейся вокруг звезды галактического гало над звездным диском. Галактика содержит две основных подсистемы (два компонента), вложенные одна в другую и гравитационно-связанные друг с другом. Первая называется сферической – гало, ее звезды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж. Вторая подсистема – это массивный звездный диск. Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. В диске концентрация звезд значительно больше, чем в гало. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики. В звездном диске между спиральными рукавами расположено Солнце. Звезды галактического диска были названы населением I типа, звезды гало – населением II типа. К диску, плоской составляющей Галактики, относятся звезды ранних спектральных классов О и В, звезды рассеянных скоплений, темные пылевые туманности. Гало, наоборот, составляют объекты, возникшие на ранних стадиях эволюции Галактики: звезды шаровых скоплений, звезды типа Лиры. Звезды плоской составляющей по сравнению со звездами сферической составляющей отличаются большим содержанием тяжелых элементов. Возраст населения сферической составляющей превышает 12 миллиардов лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики. По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Скорость вращения диска не одинакова на различных расстояниях от центра. Масса диска оценивается в 150 миллиардов М. В диске находятся спиральные ветви (рукава). Молодые звезды и очаги звездообразования расположены, в основном, вдоль рукавов. Диск и окружающее его гало погружены в корону. В настоящее время считают, что размеры короны Галактики в 10 раз больше, чем размеры диска. Вращение Галактики происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны ее северного полюса, находящегося в созвездии Волосы Вероники. Угловая скорость вращения зависит от расстояния от центра и убывает по мере удаления от центра.
Солнце движется со скоростью около 220 км/с вокруг центра Галактики и делает полный оборот вокруг центра за 220 миллионов лет. За время своего существования Солнце облетело Галактику примерно 30 раз. Звезды гало быстро движутся по всевозможным направлениям, так что среднее различие между скоростями пространственно близких звезд – дисперсия скоростей – составляет для них сотни километров в секунду. Звезды диска – это значительно более «холодная» система (дисперсия скоростей обычно 20–50 км/с), зато с более быстрым вращением. Однако самая низкая динамическая температура у совокупности газовых облаков в диске галактики и у молодых звезд, которые из этих облаков образуются и поэтому сохраняют те же особенности движения. Их дисперсия скоростей в большинстве наблюдаемых галактик близка к 10 км/с, что в 15–30 раз меньше, чем скорость вращения вокруг центра.
По одной из гипотез светящуюся материю нашей Галактики окружает неизлучающее вещество, названное темным гало. Анализ вращения показал, что Галактике помимо гало, балджа и диска, вместе с находящимся в них наблюдаемым газом, есть большие массы несветящегося вещества, названного скрытой массой или темным гало. Масса Галактики с учетом скрытой массы оценивается примерно в 2∙1012 масс Солнца. По одной из гипотез часть скрытой массы может заключаться в коричневых карликах, в телах, занимающих промежуточное положение между звездами и планетами, в плотных и холодных молекулярных облачках, которые имеют низкую температуру, малый размер и недоступны для обычных наблюдений. Скрытая масса может также находиться в давно проэволюционировавших и «погасших» звездах. По другой гипотезе пустое пространство (вакуум) обладает такими свойствами, что вносит свой вклад в полную плотность материи. Также предполагают, что нейтрино имеют ненулевую массу покоя и заполняют периферию Галактики. Скрытая масса существует не только в нашей Галактике. Так, в середине восьмидесятых годов было установлено, что Местная группа галактик движется со скоростью более 600 км/с в сторону большого сверхскопления галактик. Эта скорость слишком велика, чтобы ее можно было объяснить гравитационным действием наблюдаемых галактик. Она свидетельствует о присутствии скрытой массы между галактиками. Другое доказательство скрытой массы – эффект гравитационного линзирования. Природа скрытой массы в галактиках остается неясной. Природа сама придумала для астрофизиков гигантский всеволновой космический телескоп, основанный на эффекте гравитационного линзирования. Это явление, основанное на общей теории относительности, было теоретически предсказано в тридцатые годы ХХ века.
Эффект гравитационной линзы . Если на пути света от далекого источника (скажем, квазара) до нас есть какой-либо массивный объект (например, галактика), то лучи света в ее поле тяготения будут искривляться, и галактика выступит в роли гравитационной линзы. Результат, в частности, может заключаться в появлении кратного (двойного, тройного и т. д.) изображения одного и того же квазара. Первая гравитационная линза была открыта в 1979 г. Это был квазар QSO 0957+561 А и В; для него расстояние между двумя изображениями составляет 6 угловых секунд. Сейчас известно 25 гравитационных линз. Минимальное расстояние между компонентами 0,77", максимальное 7".
Скопление галактик как гравитационная линза. Желтым отмечены галактики, входящие в скопление, голубым – несколько изображений одной и той же галактики, находящейся за скоплением. Среди гравитационных линз встречаются образования различной формы, а самыми эффектными выглядят кресты и кольца Эйнштейна.
ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ
В Галактике каждая третья звезда – двойная, имеются системы из трех и более звезд. Известны и более сложные объекты – звездные скопления.
Рассеянные звездные скопления встречаются вблизи галактической плоскости. Сейчас известно более 1200 рассеянных скоплений, из них детально изучено 500. Самые известные среди них – Плеяды и Гиады в созвездии Тельца. Общее количество рассеянных скоплений в Галактике, возможно, достигает ста тысяч. Рассеянные скопления состоят из сотен или тысяч звезд. Их масса невелика (100–1000 М), и гравитационное поле не может долго сдерживать их в малом объеме пространства, поэтому за миллиарды лет рассеянные скопления распадаются. Среди рассеянных звездных скоплений гораздо больше молодых звезд, чем старых. Все звезды, входящие в состав скопления, имеют общее движение. В двадцатых годах ХХ века Харлоу Шепли исследовал рассеянные скопления и произвел классификацию звезд. Диаграмма Герцшпрунга – Рассела для семи рассеянных скоплений показала, что практически все их звезды лежат на главной последовательности. Средние размеры рассеянных скоплений от 2 до 20 парсеков. Большинство рассеянных скоплений расположено в диске нашей Галактики, где сконцентрированы скопления пыли и межзвездного газа, в спиральных рукавах.
Рассеянное скопление «Плеяды» содержит много ярких, горячих звезд, которые были сформированы в одно и то же время из газопылевого облака. Голубая дымка, сопутствующая «Плеядам», – рассеянная пыль, отражающая свет звезд. Шаровые скопления сильно выделяются на звездном фоне благодаря значительному числу звезд и четкой сферической форме. Диаметр шаровых скоплений составляет от 20 до 100 пк, а масса – 104–106 М. Вся сфера шарового скопления густо заполнена звездами, их концентрация растет к центру. Сейчас известно свыше 150 скоплений; предполагается, что в нашей Галактике их не больше нескольких сотен. В шаровых скоплениях двойные звезды встречаются редко. Некоторые двойные системы в шаровых скоплениях являются рентгеновскими источниками излучения. Шаровые скопления – старейшие образования в нашей Галактике, их возраст от 10 до 15 миллиардов лет и сравним с возрастом Вселенной. Бедный химический состав и вытянутые орбиты, по которым они движутся в Галактике, говорят о том, что шаровые скопления образовались в эпоху формирования самой Галактики. Возраст звезд, входящих в состав шаровых скоплений, солиден, поэтому все массивные звезды прошли длинный путь эволюции и стали нейтронными звездами или белыми карликами. В результате, в шаровых скоплениях наблюдаются вспышки новых звезд, рентгеновские источники и пульсары. Шаровые скопления также богаты переменными типа RR Лиры.
МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО И ТУМАННОСТИ
Помимо рассеянных звездных скоплений хорошо изучен еще один тип группировок молодых звезд – звездные ассоциации. Их начали изучать в двадцатых годах ХХ века. ОВ-ассоциации имеют протяженность от 15 до 300 пк и содержат от нескольких десятков до нескольких сотен горячих голубых гигантов и сверхгигантов. Поскольку гиганты ранних спектральных классов быстро проходят путь эволюции, то все звезды образовались в одно время и имеют небольшой возраст. Т-ассоциации содержат переменные звезды типа Т Тельца, которые еще не достигли главной последовательности и находятся на самых ранних этапах звездной эволюции. В таких ассоциациях открыты источники инфракрасного излучения, связанные с рождающимися массивными звездами. Пространство между звездами заполнено разреженным веществом, излучением и магнитным полем. В межзвездной среде открыты огромные холодные области (молекулярные облака) с температурой 5–50 К и очень горячий газ с температурой 106 К – корональный газ.
Подводные кораллы? Очарованные замки? Космические змеи? В действительности эти таинственные темные колонны – очень плотные газопылевые облака туманности M16 «Орел» в созвездии Змеи. Большая туманность Ориона. Это диффузная туманность.
Среди молекулярных облаков выделяются гигантские молекулярные облака с массами 105–106М. Температура таких облаков от 5 до 30 К. В галактическом диске примерно 6000 таких облаков, и в них содержится 90% всего молекулярного газа. Гигантские молекулярные облака связаны с очагами звездообразования.
Круговорот газа и пыли в Галактике. В Галактике (особенно, в плоской составляющей) имеется также большое количество межзвездной пыли. Средний радиус пылинок составляет доли микрометра. В настоящее время считают, что пылинки состоят из смеси графитовых и силикатных частиц, покрытых оболочками из органических молекул и льда. Суммарная масса пыли всего 0,03 % полной массы Галактики, ее полная светимость составляет 30 % от светимости звезд и полностью определяет излучение Галактики в инфракрасном диапазоне. Температура пыли 15–25 К.
ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ТУМАННОСТИ
Вселенная - это, по сути, почти пустое пространство. Звезды занимают лишь ничтожную его долю. Однако, везде присутствует газ, хотя и в очень малых количествах. Это в основном водород , легчайший химический элемент. Если "зачерпнуть" обычной чайной чашкой (объем около 200 см3) вещество из межзвездного пространства на расстоянии 1-2 световых лет от Солнца, то в ней окажется примерно 20 атомов водорода и 2 атома гелия. В таком же объеме в обычном атмосферном воздухе содержится атомов кислорода и азота 1022. Все, что заполняет пространство между звездами внутри галактик, называется межзвездной средой. И основное, что составляет межзвездную среду - это межзвездный газ. Он довольно равномерно перемешан с межзвездной пылью и пронизывается межзвездными магнитными полями, космическими лучами и электромагнитным излучением.
Из межзвездного газа образуются звезды, которые на поздних стадиях эволюции вновь отдают часть своего вещества межзвездной среде. Некоторые из звезд, умирая, взрываются как Сверхновые, выбрасывая обратно в пространство значительную долю водорода, из которого они когда-то образовались. Но значительно важнее, что при таких взрывах выбрасывается большое количество тяжелых элементов, образовавшихся в недрах звезд в результате термоядерных реакций. И Земля и Солнце сконденсировались в межзвездном пространстве из газа, обогащенного таким путем углеродом, кислородом, железом и другими химическими элементами. Чтобы постичь закономерности такого цикла, нужно знать, каким образом новые поколения звезд последовательно конденсируются из межзвездного газа. Понять, как образуются звезды, - важная цель исследований межзвездного вещества.
200 лет назад астрономам стало ясно, что кроме планет, звезд и появляющихся изредка комет на небе наблюдаются и другие объекты. Эти объекты из-за их туманного вида были названы туманностями. Французский астроном Шарль Мессье () был вынужден создать каталог этих туманных объектов, чтобы избежать путаницы при поисках комет. Его каталог содержал 103 объекта и был опубликован в 1784 г. Теперь известно, что природа этих объектов, впервые объединенных в общую группу под названием "туманности", совершенно различна. Английский астроном Уильям Гершель (), наблюдая все эти объекты, за семь лет открыл еще две тысячи новых туманностей. Он же выделил класс туманностей, которые с наблюдательной точки зрения казались ему отличными от остальных. Он назвал их "планетарными туманностями", поскольку они имели некоторое сходство с зеленоватыми дисками планет. Таким образом, мы будем рассматривать следующие объекты: межзвездный газ, межзвездная пыль, темные туманности, светлые туманности (самосветящиеся и отражательные), планетарные туманности.
Примерно через миллион лет после начала расширения Вселенная еще представляла собой относительно однородную смесь газа и излучения. Не было ни звезд, ни галактик. Звезды образовались несколько позже в результате сжатия газа под действием собственной гравитации. Такой процесс называют гравитационной неустойчивостью. Когда звезда коллапсирует под действием огромного собственного гравитационного притяжения, ее внутренние слои непрерывно сжимаются. Это сжатие ведет к нагреву вещества. При температурах выше 107 К начинаются реакции, приводящие к образованию тяжелых элементов. Современный химический состав Солнечной системы является результатом реакций термоядерного синтеза, протекавших в первых поколениях звезд.
Стадия, когда выброшенное при взрыве Сверхновой вещество перемешивается с межзвездным газом и сжимается, снова образуя звезды, более всего сложна и хуже понятна, чем все остальные стадии. Во-первых, сам межзвездный газ неоднороден, он имеет клочковатую, облачную структуру. Во-вторых, расширяющаяся с огромной скоростью оболочка сверхновой выметает разреженный газ и сжимает его, усиливая неоднородности. В-третьих, уже через сотню лет остаток сверхновой содержит больше захваченного по пути межзвездного газа, чем вещества звезды. Кроме того, вещество перемешивается неидеально. На рисунке справа показан остаток сверхновой в Лебеде (NGC 6946). Считают, что волокна образованы расширяющимися оболочками газа. Видны завитки и петли, образованные светящимся газом остатка, расширяющимся со скоростью много тысяч километров в секунду. Может возникнуть вопрос, чем же завершается, в конце концов, космический цикл? Запасы газа уменьшаются. Ведь большая часть газа остается в маломассивных звездах, которые умирают спокойно, и не выбрасывают в окружающее пространство свое вещество. Со временем запасы его истощатся настолько, что ни одна звезда уже не сможет образоваться. К тому времени Солнце и другие старые звезды угаснут. Вселенная постепенно погрузится во мрак. Но конечная судьба Вселенной может быть и иной. Расширение постепенно прекратится и сменится сжатием. Через много миллиардов лет Вселенная сожмется вновь до невообразимо высокой плотности.
МЕЖЗВЕЗДНЫЙ ГАЗ
Межзвездный газ составляет около 99% массы всей межзвездной среды и около 2% нашей Галактики. Температура газа колеблется в диапазоне от 4 К до 106 К. Излучает межзвездный газ также в широком диапазоне (от длинных радиоволн до жесткого гамма-излучения). Существуют области, где межзвездный газ находится в молекулярном состоянии (молекулярные облака) - это наиболее плотные и холодные части межзвездного газа. Есть области, где межзвездный газ состоит из нейтральных атомов водорода и области ионизованного водорода, которыми являются светлые эмиссионные туманности вокруг горячих звезд.
По сравнению с Солнцем, в межзвездном газе заметно меньше тяжелых элементов, особенно алюминия , кальция, титана, железа и никеля. Межзвездный газ есть в галактиках всех типов. Больше всего его в неправильных (иррегулярных), а меньше всего в эллиптических галактиках. В нашей Галактике максимум газа сосредоточено на расстоянии 5 килопарсек от центра. Наблюдения показывают, что кроме упорядоченного движения вокруг центра Галактики, межзвездные облака имеют также и хаотические скорости. Через 30-100 млн. лет облако сталкивается с другим облаком. Образуются газо-пылевые комплексы. Вещество в них достаточно плотно для того, чтобы не пропускать на большую глубину основную часть проникающей радиации. Поэтому внутри комплексов межзвездный газ холоднее, чем в межзвездных облаках. Сложные процессы преобразования молекул вместе с гравитационной неустойчивостью ведут к возникновению самогравитирующих сгустков - протозвезд. Таким образом, молекулярные облака должны быстро (менее чем за 106 лет) превратиться в звезды. Межзвездный газ постоянно обменивается веществом со звездами. Согласно оценкам, в настоящее время в Галактике в звезды переходит газ в количестве примерно 5 масс Солнца в год.
Область М 42 в созвездии Ориона, где в наше время идет активный процесс звездообразования. Туманность светится из-за нагрева газа горячим излучением ярких звезд, находящихся поблизости.
МЕЖЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ
Мелкие твердые частицы, рассеянные в межзвездном пространстве почти равномерно перемешаны с межзвездным газом. Размеры крупных газо-пылевых комплексов, о которых мы говорили выше, достигают десятков сотен парсек, а их масса составляет примерно 105 масс Солнца. Но существуют и небольшие плотные газо-пылевые образования - глобулы размером от 0,05 до нескольких пк и массой всего 0,масс Солнца. Межзвездные пылинки не сферичны и размер их примерно 0,1-1 мкм. Состоят они из песка и графита. Образуются они в оболочках поздних красных гигантов и сверхгигантов, оболочках новых и сверхновых звезд, в планетарных туманностях, около протозвезд. Тугоплавкое ядро одето в оболочку изо льда с примесями, которую в свою очередь окутывает слой атомарного водорода. Пылинки в межзвездной среде либо дробятся в результате столкновений друг с другом со скоростями больше 20 км/с, либо наоборот, слипаются, если скорости меньше 1 км/с.
Присутствие в межзвездной среде межзвездной пыли влияет на характеристики излучения исследуемых небесных тел. Пылинки ослабляют свет от далеких звезд, изменяют его спектральный состав и поляризацию. Помимо этого пылинки поглощают ультрафиолетовое излучение звезд и перерабатывают его в излучение с меньшей энергией. Пылинки, как правило, электрически заряжены и взаимодействуют с межзвездными магнитными полями. А в результате мы видим узконаправленный (когерентный) очень мощный поток радиоизлучения. На рисунке показана молекула воды. Радиоизлучение от этой молекулы идет на волне 1,35 см. Кроме нее очень яркое излучение возникает на молекулах межзвездного гидроксила ОН на волне 18 см. Еще одна молекула SiO располагается в оболочках холодных звезд, находящихся на заключительной стадии звездной эволюции и развивающихся к планетарной туманности.
ТУМАННОСТИ
Темные туманности
Туманности представляют собой участки межзвездной среды, выделяющиеся своим излучением или поглощением на общем фоне неба. Темные туманности представляют собой плотные (обычно молекулярные) облака межзвездного газа и пыли, непрозрачные из-за межзвездного поглощения света пылью. Иногда темные туманности видны прямо на фоне Млечного Пути. Таковы, например, туманность "Угольный Мешок" и многочисленные глобулы. В тех частях, которые полупрозрачны для оптического диапазона, хорошо заметна волокнистая структура. Волокна и общая вытянутость темных туманностей связаны с наличием в них магнитных полей, затрудняющих движение вещества поперек силовых магнитных линий.
Светлые туманности
Отражательные туманности являются газо-пылевыми облаками, подсвеченными звездами. Примером такой туманности являются Плеяды. Свет от звезд рассеивается межзвездной пылью. Большинство отражательных туманностей расположено вблизи плоскости Галактики. Некоторые отражательные туманности имеют кометообразный вид и называются кометарными. В голове такой туманности находится обычно переменная звезда типа Т Тельца, освещающая туманность. Редкой разновидностью отражательной туманности является "световое эхо", наблюдавшееся после вспышки Новой 1901 г. в созвездии Персея. Яркая вспышка звезды подсветила пыль, и несколько лет наблюдалась слабая туманность, распространявшаяся во все стороны со скоростью света. На изображении слева выше показано звездное скопление "Плеяды" со звездами, окруженными светлыми туманностями. Если звезда, которая находится в туманности или рядом с ней достаточно горячая, то она ионизует газ в туманности. Тогда газ начинает светиться, а туманность называется самосветящаяся или туманность, ионизованная излучением.
Планетарные туманности
К середине XIX века появилась возможность дать серьезное доказательство, что эти туманности принадлежат к самостоятельному классу объектов. Появился спектроскоп. Йозеф Фраунгофер обнаружил, что Солнце излучает непрерывный спектр, испещренный резкими линиями поглощения. Оказалось, что и спектра планет имеют многие характерные черты солнечного спектра. У звезд также обнаружился непрерывный спектр, однако, каждая из них имела свой собственный набор линий поглощения. Уильям Хеггинс () был первым, кто исследовал спектр планетарной туманности. Это была яркая туманность в созвездии Дракона NGC 6543. До этого Хеггинс в течение целого года наблюдал спектры звезд, однако спектр NGC 6543 оказался совершенно неожиданным. Ученый обнаружил лишь одну единственную, яркую линию. В то же время яркая Туманность Андромеды показала непрерывный спектр, характерный для спектров звезд. Теперь мы знаем, что Туманность Андромеды на самом деле является галактикой, а следовательно, состоит из множества звезд. В 1865 году тот же Хеггинс, применив спектроскоп более высокой разрешающей способности, обнаружил, что эта "единственная" яркая линия состоит из трех отдельных линий. Одну из них удалось отождествить с бальмеровской линией водорода Hb, но две другие, более длинноволновые и более интенсивные остались не узнанными. Их приписали новому элементу - небулию. Только в 1927 году этот элемент был отождествлен с ионом кислорода . А линии в спектрах планетарных туманностей до сих пор так и называются - небулярные.
Планетарная туманность - это система из звезды, называемой ядром туманности, и симметрично окружающей ее светящейся газовой оболочки (иногда, несколько оболочек). Масса оболочки планетарной туманности примерно 0,1 массы Солнца. Оболочки планетарных туманностей расширяются в окружающее пространство со скоростямикм/с под действием внутреннего давления горячего газа. По мере расширения оболочка становится разреженней, ее свечение ослабевает, и, в конце концов, она становится невидимой. Ядра планетарных туманностей представляют собой горячие звезды ранних спектральных классов, претерпевающие значительные изменения за время жизни туманности. Температуры их обычно составляюттыс. К. Ядра старых планетарных туманностей близки к белым карликам, но вместе с тем значительно ярче и горячее типичных объектов такого рода. Среди ядер встречаются и двойные звезды. Образование планетарной туманности является одной из стадий эволюции большинства звезд. Рассматривая этот процесс, удобно разделить его на две части: 1) от момента выброса туманности до той стадии, когда источники энергии звезды в основном исчерпаны; 2) эволюция центральной звезды от главной последовательности до выброса туманности. Эволюция после выброса туманности довольно хорошо изучена как наблюдательно, так и теоретически. Более ранние стадии гораздо менее понятны. Особенно стадия между красным гигантом и выбросом туманности.
Центральные звезды самой низкой светимости обычно окружены самыми большими, а потому самыми старыми туманностями. На изображении слева представлена планетарная туманность Гантель М 27 в созвездии Лисички. Вспомним немного теорию эволюции звезд. При удалении от главной последовательности важнейшая стадия эволюции звезды начинается после того, как водород в центральных областях полностью выгорит. Тогда центральные области звезды начинают сжиматься, освобождая гравитационную энергию. В это время область, в которой водород еще горит, начинает продвигаться наружу. Возникает конвекция. В звезде начинаются драматические перемены, когда масса изотермического гелиевого ядра составляет 10-13% массы звезды. Центральные области начинают быстро сжиматься, а оболочка звезды расширяется - звезда становится гигантом, перемещаясь вдоль ветви красных гигантов. Ядро, сжимаясь, разогревается. В конце концов, в нем начинается горение гелия. Через некоторый период времени истощаются и запасы гелия. Тогда начинается второе "восхождение" звезды вдоль ветви красных гигантов. Звездное ядро, состоящее из углерода и кислорода, быстро сжимается, а оболочка расширяется до гигантских размеров. Такая звезда называется звездой асимптотической ветви гигантов. На этой стадии звезды имеют два слоевых источника горения - водородный и гелиевый и начинают пульсировать.
Остальная часть эволюционного пути изучена гораздо хуже. У звезд с массами, превосходящими 8-10 масс Солнца углерод в ядре в конце концов загорается. Звезды становятся сверхгигантами и продолжают эволюционировать, пока не образуется ядро из элементов "железного пика" (никель, марганец, железо). Это центральное ядро, вероятно, коллапсирует и образует нейтронную звезду, а оболочка сбрасывается в виде вспышки Сверхновой. Ясно, что планетарные туманности образуются из звезд с массами меньше 8-10 масс Солнца. Два факта позволяют предполагать, что родоначальниками планетарных туманностей являются красные гиганты. Во-первых, звезды асимптотической ветви физически очень сходны с планетарными туманностями. Ядро красного гиганта по массе и размерам очень напоминает центральную звезду планетарной туманности, если удалить протяженную разреженную атмосферу красного гиганта. Во-вторых, если туманность сброшена звездой, то она должна иметь минимальную скорость, достаточную чтобы уйти из гравитационного поля. Расчеты показывают, что только для красных гигантов эта скорость сравнима со скоростями расширения оболочек планетарных туманностей (10-40 км/с). При этом масса звезды оценивается в 1 массу Солнца, а радиус лежит в пределах 100-200 радиусов Солнца (типичный красный гигант). В заключение отметим, что наиболее вероятными кандидатами на роль родоначальников планетарных туманностей являются переменные звезды типа Миры Кита. Представителями одного из переходных этапов между звездами и туманностями могут быть симбиотические звезды. И конечно нельзя обойти вниманием объект, FG Sge (на изображении справа вверху). Таким образом, большинство звезд, массы которых меньше 6-10 масс Солнца, в конце концов, становятся планетарными туманностями, На предшествующих стадиях они теряют большую часть своей первоначальной массы; остается только ядро с массой 0,4-1 масса Солнца, которое становится белым карликом. Потеря массы влияет не только на саму звезду, но и на условия в межзвездной среде и на будущие поколения звезд.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучение звездных систем, очевидно немыслимое в древности, могло начаться на достаточно высоком уровне развития телескопической техники. Начало было положено в ХVIII и XIX вв. громадными рефлекторами Гершелей и Росса. На протяжении этих веков осмысливалось положение Земли в звездном мире. Окончательно открытие Галактики с ее реальными параметрами состоялось лишь к началу 20-х годов текущего века. С этих же лет начинается и бурный рост внегалактической астрономии, чему способствовали прогресс в телескопостроении и рождение радиоастрономии.
Ныне наблюдаемая часть Вселенной предстает как совокупность материальных систем, начиная от кратных звезд и звездных скоплений и кончая облаками из сотен тысяч галактик.
Главная задача современной звездной астрономии состоит в выяснении деталей строения Метагалактики, т. е. всего доступного нашему изучению звездного мира. Открытие квазаров и уменьшение их численности по мере дальнейшего проникновения в глубины Вселенной, возможно, показывает, что «границы» Метагалактики близки к наблюдению самых старых объектов мироздания.
То, что уже известно о мире галактик, показывает громадное многообразие звездных систем. Этот факт еще и еще раз убеждает нас в неисчерпаемости окружающего нас материального мира.
ЛИТЕРАТУРА
1. , Астрономия: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. 3-е изд. –М.: Просвещение, АО «Московские учебники», 2001.
2. О. Струве, Б. Линдс, Э. Пилланс. Элементарная астрономия. 2-е изд. –М.: Наука 1967.
3. Моше Д. Астрономия: Книга для учащихся. Перевод с английского/Под редакцией. – М.: Просвещение, 1985.
4. Звёзды, галактики, Метагалактика. –3-е изд. –М.: Наука, 1981.
5. Астрономия в ёё развитии: Книга для учащихся 8-10 классов средней школы . –М.: Просвещение, 1988.
6. «Открытая Астрономия», ООО "ФИЗИКОН
7. Материалы сайта www.
8. Материалы сайта www.
9. Материалы сайта www.
10. Материалы сайта www. astronews.
