Урок 12. Молочний Шлях. Будова Галактики. Місце Сонячної системи в Галактиці. Зоряні скупчення та асоціації. Туманності. Підсистеми Галакт - Астрономія - Каталог статей - Янок Петро Григорович
Субота, 10.12.2016, 09:51
Форма входу
Меню сайту
Категорії розділу
Фізика 9 клас [82]
Фізика 10 клас [63]
Фізика 11 клас [76]
Астрономія [35]
Коледж [29]
Документація на кабінет [7]
Розробки уроків [0]
Позакласна робота [16]
Роботи учнів [1]
Корисні посилання [5]
Різне [21]
Фото [8]
Методика [2]
Пошук
Друзі сайту




























Годинник
Статистика

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0
Нашому сайту

Каталог статей

Головна » Вчитель » Астрономія

Урок 12. Молочний Шлях. Будова Галактики. Місце Сонячної системи в Галактиці. Зоряні скупчення та асоціації. Туманності. Підсистеми Галакт

Скорочено
1. Всесвіт має складну комірчасту структуру, у якій відбувається гравітаційна взаємодія всіх космічних тіл.
2. Наша галактика має назву Молочний Шлях. Вона є видимою частиною Галактики. Спостережувана на небі Землі смуга Чумацького Шляху є наслідком розміщення Сонця в площині диска Галактики.
3. Галактика складається із зір, зоряних скупчень, міжзоряного газу, різноманітних полів і випромінювання.
4. Сонячна система належить Галактиці й знаходиться ближче до її периферії, ніж до центра.
5. У Галактиці є зоряне населення І і ІІ типів.
6. Галактика має добре розвинену спіральну структуру.

7. Спостерігається віддалення галактик одна від одної, яке пояснюється розширенням Всесвіту.

8. Згідно сучасних наукових уявлень, існує абсолютний горизонт - відстань, за яку "зазирнути" ми не можемо у принципі.

9. Всесвіт народився з фізичного вакууму, і його подальша доля залежить від значення середньої густини речовини.

10. Наш Всесвіт влаштовано так, що в ньому стала можливою поява життя.

11. Життя - це високоорганізований стан речовини, здатний до самовідтворення за допомогою певним чином кодованих молекул і до обміну з навколишнім середовищем речовиною, енергією та інформацією.

12. За наявності відповідних умов, життя може виникнути і на інших планетах.

13. Не виключено, що в матеріальному Космосі існує нескінчена кількість різних всесвітів.

Чума́цький Шлях — власна назва галактики, у якій розташована Сонячна система, а також усі зорі, які ми бачимо неозброєним оком.

Чумацький Шлях є спіральною галактикою типу SBbc за класифікацією Хаббла, що разом із галактикою Андромеди, Галактикою Трикутника та низкою інших галактик утворюють місцеву галактичну групу. У свою чергу, місцева група входить до Надскупчення Діви.

Походження назви

Українці здавна мали багато назв нашої галактики. Чумацький шлях — найпоширеніша з них. Згідно з легендою чумаки їздили до Криму по сіль, орієнтуючись вночі на світлу смугу на небі. Вживається назва Молочний шлях.

Божа дорога — давня українська назва Чумацького Шляху. Цією дорогою нібито у золотій колісниці їздить пророк Ілля (християнський наступник праукраїнського й праслов'янського Перуна) і гримить, метаючи золоті стріли блискавиць у демонів Арідника, Тринрода, Триюду, Чортів, Бісів, Чугайстрів.

Чумацький Шлях як небесне явище

Панорама Чумацького Шляху, фото 2005 року з Долини смерті у США

Чумацький Шлях при спогляданні на небі виглядає як неяскрава дифузна світла смуга, що проходить приблизно вздовж великого кола небесної сфери. У північній півкулі наша Галактика перетинає сузір'я Орла, Стріли, Лисички, Лебедя, Цефея, Кассіопеї, Персея, Візничого, Тельця та Близнюків; у південному — Єдинорога, Корми, Вітрил, Південного Хреста, Циркуля, Південного Трикутника, Скорпіона та Стрільця. У Стрільці лежить центр Галактики.

Історія відкриття Галактики

Форма Чумацького Шляху, яку дослідив Вільям Гершель 1785 року. Сонячна система знаходиться посередині.

Першим вченим, який припустив, що Чумацький Шлях складається із віддалених зірок, був Демокрит. У XVIII столітті Вільям Гершель зробив спробу визначити розміри Галактики, ґрунтуючись на результатах своїх підрахунків. Він довів, що наша зоряна система має скінчені розміри й утворює своєрідний товстий диск: у площині Чумацький Шлях простягається на відстань не більше 850 одиниць, а в перпендикулярному напрямку — на 200 одиниць, якщо взяти за одиницю відстань до Сіріуса. За сучасною шкалою відстаней це відповідає 7300 х 1700 світлових років.

Ця оцінка в цілому відображує структуру Чумацького Шляху, хоча вона вельми неточна. Окрім зірок до складу диска Галактики входять численні газопилові хмари, які послаблюють світло віддалених зір. Перші дослідники Галактики не знали про цю поглинаючу речовину і вважали, що бачать усі її зорі. Реальні розміри Галактики було встановлено лише в XX ст. Виявилось, що вона є пласкішим утворенням, ніж припускалося раніше. Зовні Галактика нагадує зерно чечевиці з потовщенням посередині.

Так, у 40-і рр. XX сторіччя, спостерігаючи галактику М31, більше відому як туманність Андромеди, німецький астроном Вальтер Бааде (в ті роки працював у США) відзначив, що плоский лінзоподібний диск цієї величезної галактики занурено у розріджену зоряну хмару сферичної форми — гало. Оскільки туманність Андромеди дуже схожа на нашу Галактику, Бааде припустив, що подібну структуру має й Чумацький Шлях. Зірки галактичного диска було названо населенням I типу, а зірки гало (або сферичної складової) — населенням II типу.

Розміри

Основний диск Чумацького Шляху має близько 100 000 — 120 000 світлових років у діаметрі та близько 250 000 — 300 000 у периметрі. Поза межами ядра галактики товщина Чумацького Шляху становить приблизно 1 000 світлових років. У Чумацькому Шляху налічується понад 300 млрд зір.

Якщо зменшити діаметр Чумацького Шляху до 130 кілометрів, то Сонячна система займала б лише 2 міліметри. Гало Чумацького шляху простягається набагато далі розмірів Галактики, але обмежується орбітами двох галактик-супутників: Великої та Малої Магелланових Хмар, відстань до яких у перигалактіконі становить близько 180 000 світлових років. Абсолютна зоряна величина нашої галактики становить −21,3m.

Вік

Центр Чумацького Шляху на знімку телескопа Спітцера (SIRTF або SST, NASA). Кольори змінено.

Дуже важко визначити вік, коли сформувався Чумацький Шлях, але наразі вік найдавніших зірок у галактиці оцінюється у 13,6 мільярдів років, що приблизно дорівнює віку Всесвіту. За сучасними уявленнями, Чумацький Шлях утворився внаслідок зіткнення і злиття невеликих галактик. Свідченнями цього є перші зорі з дуже низькою металічністю, що утворилися на найранішому етапі існування Всесвіту. Такі зірки вчені знаходять у галактичному гало — «околиці» Чумацького шляху, що тягнеться за межі його видимої частини. У лютому 2010 року астрономи Європейської південної обсерваторії (Чилі) виявили такі ж зірки в карликових галактиках у сузір'ях Печі, Скульптора, Секстанта і Кіля.

Структура

Маса Чумацького Шляху становить близько 5,8×1011 M в ньому налічується від 200 до 400 мільярдів зір (якщо вважати, що зорі малої маси домінують). Тільки 0,0001% всіх зірок Галактики перелічено і занесено до каталогів.

Диск

Лише у 1980-их роках астрономи висловили припущення, що Чумацький Шлях є спіральною галактикою з баром, а не звичайною спіральною галактикою. Це припущення було підтверджене 2005 року космічним телескопом імені Лаймана Спітцера, який показав, що центральна перемичка нашої галактики є більшою ніж вважалось раніше.

За оцінками вчених, галактичний диск, що видається в різні боки у районі галактичного центру, має діаметр близько 100 000 світлових років. У порівнянні з гало диск обертається помітно швидше. Швидкість його обертання не однакова на різних відстанях від центру. Вона стрімко зростає від нуля в центрі до 200—240 км/с на відстані 2 тис. світлових років від нього, потім дещо зменшується, знову зростає приблизно до того ж значення і далі залишається майже постійною. Вивчення особливостей обертання диску дозволило оцінити його масу, виявилось, що вона в 150 млрд. разів більша M.

Поблизу площини диска концентруються молоді зірки і зоряні скупчення, вік яких не перевищує декількох мільярдів років. Вони утворюють так звану плоску складову. Серед них дуже багато яскравих і гарячих зір. Газ у диску Галактики також зосереджений в основному поблизу його площини. Він розподілений нерівномірно, утворюючи численні газові хмари — від гігантських неоднорідних за структурою хмар, протяжністю понад декілька тисяч світлових років до невеликих хмарин розмірами не більше парсека.

Гало

Галактика та її околиці. Гало.

Галактичний диск оточено сфероїдним гало, що складається зі старих зір та кулястих скупчень, 90% яких перебуває на відстані менше 100 000 світлових років від центру галактики. Це дозволяє припустити, що діаметр зоряного гало становить 200 000 світлових років. Однак, останнім часом було знайдено декілька кулястих скупчень, таких як PAL 4 та AM 1, що перебувають на відстані більше ніж 200 000 світлових років від центру галактики. Центр симетрії гало Чумацького Шляху збігається з центром галактичного диска. Складається гало в основному з дуже старих, неяскравих маломасивних зірок. Вони зустрічаються як поодинці, так і у вигляді кулястих скупчень, які можуть містити до мільйона зірок. Вік населення сферичної складової Галактики перевищує 12 млрд. років, його зазвичай вважають віком самої Галактики.

У той час як галактичний диск містить газ та пил, що ускладнює проходження видимого світла, сфероїдна компонента таких складових не містить. Активне зореутворення відбувається у диску (особливо у спіральних рукавах, що є зонами підвищеної щільності). У гало зореутворення вже скінчилося. Розсіяні скупчення також трапляються переважно у диску. Вважається, що основну масу нашої галактики складає темна матерія, що формує гало темної матерії масою приблизно 600 — 3000 мільярдів M. Гало темної матерії сконцентроване у напрямку центру галактики.

Зірки сферичної складової концентруються до центру Галактики. Центральна, найщільніша частина гало в межах декількох тисяч світлових років від центру Галактики називається балджем (від англ. balge - потовщення).

Зірки і зоряні скупчення гало рухаються навколо центру Галактики дуже витягнутими орбітами. Через те, що обертання окремих зірок відбувається дещо безладно (тобто швидкості сусідніх зірок можуть мати будь-які напрями), гало в цілому обертається дуже поволі.

Ядро

Центр галактики Чумацький Шлях у інфрачервоних променях (візуально Центр галактики розташований у сузір'ї Стрільця)

Центр галактики містить компактний об'єкт із дуже великою масою (близько 4,3 мільйона M), розташований у напрямі сузір'я Стрільця. Цей об'єкт має назву Стрілець A* (англ. Sagittarius A*), більшість вчених вважають його надмасивною чорною дірою. Існує припущення, що більшість галактик мають надмасивні чорні діри у своєму ядрі. Навколо масивної чорної діри обертається чорна діра меншого розміру з масою від 1000 до 10 000 M і періодом обертання близько 100 років та декілька тисяч порівняно невеликих.

Для центральних ділянок Галактики характерна сильна концентрація зірок: у кожному кубічному парсеку поблизу центру їх міститься багато тисяч. Відстані між зірками в десятки і сотні разів менші, ніж в околицях Сонця. Як і в більшості інших галактик, розподіл маси у Чумацькому Шляху є таким, що орбітальна швидкість більшості зірок цієї Галактики не залежить значною мірою від їх відстані від центру. Далі від центральної перемички та зовнішнього кола, звичайна швидкість обертання зір становить 210 — 240 км/год. Таким чином, орбітальний період звичайної зірки прямо пропорційний лише довжині шляху, який вона долає. Це твердження не справджується стосовно сонячної системи, де різні орбіти мають суттєво різні швидкості обертання, що підтверджує існування темної матерії.

Вважається, що довжина галактичної перемички становить близько 27 000 світлових рокі. Ця перемичка проходить крізь центр галактики під кутом 44 ± 10 градусів до лінії між нашим Сонцем та центром галактики. Вона складається переважно із червоних зірок, які вважають дуже старими. Перемичку оточено кільцем, що має назву «Кільце у п'ять кілопарсеків». Це кільце містить більшу частину молекулярного гідрогену Галактики і є найактивнішим регіоном зореутворення у нашій Галактиці. Якщо вести спостереження із галактики Андромеди, то галактична перемичка Чумацького Шляху була б найяскравішою його частиною.

Спіральні рукави Галактики

Структура спіральних рукавів Чумацького Шляху

Одним з найпомітніших утворень в дисках галактик, подібних до нашої, є спіральні гілки (або рукави). Вони дали назву цьому типу об'єктів — спіральні галактики. Спіральна структура в наший Галактиці дуже добре розвинена. Уздовж рукавів в основному зосереджені наймолодші зірки, багато розсіяних зоряних скупчень і асоціації, а також ланцюжки щільних хмар міжзоряного газу, в яких продовжують утворюватися зірки. У спіральних гілках велика кількість змінних і спалахуючих зірок, у них найчастіше спостерігаються вибухи деяких типів наднових. На відміну від гало, де будь-які прояви зоряної активності надзвичайно рідкісні, в гілках продовжується бурхливе життя, пов'язане з безперервним переходом речовини з міжзоряного простору в зірки і назад. Галактичне магнітне поле, яке пронизує весь газовий диск, також зосереджене головним чином у рукавах.

Кожен спіральний рукав описує логарифмічну спіраль із нахилом приблизно 12°. Вважається, що у нашій галактиці існують чотири основні спіральні рукави, котрі беруть свій початок у галактичному центрі[Джерело?]. Згідно із зображенням ліворуч ці рукави мають такі назви:

  • 2 та 8 — Трьохкілопарсековий Рукав та Рукав Персея;
  • 3 та 7 — Рукав Норми та Рукав Лебедя (разом із нещодавно відкритим відгалуженням 6);
  • 4 та 10 — Рукав Південного Хреста та Щита;
  • 5 та 9 — Рукав Каріни та Стрільця.

Окрім перелічених вище, існують також менші рукави або відгалуження, включаючи:

Поза межами основних спіральних рукавів розташоване Зовнішнє Кільце або Кільце Єдинорога. Воно складається із газу та зірок, що були запозичені від інших галактик мільярди років тому. Існування цього кільця передбачили астрономи Брайан Йанні та Хайді Н'юберг.

Супутники Галактики

Зоряні потоки у Чумацькому Шляху, виявлені за станом на 2007 рік

Наша Галактика є гігантською зоряною системою і логічно, що у неї мають бути супутники. Серед них найвідоміші такі карликові галактики, зоряні потоки та кулясті скупчення:

Розташування Сонця в Галактиці

LombergA1024.jpg

Згідно з останніми науковими оцінками, відстань від Сонця до галактичного центру, становить 26 000 ± 1 400 світлових років, у той час як згідно з попередніми оцінками наша зоря мала перебувати на відстані близько 35 000 світових років від бару. Це означає, що Сонце розташоване ближче до краю диску, ніж до його центру. Разом з іншими зорями Сонце обертається навколо центра Галактики зі швидкістю 220—240 км/с, роблячи один оберт приблизно за 200 млн. років. Таким чином, за весь час існування Земля облетіла навколо центра Галактики не більше 30 разів.

В околицях Сонця вдається відстежити ділянки двох спіральних рукавів, які віддалені від нас приблизно на 3 тис. світлових років. За сузір'ями, де спостерігаються ці ділянки, їм дали назву рукав Стрільця та рукав Персея. Сонце розташовано майже посередині між цими спіральними гілками. Але порівняно близько від нас (за галактичними мірками), у сузір'ї Оріона, проходить ще один, не дуже чітко виражений рукав — рукав Оріона, який вважається відгалуженням одного з основних спіральних рукавів Галактики.

Швидкість обертання Сонця навколо центру Галактики майже збігається зі швидкістю хвилі ущільнення, що утворює спіральний рукав. Така ситуація загалом є нетиповою для Галактики у цілому: спіральні рукави обертаються з постійною кутовою швидкістю, як шпиці в колесах, а рух зірок відбувається за іншою закономірністю, тому майже все зоряне населення диску то потрапляє всередину спіральних рукавів, то випадає з них. Єдине місце, де швидкості зірок та спіральних рукавів збігаються — це так зване коротаційне коло, і саме на ньому розташоване Сонце.

Для Землі ця обставина надзвичайно важлива, оскільки у спіральних рукавах відбуваються бурхливі процеси, що утворюють потужне випромінювання, згубне для всього живого. І ніяка атмосфера не змогла б від нього захистити[Джерело?]. Але наша планета існує у порівняно спокійному місці Галактики та на протязі сотень мільйонів (або й мільярдів) років не піддавалась впливу цих космічних катаклізмів. Можливо саме тому на Землі змогло народитися та зберегтися життя.

Зіткнення з галактикою Андромеди у майбутньому

За допомогою комп'ютерного моделювання, фахівці з Гарвардського-Смітсонського Центру Астрофізики зробили висновок, що наша галактика та галактика Андромеди, які наближаються одна до одної зі швидкістю біля 500 тисяч км/год, врешті об'єднаються. Це станеться приблизно через 2 мільярди років.

 

Категорія: Астрономія | Додав: Yanok2524 (19.12.2013)
Переглядів: 5059 | Рейтинг: 3.5/4
Всього коментарів: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *: