Метагалактика строение и эволюция галактик. Строение и эволюция галактики

Эволюция галактик – процесс очень сложный. В начале галактики содержат много молодых массивных и ярких звезд, со временем от ранних эпох остаются лишь менее массивные и более долго живущие звезды. В результате молодые галактики, по-видимому, являются очень яркими, а затем постепенно с возрастом их яркость уменьшается. Поскольку далекие галактики ярче, чем ожидалось, видимые расстояния до них оказываются заниженными, что в свою очередь дает завышенную плотность галактик. Поэтому Вселенная кажется нам закрытой в большей степени, чем это есть на самом деле. Учет эффектов эволюции галактик повышает оценки расстояний, соответственно, понижая оценки плотности, и приводит к выводу о том, что Вселенная более открыта, чем можно было бы предположить.

Возможно, что самое яркие галактики в далеком прошлом были более тусклыми. Такая возможность вытекает из процесса «пожирания» галактик. Если галактики проглатывали своих более мелких соседей в огромном скоплении, то они должны были бы расти и с течением времени становиться более яркими. В таком случае наши оценки расстояний до далеких галактик оказались бы завышенными. Соответствующая поправка перетягивала бы чашу весов в сторону закрытой модели Вселенной.

Основной характеристикой определенного этапа эволюции галактик является частота звездообразования, а также возраст звезд, их составляющих.

Галактики по своему строению, как показали многочисленные исследования последних десятилетий, имеют сложную структуру и разновидности. Во Вселенной имеется большое число галактик, подобно нашей Галактике, в которую входит Солнечная система. В частности, исследованы спиральные галактики, обладающие дисковой подсистемой со спиральным узором. Ближайшей к Солнечной системе гигантской спиральной галактикой является Туманность Андромеды. Кроме спиральных существуют эллиплитические галактики, по своему строению и звездному скоплению подобные сферической подсистеме нашей Галактики. В них практически нет газопылевого вещества и молодых ярких звезд. Очень часто эллиптические галактики, особенно самые массивные, имеют плотные ядра, которые по своим проявлениям обычно больше и активнее ядер спиральных галактик.

Еще один тип галактик – неправильные. Их массы и светимости в десятки раз меньше, чем у Галактики. Звездный состав их подобен скоплениям в дисках спиральных галактик. Но эти звезды, а также значительные массы газопылевого вещества не образуют регулярной структуры и не обладают выраженным общим вращением. Кроме ярких молодых звезд, в неправильных галактиках имеются еще и звезды старые, менее яркие, подобные звездам сферической подсистемы Галактики, также образующие общий сферический состав. Перечисленные три типа галактик были впервые обнаружены и изучены Э. Хабблом и другими астрономами в 20-30-е гг. XX в. В последние десятилетия стали известны также галактики иных типов, не всегда укладывающиеся в первоначальную классификацию. Это относится в первую очередь к галактикам с активными ядрами и значительным радиоизлучением. В них звездная составляющая не обнаруживается; она либо вообще отсутствует, либо, что более вероятно, имеется, но незаметна на фоне огромной светимости плотного ядра.

Образование и строение галактик – следующий важ­ный вопрос происхождения Вселенной. Его изучает не только кос­мология как наука о Вселенной, но также и космогония (греч . «гонейа» означает рождение) – область науки, в которой исследуется происхождение и развитие космических тел и их систем (различают планетную, звездную, галактическую кос­могонию). Космология основывает свои выводы на законах физики, химии и геологии.

Галактика представляет собой гигантские скопления звезд и их систем (примерно до 10 13 звезд), имеющие свой центр (ядро) и различную форму (сфе­рическую, спиралевидную, эллиптическую, сплюснутую или вообще неправильную). Ядра галактик производят водород – основное вещество Вселенной. Размеры галактик колеблются от нескольких десятков световых лет до 18 млн. световых лет. В видимой нами части Вселенной – Метагалактике – галактик миллиарды и в каж­дой из них насчитываются миллиарды звезд. Все галактики уда­ляются друг от друга, причем скорость этого «разлета» по мере удаления галактик растет. Галактики далеко нестатичные структуры: они меняют форму и очертания, сталкиваются и поглощают друг друга. В настоящее время наша Галактика поглощает карликовую галактику Стрельца. Примерно через 5 млрд. лет произойдет «столкновение миров». Соседние галактики Млечный Путь и Туманность Андромеды медленно, но неотвратимо движутся навстречу друг другу со скоростью 500 тыс. км/ч.

Наша галактика называется Млечный Путь и состоит из 150 млрд. звезд. Это скопление звезд мы видим в ясные ночи как полосу Млечно­го Пути. Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Ее размеры – 100 тыс. световых лет. Возраст Галактики около 15 млрд. лет. Ближайшая к Млечному Пути галактика (которую световой луч достигает за 2 млн. лет) – Туманность Андромеды. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантском «диске» в виде двояковыпуклой линзы толщиной около 1500 световых лет. Звезды и туманности в пределах Галактики движутся по очень сложным орбитам. Прежде всего, они участвуют во вращении Галактики вокруг оси со скоростью примерно 250 км/с. Солнце удалено от центра галактики на расстояние около 30 тыс. световых лет. За время своего существования Солнце совер­шило примерно 25 оборотов вокруг оси вращения.

Процесс образования галактик – в противоположность возникновению звезд и синтезу в них элементов – понят еще недостаточно хорошо. В 1963 г. на границе наблюдаемой Вселенной были открыты квазары (квазизвездные радиоисточники) – самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и разме­рами в десятки раз меньшими их. Было предположено, что квазары представляют собой ядра новых галактик и, стало быть, процесс образо­вания галактик продолжается и поныне.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Негосударственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

РЕФЕРАТ

по концепции современного естествознания

на тему: «Эволюция и строение Галактики»

Москва 2013

Введение

1. Эволюция галактик

2. Строение галактик

3. Строение нашей галактики (Млечный путь)

Заключение

Список используемой литературы

Введение

На данный момент удовлетворительной теории возникновения и эволюции галактик не существует. Есть несколько конкурирующих гипотез, объясняющих это явление, но каждая имеет свои серьёзные проблемы. Согласно инфляционной гипотезе, после возникновения первых звёзд во Вселенной начался процесс гравитационного объединения их в скопления и далее в галактики. В последнее время эта теория поставлена под сомнение. Современные телескопы способны «заглянуть» так далеко, что видят объекты, существовавшие приблизительно через 400 тыс. лет после Большого взрыва. Обнаружилось, что и на тот момент уже существовали вполне сформировавшиеся галактики. Предполагается, что между возникновением первых звёзд и вышеуказанным периодом развития Вселенной прошло слишком мало времени, и согласно теории Большого взрыва, галактики сформироваться просто не успели бы.

Другая распространенная гипотеза заключается в том, что в вакууме постоянно происходят квантовые колебания. Происходили они и в самом начале существования Вселенной, когда шёл процесс инфляционного расширения Вселенной, расширения со сверхсветовой скоростью. Это значит, что расширялись и сами квантовые флуктуации (от лат.fluctuatio -- колебание), причем до размеров, возможно, во много-много раз превышающих свой начальный размер. Те из них, которые существовали в момент прекращения инфляции, остались «раздутыми» и таким образом оказались первыми тяготеющими неоднородностями во Вселенной. Получается, что у материи было порядка 400 тыс. лет на гравитационное сжатие вокруг этих неоднородностей и образование газовых туманностей. А далее начался процесс возникновения звёзд и превращения туманностей в галактики.

1. Эволюция галактик

Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции Вселенной, происходящий под действием гравитационных сил. По-видимому, около 14 млрд. лет назад в первичном веществе началось обособление протоскоплений (прото от греческого - первый). В протоскоплениях в ходе разнообразных динамических процессов происходило выделение групп галактик. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик. Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа. Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики.

Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления. Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения. К ним относится наше Солнце. Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад. Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной. Одним из секретов астрономии остаётся вопрос о том, что из себя представляют ядра галактик. Очень важным открытием явилось то, что некоторые ядра галактик активны. Это открытие было неожиданным. Раньше считалось, что ядро галактики - это не больше чем скопление сотен миллионов звёзд. Оказалось, что и оптическое и радиоизлучение некоторых галактических ядер может меняться за несколько месяцев. Это означает, что в течении короткого времени из ядер освобождается огромное количество энергии, в сотни раз превышающее то, которое освобождается при вспышке сверхновой. Такие ядра получили название «активных», а процессы, происходящие в них «активность». В1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков, раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали квазарами. Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.

К проблеме эволюции галактик ученые начали серьезно подходить в середине 40-х годов ХХ века. Эти годы ознаменовались рядом важных открытий в звездной астрономии. Удалось выяснить, что среди звездных скоплений, рассеянных и шаровых, имеются молодые и старые, и ученые даже смогли оценить их возраст. Нужно было произвести своеобразную перепись населения в галактиках разных типов и сравнить результаты. В каких галактиках (эллиптических или спиральных), в каких классах галактик преобладают более молодые или более старые звезды. Такое исследование дало бы ясное указание на направление эволюции галактик, позволило бы выяснить эволюционный смысл классификации галактик Хаббла. Но прежде астрономам надо было выяснить численное соотношение между разными типами галактик. Непосредственное изучение фотографий, полученных в обсерватории Маунт Вилсон, позволило Хабблу получить следующие результаты: эллиптических галактик - 23%, спиральных - 59%, спиральных с перемычкой (баром) - 15%, неправильных - 3%.

Астрофизик Эдвин Пауэлл Хаббл предложил в 1926 г. интересную классификацию галактик и усовершенствовал ее в 1936 г. Эта классификация называется "Камертон Хаббла". До самой смерти в 1953г. Хаббл улучшал свою систему, а после его смерти это делал американский астроном Aллан Рекс Сэмндидж, который в 1961 г. внес существенные новшества в систему Хаббла. звезда темная материя галактика млечный путь

Однако в 1948 г. астроном Юрий Николаевич Ефремов обработал данные каталога галактик американского астронома Харлоу Шепли и исследовательского центра НАСА им. Эймса и пришел к следующим выводам: эллиптические галактики в среднем на 4 звездные величины слабее спиральных по абсолютной величине. Среди них много галактик карликов. Если учесть это обстоятельство и сделать пересчет количества галактик в единице объема, то окажется, что эллиптических галактик примерно в 100 раз больше чем спиральных. Большая часть спиральных галактик - это галактики гиганты, большинство эллиптических галактик - галактики карлики. Конечно, среди тех и других существует некий разброс в размерах, имеются эллиптические галактики гиганты и спиральные карлики, но тех и других очень мало. В 1947 году Х. Шепли обратил внимание на то, что количество ярких сверхгигантов постепенно убывает по мере перехода от неправильных галактик к спиральным, а затем к эллиптическим. Получалось, что молодыми являлись именно неправильные галактики и галактики с сильно разветвленными ветвями. Х. Шепли тогда же высказал мысль, что переход галактик из одного класса в другой происходит необязательно. Возможно, что галактики образовались все такими, какими мы их наблюдаем, а потом лишь медленно эволюционировали в направлении сглаживания и округления их форм. Однонаправленного изменения галактик, вероятно, не происходит. Х. Шепли обратил внимание еще на одно важное обстоятельство. Двойные галактики - это не результат столкновения и захвата одной галактики другой. Нередко в таких парах сосуществуют спиральные галактики с эллиптическими. Такие галактические пары, по всей вероятности, вместе и возникли. В этом случае допустить, что они прошли существенно разный путь развития, нельзя. В 1949 году советский астроном Борис Васильевич Кукаркин обратил внимание на существования не только парных галактик, но и скоплений галактик. Между тем, возраст скопления галактик, судя по данным небесной механики, не может превышать 10-12 млрд. лет. Таким образом, получалось, что в Метагалактике практически одновременно образовались галактики разных форм. Значит, переход каждой галактики за время ее существования из одного типа в другой совсем необязателен.

2. Строение галактик

Галамктика (др.-греч. ГблбоЯбт -- Млечный Путь) -- гравитационно-связанная система из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи. Все объекты в составе галактик участвуют в движении относительно общего центра масс. Галактики -- чрезвычайно далёкие объекты, расстояние до ближайших из них принято измерять в мегапарсеках, а до далёких -- в единицах красного смещения z. Именно из-за удалённости различить на небе невооружённым глазом можно всего лишь три из них: туманность Андромеды (видна в северном полушарии), Большое и Малое Магеллановы Облака (видны в южном). Разрешить изображение галактик до отдельных звёзд не удавалось вплоть до начала XX века. К началу 1990-х годов насчитывалось не более 30 галактик, в которых удалось увидеть отдельные звёзды, и все они входили в Местную группу. После запуска космического телескопа «Хаббл» и ввода в строй 10-метровых наземных телескопов число галактик, в которых удалось различить отдельные звёзды, резко возросло. Одной из нерешённых проблем строения галактик является тёмная материя, проявляющая себя только в гравитационном взаимодействии. Она может составлять до 90 % от общей массы галактики, а может и полностью отсутствовать, как в карликовых галактиках.

Галактика состоит из диска, гало и короны.

1. Гало (сферическая составляющая Галактики). Ее звезды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него.

2. Балдж - центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики.

3. Звездный диск (плоская составляющая Галактики). 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.

Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром. В ядре высокая концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд. В центре почти каждой галактики находится очень массивное тело - чёрная дыра - с такой мощной гравитацией, что его плотность равна или больше плотности ядер атомов. По сути, каждая чёрная дыра - это в пространстве небольшое, а по массе просто чудовищное, бешено вращающееся ядро. Название "чёрная дыра" явно неудачное, так как никакая это не дыра, а очень плотное тело с мощной гравитацией - такой, что даже легкие фотоны не могут из него вырваться. И когда чёрная дыра накапливает в себе чересчур большую массу и кинетическую энергию вращения, в ней нарушается равновесие массы и кинетической энергии, и тогда она исторгает из себя фрагменты, которые (самые массивные) становятся малыми чёрными дырами второго порядка, фрагменты поменьше - будущими звездами, когда соберут на себя большие водородные атмосферы из галактических облаков, а фрагменты мелкие станут планетами, когда собранного водорода не хватит для начала термоядерного синтеза. Думаю, что галактики образуются из массивных чёрных дыр, мало того, в галактиках совершается космический круговорот вещества и энергии. Вначале чёрная дыра поглощает вещество, рассеянное в Метагалактике: в это время, благодаря своей гравитации, она действует как "пылегазосос". Вокруг чёрной дыры концентрируется водород, рассеянный в Метагалактике, при этом образуется шарообразное скопление газа и пыли. Вращение чёрной дыры увлекает газ и пыль, отчего шарообразное облако сплющивается, в нем образуются центральное ядро и рукава. Накопив критическую массу, чёрная дыра в центре газопылевого облака начинает выбрасывать фрагменты (фрагментоиды), которые отрываются от нее с большим ускорением, достаточным, чтобы быть выброшенными на круговую орбиту вокруг центральной чёрной дыры. На орбите, взаимодействуя с газопылевыми облаками, эти фрагментоиды гравитационно захватывают газ и пыль. Крупные фрагментоиды становятся звездами. Чёрные дыры своей гравитацией затягивают в себя космическую пыль и газ, которые, падая на такие дыры, сильно раскаляются и излучают в рентгеновском диапазоне. Когда вещества вокруг чёрной дыры становится мало, ее свечение резко уменьшается. Поэтому в некоторых галактиках в центре видно яркое свечение, а в других нет. Чёрные дыры подобны космическим «убийцам»: их гравитация притягивает даже фотоны и радио волны, отчего сама чёрная дыра не излучает и выглядит как абсолютно чёрное тело. Но, вероятно, периодически гравитационное равновесие внутри чёрных дыр нарушается, и они начинают извергать сгустки сверхплотного вещества, обладающие сильной гравитацией, под воздействием которой эти сгустки принимают шарообразную форму и начинают притягивать пыль и газ из окружающего пространства. Из захваченного вещества на этих телах формируются твердые, жидкие и газообразные оболочки. Чем массивнее был извергнутый чёрной дырой сгусток сверхплотного вещества (фрагментоид), тем больше он соберет на себя пыли и газа из окружающего пространства (если, конечно, это вещество в окружающем пространстве имеется). В кольцевой области галактического диска (3-7 кпк) сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи.

Галактики бывают трех типов: спиралевидные, эллиптические и неправильной формы. У спиралевидных галактик хорошо выражен диск, рукава и гало. В центре находится плотное скопление звезд и межзвездного вещества, а в самом центре - чёрная дыра. Рукава в спиралевидных галактиках отходят от их центра и закручены вправо или влево в зависимости от вращения ядра и чёрной дыры (точнее, сверхплотного тела) в его центре. В центре галактического диска находится сферическое уплотнение, называемое балджем. Число ветвей (рукавов) может быть различно: 1, 2, 3,… но чаще всего встречаются галактики только с двумя ветвями. В галактиках в гало входят звезды и очень разреженное газообразное вещество, не входящее в спирали и в диск. Мы живем в спиральной галактике, которая называется Млечный Путь, и в ясную погоду наша Галактика хорошо видна на ночном небе в виде широкой беловатой полосы, пересекающей небосвод. Нам наша Галактика видна в профиль. Шаровые скопления в центре галактик практически не зависят от положения диска галактики. Рукава галактик содержат сравнительно малую часть всех звезд, но зато в них сосредоточены почти все горячие звезды высокой светимости. Звезды этого типа астрономы считают молодыми, поэтому спиральные ветви галактик можно считать местом образования звезд. Эллиптические галактики часто встречаются в плотных скоплениях спиралевидных галактик. Они имеют форму эллипсоида или шара, причем шаровидные, обычно бывают больше эллипсоидных. Скорость вращения эллипсоидных галактик меньше, чем у спиралевидных, потому диск у них не сформирован. Такие галактики обычно насыщены шаровидными скоплениями звезд. Эллиптические галактики, как считают астрономы, состоят из старых звёзд и практически полностью лишены газа. Галактики неправильной формы обычно имеют небольшую массу и объем, в них входит немного звезд. Как правило, они являются спутниками спиралевидных галактик. В них обычно очень мало шаровых скоплений звезд. Примерами таких галактик являются спутники Млечного Пути - Большое и Малое Магеллановы облака. Но среди неправильных галактик встречаются и малые эллиптические галактики.

3. Строение нашей галактики (Млечный путь)

Млечный Путь -- с лат. via lactea «молочная дорога»

В советской астрономической школе Млечный Путь назывался просто «наша Галактика» или «система Млечный Путь»; словосочетание «Млечный путь» использовалось для обозначения видимых звёзд, которые оптически для наблюдателя составляют Млечный Путь.

Диаметр Галактики составляет около 30 тысяч парсек (порядка 100 000 световых лет, 1 квинтиллион километров) при оценочной средней толщине порядка 1000 световых лет. Галактика содержит, по самой низкой оценке, порядка 200 миллиардов звёзд (современная оценка колеблется в диапазоне предположений от 200 до 400 миллиардов). Основная масса звёзд расположена в форме плоского диска. По состоянию на январь 2009, масса Галактики оценивается в 3·10 12 масс Солнца, или 6·10 42 кг. Большая часть массы Галактики содержится не в звёздах и межзвёздном газе, а в несветящемся гало из тёмной материи. Лишь в 1980-х годах астрономы высказали предположение, что Млечный Путь является спиральной галактикой с перемычкой, а не обычной спиральной галактикой. Это предположение было подтверждено в 2005 году космическим телескопом имени Лаймана Спитцера, который показал, что центральная перемычка нашей галактики является большей, чем считалось ранее. Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звезды и звездные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет. Они образуют так называемую плоскую составляющую. Среди них много ярких и горячих звезд. Газ в диске Галактики также сосредоточен в основном вблизи его плоскости. Он распределен неравномерно, образуя многочисленные газовые облака -- от гигантских неоднородных по структуре облаков, протяженностью свыше нескольких тысяч световых лет к небольшим облакам размерами не более парсека. В средней части Галактики находится утолщение, которое называется балджем (англ. bulge -- утолщение), составляющее около 8 тысяч парсек в поперечнике. Центр ядра Галактики находится в созвездии Стрельца. Расстояние от Солнца до центра Галактики 8,5 килопарсек (2,62·10 17 км, или 27 700 световых лет). В центре Галактики, по всей видимости, располагается сверхмассивная чёрная дыра вокруг которой, предположительно, вращается чёрная дыра средней массы и периодом обращения около 100 лет и несколько тысяч сравнительно небольших. Их совместное гравитационное действие на соседние звёзды заставляет последние двигаться по необычным траекториям. Существует предположение, что большинство галактик имеют сверхмассивные черные дыры в своем ядре. Для центральных участков Галактики характерна сильная концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержится многие тысячи. Расстояния между звездами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца. Как и в большинстве других галактик, распределение массы в Млечном Пути такое, что орбитальная скорость большинства звезд этой Галактики не зависит в значительной степени от их расстояния до центра. Далее от центральной перемычки к внешнему кругу, обычная скорость обращения звезд составляет 210--240 км/с. Таким образом, такое распределение скорости, не наблюдаемое в солнечной системе, где различные орбиты имеют различные скорости обращения, является одной из предпосылок к существованию темной материи. Считается, что длина галактической перемычки составляет около 27 000 световых лет. Эта перемычка проходит через центр галактики под углом 44 ± 10 градусов к линии между нашим Солнцем и центром галактики. Она состоит преимущественно из красных звезд, которые считаются очень старыми. Перемычка окружена кольцом, называемым «Кольцом в пять килопарсек». Это кольцо содержит большую часть молекулярного водорода Галактики и является активным регионом звездообразования в нашей Галактике. Если вести наблюдение из галактики Андромеды, то галактическая перемычка Млечного Пути была бы яркой его частью.

Наша галактика относится к классу спиральных галактик, что означает, что у Галактики есть спиральные рукава, расположенные в плоскости диска. Диск погружён в гало сферической формы, а вокруг него располагается сферическая корона. Солнечная система находится на расстоянии 8,5 тысяч парсек от галактического центра, вблизи плоскости Галактики (смещение к Северному полюсу Галактики составляет всего 10 парсек), на внутреннем крае рукава, носящего название рукав Ориона. Такое расположение не даёт возможности наблюдать форму рукавов визуально. Новые данные по наблюдениям молекулярного газа (СО) говорят о том, что у нашей Галактики есть два рукава, начинающиеся у бара во внутренней части Галактики. Кроме того, во внутренней части есть ещё пара рукавов. Затем эти рукава переходят в четырёхрукавную структуру, наблюдающуюся в линии нейтрального водорода во внешних частях Галактики. Большинство небесных тел объединяются в различные вращающиеся системы. Так, Луна обращается вокруг Земли, спутники планет-гигантов образуют свои, богатые телами, системы. На более высоком уровне, Земля и остальные планеты обращаются вокруг Солнца. Возникал естественный вопрос: не входит ли и Солнце в систему ещё большего размера? Первое систематическое исследование этого вопроса выполнил в XVIII веке английский астроном Уильям Гершель. Он подсчитывал количество звёзд в разных областях неба и обнаружил, что на небе присутствует большой круг (впоследствии он был назван галактическим экватором), который делит небо на две равные части и на котором количество звёзд оказывается наибольшим. Кроме того, звёзд оказывается тем больше, чем ближе участок неба расположен к этому кругу. Наконец обнаружилось, что именно на этом круге располагается Млечный Путь. Благодаря этому Гершель догадался, что все наблюдаемые нами звёзды образуют гигантскую звёздную систему, которая сплюснута к галактическому экватору. Вначале предполагалось, что все объекты Вселенной являются частями нашей Галактики, хотя ещё Кант высказывал предположение, что некоторые туманности могут быть галактиками, подобными Млечному Пути. Ещё в 1920 году вопрос о существовании внегалактических объектов вызывал дебаты (например, известный Большой спор между Харлоу Шепли и Гебером Кёртисом; первый отстаивал единственность нашей Галактики). Гипотеза Канта была окончательно доказана лишь в 1920-х годах, когда Эдвину Хабблу удалось измерить расстояние до некоторых спиральных туманностей и показать, что по своему удалению они не могут входить в состав Галактики.

Заключение

Во Вселенной существует круговорот материи, суть которого - в рассеянии материи сверхмассивными чёрными дырами, взрывами новых и сверхновых и затем в собирании рассеянной материи планетами, звездами и чёрными дырами с помощью своей гравитации. Никакого Большого Взрыва, в результате которого из сингулярности родилась наша Вселенная (Метагалактика), не было. Взрывы (и весьма мощные) случаются и случались в Метагалактике периодически то здесь, то там. Вселенная не пульсирует, она просто кипит, она бесконечна, и мы о ней очень мало знаем и еще меньше ее понимаем. Окончательной теории, объясняющей Вселенную и происходящие в ней процессы, нет и никогда не будет. Теории и гипотезы соответствуют уровню развития нашей техники, нашей науки, тому опыту, который накопило человечество на данный момент. Поэтому надо максимально бережно относиться к накопленному опыту и всегда ставить факт выше теории. Как только какая-то наука поступает наоборот, так сразу же она перестает быть открытой информационной системой и превращается в новую религию. В науке главное - сомнение, а в религии - вера.

Список используемой литературы:

1. Википедия. Адрес доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/

2. Агекян Т.А. Звезды, Галактики, Метагалактика. - М.: Наука, 1981.

3. Вокулер Ж. Классификация и морфология галактик // Строение звездных систем. Пер. с нем. - М., 1962.

4. Зельдович Я.Б. Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной, - М.: Наука, 1975.

5. Левченко И.В. Многоликая Вселенная // Открытия и гипотезы, ТОВ «Интеллект Медиа». - 9 (67) сентябрь 2007.

6. Новиков И. Д., Фролов В. П. Чёрные дыры во Вселенной // Успехи физических наук. - 2001. - Т. 131. № 3.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Гипотеза о происхождении звезд и Солнечной системы и эволюции галактик. Теория формирования звезд из газа за счет гравитационной неустойчивости. Понятие термодинамики земной атмосферы и стадия конвективного равновесия. Превращение звезды в белый карлик.

реферат , добавлен 31.08.2010


Определение понятия энтропии и принципы ее возрастания. Различия между двумя типами термодинамических процессов - обратимыми и необратимыми. Единство и многообразие органического мира. Строение и эволюция звезд и Земли. Происхождение и эволюция галактик.

контрольная работа , добавлен 17.11.2011


Формирование основных положений космологической теории - науки о строении и эволюции Вселенной. Характеристика теорий происхождения Вселенной. Теория Большого взрыва и эволюция Вселенной. Строение Вселенной и её модели. Сущность концепции креационизма.

презентация , добавлен 12.11.2012


Революция в естествознании, возникновение и дальнейшее развитие учения о строении атома. Состав, строение и время мегамира. Кварковая модель адронов. Эволюция Метагалактики, галактик и отдельных звезд. Современная картина происхождения Вселенной.

курсовая работа , добавлен 16.07.2011


Принципы неопределенности, дополнительности, тождественности в квантовой механике. Модели эволюции Вселенной. Свойства и классификация элементарных частиц. Эволюция звезд. Происхождение, строение Солнечной системы. Развитие представлений о природе света.

шпаргалка , добавлен 15.01.2009


Структура и эволюция Вселенной. Гипотезы происхождения и строения Вселенной. Состояние пространства до Большого Взрыва. Химический состав звезд по данным спектрального анализа. Строение красного гиганта. Черные дыры, скрытая масса, квазары и пульсары.

реферат , добавлен 20.11.2011


Понятие эволюции как процесса саморазвития и усложнения материи от ее простейших форм вплоть до появления сложных общественных образований. Характеристика основных эволюционных теорий. Признаки приближения к точке катастроф. Обоснование теории эпигенеза.

презентация , добавлен 01.12.2014


Появление класса земноводных (амфибий) - крупный шаг на пути эволюции позвоночных. Строение и характеристика лягушек класса земноводные. Пресмыкающиеся, деление их на группы. Строение ящериц, крокодилов. Специализированное строение змей и черепах.

контрольная работа , добавлен 24.04.2009


Исследование схемы эволюции животного мира. Изучение особенностей нервной системы диффузного, узлового и стволового типа. Строение головного мозга членистоногих. Развитие общей двигательной координации у хрящевых рыб. Этапы эволюции мозга позвоночных.

презентация , добавлен 18.06.2016


Представление об открытых системах, введенное неклассической термодинамикой. Теории, гипотезы и модели происхождения галактик. Допущения для объяснения расширения Вселенной. "Большой взрыв": его причины и хронология. Стадии и следствия эволюции.

После Большого Взрыва плотность вещества во Вселенной была неоднородной. Местами образовывались сгустки, "блины". Они медленно вращались. Внутри них образовывались вихри, похожие на водовороты. Их диаметр достигал ста и более тысяч световых лет. Сейчас эти системы называют протогалактиками, т.е. зародышами галактик. Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь ничтожной частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звёзд, которые мы сейчас называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор напоминают гигантское завихрение.

В результате силы тяготения очень медленно вращающийся вихрь сжимался в шар или несколько сплюнутый эллипсоид. Размеры такого правильного гигантского водородного облака были от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч световых лет.

Астрономические исследования показывают, что скорость вращения завихрения предопределила форму галактики, родившейся из этого вихря. Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей галактики.

Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики.

Протогалактика, которая вообще не вращалась, становится родоначальницей шаровой галактики.

Протогалактика сжималась и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала определённого уровня, начали выделятся и сжимается сгустки водорода. Рождались протозвёзды, которые позже эволюционировали в звёзды. Рождение всех звёзд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти одновременно. Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто миллионов лет. Это значит, что в эллиптических галактиках все звёзды приблизительно одинакового возраста, т.е. очень старые. В эллиптических галактиках весь водород был исчерпан сразу же в самом начале, примерно в первую сотую существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых этого периода звёзды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических галактиках количество межзвёздного вещества ничтожно.

Спиральные галактики, в том числе и наша, состоят из очень старой сферической составляющей (в этом они похожи на эллиптические галактики) и из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах. Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение эллиптических. Спиральные галактики кроме этого вращаются значительно быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они образовались из быстро вращающихся вихрей сверхгалактики. Поэтому в создании спиральных галактик участвовали и гравитационная и центробежная силы.

Если бы из нашей галактики через сто миллионов лет после её возникновения (это время формирования сферической составляющей) улетучился весь межзвёздный водород, новые звёзды не смогли бы рождаться, и наша галактика стала бы эллиптической.

Но межзвёздный газ в те далекие времена не улетучился, и, таким образом гравитация и вращение могли продолжать строительство нашей и других спиральных галактик. На каждый атом межзвёздного газа действовали две силы - гравитация, притягивающая его к центру галактики и центробежная сила, выталкивающая его по направлению от оси вращения. В конечном итоге газ сжимался по направлению к галактической плоскости.

В настоящее время межзвёздный газ сконцентрирован к галактической плоскости в весьма тонкий слой. Он сосредоточен прежде всего в спиральных рукавах и представляет собой плоскую или промежуточную составляющую, названную звёздным населением второго типа.

На каждом этапе сплющивания межзвёздного газа во всё более утончающийся диск рождались звёзды. Поэтому в нашей галактике можно найти, как старые звёзды, возникшие примерно десять миллиардов лет назад, так и звёзды родившиеся недавно в спиральных рукавах, в так называемых ассоциациях и рассеянных скоплениях.

Можно сказать, что чем более сплющена система, в которой родились звёзды, тем они моложе. Вселенная развивается и в наше время. В спиральных галактиках рождаются и умирают звезды. Вселенная продолжает расширяться.

И это расширение приводит к тому, что галактики движутся. Иногда встречаются даже т.н. взаимодействующие галактики. Термин "взаимодействующие галактики" был предложен советским астрономом Б.А.Воронцовым- Вельяминовым (1980 г.). Чаще всего эти необычные звездные системы являются членами пар или тесных групп, т.е. они взаимодействуют друг с другом.

Взаимодействующие галактики - это не случайно встретившиеся звёздные системы, а тесные пары, связанные общим происхождением. Гравитационные поля этих систем создают приливные силы, которые искажают форму галактик и их внутреннюю структуру. Взаимодействие, в конце концов, приводит к сближению систем и последующему слиянию. Астрономы открыли, что в некоторых галактиках видны двойные ядра, протяжённые звёздные короны, что говорит о возможном слиянии систем.

Взаимодействие играет очень большую роль в эволюции звездных систем. В это время наблюдается вспышка звёздообразования, во время которой рождаются сотни миллионов звёзд. Существуют "галактики-каннибалы", которые, являясь более массивными, разрушают небольшие галактики. Астрономы предполагают, что миллиарды лет назад взаимодействие и слияние галактик происходило значительно чаще, к настоящему времени они уже успели слиться в единые системы.

Нашу Галактику можно отнести к числу слабо взаимодействующих галактик. Она испытывает гравитационное воздействие со стороны близких спутников - Большого и Малого Магеллановых Облаков. Влияние нашей Галактики немного сильнее, и постепенно Магеллановы Облака разрушаются. Через несколько миллиардов лет Магеллановы Облака войдут в нашу систему и сольются с ней.

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СОЛНЦА

Солнце представляет собой центральное тело нашей планетной системы и ближайшую к нам звезду.

Среднее расстояние Солнца от Земли равно 149,6*10 6 км, его диаметр в 109 раз больше земного, а объем в 1300 000 раз больше объема Земли. Так как масса Солнца составляет 1,98*10 33 г (333000 масс Земли), то в соответствии с его объе­мом находим, что средняя плотность солнечного вещества равна 1,41 г/см 3 (0,26 средней плотности Земли). По известным значе­ниям радиуса и массы Солнца можно определить, что ускорение силы тяжести на его поверхности достигает 274 м/сек 2 , или в 28 раз больше, чем ускорение силы тяжести на поверхность Земли.

Солнце вращается вокруг оси против хода часовой стрелки при наблюдении с северного полюса эклиптики, т. е. в том же направлении, в каком обращаются вокруг него все планеты. Если смотреть, на диск Солнца, то его вращение совершается от восточного края диска к западному. Ось вращения Солнца наклонена к плоскости эклиптики под углом 83°. Но Солнце вращается не как твердое тело. Сидерический период враще­ния его экваториальной зоны равен 25 сут, близ 60° гелиографической (отсчитанной от солнечного экватора) широты он составляет 30 сут, а у полюсов достигает 35 сут.

При наблюдении Солнца в телескоп заметно ослабление его яркости к краям диска, так как через центр диска проходят лучи, идущие из более глубинных и горячих частей Солнца.

Слой, лежащий на границе прозрачности вещества Солнца и испускающий видимое излучение, называется фотосферой. Фотосфера не является равномерно яркой, а обнаруживает зернистое строение. Светлые зерна, покрывающие фотосферу, называются гранулами. Гранулы - неустойчивые образо­вания, продолжительность их существования - около 2-3 мин, а размеры колеблются в пределах от 700 до 1400 км . На поверхности фотосферы выделяются темные пятна и светлые области, называемые факелами. Наблюдения за пятнами и факелами позволили установить характер вращения Солнца и определить его период.

Над поверхностью фотосферы расположена солнечная атмосфера. Ее нижний слой имеет толщину около 600 км. Вещество этого слоя избирательно поглощает световые волны таких, длин, которые оно само способно излучать. При переиз­лучении происходит рассеяние энергии, что и является непосред­ственной причиной появления основных темных фраунгофероных линий в спектре Солнца.

Следующий слой солнечной атмосферы - хромосфера имеет ярко-красный цвет и наблюдается при полных солнечных затмениях в виде алого кольца, охватывающего темный диск Луны. Верхняя граница хромосферы постоянно волнуется, и поэтому толщина ее колеблется от 15000 до 20000 км.

Из хромосферы выбрасываются протуберанцы - фон­таны раскаленных газов, видимые невооруженным глазом во время полных солнечных затмений. Со скоростью 250-500 км/сек они поднимаются от поверхности Солнца на расстояния, равные в среднем 200000 км, а некоторые из них достигают высо­ты до 1500 000 км.

Над хромосферой располо­жена солнечная корона, видимая при полных солнеч­ных затмениях в виде окру­жающего Солнце серебристо-жемчужного ореола.

Солнечную корону разде­ляют на внутреннюю и внеш­нюю. Внутренняя корона про­стирается до высоты около 500 000 км и состоит из разреженной плазмы – смеси ионов и свободных электронов. Цвет внутренней короны подобен солнечному, а излучение ее представляет собой свет фотосферы, рассеянныйна сво­бодных электронах. Спектр внутренней короны отличается от солнечного спектра тем, что в нем не наблюдаются темные ли­нии поглощения, но зато наблюдаются на фоне непрерывного спектра линии излучения, наиболее яркие из которых принадле­жат многократно ионизованному железу, никелю и некотооым другим элементам. Так как плазма весьма разрежена, то ско­рость движения свободных электронов (а соответственно и их кинетическая энергия) столь велика, что температура внутрен­ней короны оценивается примерно в 1 млн. градусов.

Внешняя корона простирается до высоты более чем в 2 млн. км. В ее состав входят мельчайшие твердые частицы, которые отражают солнечный свет и придают ей светло-желтый оттенок.

В последние годы было установлено, что солнечная корона распространяется значительно дальше, чем предполагалось ра­нее. Наиболее удаленные от Солнца части солнечной короны - сверхкорона - простираются за пределы земной орбиты. По ме­ре удаления от Солнца температура сверхкороны постепенно понижается, а на расстоянии Земли составляет приблизительно 200 000°

Сверхкорона состоит из отдельных разреженных электрон­ных облаков, “вмороженных” в магнитное поле Солнца, кото­рые с большими скоростями движутся от него и, достигая верх­них слоев земной атмосферы, ионизируют и нагревают ее, оказывая тем самым влияние на климатические процессы.

Межпланетное пространство в плоскости эклиптики содержит мелкую пыль, производящую явление зодиакального света. Это явление состоит в том, что весной после захода Солнца на западе или осенью перед восходом Солнца на востоке иногда наблюдается слабое сияние, выступающее из-под горизонта в виде конуса.

Спектр Солнца является спектром поглощения. На фоне не­прерывного яркого спектра располагаются многочисленные тем­ные (фраунгоферовы) линии. Они возникают при прохождении луча света, испускаемого раскаленным газом через более холод­ную среду, образованную тем же газом. При этом на месте яр­кой линии излучения газа наблюдается темная линия его погло­щения.

Каждый химический элемент имеет присущий только ему ли­нейчатый спектр, поэтому по виду спектра можно определить химический состав светящегося тела. Если же излучающее свет вещество является химическим соединением, то в его спектре видны полосы молекул и их соединений. Определив длины волн всех линий спектра, можно установить химические элементы, образующие излучающее вещество. По интенсивности спект­ральных линий отдельных элементов судят о количестве принад­лежащих им атомов. Поэтому спектральный анализ позволяет изучать не только качественный, но и количественный состав небесных светил (точнее, их атмосфер) и является важнейшим методом астрофизических исследований.

На Солнце найдено около 70 известных на Земле химических элементов. Но в основном Солнце состоитиз двух элементов:

водорода (около 70% по массе) и гелия (около 30%). Из про­чих химических элементов (всего 3%) наибольшее распростра­нение имеют азот, углерод, кислород, железо, магний, кремний, кальций и натрий. Некоторые химические элементы, например хлор и бром, на Солнце еще не обнаружены. В спектре солнеч­ных пятен найдены также полосы поглощения химических сое­динений: циана (СN), окиси титана, гидроксила (ОН), углеводорода (СН) и др.

Солнце представляет собой грандиозный источник энергии, непрерывно рассеивающий свет и тепло по всем направлениям. На Землю поступает около 1:2000000000 всей излучаемой Солнцем энергии. Количество энергии, получаемое Землей от Солнца, определяется по значению солнечной постоянной. Сол­нечной постоянной называется количество энергии, получаемой в минуту 1 см 2 поверхности, расположенной на границе земной атмосферы перпендикулярно к солнечным лучам. В мерах теп­ловой энергии солнечная постоянная равна 2 кал/см 2 *мин, а в системе механических единиц она выражается числом 1,4-10 6 эрг/сек см 2 .

Температура фотосферы близка к 6000°С.Она излучает энер­гию почти как абсолютно черное тело, поэтому эффективную температуру солнечной поверхности можно определить с помо­щью закона Стефана-Больцмана:

г
де Е - количество энергии в эргах, излучаемое в 1 сек. 1 см 2 солнечной поверхности; =5,73 10 -5 эрг/сек* град ^4 см 2 - по­стоянная, установленная из опыта, и Т - абсолютная темпера­тура в градусах Кельвина.

Количество энергии, проходящей через поверхность шара, описанного радиусом в 1 а. е. (150 10" см), равно е =4*10 33 эрг/сек * см 2 . Эта энергия из­лучается всей поверхностью Солнца, поэтому, разделив ее величину на площадь солнечной поверхности, можно определить значение Е и вычислить температуру поверхности Солнца. Полу­чается E=5800°К.

Существуют и другие методы определения температуры по­верхности Солнца, но все они разнятся по результатам их при­менения, так как Солнце излучает не совсем как абсолютно чер­ное тело.

Непосредственное определение температуры внутренних частей Солнца невозможно, но по мере приближения к его центру она должна быстро возрастать. Температура в центре Солнца вычисляется теоретически из условия равновесия давлении и равенства прихода и расхода энергии в каждой точке объема Солнца. По современным данным, она достигает 13 млн. градусов.

При температурных условиях, имеющих место на Солнце, все его вещество находится в газообразном состоянии. Так как Солнце пребывает в тепловом равновесии, то в каждой его точке должны компенсироваться сила тяжести, направленная к центру, и силы газового и светового давлений, направленные из центра.

Высокая температура и большое давление в недрах Солнца обусловливают многократную ионизацию атомов вещества и значительную его плотность, вероятно превышающую 100 г/см 3 , хотя и в этих условиях вещество Солнца сохраняет свойства газа. Многочисленные данные приводят к выводу о том, что в течение многих миллионов лет температура Солнца остается неизменной, несмотря на большой расход энергии, вызываемый излучением Солнца.

Основным источником солнечной энергии являются ядернье реакции. Одна из наиболее вероятных ядерных реакций, называемая протон-протонной, заключается в превращении четырех ядер водорода (протонов) в ядро гелия. При ядерных превращениях выделяется большое количество энергии, которая проникает к солнечной поверхности и излучается в мировое прост­ранство.

Энергию излучения можно подсчитать по известной формуле Эйнштейна: Е = тс 2 , где Е - энергия; т - масса и с - ско­рость света в пустоте. Масса ядра водорода составляет 1,008 (атомных единиц массы), поэтому масса 4 протонов равна 4 1,008 = 4,032 а. е. м. Масса образовавшегося ядра гелия сос­тавляет 4,004 а. е. м. Уменьшение массы водорода на величину 0,028 а. е. м. (это составляет 5*10 -26 г) приводит к выделению энергии, равной:

О
бщая мощность излучения Солнца составляет 5*10 23 л. с. Вследствие излучения Солнце теряет 4 млн. т вещества в секунду.