Структура вселенной

Введение

Гала́ктика (др.-греч. Γαλαξίας — молочный, млечный) — гигантская, гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. Все объекты в составе галактики участвуют в движении относительно общего центра масс.

Исследование галактик началось с 20-х годов ХХ века, когда была надежно установлена их действительная природа. Оказалось, что это не туманности, т.е. не облака газа и пыли, находящиеся неподалеку от нас, а огромные звездные миры, лежащие от нас на очень больших расстояниях.

 Галактики — чрезвычайно далёкие астрономические объекты. Расстояние до ближайших из них принято измерять в мегапарсеках (распространённая в астрономии внесистемная единица измерения,1 парсек = 3,2616 светового года), а до далёких — в единицах красного смещения (1 единица красного смещения равна 13 770 000 000 световым годам). 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 других 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 галактик (гравитационно-связанная группа галактик, включающая галактики Млечный Путь, галактику Андромеды (M31) и галактику Треугольника (М33). После запуска космического телескопа «Хаббл» и ввода в строй 10-метровых наземных телескопов число галактик, в которых удалось различить отдельные звёзды, резко возросло.

Галактики отличаются большим разнообразием: среди них можно выделить сфероподобные эллиптические галактики, дисковые спиральные галактики, галактики с перемычкой (баром), карликовые, неправильные и т. д. Если же говорить о числовых значениях, то, к примеру, их масса варьируется от 107 до 1012 масс Солнца, для сравнения — масса нашей галактики Млечный Путь равна 2·1011 масс Солнца. Диаметр галактик — от 5 до 250 килопарсек[4] (16—800 тысяч световых лет), для сравнения — диаметр нашей галактики около 30 килопарсек (100 тысяч световых лет). Самая большая известная на 2012 год галактика IC 1101 имеет диаметр более 600 килопарсек[5].

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 некоторых карликовых галактиках[6].

В пространстве галактики распределены неравномерно: в одной области можно обнаружить целую группу близких галактик , а можно не обнаружить ни одной, даже самой маленькой галактики (так называемые войды). Точное количество галактик в наблюдаемой части Вселенной неизвестно, но, по всей видимости, их порядка ста миллиардов (1011)

1.Структура звездных  систем

В 20-30 гг. XX века Хаббл разработал основы структурной классификации галактик - гигантских звездных систем, согласно которой различают три класса галактик:

I. Спиральные галактики - характерны двумя сравнительно  яркими ветвями, расположенными  по спирали. Ветви выходят либо  из яркого ядра (такие галактики  обозначаются S), либо из концов  светлой перемычки, пересекающей  ядро (обозначаются - SB).

II. Эллиптические галактики (обозначаются Е) - имеющие форму  эллипсоидов. Представитель - кольцевая туманность в созвездии Лиры находится на расстоянии 2100 световых лет от нас и состоит из светящегося газа, окружающего центральную звезду. Эта оболочка образовалась, когда состарившаяся звезда сбросила газовые покровы и они устремились в пространство. Звезда сжалась и перешла в состояние белого карлика, по массе сравнимого с нашим солнцем, а по размеру с Землей.

III. Иррегулярные (неправильные) галактики (обозначаются I) - обладающие  неправильными формами. По степени  клочковатости ветвей спиральные  галактики разделяются на подтипы  а, в, с. У первых из них - ветви аморфны, у вторых - несколько клочковаты, у третьих - очень клочковаты, а ядро всегда неярко и мало.

Плотность звезд в пространстве растет с приближением к экваториальной плоскости спиральных галактик. Эта плоскость является плоскостью симметрии системы, и большинство звезд при своем вращении вокруг центра галактики остается вблизи нее; периоды обращения составляют 107 - 109 лет. При этом внутренние части вращаются как твердое тело, а на периферии угловая и линейная скорости обращения убывают с удалением от центра. Однако в некоторых случаях находящееся внутри ядра еще меньшее ядрышко вращается быстрее всего. Аналогично вращаются и неправильные галактики, являющиеся также плоскими звездными системами.

Эллиптические галактики состоят из звезд второго типа населения. Вращение обнаружено лишь у наиболее сжатых из них. Космической пыли в них, как правило, нет, чем они отличаются от неправильных и особенно спиральных галактик, в которых поглощающее свет пылевое вещество имеется в большом количестве.

В спиральных галактиках поглощающее свет пылевое вещество имеется в большем количестве. Оно составляет от нескольких тысячных до сотой доли полной их массы. Вследствие концентрации пылевого вещества к экваториальной плоскости, оно образует темную полосу у галактик, повернутых к нам ребром и имеющих вид веретена.

Последующие наблюдения показали, что описанная классификация недостаточна, чтобы систематизировать все многообразие форм и свойств галактик. Так, были обнаружены галактики, занимающие в некотором смысле промежуточное положение между спиральными и эллиптическими галактиками (обозначаются Sо). Эти галактики имеют огромное центральное сгущение и окружающий его плоский диск, но спиральные ветви отсутствуют. В 60-х годах ХХ века были открыты многочисленные пальцеобразные и дисковидные галактики со всеми градациями обилия горячих звезд и пыли. Еще в 30-х годах ХХ века были открыты эллиптические карликовые галактики в созвездиях Печи и Скульптора с крайне низкой яркостью, настолько малой, что эти, одни из ближайших к нам, галактик даже в центральной своей части с трудом видны на фоне неба. С другой стороны, в начале 60-х годов ХХ века было открыто множество далеких галактик, из которых наиболее далекие по своему виду не отличимы от звезд даже в сильнейшие телескопы. От звезд они отличаются спектром, в котором видны яркие линии излучения с огромными красными смещениями, соответствующими таким большим расстояниям, на которых даже самые яркие одиночные звезды не могут быть видны. В отличие от обычных далеких галактик в которые, из-за сочетания истинного распределения энергии в их спектре и красного смещения выглядят красноватыми, наиболее компактные галактики (называющиеся также квазозвездными галактиками) имеют голубоватый цвет. Как правило, эти об'екты в сотни раз ярче обычных сверхгиганских галактик, но есть и более слабые. У многих галактик обнаружено радиоизлучение нетепловой природы, возникающее, согласно теории руссого астронома И.С.Шкловского, при торможении в магнитном поле электронов и более тяжелых заряженных частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света (так называемое синхотронное излучение). Такие скорости частицы получают в результате грандиозных взрывов внутри галактик.

Компактные далекие галактики, обладающие мощным нетепловым радиоизлучением, называются N-галактиками.

Звездообразные источники с таким радиоизлучением, называются квазарами (квазозвездными радиоисточниками), а галактики обладающие мощным радиоизлучением и имеющие заметные угловые размеры, - радиогалактиками. Все эти объекты чрезвычайно далеки от нас, что затрудняет их изучение. Радиогалактики, имеющие особенно мощное нетепловое радиоизлучение, обладают преимущественно эллиптической формой, встречаются и спиральные.

Радиогалактики - это галактики, у которых ядра находятся в процессе распада. Выброшенные плотные части, продолжают дробиться, возможно, образуют новые галактики - сестры, или спутники галактик меньшей массы. При этом скорости разлета осколков могут достигать огромных значений. Исследования показали, что многие группы и даже скопления галактик распадаются : их члены неограниченно удаляются друг от друга, как если бы они все были порождены взрывом.

Галактики - сверхгиганты имеют светимости, в 10 раз превышающие светимость Солнца, квазары в среднем еше в 100 раз ярче; слабейшая же из известных галактик - карликов сравнимы с обычными шаровыми звездными скоплениями в нашей галактике. Их светимость составляет около 10 светимости солнца.

Размеры галактик весьма разнообразны и колеблются от десятков парсек до десятков тысяч парсек.

Пространство между галактиками, особенно внутри скоплений галактик, по-видимому, содержит иногда космическую пыль. Радиотелескопы не обнаруживают в них ощутимого количества нейтрального водорода, но космические лучи, пронизывают его насквозь так же, как и в электромагнитное излучение.

Галактика состоит из множества звезд различных типов, а также звездных скоплений и ассоциаций, газовых и пылевых туманностей и отдельных атомов и частиц, рассеянных в межзвездном пространстве. Большая часть их занимает об"ем линзообразной формы поперечником около 30 и толщиной около 4 килопарсек (соответственно около 100 тысяч и 12 тысяч световых лет). Меньшая часть заполняет почти сферический об"ем с радиусом около 15 килопарсек (около 50 тысяч световых лет).

Все компоненты галактики связаны в единую динамическую систему, вращающуюся вокруг малой оси симметрии. Земному наблюдателю, находящемуся внутри галактики, она представляется в виде Млечного Пути (отсюда и ее название - "Галактика") и всего множества отдельных звезд, видимых на небе.

Звезды и межзвездная газо-пылевая материя заполняют объем галактики неравномерно : наиболее сосредоточены они около плоскости, перпендикулярной оси вращения галактики и составляющейся плоскостью ее симметрии (так называемой галактической плоскостью). Вблизи линии пересечения этой плоскости с небесной сферой (галактического экватора) и виден Млечный Путь, средняя линия которого представляет собой почти большой круг, так как Солнечная система находится недалеко от этой плоскости. Млечный Путь представляет собой скопление огромного количества звезд, сливающихся в широкую белесую полосу; одноко звезды, проектирующиеся на небе рядом, удалены друг от друга в пространстве на огромные расстояния, исключающие их столкновения, несмотря на то, что они движутся с большими скоростями (десятки и сотни км/сек) в направлении полюсов галактики (ее северный полюс находится в созвездии Волос Вероники). Общее количество звезд в галактике оценивается в 100 миллиардов.

Межзвездное вещество рассеяно в пространстве также не равномерно, концентрируясь преимущественно вблизи галактической плоскости в виде глобул, отдельных облаков и туманностей (от 5 до 20 - 30 парсек в поперечнике), их комплексов или аморфных диффузных образований. Особенно мощные, относительно близкие к нам темные туманности представляются невооруженному глазу в виде темных прогалин неправильных форм на фоне полосы Млечного Пути; дефицит звезд в них является результатом поглащения света этими несветящимися пылевыми облаками. Многие межзвездые облака освещены близкими к ним звездами большой светимости и представляются в виде светлых туманностей, так как светятся либо отраженным светом (если состоят из космических пылинок) либо в результате возбуждения атомов и последующего испускания ими энергии (если туманности газовые).

Человечество с древности интересовало ночное небо. Положение звёзд над горизонтом отображало смену времён года, что было важно для сельского хозяйства. Наиболее полные сведения об астрономии древности дошли до нас со времён Древней Греции. Но доподлинно известно, что многие из этих сведений опирались на более ранние источники из Китая, Индии, Вавилона и Египта. Именно в Китае в 4 веке был составлен первый звёздный каталог из 800 ярчайших звёзд. Возможно, были и более ранние, но сведения о них до нас не дошли. Изучение древнейших индейских построек на территории Латинской Америки дает представление о том, что цивилизации построившие их также обладали обширными познаниями в астрономии.

2. Созвездия Галактики

Современные представления об облике звёздного неба основываются в основном на представлениях древнегреческих учёных. Так, небесное пространство было условно разделено на участки, состоящие из наиболее ярких звёзд, которые представляли собой созвездия. Древнейший список созвездий дошел до нас в виде описаний К. Птолемея. Он содержал в себе 48 созвездий известных и поныне, за исключением того, что некоторые сегодняшние астеризмы были описаны в качестве полных созвездий. Астеризм - это часть полного созвездия в виде заметной звёздной фигуры и популярным названием (пример: Большой Ковш в Большой Медведице). На сегодняшний день в мире приняты единые имена и обозначения созвездий на латинском языке. Всего их 88 в Северном и Южном полушариях неба разделённых небесным экватором. В именах большинства созвездий нашли отражение древнегреческие мифы (Персей, Андромеда, Цефей, Геркулес), животные (Рысь, Волк, Заяц, Орёл), либо бытовые сцены в виде охотника (Орион) охотящегося с собаками (Б.Пёс, М.Пёс) на Зайца, или созвездие Змееносца поймавшего Змею. В средние века с расцветом мореплавания для европейцев стали доступны южные широты с новыми созвездиями, в названиях которых заметны морские (Корма, Паруса, Компас, Киль) и технические (Часы, Резец, Печь, Насос) термины.

Важно отметить, что современные очертания созвездий и принадлежность к ним звёзд претерпевали на протяжении времени некоторые изменения. Основной причиной таких изменений явилось увеличение в раннем средневековье арабского влияния на многие сферы жизни других народов. Арабские племена захватили обширные территории Северной Африки, Ближнего и Среднего Востока, что впоследствии послужило также и распространению астрономических знаний, в которых арабы достигли весьма значительных успехов.

В средневековых звёздных картах, сохранившихся до наших дней, можно выделить некоторые расхождения, которые определялись различными представлениями о фигурах в созвездиях и звёздах в греческом и арабском представлениях. Некоторые звёзды в различные периоды времени изменяли свою принадлежность к созвездиям. В современных каталогах привязка звёзд строго фиксирована, однако и старые обозначения также не считаются абсолютно неправильными. Принцип обозначения звёзд в созвездиях базируется на системе Байера, которая выражается в присвоении звёздам буквенных обозначений греческого алфавита с указанием принадлежности к созвездию. Приоритет в обозначении обычно соответствует яркости звезды, но также не редки исключения, когда буквенные обозначения присваиваются в соответствии с порядком расположения звёзд в созвездии (например, звёзды ковша Большой Медведицы). Наименее яркие звёзды имеют порядковые номера с указанием созвездия либо определённый номер в одном из каталогов с указанием оного.

Большинство наиболее ярких звёзд имеют собственные имена, многие из которых имеют непосредственную связь с именами тех созвездий, в состав которых они входят (например, Денебола – “хвост льва” в созвездии Льва). На происхождение имён звёзд наложили свой отпечаток как европейская, так и арабская культура. Некоторые звёзды в силу различных исторических причин имеют более одного имени. Но так как основная классификация звёзд проводится по их буквенным обозначениям и порядковым номерам, все их имена и названия являются вполне законными.

Созвездия Северного неба

АНДРОМЕДА (лат. Andromeda) - созвездие северного полушария неба. Содержит в себе цепочку из трёх ярких звёзд – Альферац (Сирра)(альфа, дельта Пегаса), Мирах (бета), Альмах (гамма). Андромеда, в греческой мифологии дочь царя Эфиопии, отданная им в жертву морскому чудовищу, опустошавшему страну, и спасенная Персеем. Согласно мифу, после смерти превратилась в созвездие (отсюда название созвездия).

БЛИЗНЕЦЫ (лат. Gemini), созвездие в форме большого прямоугольника левее Возничего и выше Ориона. В верхней части – яркие звёзды Поллукс (бета) и Кастор (альфа) - носят имена близнецов классической мифологии, внизу слева – Альхена (Альмеисан, гамма).