Структура звездных систем

РЕФЕРАТ

ПО «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

НА ТЕМУ:

«Созвездия Галактики. Структура звездных систем»

Введение

Галактики стали предметом космогонических исследований с 20-х годов ХХ века, когда была надежно установлена их действительная природа и 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 от нас. В основе всей современной космологии лежит одна фундаментальная идея - восходящая к Ньютону идея гравитационной неустойчивости. Вещество не может оставаться однородно рассеянным в пространстве, ибо взаимное притяжение всех частиц вещества стремиться создать в нем сгущения тех или иных масштабов и масс. В ранней Вселенной гравитационная неустойчивость усиливала первоначально очень слабые нерегулярности в распределении и движении вещества и в определенную эпоху привела к возникновению сильных неоднородностей: "блинов" - протоскоплений. Границами этих слоев уплотнения служили ударные волны, на фронтах которых первоначально невращательное, безвихревое движение вещества приобретало завихренность. Распад слоев на отдельные сгущения тоже происходил, по-видимому, из-за гравитационной неустойчивости, и это дало начало протогалактикам. Многие из них оказывались быстро вращающимися благодаря завихренному состоянию вещества, из которого они формировались. Фрагментация протогалактических облаков в результате их гравитационной неустойчивости вела к возникновению первых звезд, и облака превращались в звездные системы - галактики. Те из них, которые обладали быстрым вращением, приобретали из-за этого двухкомпонентную структуру - в них формировались гало более или менее сферической формы и диск, в котором возникали спиральные рукава, где и до сих пор продолжается рождение звезд Протогалактики, у которых вращение было медленнее или вовсе отсутствовало, превращались в эллиптические или неправильные галактики. Параллельно с этим процессом происходило формирование крупномасштабной структуры Вселенной - возникали сверхскопления галактик, которые, соединяясь своими краями, образовывали подобие ячеек или пчелиных сот; их удалось распознать в последние годы.

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 распределения 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 ("керн") 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 поверхностной 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 компактных 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.

Созвездия Галактики

Современные представления об облике звёздного неба базируются в основном на моделях представленных древнегреческими учёными. 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 сохранившимися до наших дней можно выделить некоторые различия, которые определялись отличными друг от друга представлениями о фигурах в созвездиях и звёздах в них в постгреческом и арабском представлениях. То же самое касается и звёзд. 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” с созвездии Льва). На происхождение имён звёзд наложили свой отпечаток как европейская так и арабская культура, скорее с преобладанием последней. 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 расположено над “М” Кассиопеи и левее на линии Полярная. 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).

БОЛЬШАЯ МЕДВЕДИЦА (лат. Ursa Major)Одно из самых больших созвездий. Часть созвездия образует астеризм в виде ковша с загнутой книзу ручкой. Край ковша образован двумя звёздами – Мерак (бета) и Дубхе (альфа) являющимися Указателями на Полярную звезду. Буквенные обозначения приняты не по яркости звёзд, а по их расположению. Другие звёзды ковша – Фекда (гамма), Мегрез (дельта), Алиот (эпсилон), Мицар (дзета), Алькаид (Бенетнаш, эта).

История названия созвездия.

У древних греков существовала легенда, что всемогущий бог Зевс решил взять себе в жены прекраснейшую нимфу Каллисто, одну из служанок богини Афродиты, вопреки желанию последней. Чтобы избавить Каллисто от преследований богини, Зевс обратил Каллисто в медведицу и взял к себе на небо. О Малой Медведице древние греки рассказывали, что это якобы любимая собака Каллисто, обращенная в медведицу вместе со своей хозяйкой.

Заключение

Любой человек, созерцающий звездное небо, невольно связывает между собой наиболее яркие звезды в простейшие фигуры - квадраты, треугольники, кресты, становясь невольным создателем своей собственной карты звездного неба. Этот же путь прошли и наши предки, делившие звездное небо на четко различимые сочетания звезд, называемые созвездиями. В древних культурах мы находим упоминания о первых созвездиях, отождествляемых с символами богов или мифами, дошедшие до нас в форме поэтических названий - созвездие Ориона, созвездие Гончих псов, созвездие Андромеды и т.д. Эти названия как бы символизировали представления наших предков о вечности и неизменности мироздания, постоянстве и неизменности гармонии космоса.

Однако, уже в халдейских легендах, упоминание о которых мы находим у Аррениуса, ставится может быть наивный по тем меркам, вопрос - что было до звезд?

"...В то время, когда в вышине не было того, что называется небом, а внизу того, что зовут землей, существовал только Апсу (океан), отец их, и Тиамат (хаос), праматерь. Не различались ни день, ни ночь... Царила тьма, покрытая тьмой..."