Казанский федеральный университет институт физики кафедра вычислительной физики и моделирования физических процессовВ. М. Бердникова
 Скачать 1.21 Mb.
|
|
Галактика – звездная система, в свою очередь образованная звездами различных типов, звездными скоплениями. Помимо звезд состав галактик могут входить газовые, пылевые туманности и др. Разным галактикам соответствуют различные, но вполне определенные элементы. Состав галактик зависит от ее возраста и условий развития. Полагают, что среднее расстояние между галактиками 2 млн. световых лет, а типичная скорость движения галактик – около 1000 км/с. Галактик – миллиарды, и в каждой из них насчитываются миллиарды звезд. Предположения о множественности галактик высказывались еще в середине VIII в., но доказательства их существования появились только в первой четверти XX в. Галактики образуют метагалактику (Вселенную), возраст которой оценивается в 13–15 млрд. лет. Некоторые галактики излучают радиоволны с потрясающей мощностью. Предполагают, что в них существует магнитное поле, тормозящее движение находящихся там элементарных частиц, а это вызывает радиоизлучение. Межзвёздная среда (МЗС) — вещество и поля, заполняющие межзвёздное пространство внутри галактик. Состав: межзвёздный газ, пыль (1 % от массы газа), межзвёздные магнитные поля, космические лучи, а также тёмная материя. Химический состав межзвёздной среды — продукт первичного нуклеосинтеза и ядерного синтеза в звёздах. На протяжении своей жизни звёзды испускают звёздный ветер, который возвращает в среду элементы из атмосферы звезды. А в конце жизни звезды с неё сбрасывается оболочка, обогащая межзвёздную среду продуктами ядерного синтеза. Пространственное распределение межзвёздной среды нетривиально. Помимо общегалактических структур, таких как перемычка (бар) и спиральные рукава галактик, есть и отдельные холодные и тёплые облака, окружённые более горячим газом. Основная особенность МЗС — её крайне низкая плотность —1000 атомов в кубическом сантиметре. Метагалактика - это часть наблюдаемой Вселенной, доступная для изучения современными астрономическими методами. 29 Скопления галактик — гравитационно-связанные системы галактик , одни из самых больших структур во вселенной. Размеры скоплений галактик могут достигать 10 8 световых лет. Скопления условно разделяются на два вида: регулярные — скопления правильной сферической формы, в которых преобладают эллиптические и линзовидные галактики, с чётко выраженной центральной частью. В центрах таких скоплений расположены гигантские эллиптические галактики. Пример регулярного скопления — скопление Волос Вероники. иррегулярные — скопления без определённой формы, по количеству галактик уступающие регулярным. В скоплениях этого вида преобладают спиральные галактики. Пример — скопление Девы. Сверхскопление галактик — многочисленные группы галактик и скоплений галактик в составе крупномасштабной структуры Вселенной. Большинство галактик в нашей Вселенной объединены в группы и скопления, содержащие от десятков до нескольких тысяч галактик. Эти скопления и дополнительные изолированные галактики в свою очередь образуют ещё большие структуры, называемые сверхскоплениями, включающими от двух до двадцати галактических скоплений, которые расположены либо в галактических нитях, либо в узлах пересечения нитей. Размеры сверхскоплений достигают сотен миллионов световых лет. Сверхскопления настолько большие, что не являются гравитационно- связанными и, поэтому, принимают участие в расширении Хаббла. В пределах 1 млрд. св. лет находится около 100 сверхскоплений. Квазар - мощное и далёкое активное ядро галактики. Квазары являются, по всей видимости, самыми яркими и самыми загадочными из всех объектов, наблюдаемых во Вселенной. Состав. Кроме оптического, инфракрасного, 30 ультрафиолетового и рентгеновского излучения они рождают потоки быстрых элементарных частиц - космических лучей, которые, распространяясь в магнитных полях, создают радиоизлучение квазара. Потоки космических лучей обычно покидают квазар в виде двух противоположно направленных струй (джетов), создавая два "радиооблака" по разные стороны от квазара. Модель квазара, позволяющая объяснить его наблюдаемые свойства, такова: вокруг массивного компактного объекта (вероятно, черной дыры) вращается газовый диск. Его центральная горячая часть является источником электромагнитного излучения и быстрых космических частиц, которые могут вылетать только вдоль оси диска и поэтому формируют два противоположно направленных потока. В состав квазаров входят вся периодическая система таблица элементов Менделеева. Микроквазары (рентгеновские двойные звезды) — это двойные звездные системы, в которых остаток первой звезды, сжатый в тёмный компактный объект (такой как нейтронная звезда или чёрная дыра), гравитационно связан со второй обычной звездой (звезда компаньон, донор), которая движется по тесной орбите вокруг первого компонента. В микроквазарах происходит аккреция материи (падение вещества) на нейтронную звезду или черную дыру, сопровождающаяся спорадическими выбросами с околосветовой скоростью струй материи — т. н. джетов, что даёт наблюдаемую картину, близкую к наблюдаемой в случае квазаров . Впервые название «микроквазар» было применено по отношению к рентгеновскому источнику Скорпион X-1, имеющему струйные радиовыбросы, морфологически весьма сходные с релятивистскими выбросами радиоярких квазаров. Одним из характерных примеров микроквазаров является объект SS 433. Микроквазары являются переменными источниками как в радио-, так и в рентгеновском диапазонах. 31 Чёрная дыраа - область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Млеечный Путь - наша галактика Млеачный Путь (илиГалаиктика, с заглавной буквы) — галактика, в которой находятся Земля, Солнечная система и все отдельные звёзды, видимые невооружённым глазом. Относится к спиральным галактикам с перемычкой. Млечный Путь вместе с Галактикой Андромеды (М31) , Галактикой Треугольника (М33) , и более 40 их маленькими галактиками-спутниками образуют Местную Группу галактик , которая входит в Местное Сверхскопление (Сверхскопление Девы). 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 порядка 300 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. Новая минимальная оценка определяет массу галактики всего в 5∙10 11 масс Солнца. Боильшая часть массы Галактики содержится не в звёздах и межзвёздном газе, а в несветящемся гало из тёмной материи Состав Солнечной системы: планеты, спутники планет, астероиды, кометы, метеороиды, магнитные поля, пылевая материя, солнечный ветер и космические лучи Соалнечная систеама - планетная система , включающая в себя центральную звезду Солнце и все естественные космические объекты , обращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд. лет назад. Содержит 8 классических планет. Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Все планеты земной группы имеют следующее строение: в центре ядро из железа с примесью никеля. мантия , состоит из силикатов кора , образовавшаяся в результате частичного плавления мантии и состоящая также из силикатных пород, но обогащённая несовместимыми элементами. Из планет земной группы коры нет у Меркурия, что объясняют её разрушением в результате метеоритной бомбардировки. Планеты газовые гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Все вместе они содержат 99 % массы вещества, обращающегося на орбитах вокруг Солнца. Юпитер и Сатурн преимущественно состоят из водорода и гелия; Уран и Нептун обладают боильшим содержанием льда в их составе. Некоторые астрономы из-за этого классифицируют их в собственной категории — «ледяные гиганты». У всех четырёх газовых гигантов имеются кольца , хотя только кольцевая система Сатурна легко наблюдается с Земли. 32 Спиральное движение Солнечной системы в Галактике. Все звезды галактического диска быстро движутся, обращаясь вокруг центра Галактики. Полный оборот Солнце делает примерно за 200 млн. лет. В результате чего солнечная система в галактике совершает движение по спирали. Спутники планет - это тела Солнечной системы, обращающиеся вокруг планет под действием их притяжения. У Меркурия и Венеры нет спутников. У Земли 1 естественный спутник - Луна, у Марса всего два спутника: Деймос и Фобос. Планеты гиганты все имеют большое количество спутников: Юпитер - 67 (Ио, Европа, Ганимед и Калисто самые известные, т.н. галилеевские спутники), Сатурн - 63 (Титан самый известный), Уран - 27 и Нептун - 14 спутников. Спутники имеются также у некоторых карликовых планет: у Плутона их 5, у Хаумеи -2, и у Эриды 1 спутник. Спутники планет - это тела Солнечной системы, обращающиеся вокруг планет под действием их притяжения. У Меркурия и Венеры нет спутников. У Земли 1 естественный спутник - Луна, у Марса всего два спутника: Деймос и Фобос. Планеты гиганты все имеют большое количество спутников: Юпитер - 67 (Ио, Европа, Ганимед и Калисто самые известные, т.н. галилеевские спутники), Сатурн - 63 (Титан самый известный), Уран - 27 и Нептун - 14 33 спутников. Спутники имеются также у некоторых карликовых планет: у Плутона их 5, у Хаумеи -2, и у Эриды 1 спутник. Астероиды или карликовые планеты - это твердые каменистые тела, которые подобно планетам движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам. В солнечной системе существуют два астероидных пояса: главный пояс астероидов между Марсом и Юпитером и пояс Койпера за Нептуном. Комета - это ледяное небесное тело с примесями газов и пыли, движущееся по орбите в Солнечной системе. Комета при приближении к Солнцу начинает плавится из-за трения, вследствие чего высвобождающиеся с поверхности газы начинают гореть и образуют горящий газовый хвост. Главный поаяс астероаидов - область Солнечной системы, расположенная между орбитами Марса и Юпитера, являющаяся местом скопления множества объектов всевозможных размеров. Самые крупные объекты этого пояса - это Церерра, Веста и Паллада. Облако Оаорта - гипотетическая сферическая область Солнечной системы, находящаяся на расстоянии в тысячи раз дальше орбиты Нептуна. Служит источником долгопериодических комет. Пояс Коайпера - область Солнечной системы от орбиты Нептуна (30 а. е. от Солнца) до расстояния около 55 а. е. от Солнца. Метеороаид - небесное тело, промежуточное по размеру между межпланетной пылью и астероидом. Метеороид, влетевший с огромной скоростью (11-72 км/с) в атмосферу Земли, из-за трения сильно нагревается и сгорает, превращаясь в светящийся метеор (который можно увидеть как «падающую звезду») или же болид. Видимый след метеороида, вошедшего в атмосферу Земли, называется метеором, а метеороид, упавший на поверхность Земли — метеоритом. Размер метеороида не имеет точного определения, он или немного меньше астероида или немного больше пылинки. Британское королевское астрономическое общество выдвинуло другую формулировку, согласно которой метеороид — это тело диаметром от 100 мкм до 10 м. Другие источники ограничивают размер метеороида в 30 м. 34 Космиаческая пыль - образуется в космосе частицами размером от нескольких молекул до 10 мкм. 40 000 тонн космической пыли каждый год оседает на планете Земля. В статье «Метеорит и метеороид: новые полные определения» в журнале «Meteoritics & Planetary Science» в январе 2010 года авторы предлагают научному сообществу следующее обоснованное определение: Космическая пыль (Interplanetary dust particle (IDP)): частицы размером меньше 10 мкм, движущиеся в межпланетном пространстве. Если такие частицы впоследствии срастаются с большими по размеру телами природного или искусственного происхождения, они продолжают называться «космическая пыль». Соалнечный веатер - поток ионизированных частиц (в основном гелиево- водородной плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300—1200 км/с в окружающее космическое пространство. Космиаческие лучиа - элементарные частицы и ядра атомов, движущиеся с высокими энергиями в космическом пространстве. Созвездия - в современной астрономии участки, на которые разделена небесная сфера для удобства ориентирования на звёздном небе. В древности созвездиями назывались характерные фигуры, образуемые яркими звёздами. В современной астрономии вся небесная сфера разделена на 88 созвездий. Планетаарная тумаанность - астрономический объект , состоящий из ионизированной газовой оболочки и центральной звезды, белого карлика Планетарные туманности образуются при сбросе внешних слоёв (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2,5—8 солнечных на завершающей стадии их эволюции. Сверхновые звёзды. Вспышка сверхновой - это взрыв массивной звезды на конечной стадии эволюции, вызывающий резкое кратковременное усиление её яркости. В результате взрыва происходит выброс энергии, который на короткое время превосходит в яркости всю остальную галактику. В течение нескольких недель или месяцев сверхновая может излучить энергии больше, чем Солнце за всю жизнь. В результате взрыва звездное вещество выбрасывается во всех направлениях, обогащая галактику тяжелыми элементами и создавая взрывную волну. Пульсар - это космический источник радио, оптического, рентгеновского и/или гамма-излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков (импульсов). В зависимости от испускаемого излучения пульсары бывают следующих разновидностей: радиопульсар, оптический пульсар рентгеновский пульсар гамма-пульсар) Согласно доминирующей астрофизической модели, пульсары представляют собой вращающиеся нейтронные звёзды с магнитным полем, которое наклонено к оси вращения, что вызывает модуляцию приходящего на Землю излучения. Вопросы для самоконтроля: 35 1. Что такое микро-, макро-, мегамир? Перечислите основные структурные единицы мегамира в порядке возрастания масштаба. 2. Дайте определения астрономическая единица, световой год и парсек. 3. Каково строение и состав Солнечной системы? 4. Что такое квазары и микроквазары? 5. Дайте краткое описание галактики Млечный путь. 6. Что такое планетарная туманность, сверхновые звёзды и пульсары. Лекция №4 Микромир Аннотация. Данная тема даёт описывает структуру микромира и основные процессы происходящие в мире микрообъектов. Ключевые слова: элементарные частицы, молекула, атом, ядро атома, спин, дефект масс, радиоактивность, принцип неопределенности, принцип дополнительности. Методические рекомендации по изучению темы: Следует внимательно ознакомиться с материалом лекции, после чего необходимо выполнить закрепление материала, отвечая на предлагаемые вопросы для самопроверки. Для каждой темы приведён список литературы, который поможет вам при необходимости более детально изучить данную тему. Глоссарий по теме лекции №4: Аннигиляция - такое взаимодействие частицы и античастицы, при к-ром они исчезают, превращаясь в другие частицы. В рассматриваемом явлении происходит не уничтожение материи, а лишь превращение одной формы материи в другую. При таком превращении сохраняется как общая масса и энергия системы частиц, так и ее импульс, заряд и момент количества движения. Так, при столкновении позитрона с электроном обе частицы исчезают с образованием фотонов, а вся энергия пары электрон-позитрон переходит в энергию фотонов. Впервые аннигиляция излучение наблюдалось в 1930, но окончательно А. была доказана в результате открытия Ф. Жолио-Кюри искусств. радиоактивности с испусканием позитронов, сопровождающейся аннигиляционным γ-излучением. Наблюдается также процесс, обратный А., т.н.образование пары позитрон-электрон. Известна А. и др. пар, напр. протона и антипротона, при А. которых образуются К-мезоны. Броуновское движение - (брауновское движение), беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды. Исследовано в 1827 англ. учёным Р. Броуном (Браун; R. Brown), который наблюдал в микроскоп движение цветочной пыльцы, взвешенной в воде. Наблюдаемые частицы размером 10 -6 м и менее совершают неупорядоченные независимые движения, описывая сложные зигзагообразные траектории. Интенсивность Б. д. не зависит от времени, но возрастает с ростом температуры среды, с уменьшением её вязкости и размеров частиц (независимо от их хим. природы). Полная теория Б. 36 д. была дана в 1905-1906 гг. А. Эйнштейном и польск. физиком М. Смолуховским. Квант - наименьшее возможное количество энергии, которое может быть поглощено или отдано молекулярной, атомной или ядерной системой в отдельном акте изменения её состояния. Нуклон - общее наименование для протона и нейтрона, являющихся составными частями атомных ядер. Спин - в квантовой механике - собственный угловой момент или момент количества движения, присущий элементарным частицам. Спин может рассматриваться как вращение частицы вокруг своей оси. Спин является одним из квантовых чисел, посредством которых характеризуется частица. Рекомендуемые источники литературы: 1. http://fizikabook.ru/articles/elementarnye-chastitsy.html; 2. Нефедьев Ю.А. Естественнонаучная картина мира. Часть 1.: [электронный ресурс] // В.С. Боровских, А.И. Галеев, С.А. Дёмин, О.Ю. Панищев, А.Р. Камалеева, В.М. Бердникова. Казань, 2012. URL: http://www.kpfu.ru/docs/F2109597418/%CA%D1%C5_1.pdf; 3. http://www.physics.ru; 4. http://nuclphys.sinp.msu.ru; 5. http://www.its-physics.org; 6. http://www.chemport.ru; 7. http://poiskknig.ru; 8. http://elementy.ru; 9. http://dic.academic.ru; 10.http://ru.wikipedia.org. |