умкд по астрономии. УМКД ОУД.08 Астрономия 2.26.02.03 (набор 2017). Учебнометодический комплекс дисциплины Физика Индекс (Файл) mcd 3 26. 02. 03 Оуд. 082017 г
 Скачать 4.37 Mb.
|
|
Тема 6.1.Наша Галактика Наша Галактика Наша Галактика - спиральная система массой от 2× 1011 М¤ до 8,5-11,5× 1011 М¤ (2,3× 1042 кг), радиусом около 1,5-2× 104 пк и светимостью 2-4× 1010 L¤ . Галактика состоит из 150-200 миллиардов звезд и множества других космических объектов: более 6000 галактических молекулярных облаков, содержащих в себе до 50% межзвездного газа, туманностей, планетных тел и их систем, нейтронных звезд, белых и коричневых карликов, черных дыр, космической пыли и газа. Диск Галактики пронизан крупномасштабным магнитным полем, удерживающим частицы космических лучей и заставляющим их двигаться вдоль магнитных линий по винтовым траекториям. 85-95% массы Галактики сосредоточено в звездах, 5-15% - в межзвездном диффузном газе. Массовая доля тяжелых элементов в химическом составе Галактики составляет 2%. Возраст Галактики 14,4 ±1,3 млрд. лет. Большая часть звезд Галактики образовалась свыше 9 млрд. лет назад. Основная часть образующих Галактику звезд наблюдается с Земли как опоясывающая все небо белесая, слабосветящаяся полоса неправильных очертаний - Млечный путь, в котором сливается сияние миллиардов слабосветящихся звезд. Мы наблюдаем свою Галактику изнутри, что затрудняет определение ее формы, структуры и некоторых физических характеристик. Телескопическим наблюдениям доступно лишь 109 звезд - до 1% всех звезд Галактики. Ядро Галактики наблюдается в созвездии Стрельца (a = 17h38m, d = -30њ ), занимая часть созвездий Щита, Скорпиона и Змееносца. Ядро полностью скрыто за мощными темными газопылевыми облаками (ГМО) общей массой 3× 108 М¤ в 700 пк от центра Галактики, поглощающими видимое, но пропускающими радио- и инфракрасное излучение. В их отсутствие ядро Галактики было бы самым ярким после Солнца и Луны небесным светилом. В центре ядра наблюдается сгущение - керн. Всего в 400 св. годах от центра, в недрах газопылевой туманности Стрелец А массой 105 М¤ скрывается черная дыра массой около 4,6× 106М¤ . В самом центре в области размерами менее 1 пк и массой 5×106 М¤ , вероятно, находится очень плотное скопление голубых сверхгигантов (до 50000 звезд).  Рис. 67. Строение нашей Галактики: 1 – Керн 2 - Ядро Галактики 3 - Балдж ("вздутие"): сферическое население центра Галактики 4 - Бар – галактическая "перемычка". 5 - Молодая плоская подсистема (звезды классов О, В, ассоциации) 6 - Старая плоская подсистема (звезды класса А) 7 - Диск Галактики (звезды главной последовательности, Новые, красные гиганты, планетарные туманности) 8 - Промежуточная сферическая составляющая (старые звезды, долгопериодические переменные) 9 - Спиральные рукава (диффузные газопылевые туманности, молодые звезды классов О, В, А, F) 10 - Зоны концентрации ГМО вблизи ядра (9А) и в "молекулярном кольце" (9В) 11 - Древнейшая сферическая подсистема (гало) (шаровые скопления, короткопериодические цефеиды, субкарлики) 12 - Шаровые скопления 13 - Солнечная система 14 - Газовая корона Галактики. Наша Галактика имеет перемычку – бар, из концов которого в 4 тысячах парсек от центра Галактики начинают закручиваться 3 спиральные рукава; вблизи одного из них - рукава (ветви) Ориона находится Солнечная система. Вторая - ветвь Персея - наблюдается в направлении от центра Галактики на расстоянии 1,5-2,4 кпк от Солнца. Третья - ветвь Стрельца находится в направлении центра Галактики в 1,2-1,8 кпк от Солнца.
Солнечная система располагается вблизи экваториальной плоскости Галактики в 34000 св. лет от ее центра (на расстоянии совпадения скорости вращения Галактики и движения ее спиральных рукавов). Из анализа собственных движений 300000 звезд по смещению линий в спектрах благодаря эффекту Доплера установлено, что Солнечная система перемещается относительно ближайших звезд со скоростью 20 км/с в направлении созвездия Геркулеса и вместе с ними вращается вокруг центра Галактики со скоростью 250 км/c в направление созвездий Лебедя и Цефея. Точка небесной сферы, в направлении которой движется Солнечная система, называется апексом.
Период обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики составляет 195-220 миллионов лет. Средняя продолжительность галактического года (ТG)равна213 млн. лет. Концентрация вещества межзвездной среды весьма неравномерна. Она резко возрастает в плоскости вращения Галактики и в слое толщиной 500 св. лет диаметром 100000 св. лет составляет 10-21 кг/м3. Облака поглощающей звездный свет темной, плотной пылевой материи видны на фоне Млечного пути невооруженным глазом в созвездиях Лебедя, Змееносца, Щита, Стрельца. Наибольшую плотность она приобретает в направлении ядра Галактики. На расстоянии от 4 до 8 тысяч парсек от галактического центра располагается "молекулярное кольцо" Галактики - скопление ГМО массой до 3× 109 М¤ . Разреженный нейтральный газ вдали от звезд прозрачен для оптического излучения. Изучению распределения и характеристик газа в межзвездной среде и ГМО способствует радиоизлучение молекулярного водорода (l = 0,21 м) и гидроксила ОН (l = 0,18 м) (рис. 69). Турбулентная межзвездная плазма сконцентрирована в облаках, занимающих около 20% межзвездной среды. Вне спиральных рукавов редкие плазменные облака размерами менее 26 пк и плотностью электронов 0,1-0,3 частиц/см3 обнаруживаются на расстояниях до ± 900 кпк от плоскости Галактики. Облака в спиральных рукавах (± 200 пк от плоскости Галактики) имеют размеры до 50 пк, электронную плотность 0,2-1,0 частиц/см3. В зонах звездообразования в плоскости Галактики электронная плотность облаков размерами 10-50 пк достигает 1-10 частиц/см3. Относительный возраст и порядок образования звезд в Галактике определяются из анализа химического состава звездных областей - подсистем Галактики. Рождение звезд в Галактике на протяжении миллиардов лет уменьшает концентрацию межзвездного газа и замедляет темпов звездообразования до полного его прекращения из-за "нехватки сырья" на формирование звезд последующих поколений. В прошлом темп звездообразования был значительно выше. Сейчас во всей Галактике ежегодно в звезды превращается межзвездный газ массой от 4 М¤ до 10М¤ . Он должен возобновляться, иначе полностью исчерпался бы в первые 1-2 миллиарда лет жизни Галактики. Основным "поставщиком" межзвездного газа являются звезды, особенно на последних стадиях своей эволюции: голубые и красные гиганты и сверхгиганты, Новые и Сверхновые порождают в год около 1 М¤ межзвездного газа. Вероятно, Галактика притягивает газ из окружающего ее пространства (до 1,2-2 М¤ в год). Поэтому количество межзвездного газа в Галактике уменьшается очень медленно. Заметно изменяется его химический состав. В звездах I поколения возрастом 12-15 миллиардов лет концентрация тяжелых элементов составляет около 0,1%. Звезды II поколения главной последовательности возрастом 5-7 миллиардов лет содержат до 2 % тяжелых элементов. В современных диффузных туманностях довольно много пыли, различных газов, тяжелых химических элементов и сложных молекулярных соединений. Молодые звезды классов О, В, А возрастом 0,1-3 млрд. лет в рассеянных скоплениях относятся к новому III поколению звезд. Они содержат около 3-4% тяжелых элементов. В гало Галактики наблюдаются "высокоскоростные" облака атомарного водорода, перемещающиеся независимо от ее вращения. Одни облака, в составе которых около 0,1 % тяжелых химических элементов, состоят из вещества, притянутого Галактикой из окружающего пространства. Другие облака образованы выбросами вещества из галактического диска при вспышках Сверхновых в звездных скоплениях и других космических явлениях; их состав включает до 1% тяжелых химических элементов.  Рис. 70. Ежегодный баланс межзвездной среды в Галактике Важной составляющей межзвездной среды Галактики являются космические лучи -потоки заряженных элементарных частиц с энергией до 1021 эВ: протоны (91,7%), релятивистские электроны (0,92%), ядра атомов гелия (6,6%) и более тяжелых химических элементов (0,72%). Несмотря на низкую пространственную плотность космических лучей (у Земли – 1 частица/см3× с), плотность их энергии сравнима с плотностью энергии суммарного электромагнитного излучения звезд, энергии теплового движения межзвездного газа и магнитного поля Галактики. Основным источником космических лучей являются вспышки Сверхновых. Общее магнитное поле Галактики обладает индукцией около 10-10 Тл. Силовые линии в основном параллельны галактической плоскости и изгибаются вдоль ее спиральных рукавов. Взаимодействуя с заряженными частицами космических лучей, магнитное поле Галактики искривляет траектории их движения вдоль силовых линий и тормозит релятивистские электроны, порождая нетепловое (синхротронное) излучение радиоволн с длиной волны более 1 м. Изучение "вариаций" – пространственно-временных изменений характеристик космических лучей под влиянием различных процессов в межзвездном пространстве и космических объектах позволяет исследовать электромагнитные поля отдельных протяженных космических объектов и всей Галактики в целом. Высокая энергия космических лучей делает их незаменимыми помощниками физиков при изучении строения вещества и взаимодействий элементарных частиц. |
