Каталог :: Естествознание

Доклад: Галактики и их излучения

                    Тольяттинский Государственный Университет                    
                                     Доклад                                     
                по концепции современного естествознания на тему:                
                        «Галактики и их излучения»                        
студентки II курса
факультета иностранных языков
Ошкиной О.В.
                                     2004 г                                     
     Острова Вселенной: галактики. Общее представление о галактиках и их излучении.
Вскоре после изобретения телескопа внимание наблюдателей при­влекли
многочисленные светлые пятна туманного вида, так и назван­ные туманностями,
видимые в разных созвездиях неизменно в одних и тех же местах. С помощью
сильных телескопов В. Гершель и его сын Джон открыли множество таких туманных
пятен, а к концу прошлого века было обнаружено, что некоторые из них имеют
спиральную форму. Но долго оставалось загадкой, что представляют собой эти
тyманности. Только в 20-е гг. ХХ в. с помощью крупнейших в то время
телескопов удалось разложить туманности на звезды. Стало ясно, что тyманности
- это не облака пыли, светящиеся отраженным светом, и не облака разреженного
газа, а чрезвычайно далекие звездные систе­мы, в которых звезд нecpaвненно
больше, чем в близких к Солнцу шаровых скоплениях.
Галактики - это гигантские звездные системы (примерно до 1013 звезд).
Такого же порядка (n = 13) и массы галактик по отношению к массе Солнца.
Некоторые галактики можно разглядеть в хороший бинокль. Га­лактику Андромеды,
большую по размерам и находящуюся достаточ­но близко к Солнцу (всего в 1,5 млн
световых лет), в состоянии увидеть человек с хорошим зрением: это размытое
пятно в созвездии Андромеды.
Современные телескопы позволяют отыскать сотни миллионов других галактик.
Строение их различно. Но наиболее характерна и примечательна одна форма -
уплощенный диск с выпук­лостью в центре, откуда исходят спиральные рукава.
Галактика Анд­ромеды, как и наша собственная, принадлежит к спиральному типу
галактик. Солнечная система расположена в одном из спиральных рукавов
Галактики на расстоянии примерно двух третей ее радиуса от центра. Следует
помнить, что, наблюдая Вселенную, мы видим галактики не такими, какие они
есть теперь, а такими, какими они были в далеком прошлом. Ведь свет от них
приходит к нам через пространство в миллионы и миллионы километров, на
преодоление которого он затрачивает миллионы лет. Свет от ближайшей к нам
галактики Андромеды достигает Земли через 1,5 млн лет. С помощью больших
телескопов можно наблюдать еще намного более далекие галактики, и мы видим их
такими, какими они были миллиарды лет назад. Рас­стояние до самых дальних из
наблюдаемых в настоящее время галак­тик - свыше 10 млрд световых лет.
Изучение мира галактик является сейчас наиболее бурно развива­ющейся областью
астрономии. Именно в этой области происходят наиболее поразительные открытия,
которые подводят нас к раскры­тию глубинных тайн Вселенной, загадок, наиболее
потрясающих во­ображение. Изучение галактик требует максимально мощных
инстру­ментов, в частности, оптических телескопов с зеркалом диаметром более
метра, а также новейших средств и методов исследования сла­бых объектов (в
частности, радиоастрономии). Велики не только размеры галактик и расстояния
до них, велико и количество галактик, которые наблюдаются астрономами. Так,
самый большой 6-метровый телескоп позволяет сфотографировать миллиарды
галактик. В хорошо исследованной области пространства, на расстояниях 1500
Мпк, находится сейчас несколько миллиардов галактик. Таким образом,
наблюдаемая нами областъ Вселенной - это прежде всего мир галактик.
Одна из центральных проблем внегалактической астрономии связана с
определением расстояний до галактик и размеров самих галактик. Расстояния до
ближайших галактик, которые можно разложить на звезды, определяются по их
светимости. Сложнее оценить расстояние до далеких галактик.
В 1912 г. американский астроном В. Слайфер обнаружил эффект красного смещения
в спектрах далеких галактик: их спектральные линии оказались смещенными к
длинноволновому (красному) краю по сравнению с такими же линиями в спектрах
источников, непо­движных относительно наблюдателя. В 1929 г. американский
астро­ном Э. Хаббл, сравнивая расстояния до галактик и их красные смеще­ния,
обнаружил, что последние растут в среднем пропорционально расстояниям (закон
Хаббла). Этот закон дал астрономам эффектив­ный метод определения расстояний
до галактик по следующей фор­муле:
                            r = c z/ H (Мпк),                            
где r - расстояние до галактики; с - скорость света; z =  (λпр –
λис) / λис;                     Н - постоянная
Хаббла.
По современной оценке, постоянная Хаббла (отношение скорости удаления (V)
внегалактических источников к расстоянию (R) до них Н = V/ R) составляет от
50 до 100 км/(с*Мпк). В настоящее время измерены красные смещения тысяч
галактик и квазаров.
Определение расстояний до галактик и их положения на небе позволило сделать
еще один вывод. Оказалось, что большинство га­лактик входит в группировки,
которые насчитывают от нескольких галактик (группа галактик) до сотен и тысяч
галактик (скопление галак­тик) и даже облака скоплений (сверхскопления).
Наблюдаются и одиночные галактики, но они относительно редки (не более 10%).
Дру­гими словами, если галактики - это «острова Вселенной», то они, как
правило, объединены в архипелаги.
Размеры галактик тоже различны. Есть галактики-карлики в несколько десятков
световых лет и галактики-великаны с поперечником до 18 млн световых лет.
Средние расстояния между галактиками в группах и скоплениях примерно в 10-20
раз больше, чем размеры крупнейших галактик. Расстояния между скоплениями
галактик составляют десятки мега­парсек. Таким образом, галактики заполняют
пространство с большей отноcительной плотностью, чем звезды во
внутригалактическом простран­стве (расстояния между звездами в среднем в 20
млн раз больше их диаметра).
Наиболее исследована Местная группа галактик, в которой самы­ми яркими
являются наша Галактика и туманность Андромеды. Во­круг них, в свою очередь,
располагаются еще целые семейства галактик. Так, в семейство нашей Галактики
входят 14 карликовых эллип­тических галактик, несколько внегалактических
шаровых скоплений и ряд так называемых неправильных галактик, среди которых
круп­нейшие Магеллановы Облака (Большое и Малое). Недавно открыта новая
галактика, которая находится от нас на расстоянии всего 55 тыс. световых лет.
Ее назвали Сникерс (усмешка, ухмылка). Не­сколько меньшее семейство у
туманности Андромеды (одна спираль­ная, две эллиптические и несколько
карликовых).
Ближайшие соседние группы галактик располагаются в 2-5 Мпк от Местной группы
и по составу похожи на нее. В пределах 10-20 Мпк около нашей Галактики
обнаружено несколько десятков групп галак­тик. Ближайшее крупное скопление
галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около 20 Мпк. В это
скопление входит около 200 галактик средней и высокой светимости. Скопление в
созвездии Девы представляет собой, по-видимому, центральное сгущение еще
более крупной системы галактик - сверхскопления галактик. (Уже давно
замечено, что яркие галактики расположены по небу не беспо­рядочно, а поясом,
который можно назвать Млечным Путем галак­тик.) Общее число галактик нашего
сверхскопления, исключая кар­ликовые, около 20 000, диаметр его около 60 Мпк.
Ближайшие соседи нашего Сверхскопления - сверхскопления в созвездии Льва (на
рас­стоянии 140 Мпк) и в  созвездии Геркулеса (190 Мпк). В настоящее время
выявлено свыше полусотни сверхскоплений галактик. Чрезвычайно многообразны и
формы галактик. Типология форм галактик, разработанная еще Э. Хабблом, в
основном сохранилась до настоящего времени, хотя, конечно, за прошедшие
десятилетия были обнаружены и новые типы галактик. Хаббл выделял три
основ­ных типа галактик:
Ø     эллиптическиe, имеющие круглую или эллиптическую форму
(обо­значаются Е); это наиболее простые галактики, не содержащие горя­чих
звезд, сверхгигантов, пыли и газовых туманностей; в центре их нет ядра;
Ø     спиральные, которые Хаббл разбил на два семейства - обычные (S)
и пересеченные (SВ). У первых ветви выходят непосредственно из ядра; у вторых
ядро пересечено широкой, яркой полосой, называе­мой перемычкой или баром;
спиральные ветви отходят от концов бара;
Ø     неправильные галактики (Ir) имеют клочковатое строение и
непра­вильную форму; яркость и светимость их невелики; они изобилуют горячими
сверхгигантами, газовыми туманностями и пылью (напри­мер, Большое и Малое
Магеллановы Облака); к неправильным галак­тикам относятся также
взаимодействующие галактики; большинство неправильных галактик - карлики.
Форма и структура галактик связаны с их основными физически­ми
характеристиками: размером, массой, светимостью. И по этим характеристикам
мир галактик оказался поразительно разно­образным.
В центрах галактик обычно сосредоточено огромное количество вещества (до 10 %
всей ее массы). Здесь происходят выбросы большо­го количества вещества, что
приводит к интенсивному движению от центра туч водорода. В отдельных
галактиках ядро, по-видимому, может представлять собой черную дыру.
По нашим человеческим меркам галактики невообразимо огром­ны, но в
космологических масштабах они ничтожно малы. Галак­тики разбросаны по
Вселенной более или менее беспорядочно, од­нако они обычно собраны в
небольшие группы. Подобные группы галактик - «атомы» космологии. Космология
рассматривает пове­дение Вселенной лишь в масштабах такого или более высокого
по­рядков. Процессы, происходящие в отдельных галактиках (хотя они могут быть
очень важными) редко становятся существенными для космологии.
     Понятие Метагалактики.
Совокупность галактик всех типов, квазаров, межгалактической среды образует
Метагалактику - доступную наблюдениям часть Все­ленной. Одно из важнейших
свойств Метагалактики - ее постоянное рас­ширение, «разлет» скоплений
галактик. Об этом свойстве Метагалак­тики свидетельствуют «красное смещение»
в спектрах галактик и открытие реликтового излучения (фоновое, независимое от
направ­ления внегалактическое тепловое излучение, соответствующее
тем­пературе около 3 К).
Из явления расширения Метагалактики вытекает важное следст­вие: в прошлом
расстояния между галактиками были меньше. А если учесть, что и сами галактики
в прошлом были протяженными и раз­реженными газовыми облаками, то очевидно,
что миллиарды лет назад границы этих облаков смыкались и образовывали
некоторое единое однородное газовое облако, испытывавшее постоянное
рас­ширение.
Важное свойство Метагалактики - равномерное распределение в ней вещества
(основная масса вещества сосредоточена в звездах). В современном состоянии
Метагалактика - однородна и изотропна, т.е. свойства материи и пространства
одинаковы во всех частях Ме­тагалактики (однородность) и по всем направлениям
(изотропия). Маловероятно, что она была такой в прошлом. В самом начале
рас­ширения Метагалактики анизотропия и неоднородность материи и пространства
вполне могли существовать. Поиски следов анизотропии и неоднородности прошлых
состояний Метагалактики - одна из важнейших проблем современной
внегалактической астрономии. Исчерпывает ли Метагалактика собой всю возможную
материю и пространство? Многие ученые так и считают, утверждая единственность
всей нашей расширяющейся Метагалактики - Вселенной. Но такие утверждения
напоминают космологию Аристотеля, многократ­но повторявшиеся заявления о
единственности Земли со светилами вокруг нее, единственности Солнечной
системы, единственности нашей Галактики и т.д. И потому все чаще
высказывается мысль о множественности «метагалактик», множественности
вселенных, каждая из которых имеет свой собственный набор фундаментальных
физических свойств материи, пространства и времени, свой тип
нестационарности, организации и др. Эти гипотезы не противоречат современным
математическим и физико-теоретическим представлениям. Более того, многие
модели релятивистской космологии зако­номерно подводят к выводам такого рода.
Одна из теоретических посылок для такого вывода связана с тем, что уравнения
ОТО и квантовой физики не дают ответа на вопрос о начальных условиях эволюции
нашей Вселенной. Здесь возможны два варианта:
1) первичное сингулярное состояние вещества из множества по­тенциальных
физических возможностей реализовалось в одну реаль­ную - нашу Метагалактику;
2) во Вселенной осуществляется все многообразие физических условий, явлений и
движений, допускаемых основными физически­ми теориями.
Если допустить вторую возможность, то надо признать, что ре­ально существует
множество вселенных (метагалактик), образовав­шихся в результате «Большого
Взрыва», связанных между собой некими материальными «каналами», о которых мы
пока можем толь­ко догадываться (представления о топосах и др.) и для
познания которых понадобится как минимум завершенная теория супергравитации,
а может даже и некоторая «новая физика».
Литература.
1. Найдыш В.М. «Концепции современного естествознания», М., 1999г.