Глава 4.1. СОВРЕМЕННАЯ АСТРОНОМИЯ ОБ ОБЪЕКТАХ ВСЕЛЕННОЙ
Лекции.ИНФО


Глава 4.1. СОВРЕМЕННАЯ АСТРОНОМИЯ ОБ ОБЪЕКТАХ ВСЕЛЕННОЙ



Основные понятия: галактики, сверхскопления галактик звезды, наша Галактика Млечный Путь, Солнечная система, «черные дыры», «белые дыры»

Сегодня астрономам известны следующие представители «населения

космоса»:скопления и сверхскопления галактик, звезды, системы звезд, системы звезда — планета, планеты, скопление звезд, межгалактические системы облаков или межгалактическая среда (МГС), межзвездная среда в галактиках (МЗС) и астероиды (греч. astereideis — звездоподобный). Известны также кометы (длинноволосый — в переводе с греческого), метеориты (парящие в воздухе — в переводе с греческого) и многие другие интересные объекты, о которых речь пойдет ниже.

Галактика(греч. galaktikos — млечный) — крупномасштабная структура во Вселенной, состоящая из межзвездной диффузной среды и большого количеств звезд, находящихся в гравитационном взаимодействии между собой и межзвездной средой. В темные летние ночи на безоблачном небе можно заметить широкую слабо светящуюся полосу, опоясывающую весь небосвод, которая напоминает след пролитого молока. В древности эту полосу назвали Млечным Путем. Возраст нашей Галактики приблизительно 1010 лет.

В 1609 г. Г. Галилей с помощью изобретенного им телескопа обнаружил, что Млечный Путь — это огромное скопление звезд. Важным достижением астрофизики прошлого века было открытие межзвездной среды (МЗС). Объекты МЗС называют облаками. Исследование МЗС нашей Галактики - Млечный Путь, показало, что химический состав Солнца аналогичен химическому составу МЗС:

90% — водорода, 7% — гелия, 2—3% тяжелые химические элементы (цифры приблизительные).

Систематическое исследование галактик было начато в начале прошлого века, когда были установлены на телескопах приборы для спектрального анализа световых излучений звезд.

Американский астроном Э. Хаббл разработал метод классификации известных ему тогда галактик с учетом их наблюдаемой формы. В его классификации выделены несколько типов (клас-

сов) галактик, в каждом из которых существуют подтипы или подклассы. Он

же определил примерное процентное распределение наблюдаемых галактик:

эллиптическиепо форме (приблизительно 25%), спиральные(приблизительно

50%), линзообразные(приблизительно 20%) и пекулярные(неправильной формы) галактики (приблизительно 5%).

Сегодня известно, что галактики объединяются в устойчивые структуры (скопления и сверхскопления галактик). Астрономам известно облако галактик с плотностью 220 032 галактик на один квадратный градус. Наша Галактика входит

в скопление галактик, которое называют Местной системой.

ВМестную систему входят наша Галактика, галактика Туманность Андромеды, спиралеобразная галактика из созвездия Треугольник и еще 31 звездная система. Поперечник этой системы —

7 млн световых лет. В это объединение галактик входит галактика Туманность Андромеды, которая существенно больше нашей Галактики: ее диаметр более 300 тыс. св. лет. Она находится на расстоянии 2,3 млн св. лет от нашей Галактики и состоит из нескольких биллионов звезд. Наряду с такой огромной галактикой, как Туманность Андромеды, астрономам известны галактики-карлики.

В созвездиях Льва и Скульптора обнаружены почти шарообразные галактики


 

размером 3000 св. лет в поперечнике. Имеются данные о линейных размерах

следующих крупномасштабных структур во Вселенной: звездные системы — 108

км, галактики, содержащие около 1013 звезд, — 3 · 104 св. лет, скопление галактик

(из 50 ярких галактик) — 107св. лет, сверхскопления галактик— 109 св. лет.

Расстояние между скоплениями галактик равно приблизительно 20 · 107св. лет.

Обозначение галактик принято давать относительно соответствующего каталога: обозначение каталога плюс номер галактики (NGC2658, где NGC — новый общий каталог Дрейера, 2658 — номер галактики в этом каталоге). В первых звездных каталогах галактики ошибочно фиксировались как туманности определенной светимости. Во второй половине ХХ в. было установлено, что классификация галактик Хаббла не является точной: существует большое множество разновидностей пекулярных по форме галактик. Местная система(скопление галактик) входит в гигантское сверхскопление галактик, поперечник которой составляет 100 млн лет, наша Местная система находится от центра этого сверхскопления на расстоянииболее 30 млн св.лет. Современная астро-

номия использует широкий спектр методов исследования объектов,

находящихся на огромных расстояниях от наблюдателя. Большое место в астрономических исследованиях занимает метод радиологических измерений, разработанный в начале прошлого века.

В основе этого метода используется закон «периода полураспада радиактивного химического элемента». Период полураспада означает промежуток времени, в течение которого исходное число ядер химического элемента в среднем уменьшается вдвое. Например, уран-238 (238U) превращается в свинец-

206. Вычислив соотношение количества стабильных ядер химического элемента свинца и число не распавшихся ядер урана-238 в геологической породе, можно установить примерный ее возраст.

Для установления возраста органических остатков используется радиоуглеродный метод.Радиоактивный изотоп углерода 14С имеет период полураспада 5370 лет. Этот изотоп образуется ватмосфере Земли в результате воздействия идущих из космоса на Землю нейтронов на ядра азота 14N. Было установлено, что в живых растениях и животных содержится такая же концентрация 14С (в расчете на 1 млн атомов), как и в земной атмосфере. В мертвых организмах содержится меньше углерода 14С, чем в живых. Следовательно, чем меньше содержание углерода 14С в исследуемых органических остатках, тем больше их возраст. Методика радиологического измерения времени образования геологических пород Земли является достаточно точной, что позволяет говорить о возрасте Земли в 4,5 + 0,2 млрд лет на основе радиологического метода измерения времени.

 

Галактика Млечный Путь

Наша Галактика, Млечный Путь, имеет спиралеобразную форму: при рассмотрении ее сбоку она имеет вид диска с утолщением в центре, сверху — вид спирали, образованной двумя рукавами, расходящимися из ядра Галактики. Масса нашей Галактики более 2 · 1011 масс Солнца. Масса Солнца более 2 · 1030кг. Поперечник Галактики Млечный Путь составляет 100 000 св. лет. Наша Солнечная система находится от центра Галактики на расстоянии 34 000 св. лет. Ядро нашей Галактики находится внутри Млечного Пути в направлении созвездия Стрельца. Ядро Галактики — это центральное сгущение активных процессов, происходящих в Га-

лактике. Предполагается, что масса ядра галактик составляет всего лишь

несколько процентов от массы всей Галактики. Для определения масс крупномасштабных объектов Вселенной (звезды и т. д.) используется ряд зависимостей, например: спектр-светимость, масса-светимость, сила гравитационного взаимодействия и другие. Так, светимость пропорциональна


 

квадрату радиуса звезды и четвертой степени эффективной температуры ее

фотосферы, излучения света. Ядерная физика и квантовая теория позволяют вычислять количество энергии при синтезе химических элементов в звездах. Энергия-масса нашей Галактики распределена в массах ее «населения»: звезды, МЗС и т. д. МЗС составляет 2—3% от общей энергии-массы нашей Галактики. Изучением МЗС нашей Галактики установлено, что эта среда не является однородной по плотности и химическому составу. Структурные элементы МЗС называются облаками. По химическому составу облака МЗС состоят из частичек пыли с примесью тяжелых химических элементов. Частички пыли, как было установлено, представляют собою замороженную воду с примесью тяжелых химических элементов. Суммарная масса пыли в МЗС нашей Галактики составляет приблизительно 0,03% от ее суммарной массы.

Атомарный состав МЗС, как уже говорилось, приблизительно такой же, как и у

Солнца: на 1000 атомов водорода приходится 100 атомов гелия и приблизительно

2—3% атомов тяжелых химических элементов. Среди облаков МЗС выделяются гигантские молекулярные облака (ГМО) с массами приблизительно 105 массы Солнца, их около 6000 в нашей Галактике. ГМО делят на холодные и теплые. Холодные имеют кинетическую температуру 5—10 К, теплые — от 10 до 30 К.

В 1944 г. немецкий астроном В. Бадде (1893—1966) — работал в основном в

США — построил модели звездной природы ядра галактик. Все звезды, входящие

в нашу Галактику, он назвал «звездным населением» и разделил на два типа: 1) звезды ядра Галактики (гало) и 2) звезды периферийной части Галактики (диско).Согласно этой модели все звезды в нашей Галактике сосредоточены в рассеянных

и шаровых скоплениях звезд. Первые принадлежат диско нашей Галактики, вторые входят в гало, центральную часть Галактики. Рассеянные скопления состоят из ста до тысячи звезд, шаровые — из нескольких сотен тысяч и миллионов звезд. Деление звезд на «население диско» и «население гало» отличается от деления ГМО на «население диско» и «население рукавов». К первым

относятся холодные ГМО, ко вторым — теплые. Суть этого отличия состоит в

том, что гравитационное поле Галактики не позволяет переходить звездам,

например из «населения гало» в «население диско». У звезд, составляющих

«население гало», отношение содержания легких химических элементов к тяжелым существенно меньше, чем у звезд «населения диско». Для того чтобы происходил взаимный переход звезд из одного населения в другое, звездам нужно менять свою металличность.Что же касается облаков ГМО, то их движение в Галактике является более интенсивным, т. е. они при движении могут переходить

из холодного в теплое состояние и из теплого в холодное, меняя свое место, положение в Галактике. В настоящее время утверждается, что в нашей Галактике осуществляется процесс образования новых звезд из структур МЗС, названных ГМО (гигантские молекулярные облака в МЗС). На это звездообразование, как считают специалисты, тратится приблизительно 4 массы Солнца в год. При этом говорится, что звезды рождаются в спиральных рукавах (70%), в межзвездном пространстве (10%), в области центра Галактики, с диаметром 1 кпс (10%), над галактической плоскостью, в гало (около 10%). Таким образом, получается, что спиральные рукава, занимающие всего лишь 1% всего объема Галактики, являются основной областью звездообразования в настоящее время. Теория звездообразования, о которой говорилось выше, изложена в интересной работе В.

Г. Сурдина «Рождение звезд»1. Проблемы, с которыми сталкивается эта теория,

следующие:

1. Если наша Галактика тратит 4 массы Солнца своей МЗС на звездообразование в год, то за 2 млрд лет она должна была МЗС уже полностью израсходовать, но Галактика имеет возраст около 10—13 млрд лет, и МЗС в ней сохраняется.

2. Происходит ли процесс звездообразования (ГМО сжимается, уплотняется,


 

отдает часть своей энергии-массы в МЗС и вспыхивает как звезда) одинаковым

для всех форм галактик или только он характерен для спиралеобразных?

3. Каков источник образования энергии-массы МЗС Галактики (только внутренний или общегалактический)?

Одним из ответов на эти вопросы является гипотеза об образовании Галактики

из энергии-массы более крупных структур, таких как сверхскопления галактик и скоплений галактик. Первыми во

1 М.: Эдиториал, УРСС, 1999.

времени, как полагают, образовались сверхскопления галактик, затем —

скопления галактик и лишь позднее появились галактики с индивидуальной формой. Иначе говоря, считается, что энергия-масса, достаточная для образования сверхскоплений галактик, переходит за счет фрагментации в энергию-массу отдельных скоплений галактик и т. д.

Металличностьзвезды — это величина, характеризующая отношение тяжелых элементов в звезде (их условно называют металлами) к количеству содержащегося в ней водорода: Fe/H, где Fe — количество (масса) тяжелых элементов в звезде, Η — масса водорода. За основу шкалы измерения металличности звезды берется металличность Солнца, в котором содержится 2—

3% тяжелых металлов (Fe/H). Существует точка зрения, согласно которой на догалактической стадии, 13 млрд лет тому назад, при формировании нашей Галактики в составе ее энергии-массы не было тяжелых элементов. Она состояла

из водорода (3/4) и гелия (1/4)· Силы тяготения сжимали догалактическую структуру, которую трудно назвать облаком, как часто это делается. В этой догалактической структуре произошло уплотнение и фрагментация, т. е. появились неоднородности с высокой плотностью. Эти фрагментарные плотности могут рассматриваться как очаги образования скоплений звезд спектрального класса О и В. Эти звезды называют звездами первого поколения или предсверхновыми,поскольку их масса достигала, как полагают, несколько тысяч масс Солнца.

Звезды спектральных классов Он В наблюдаются сегодня. Они имеют температуру поверхности от 15 000 до 25 000 К и существенно выше. Однако они

не являются чисто водородно-гелиевыми звездами первого поколения. В линиях

их спектров наблюдаются линии водорода, гелия, кремния, кислорода и углерода. Чисто водородно-гелиевых звезд не удалось обнаружить до сих пор: есть звезды с содержанием тяжелых элементов в 100—400 раз меньше, чем у Солнца, но еще с меньшим содержанием не наблюдаются. В связи с этим фактом высказывается предположение о наличии замедленной или прерывистой физико-химической эволюции Галактики: в течение первой половины жизни Галактики происходил линейный рост тяжелых элементов в межзвездной среде за счет звезд первого поколения, затем этот рост приостановился. Как полагают, звезды первого поколения обладали огромной энергией-массой, которая позволяла возникнуть термоядерному синтезу тяжелых химических элементов из легких. Они просуще-

ствовали приблизительно 1 млрд лет, выбросив огромную энергию-массу в

окружающую среду, обогатив ее тяжелыми химическими элементами. Образовавшаяся в Галактике межзвездная среда, как полагают, привела к образованию звезд второго поколения.Энергия-масса этих звезд не позволяет образовывать тяжелые химические элементы. Например, наше Солнце, возрастом

в 5 млрд лет, не может образовывать тяжелые химические элементы, их оно

«заимствовало» из МЗС Галактики. Звезды, содержащие много тяжелых химических элементов, называют молодыми в смысле места, которое они занимают в эволюции Вселенной. Современные исследования обнаружили мощный источник излучения в диапазоне радиоволн из ядра нашей Галактики. Ядро нашей Галактики, по современным оценкам, имеет линейные размеры порядка 4000 св. лет.

Высказывается мнение, что внутри ядра находится массивная «черная дыра»,


 

окруженная газовым облаком диаметром в 1 млрд км, являющаяся источником

выброса энергии-массы (вещества) со скоростью около 600 км/с в количестве одной массы Солнца в год. Эта гипотеза требует соответствующей проверки. Для проверки этой гипотезы российские и западноевропейские ученые планируют запустить в 2006 г. сверхмощный телескоп, который, как полагают ученые, поможет рассмотреть эту «черную дыру».

 

Звезды

Самым распространенным небесным телом в наблюдаемой Вселенной являются звезды. По современным представлениям, звезда — это газоплазменный объект, в котором происходит термоядерный синтез при температурах свыше 10 млн градусов по шкале Кельвина. По своему химическому составу звезды близки: состоят в основном из водорода, гелия и небольшого процента тяжелых химических элементов, но существуют большие различия в их массе, светимости

и размерах. Называются примерные величины массы звезды: от 0,04 до 0,08 масс Солнца (минимальные) и от 60 до нескольких сотен масс Солнца (максимальные). Однако по этому вопросу высказываются различные взгляды. В туманности Тарантул в галактике Большое Магелланово Облако обнаружен объект (R. 136а)

со светимостью 108 светимости Солнца, что говорит о его огромной массе в 4000 масс Солнца. С помощью современного Хаббловского космического телескопа удалось уточнить структуру этого объекта, который, как оказалось, состоит из не-

скольких сверхгигантов, имеющих массу, как полагают, равную 100—150

массам Солнца. Это предположение основывается на измерении скорости истечения вещества из этих звезд, которая равна приблизительно 3500 км/с, тогда как у известных сверхгигантов спектрального класса О она равна 1000 км/с. Есть еще один кандидат на сверхмассивную звезду в галактике NGC1058, блеск которого указывает на массу в 2000 масс Солнца.

Светимость — величина полного светового потока, испускаемая единицей поверхности источника света. Светимость звезды означает, грубо говоря, силу света звезды. Для современной астрофизики светимость звезды может многое рассказать о ее внутренних процессах. Цвет, светимость звезд позволяет разделить их на классы и подклассы:

— бело-голубые с температурой поверхности от 10 000 до 30 000 К и более;

— желтые (наше Солнце) с температурой поверхности 6000 К;

красные(холодные) с температурой поверхности 2000 К.

Кроме этого, очень важным параметром звезды является периодичность и характер изменения светимости звезды, а также наличие тесного гравитационного взаимодействия с близкими звездами-соседями. В последнем случае имеется в виду, что многие звезды обращаются вокруг общего гравитационного центра с одним или несколькими звездами компаньонами.

Изучение звезд началось с древнейших времен, о чем свидетельствуют древние источники Китая, Японии, Вавилона, и сохранение терминологии, принятой в их обозначении. Например, великий астроном Тихо Браге ввел в 1572 г. термин

«новая звезда». Он имел в виду факт рождения на небесной сфере новой звезды.

На самом деле то, что назвал Браге новой звездой, является определенным состоянием уже ранее существовавшей звезды. Существует точка зрения, что новая звезда в терминологии Т. Браге — это звезды — гравитационные двойники. Одна из этих звезд находится в очень нагретом состоянии, а другая — более холодная. Переход энергии-массы от одной звезды к другой приводит к яркой вспышке звезды, обогатившейся энергией-массой другой. Новые звезды Т. Браге называют по традиции обыкновенными новыми звездами. В нашей Галактике зафиксировано не менее 170 подобных звезд.

В 1934 г. по предложению американцев Ф. Цвикки и В. Бааде был введен

новый термин «сверхновая звезда» для обозначения объектов в галактиках,


 

неожиданные вспышки которых превосходили по своей светимости наблюдаемую

светимость галактик. Сверхновая звезда — это взорвавшаяся звезда с выбросом огромной энергии (1040 эрг/с), сопровождающимся истечением с высокой скоростью (до 10 000 км/с) выброшенного из звезды вещества. В 1987 г. астрономы наблюдали вспышку сверхновой звезды в галактике Большое Магелланово Облако с помощью Хаббловского космического телескопа, находящегося на околоземной орбите на расстоянии 360 км. Предварительная обработка информации, полученной с помощью Хаббловского космического телескопа, подтвердила теоретические предположения о звездах этого типа: 1)

10% массы этой звезды излучается в виде частиц нейтрино. Туманность, которая образовалась в результате взрыва сверхновой звезды, содержит не только легкие химические элементы, но и тяжелые — серу, железо, кремний и некоторые другие. Это означает, что взрыв сверхновых звезд обогащает межзвездную среду галактик тяжелыми химическими элементами; 2) после взрыва сверхновой звезды остается центральное тело — остаток звезды, которое удерживает вокруг себя образовавшуюся туманность. В конце прошлого века было известно более 1500 сверхновых звезд.

Относительно судьбы звезд между специалистами в основном нет крупных расхождений. Считается, что судьба звезды зависит главным образом от ее массы:

1) звезда с массой 1,2 массы Солнца превращается в белый карлик;2) звезда с массой в 5 раз больше массы Солнца превращается в нейтронную звезду; 3) звезда

с массой в 10 раз больше массы Солнца превращается в черную дыру.

На существование «черных дыр» астрофизики возлагают большие надежды в связи с разгадкой расхождения между массами наблюдаемой и вычисленной применительно к нашей Галактике. Наблюдаемая масса нашей Галактики составляет всего лишь 15—20% от ее полной массы, согласно вычислениям

«господствующей» в ней силы тяготения, плотности излучения и т. п. Предполагается существование «черных дыр» внутри ядра нашей Галактики. В начале 2004 г. было сообщение в средствах массовой информации о захвате куска массивной звезды в галактике RXD-J «черной дырой». Звезда находится на расстоянии в 100 млн раз больше расстояния от Земли до Солнца: Современная астрономия обнаружила мощные источники пополнения межгалактической

среды и межзвездной среды в галактиках энергией-массой и излучением.

Цефеиды— это переменные звезды. Впервые такого рода звезда была обнаружена в созвездии Цефея. Отсюда их название. Эти звезды периодически меняют свою светимость от 1 до 50 суток (иногда и более) с амплитудой изменения блеска от 0,5т до 2т. Считают, что внутренние процессы этих звезд приводят не к взрывам, а к их расширению и сжатию с определенной периодичностью, что и ведет к изменениям их светимости. Цефеиды — сверхгиганты и гиганты. Радиус цефеид в 30 раз больше солнечного (солнечный радиус равен 700 тыс. км). Пульсары— это источники импульсного электромагнитного излучения, проявляющегося в оптическом диапазоне, в диапазонах радиоволн, рентгеновского и гамма излучений. Это обстоятельство позволяет астрономам классифицировать пульсары с учетом диапазонов их излучения.

Пульсары создают излучение с удивительной точностью их повторения или периодичности от нескольких сотен долей секунды до секунды и более. Пульсары были открыты в 1967—1968 гг. Эта периодичность наводила на мысль некоторых исследователей на разумный, цивилизованный характер импульсов излучения, существование внеземных цивилизаций. Исследования пульсаров установили, что

из более двухсот обнаруженных пульсаров практически все они находятся в нашей Галактике. Расстояние до них колеблется от 100 до 85 тыс. св. лет. Наша Галактика — 100 тыс. св. лет в поперечнике. Причем располагаются пульсары в том же спиральном рукаве, что и наше Солнце. Большинство пульсаров излучают свою энергию в диапазоне рентгеновского излучения. Определение возраста


 

пульсаров с периодом излучения 0,5— 2 с показало, что возраст их составляет от

1 до 30 млн лет.

Одним из объяснений пульсаров является модель «нейтронной вращающейся звезды», у которой ось вращения не совпадает с ее магнитной осью. Это создает

«магнитный конус», который ускоряет попавшие в него частицы излучения. Это излучение называется синхротроннымили нетепловым.

Вопрос о статусе пульсаров не является окончательно решенным: это может быть центральное тело взорвавшейся сверхновой звезды или что-то другое. В

1987 г. был открыт очень быстрый пульсар со скоростью вращения до 2000

оборотов в секунду. Среди претендентов на пульсары выдвигаются вращающиеся

не только нейтронные, но и кварковые звезды. Нейтронная звезда — это так-

же состояние, этап в эволюции звезд с определенной массой. Температура

внутри нейтронной звезды достигает порядка 5 млрд К, плотность ее ядра имеет приблизительно 1018 г/см3. Это — некое слоенное образование. Первое объяснение нейтронной звезды принадлежит советскому физику-теоретику, Нобелевскому лауреату, академику АН СССР Л. Ландау. Это объяснение было высказано в 1932 г. и затем развивалось рядом известных физиков и астрономов. Согласно идеи А. Ландау, нейтронная звезда может возникнуть как конечная стадия сверхновой звезды. Нейтронная звезда — это небесное тело, состоящее только из нейтронов, т. е. частиц без электронного заряда. Для образования такого тела необходима стадия образования в ядре железа, которое под действием сил гравитации распадается на протоны и нейтроны, которые затем становятся основным химическим элементом звезды. Существует мнение, что объект, называемый термином «нейтронная звезда», имеет ядро из нейтронной жидкости, окруженное железной корой с температурой от 1 млрд К до 5 млрд К. Достаточно трудно представить физическую природу этого состояния. Предполагается, что нейтронная жидкость должна препятствовать дальнейшему сжатию нейтронной звезды. Нейтронная звезда с примесью кварков называется кварковой звездой.

«Белые карлики»— конечная судьба звезд, равных по массе нашему Солнцу. Образование «белого карлика» происходит поэтапно: «выгорает»полностью водород звезды, затем начинает «гореть» гелий, что приводит к образованию огромной горячей оболочки вокруг звезды, т. е. звезда превращается в «красный гигант», после этой стадии происходит сброс в окружающую среду оболочки

«красного гиганта» и оставшаяся энергия-масса звезды принимает состояние

«белого карлика». Состоянию «белого карлика» может предшествовать, как полагают астрономы, небольшая (на несколько миллионов лет) стадия

«пульсации». «Белый карлик» состоит, главным образом, из устойчивых ядер железа, заключенных в небольшом размере (в 100 раз меньше в поперечнике, чем поперечник звезды, из которой он образовывается), и с реальной высокой плотностью (в 100 млн раз превышает плотность воды).

Наше Солнце превратится в «красный гигант» приблизительно за 5 млрд лет, светимость которого будет в 100 раз больше светимости настоящего Солнца, а размер — в 400 раз больше размера Солнца. Приблизительно через 100 тыс. лет оно сбросит свою оболочку и будет превращаться в «белый карлик».

Существует мнение, что состояние «белый карлик» может рассматриваться и

для звезд с массой от 1,4 до 2,5 масс Солнца. В этом случае из-за огромной массы звезды «белый карлик» может перейти в нейтронную звезду или взорваться, обогатив тем самым окружающую среду тяжелыми химическими элементами.

Гипотезы об образовании «белых карликов» основываются на достаточно точных знаниях энерговыделения при синтезе и делении ядерных процессов.

«Черный карлик»— этим термином называют неудавшиеся звезды. Чтобы загорелась звезда, нужно преодолеть высокий энергетический барьер для возникновения плазмы. Энергия-масса «черных карликов» не позволяет оторвать ядра атомов от их электронов в веществе, из которого состоит «черный карлик».

«Черная дыра».Вычисления показывают, что звезду с массой в 10 раз больше


 

массы Солнца ожидает гравитационный коллапс, так как силы,

противодействующие ее гравитационному сжатию, будут значительно слабее силы притяжения, заставляющей массу звезды концентрироваться с высокой плотностью в объеме с так называемым гравитационным радиусом «черной дыры», который определяется по формуле: rg = 2Gm/c2, где G — гравитационная постоянная, с — скорость света, rg — гравитационный радиус, т — масса звезды.

«Белая дыра»— это конечная стадия «черной дыры», которую ученые объясняют на основе обобщенного принципа термодинамики «черных дыр»: сумма энтропии «черной дыры» и энтропии окружающей ее среды никогда не убывает. Это означает, что некоторые частицы могут покидать ее, и тем самым

«черная дыра» начинает «белеть». По существу, этот принцип говорит о тепловом характере излучений «черной дыры», и, следовательно, это излучение дает информацию о происходящих внутри нее процессах.

Теория «черных и белых дыр» продолжает развиваться. В частности, высказываются взгляды о том, что «белые дыры» — это мощный источник образования энергии-материи для галактик.

«Червоточина».Этим термином называют «черную дыру», вывернутую наизнанку в пространственно-временном смысле, как туннель в другую Вселенную. В настоящее время высказывается мнение о том, что «черные дыры» возникают в системе двойных звезд.

В 1943 г. американский астроном К. Сейферт обнаружил 12 галактик с

активной центральной частью, ядром, генерирующим волны в диапазонах радиоволн (нетеплового) излучения. Это открытие способствовало развитию исследований внутреннего строения галактик, а также физико-химических процессов, происходящих в разных их областях (ближе к центру и на периферии).

Советский астроном И. С. Шкловский (1916—1985) выдвинул интересную гипотезу по поводу галактик К. Сейферта. Ядро галактик К. Сейферта является единым сильно намагниченным образованием, которое он назвал вращающимся плазменным телом, состоящим из нескольких слоев, движущихся с разными скоростями (магнитная энергия движения плазменных слоев превращается в энергию заряженных частиц, которые движутся в направлении вращения слоев плазмы).

Изучение галактик Сейферта на основе более совершенной техники привело к открытию в 60-х годах ХХ в. необычных объектов, получивших название

«квазары»(лат. quasi — якобы), т. е. «будто» звезды.

Квазар— необычные объекты, которые нельзя отнести ни к галактикам, ни к звездам. Сейчас известно около тысячи квазаров. Они расположены почти равномерно по всем направлениям небесной сферы, но расположены на разных расстояниях. Свет от самого близкого квазара идет до нас за 1 млрд лет, от самого далекого — 12 млрд лет. Мощность излучения, идущего от квазара, является переменным и фиксируется в диапазоне рентгеновских волн. Считается, что размеры квазаров невелики, порядка нескольких световых дней, время жизни порядка нескольких миллионов лет. За время своей жизни квазар выделяет огромную энергию (1060эрг).

 

Солнечная система

Солнечная система представляет собой систему «звезда — планеты». В нашей Галактике приблизительно 200 млрд звезд, среди которых, как полагают специалисты, некоторые звезды имеют планеты. В Солнечную систему входит центральное тело, Солнце, и девять планет с их спутниками (известно более 60 спутников). Диаметр Солнечной системы — более 11,7 млрд км.

В начале XXI в. в Солнечной системе обнаружен объект, который астрономы назвали Седной (имя эскимосской богини океа-

на). Седна имеет диаметр в 2000 км. Один ее оборот вокруг Солнца составляет


10 500 земных лет.


Некоторые астрономы называют этот объект планетой Солнечной системы. Другие астрономы называют планетами только космические объекты, имеющие центральное ядро с относительно высокой температурой. Например, температура

в центре Юпитера, по расчетам, достигает 20 000 К. Поскольку в настоящее время

Седна находится на расстоянии около 13 млрд км от центра Солнечной системы,

то информация об этом объекте достаточно скудна. В самой дальней точке орбиты расстояние от Седны до Солнца достигает огромной величины — 130 млрд км.

В нашу звездную систему входят два пояса малых планет (астероидов). Первый находится между Марсом и Юпитером (содержит более 1 млн астероидов), второй — за орбитой планеты Нептун. Некоторые астероиды имеют диаметр более 1000 км. Внешние границы Солнечной системы окружены так называемым облаком Оорта,названо по имени нидерландского астронома, высказавшего в прошлом веке гипотезу о существовании этого облака. Как полагают астрономы, самый близкий к Солнечной системе край этого облака состоит из льдинок воды и метана (ядер комет), которые, подобно мельчайшим планетам, обращаются вокруг Солнца под действием его силы тяготения на расстоянии свыше 12 млрд км. Количество подобных миниатюрных планет исчисляется миллиардами.

В литературе часто встречается гипотеза о звезде-спутнике Солнца Немезиде. (Немезида в греч. мифологии является богиней, карающей за нарушение морали и законов). Некоторые астрономы утверждают, что Немезида находится на расстоянии 25 трлн км от Солнца в самой отдаленной точке своей орбиты вокруг Солнца и 5 трлн км — в самой близкой точке ее орбиты к Солнцу. Как полагают эти астрономы, прохождение Немезиды через облако Оорта вызывает катастрофы

в Солнечной системе, поскольку небесные тела из этого облака попадают в Солнечную систему. Астрономы с древних времен интересуются остатками тел внеземного происхождения, метеоритами. Ежедневно, как утверждают исследователи, падает на Землю около 500 внеземных тел. В 1947 г. упал метеорит, названный Сихотэ-Алиньским (юго-восточная часть Приморского края), весом в 70 т, с образованием 100 кратеров на месте падения и множества обломков, которые были разбросаны на площади в 3 км2. Все его осколки были собраны. Более 50% падающих

метеоритов — каменные метеориты, 4% — железные и 5% — железокаменные.

Среди каменных выделяют хондриты (от соответствующего греч. слова — шарик, зерно) и ахондриты. Интерес к метеоритам связан с изучением вопроса о происхождении Солнечной системы и происхождении жизни на Земле.

Наша Солнечная система делает со скоростью 240 км/с полный оборот вокруг центра Галактики за 230 млн лет. Это называется галактическим годом.Кроме этого, Солнечная система движется вместе со всеми объектами нашей Галактики

со скоростью приблизительно 600 км/с вокруг некоторого общего гравитационного центра скопления галактик. Это означает, что скорость движения Земли относительно центра нашей галактики в несколько раз больше ее скорости относительно Солнца. Кроме этого, Солнце вращается вокруг своей оси

со скоростью 2 км/с. По своему химическому составу Солнце состоит из водорода (90%), гелия (7%) и тяжелых химических элементов (2—3%). Здесь указываются приблизительные цифры. По массе атом гелия почти в 4 раза больше массы атома водорода.

Солнце — звезда спектрального класса G, располагающаяся на главной последовательности звезд диаграммы Герцшпрунга — Ресселла. Масса Солнца (2·

1030 кг) составляет практически 98,97 % всей массы Солнечной системы, на все остальные образования в этой системе (планеты и т. д.) приходится всего лишь

2% общей массы Солнечной системы. В суммарной массе всех планет основную долю составляет масса двух планет-гигантов, Юпитера и Сатурна, около 412,45 земных масс, на остальные приходится всего лишь 34 земных массы. Масса Земли


 

— 6 · 1024кг, 98% момента количества движения в Солнечной системе

принадлежит планетам, а не Солнцу. Солнце — это созданный природой естественный термоядерный плазменный реактор, имеющий форму шара со средней плотностью 1,41 кг/м3. Это означает, что средняя плотность на Солнце чуть больше плотности обычной на нашей Земле воды. Светимость Солнца (L) равна примерно 3,86 • 1033эрг/с. Радиус Солнца составляет округленно 700 тыс. км. Таким образом, два радиуса Солнца (диаметр) в 109 раз больше земного. Ускорение свободного падения на Солнце — 274 м/с2, на Земле — 9,8 м/с2. Это означает, что вторая космическая скорость для преодоления силы тяготения Солнца равна 700 км/с, для Земли — 11,2 км/с.

Плазма— это физическое состояние, когда ядра атомов отдельно сосуществуют с электронами. В слоенном газоплазменном

образовании под действием силы гравитации происходят существенные

отклонения от средних значений температуры, давления и т. д. в каждом слое

Солнца.

Термоядерные реакции идут внутри Солнца в шаровой области с радиусом 230 тыс. км. В центре этой области температура около 20 млн К. Она понижается к границам этой зоны до 10 млн К. Следующая шаровая область с протяженностью

280 тыс. км имеет температуру 5 млн К. В этой области термоядерные реакции не идут, поскольку пороговая для них температура в 10 млн К. Эту область называют областью переноса лучистой энергии, идущей изнутри предшествующей области.

За этой областью следует область конвекции(лат. convectio — привоз,

перенесение). В области конвекции температура достигает 2 млн К.









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 102;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная