Контрольная работа по естествознанию

В результате силы тяготения очень медленно вращающийся вихрь сжимался в шар или несколько сплюнутый эллипсоид. Размеры такого правильного гигантского водородного облака были от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч световых лет.

Астрономические исследования показывают, что скорость вращения завихрения предопределила форму галактики, родившейся из этого вихря. Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей галактики.

Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики.

Протогалактика, которая вообще не вращалась, становится родоначальницей шаровой галактики.

Протогалактика сжималась и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала определённого уровня, начали выделятся и сжимается сгустки водорода. Рождались протозвёзды, которые позже эволюционировали в звёзды. Рождение всех звёзд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти одновременно. Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто миллионов лет. Это значит, что в эллиптических галактиках все звёзды приблизительно одинакового возраста, т.е. очень старые. В эллиптических галактиках весь водород был исчерпан сразу же в самом начале, примерно в первую сотую существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых этого периода звёзды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических галактиках количество межзвёздного вещества ничтожно.

Спиральные галактики, в том числе и наша, состоят из очень старой сферической составляющей (в этом они похожи на эллиптические галактики) и из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах. Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение эллиптических. Спиральные галактики кроме этого вращаются значительно быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они образовались из быстро вращающихся вихрей сверхгалактики. Поэтому в создании спиральных галактик участвовали и гравитационная и центробежная силы.

Если бы из нашей галактики через сто миллионов лет после её возникновения (это время формирования сферической составляющей) улетучился весь межзвёздный водород, новые звёзды не смогли бы рождаться, и наша галактика стала бы эллиптической.

Но межзвёздный газ в те далекие времена не улетучился, и, таким образом гравитация и вращение могли продолжать строительство нашей и других спиральных галактик. На каждый атом межзвёздного газа действовали две силы — гравитация, притягивающая его к центру галактики и центробежная сила, выталкивающая его по направлению от оси вращения. В конечном итоге газ сжимался по направлению к галактической плоскости.

В настоящее время межзвёздный газ сконцентрирован к галактической плоскости в весьма тонкий слой. Он сосредоточен прежде всего в спиральных рукавах и представляет собой плоскую или промежуточную составляющую, названную звёздным населением второго типа.

На каждом этапе сплющивания межзвёздного газа во всё более утончающийся диск рождались звёзды. Поэтому в нашей галактике можно найти, как старые звёзды, возникшие примерно десять миллиардов лет назад, так и звёзды родившиеся недавно в спиральных рукавах, в так называемых ассоциациях и рассеянных скоплениях.

Можно сказать, что чем более сплющена система, в которой родились звёзды, тем они моложе. Вселенная развивается и в наше время. В спиральных галактиках рождаются и умирают звезды. Вселенная продолжает расширяться.

И это расширение приводит к тому, что галактики движутся. Иногда встречаются даже т.н. взаимодействующие галактики. Термин "взаимодействующие галактики" был предложен советским астрономом Б.А. Воронцовым-Вельяминовым (1980 г.). Чаще всего эти необычные звездные системы являются членами пар или тесных групп, т.е. они взаимодействуют друг с другом.

Взаимодействующие галактики — это не случайно встретившиеся звёздные системы, а тесные пары, связанные общим происхождением. Гравитационные поля этих систем создают приливные силы, которые искажают форму галактик и их внутреннюю структуру. Взаимодействие, в конце концов, приводит к сближению систем и последующему слиянию. Астрономы открыли, что в некоторых галактиках видны двойные ядра, протяжённые звёздные короны, что говорит о возможном слиянии систем.

Взаимодействие играет очень большую роль в эволюции звездных систем. В это время наблюдается вспышка звёздообразования, во время которой рождаются сотни миллионов звёзд. Существуют "галактики-каннибалы", которые, являясь более массивными, разрушают небольшие галактики. Астрономы предполагают, что миллиарды лет назад взаимодействие и слияние галактик происходило значительно чаще, к настоящему времени они уже успели слиться в единые системы.

Нашу Галактику можно отнести к числу слабо взаимодействующих галактик. Она испытывает гравитационное воздействие со стороны близких спутников — Большого и Малого Магеллановых Облаков. Влияние нашей Галактики немного сильнее, и постепенно Магеллановы Облака разрушаются. Через несколько миллиардов лет Магеллановы Облака войдут в нашу систему и сольются с ней.

Квазар - это галактика, в центре которой находится сверхмассивная черная дыра. Квазары испускают настолько большое количество излучения, что затмевают все остальные объекты во Вселенной. По этой причине квазары очень сложно изучать - испускаемое излучение не позволяет разглядеть эти объекты в деталях. Обычно квазары окружены кольцом из пыли, и в зависимости от его расположения различают два типа квазаров. О первом типе говорят, когда кольцо расположено так, что не закрывает от наблюдателя квазар. Квазары второго типа загорожены от объективов телескопов "стенкой" кольца.

Теоретически, именно изучение квазаров второго типа может дать наиболее ценные сведения о них, так как пыль загораживает часть излучения. Однако до сих пор все известные астрономам квазары второго типа были полностью скрыты от глаз пылевой заслонкой. Авторам новой работы при помощи Очень большого телескопа (Very Large Telescope) в Чили удалось исследовать квазар SDSS J0123+00, относящийся ко второму типу.

Ученые обнаружили, что квазар окружен туманностью из ионизованного газа, простирающейся на 590 тысяч световых лет (это примерно в шесть раз больше, чем диаметр Млечного Пути). Туманность служит мостом, соединяющим квазар с соседней галактикой, и этот факт можно рассматривать как подтверждение гипотезы, что квазары используют находящиеся поблизости звездные скопления в качестве "топлива". Здесь можно посмотреть короткое видео, представляющее взаимодействие квазара с соседней галактикой через туманность-"посредника".

Недавно другому коллективу астрономов удалось получить интересные данные, проясняющие происхождение квазаров. Астрономы установили, что эти объекты возникают в результате столкновения и слияния галактик.

Млечный путь.

Наша галактика называется Млечный Путь.

рис.1 Галактика Млечный Путь.

Млечный Путь — грандиозное звёздное скопление, видимое на ночном небе как туманная, молочная полоса. Размеры галактики постоянно уточняются, и в начале XX в. для неё приняли следующие величины: диаметр галактического диска равен 100 тыс. св. лет (30,7 тыс. пк), толщина — около 1000 св. лет (310 пк). Размеры галактики были намечены по расположению звёзд, которые видны на больших расстояниях. Это цефеиды и гиганты. Всего в галактике 150 млрд. звёзд (возможно до триллиона), более 100 туманностей. Масса нашей галактики равна 2•1011 масс Солнца (масса Солнца равна 2•1030 кг.) причём 1/1000 её заключена в межзвёздном газе и пыли.

Газ в диске галактики сосредоточен вблизи его плоскости, где он образует многочисленные газовые облака или туманности. Газовые туманности различаются по цвету — белые, зеленоватые, розовые и др.; цвет их зависит от температуры, плотности и химического состава газов.

Наиболее многочисленны из газовых туманностей — водородные, ведь водород является основным химическим элементом всей нашей галактики. На втором месте по распространению — гелий (его 1/4); остальные химические элементы присутствуют в очень маленьких количествах.

Типичное облако атомарного водорода имеет температуру около 70 К, невысокую плотность (несколько десятков атомов в 1 см3). Размеры облаков водорода от 10 до 100 пк.

Кроме газа в пространстве имеется пыль. Она образует тёмные туманности, плотность которых. ничтожно мала; в 1 см3 пространства содержится один атом газа, на 100 млрд. атомов приходится одна пылинка.

Пылевые частички в нашей Галактике концентрируются в плоскости галактического диска, поэтому большая часть тёмных пятен сосредоточена именно на фоне Млечного Пути. Наблюдения показали, что межзвёздная пыль состоит преимущественно из двух видов частиц: углеродных и силикатных. Размер пылинок колеблется от одной миллионной до одной десятитысячной доли сантиметра.

Межзвёздные пыль и газ служат материалом, из которого формируются новые звёзды. В газовых облаках под действием сил тяготения образуются сгустки — зародыши будущих звёзд. Сгусток продолжает сжиматься до тех пор, пока в его центре температура и плотность не повысятся до такой степени, что начинаются термоядерные реакции. С этого времени сгусток газа превращается в звезду.

Межзвёздная пыль принимает активное участие в этом процессе. Пыль способствует более быстрому остыванию газа. Она поглощает энергию, выделяющуюся при сжатии, и переизлучает её в другом спектре. От свойств и количества пыли зависит масса образующихся звёзд...

Если в облаке образовалась звезда, то её воздействие на газ и пыль ускоряет процесс конденсации соседних облаков и образование звёзд в них. Рано или поздно весь водород сгорает, превратившись в гелий. Как только ядерные реакции затухают, ядро звезды сжимается, а внешние слои расширяются. На определённой стадии звезда сбрасывает свою внешнюю оболочку и возвращает в межзвёздную среду часть газа, затраченного на её образование.

Всё пространство галактики Млечный Путь пронизано космическими лучами, представляющими собой поток атомных ядер очень высоких энергий, состоящий в основном из протонов (90% протоны, остальное альфа-частицы и ядра более тяжёлых элементов). Космические лучи имеют галактическое происхождение. Возможно, также, что космические лучи могут рождаться и за пределами нашей Галактики.

Наиболее мощные источники космических лучей в пределах галактики Млечный Путь — оболочки сверхновых звёзд. Согласно расчётам исследователей (В.Л. Гинзбург, И.С. Шкловский, 1980), наблюдаемые вспышки сверхновых и новых звезд могут поддерживать количество частиц космического излучения в Галактике на наблюдаемом уровне.

У поверхности Земли плотность космических лучей невелика, они практически полностью поглощаются в атмосфере. Значение космических лучей заключается в том, что в атмосфере Земли они способствуют образованию вторичных радиоактивных изотопов. Вместе с другими изотопами они вступают в круговорот, попадают в состав тканей растений, животных, человека. По мнению В.И. Вернадского (1987), именно воздействие космических лучей привело к развитию живого вещества и разума на Земле.

Галактика Млечный Путь является спиральной галактикой промежуточного типа Sb. Плоский линзообразный диск галактики погружен в разреженное звёздное облако — гало. Гало состоит из очень старых, неярких звёзд с небольшой массой. Они встречаются как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений. Астрономы определили, что возраст звёзд гало составляет 12 млрд. лет.

Характерной особенностью звёзд гало является малая доля в них тяжелых элементов; звёзды содержат металлов в сотни раз меньше, чем Солнце.

Звёзды гало движутся вокруг центра галактики по очень вытянутым орбитам. Гало в целом вращается очень медленно. Диск вращается заметно быстрее, скорость вращения возрастает от нуля в центре до 200-240 км/с на расстоянии 2000 св. лет от него. Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звезды и звёздные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет.

Для центральных областей галактики Млечный Путь характерна большая концентрация звёзд: в кубическом парсеке их может быть несколько тысяч.

Так называемое центральное сгущение большей частью скрыто от нас тёмной непрозрачной материей.

Лучше всего видна южная его половина в виде яркого звёздного облака в созвездии Стрельца. В инфракрасных лучах, значительно слабее поглощаемых межзвёздной пылью, удается наблюдать и вторую, северную его половину. Разделяющая их мощная полоса пылевой материи непрозрачна даже для инфракрасных лучей.

Центральное сгущение занимает на небе область 28°- 18°, что соответствует линейным размерам 4,8-3,1 кпк.

В самом же центре галактики расположено ядро диаметром 1000-2000 пк. Предполагается, что ядро представляет собой компактный массивный объект — чёрную дыру массой около миллиона масс Солнца.

Одним из наиболее заметных образований в диске являются спиральные рукава, или ветви. Спиральная структура нашей галактики очень хорошо развита. Выделяются две спиральные ветви: Стрельца и Персея (названы по созвездиям, где обнаруживаются эти ветви), выходящие . В созвездии Ориона проходит ещё одна, не столь ярко выраженная ветвь (Орионов рукав) на внутренней стороне которого расположена наша Солнечная система. Два других спиральных рукава галактики: Центавра и Лебедя. Вдоль рукавов сосредоточены самые молодые звёзды, например, сверхгиганты, рассеянные звёздные скопления и ассоциации. В рукавах происходит активное звёздообразование, здесь часто вспыхивают сверхновые.

Расстояние от Солнечной системы до центра галактики Млечный Путь составляет 23-28 тыс. св. лет (7-9 тыс. пк). Солнце находится на периферии Галактики, вне крупных спиральных рукавов. Для Земли это обстоятельство очень благоприятно: она расположена в относительно спокойной части Галактики и в течение миллиардов лет не испытывает влияния космических катаклизмов.