Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Негосударственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

РЕФЕРАТ

по концепции современного естествознания

на тему: «Эволюция и строение Галактики»

Москва 2013

Введение

1. Эволюция галактик

2. Строение галактик

3. Строение нашей галактики (Млечный путь)

Заключение

Список используемой литературы

Введение

На данный момент удовлетворительной теории возникновения и эволюции галактик не существует. Есть несколько конкурирующих гипотез, объясняющих это явление, но каждая имеет свои серьёзные проблемы. Согласно инфляционной гипотезе, после возникновения первых звёзд во Вселенной начался процесс гравитационного объединения их в скопления и далее в галактики. В последнее время эта теория поставлена под сомнение. Современные телескопы способны «заглянуть» так далеко, что видят объекты, существовавшие приблизительно через 400 тыс. лет после Большого взрыва. Обнаружилось, что и на тот момент уже существовали вполне сформировавшиеся галактики. Предполагается, что между возникновением первых звёзд и вышеуказанным периодом развития Вселенной прошло слишком мало времени, и согласно теории Большого взрыва, галактики сформироваться просто не успели бы.

Другая распространенная гипотеза заключается в том, что в вакууме постоянно происходят квантовые колебания. Происходили они и в самом начале существования Вселенной, когда шёл процесс инфляционного расширения Вселенной, расширения со сверхсветовой скоростью. Это значит, что расширялись и сами квантовые флуктуации (от лат.fluctuatio -- колебание), причем до размеров, возможно, во много-много раз превышающих свой начальный размер. Те из них, которые существовали в момент прекращения инфляции, остались «раздутыми» и таким образом оказались первыми тяготеющими неоднородностями во Вселенной. Получается, что у материи было порядка 400 тыс. лет на гравитационное сжатие вокруг этих неоднородностей и образование газовых туманностей. А далее начался процесс возникновения звёзд и превращения туманностей в галактики.

1. Эволюция галактик

Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции Вселенной, происходящий под действием гравитационных сил. По-видимому, около 14 млрд. лет назад в первичном веществе началось обособление протоскоплений (прото от греческого - первый). В протоскоплениях в ходе разнообразных динамических процессов происходило выделение групп галактик. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик. Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа. Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики.

Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления. Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения. К ним относится наше Солнце. Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад. Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной. Одним из секретов астрономии остаётся вопрос о том, что из себя представляют ядра галактик. Очень важным открытием явилось то, что некоторые ядра галактик активны. Это открытие было неожиданным. Раньше считалось, что ядро галактики - это не больше чем скопление сотен миллионов звёзд. Оказалось, что и оптическое и радиоизлучение некоторых галактических ядер может меняться за несколько месяцев. Это означает, что в течении короткого времени из ядер освобождается огромное количество энергии, в сотни раз превышающее то, которое освобождается при вспышке сверхновой. Такие ядра получили название «активных», а процессы, происходящие в них «активность». В1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков, раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали квазарами. Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.

К проблеме эволюции галактик ученые начали серьезно подходить в середине 40-х годов ХХ века. Эти годы ознаменовались рядом важных открытий в звездной астрономии. Удалось выяснить, что среди звездных скоплений, рассеянных и шаровых, имеются молодые и старые, и ученые даже смогли оценить их возраст. Нужно было произвести своеобразную перепись населения в галактиках разных типов и сравнить результаты. В каких галактиках (эллиптических или спиральных), в каких классах галактик преобладают более молодые или более старые звезды. Такое исследование дало бы ясное указание на направление эволюции галактик, позволило бы выяснить эволюционный смысл классификации галактик Хаббла. Но прежде астрономам надо было выяснить численное соотношение между разными типами галактик. Непосредственное изучение фотографий, полученных в обсерватории Маунт Вилсон, позволило Хабблу получить следующие результаты: эллиптических галактик - 23%, спиральных - 59%, спиральных с перемычкой (баром) - 15%, неправильных - 3%.

Астрофизик Эдвин Пауэлл Хаббл предложил в 1926 г. интересную классификацию галактик и усовершенствовал ее в 1936 г. Эта классификация называется "Камертон Хаббла". До самой смерти в 1953г. Хаббл улучшал свою систему, а после его смерти это делал американский астроном Aллан Рекс Сэмндидж, который в 1961 г. внес существенные новшества в систему Хаббла. звезда темная материя галактика млечный путь

Однако в 1948 г. астроном Юрий Николаевич Ефремов обработал данные каталога галактик американского астронома Харлоу Шепли и исследовательского центра НАСА им. Эймса и пришел к следующим выводам: эллиптические галактики в среднем на 4 звездные величины слабее спиральных по абсолютной величине. Среди них много галактик карликов. Если учесть это обстоятельство и сделать пересчет количества галактик в единице объема, то окажется, что эллиптических галактик примерно в 100 раз больше чем спиральных. Большая часть спиральных галактик - это галактики гиганты, большинство эллиптических галактик - галактики карлики. Конечно, среди тех и других существует некий разброс в размерах, имеются эллиптические галактики гиганты и спиральные карлики, но тех и других очень мало. В 1947 году Х. Шепли обратил внимание на то, что количество ярких сверхгигантов постепенно убывает по мере перехода от неправильных галактик к спиральным, а затем к эллиптическим. Получалось, что молодыми являлись именно неправильные галактики и галактики с сильно разветвленными ветвями. Х. Шепли тогда же высказал мысль, что переход галактик из одного класса в другой происходит необязательно. Возможно, что галактики образовались все такими, какими мы их наблюдаем, а потом лишь медленно эволюционировали в направлении сглаживания и округления их форм. Однонаправленного изменения галактик, вероятно, не происходит. Х. Шепли обратил внимание еще на одно важное обстоятельство. Двойные галактики - это не результат столкновения и захвата одной галактики другой. Нередко в таких парах сосуществуют спиральные галактики с эллиптическими. Такие галактические пары, по всей вероятности, вместе и возникли. В этом случае допустить, что они прошли существенно разный путь развития, нельзя. В 1949 году советский астроном Борис Васильевич Кукаркин обратил внимание на существования не только парных галактик, но и скоплений галактик. Между тем, возраст скопления галактик, судя по данным небесной механики, не может превышать 10-12 млрд. лет. Таким образом, получалось, что в Метагалактике практически одновременно образовались галактики разных форм. Значит, переход каждой галактики за время ее существования из одного типа в другой совсем необязателен.

2. Строение галактик

Галамктика (др.-греч. ГблбоЯбт -- Млечный Путь) -- гравитационно-связанная система из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи. Все объекты в составе галактик участвуют в движении относительно общего центра масс. Галактики -- чрезвычайно далёкие объекты, расстояние до ближайших из них принято измерять в мегапарсеках, а до далёких -- в единицах красного смещения z. Именно из-за удалённости различить на небе невооружённым глазом можно всего лишь три из них: туманность Андромеды (видна в северном полушарии), Большое и Малое Магеллановы Облака (видны в южном). Разрешить изображение галактик до отдельных звёзд не удавалось вплоть до начала XX века. К началу 1990-х годов насчитывалось не более 30 галактик, в которых удалось увидеть отдельные звёзды, и все они входили в Местную группу. После запуска космического телескопа «Хаббл» и ввода в строй 10-метровых наземных телескопов число галактик, в которых удалось различить отдельные звёзды, резко возросло. Одной из нерешённых проблем строения галактик является тёмная материя, проявляющая себя только в гравитационном взаимодействии. Она может составлять до 90 % от общей массы галактики, а может и полностью отсутствовать, как в карликовых галактиках.

Галактика состоит из диска, гало и короны.

1. Гало (сферическая составляющая Галактики). Ее звезды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него.

2. Балдж - центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики.

3. Звездный диск (плоская составляющая Галактики). Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. В диске концентрация звезд значительно больше, чем в гало. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики. В звездном диске между спиральными рукавами расположено Солнце.

Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром. В ядре высокая концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд. В центре почти каждой галактики находится очень массивное тело - чёрная дыра - с такой мощной гравитацией, что его плотность равна или больше плотности ядер атомов. По сути, каждая чёрная дыра - это в пространстве небольшое, а по массе просто чудовищное, бешено вращающееся ядро. Название "чёрная дыра" явно неудачное, так как никакая это не дыра, а очень плотное тело с мощной гравитацией - такой, что даже легкие фотоны не могут из него вырваться. И когда чёрная дыра накапливает в себе чересчур большую массу и кинетическую энергию вращения, в ней нарушается равновесие массы и кинетической энергии, и тогда она исторгает из себя фрагменты, которые (самые массивные) становятся малыми чёрными дырами второго порядка, фрагменты поменьше - будущими звездами, когда соберут на себя большие водородные атмосферы из галактических облаков, а фрагменты мелкие станут планетами, когда собранного водорода не хватит для начала термоядерного синтеза. Думаю, что галактики образуются из массивных чёрных дыр, мало того, в галактиках совершается космический круговорот вещества и энергии. Вначале чёрная дыра поглощает вещество, рассеянное в Метагалактике: в это время, благодаря своей гравитации, она действует как "пылегазосос". Вокруг чёрной дыры концентрируется водород, рассеянный в Метагалактике, при этом образуется шарообразное скопление газа и пыли. Вращение чёрной дыры увлекает газ и пыль, отчего шарообразное облако сплющивается, в нем образуются центральное ядро и рукава. Накопив критическую массу, чёрная дыра в центре газопылевого облака начинает выбрасывать фрагменты (фрагментоиды), которые отрываются от нее с большим ускорением, достаточным, чтобы быть выброшенными на круговую орбиту вокруг центральной чёрной дыры. На орбите, взаимодействуя с газопылевыми облаками, эти фрагментоиды гравитационно захватывают газ и пыль. Крупные фрагментоиды становятся звездами. Чёрные дыры своей гравитацией затягивают в себя космическую пыль и газ, которые, падая на такие дыры, сильно раскаляются и излучают в рентгеновском диапазоне. Когда вещества вокруг чёрной дыры становится мало, ее свечение резко уменьшается. Поэтому в некоторых галактиках в центре видно яркое свечение, а в других нет. Чёрные дыры подобны космическим «убийцам»: их гравитация притягивает даже фотоны и радио волны, отчего сама чёрная дыра не излучает и выглядит как абсолютно чёрное тело. Но, вероятно, периодически гравитационное равновесие внутри чёрных дыр нарушается, и они начинают извергать сгустки сверхплотного вещества, обладающие сильной гравитацией, под воздействием которой эти сгустки принимают шарообразную форму и начинают притягивать пыль и газ из окружающего пространства. Из захваченного вещества на этих телах формируются твердые, жидкие и газообразные оболочки. Чем массивнее был извергнутый чёрной дырой сгусток сверхплотного вещества (фрагментоид), тем больше он соберет на себя пыли и газа из окружающего пространства (если, конечно, это вещество в окружающем пространстве имеется). В кольцевой области галактического диска (3-7 кпк) сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи.

Галактики бывают трех типов: спиралевидные, эллиптические и неправильной формы. У спиралевидных галактик хорошо выражен диск, рукава и гало. В центре находится плотное скопление звезд и межзвездного вещества, а в самом центре - чёрная дыра. Рукава в спиралевидных галактиках отходят от их центра и закручены вправо или влево в зависимости от вращения ядра и чёрной дыры (точнее, сверхплотного тела) в его центре. В центре галактического диска находится сферическое уплотнение, называемое балджем. Число ветвей (рукавов) может быть различно: 1, 2, 3,… но чаще всего встречаются галактики только с двумя ветвями. В галактиках в гало входят звезды и очень разреженное газообразное вещество, не входящее в спирали и в диск. Мы живем в спиральной галактике, которая называется Млечный Путь, и в ясную погоду наша Галактика хорошо видна на ночном небе в виде широкой беловатой полосы, пересекающей небосвод. Нам наша Галактика видна в профиль. Шаровые скопления в центре галактик практически не зависят от положения диска галактики. Рукава галактик содержат сравнительно малую часть всех звезд, но зато в них сосредоточены почти все горячие звезды высокой светимости. Звезды этого типа астрономы считают молодыми, поэтому спиральные ветви галактик можно считать местом образования звезд. Эллиптические галактики часто встречаются в плотных скоплениях спиралевидных галактик. Они имеют форму эллипсоида или шара, причем шаровидные, обычно бывают больше эллипсоидных. Скорость вращения эллипсоидных галактик меньше, чем у спиралевидных, потому диск у них не сформирован. Такие галактики обычно насыщены шаровидными скоплениями звезд. Эллиптические галактики, как считают астрономы, состоят из старых звёзд и практически полностью лишены газа. Галактики неправильной формы обычно имеют небольшую массу и объем, в них входит немного звезд. Как правило, они являются спутниками спиралевидных галактик. В них обычно очень мало шаровых скоплений звезд. Примерами таких галактик являются спутники Млечного Пути - Большое и Малое Магеллановы облака. Но среди неправильных галактик встречаются и малые эллиптические галактики.

3. Строение нашей галактики (Млечный путь)

Млечный Путь -- с лат. via lactea «молочная дорога»

В советской астрономической школе Млечный Путь назывался просто «наша Галактика» или «система Млечный Путь»; словосочетание «Млечный путь» использовалось для обозначения видимых звёзд, которые оптически для наблюдателя составляют Млечный Путь.

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, по самой низкой оценке, порядка 200 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. Большая часть массы Галактики содержится не в звёздах и межзвёздном газе, а в несветящемся гало из тёмной материи. Лишь в 1980-х годах астрономы высказали предположение, что Млечный Путь является спиральной галактикой с перемычкой, а не обычной спиральной галактикой. Это предположение было подтверждено в 2005 году космическим телескопом имени Лаймана Спитцера, который показал, что центральная перемычка нашей галактики является большей, чем считалось ранее. Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звезды и звездные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет. Они образуют так называемую плоскую составляющую. Среди них много ярких и горячих звезд. Газ в диске Галактики также сосредоточен в основном вблизи его плоскости. Он распределен неравномерно, образуя многочисленные газовые облака -- от гигантских неоднородных по структуре облаков, протяженностью свыше нескольких тысяч световых лет к небольшим облакам размерами не более парсека. В средней части Галактики находится утолщение, которое называется балджем (англ. bulge -- утолщение), составляющее около 8 тысяч парсек в поперечнике. Центр ядра Галактики находится в созвездии Стрельца. Расстояние от Солнца до центра Галактики 8,5 килопарсек (2,62·10 17 км, или 27 700 световых лет). В центре Галактики, по всей видимости, располагается сверхмассивная чёрная дыра вокруг которой, предположительно, вращается чёрная дыра средней массы и периодом обращения около 100 лет и несколько тысяч сравнительно небольших. Их совместное гравитационное действие на соседние звёзды заставляет последние двигаться по необычным траекториям. Существует предположение, что большинство галактик имеют сверхмассивные черные дыры в своем ядре. Для центральных участков Галактики характерна сильная концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержится многие тысячи. Расстояния между звездами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца. Как и в большинстве других галактик, распределение массы в Млечном Пути такое, что орбитальная скорость большинства звезд этой Галактики не зависит в значительной степени от их расстояния до центра. Далее от центральной перемычки к внешнему кругу, обычная скорость обращения звезд составляет 210--240 км/с. Таким образом, такое распределение скорости, не наблюдаемое в солнечной системе, где различные орбиты имеют различные скорости обращения, является одной из предпосылок к существованию темной материи. Считается, что длина галактической перемычки составляет около 27 000 световых лет. Эта перемычка проходит через центр галактики под углом 44 ± 10 градусов к линии между нашим Солнцем и центром галактики. Она состоит преимущественно из красных звезд, которые считаются очень старыми. Перемычка окружена кольцом, называемым «Кольцом в пять килопарсек». Это кольцо содержит большую часть молекулярного водорода Галактики и является активным регионом звездообразования в нашей Галактике. Если вести наблюдение из галактики Андромеды, то галактическая перемычка Млечного Пути была бы яркой его частью.

Наша галактика относится к классу спиральных галактик, что означает, что у Галактики есть спиральные рукава, расположенные в плоскости диска. Диск погружён в гало сферической формы, а вокруг него располагается сферическая корона. Солнечная система находится на расстоянии 8,5 тысяч парсек от галактического центра, вблизи плоскости Галактики (смещение к Северному полюсу Галактики составляет всего 10 парсек), на внутреннем крае рукава, носящего название рукав Ориона. Такое расположение не даёт возможности наблюдать форму рукавов визуально. Новые данные по наблюдениям молекулярного газа (СО) говорят о том, что у нашей Галактики есть два рукава, начинающиеся у бара во внутренней части Галактики. Кроме того, во внутренней части есть ещё пара рукавов. Затем эти рукава переходят в четырёхрукавную структуру, наблюдающуюся в линии нейтрального водорода во внешних частях Галактики. Большинство небесных тел объединяются в различные вращающиеся системы. Так, Луна обращается вокруг Земли, спутники планет-гигантов образуют свои, богатые телами, системы. На более высоком уровне, Земля и остальные планеты обращаются вокруг Солнца. Возникал естественный вопрос: не входит ли и Солнце в систему ещё большего размера? Первое систематическое исследование этого вопроса выполнил в XVIII веке английский астроном Уильям Гершель. Он подсчитывал количество звёзд в разных областях неба и обнаружил, что на небе присутствует большой круг (впоследствии он был назван галактическим экватором), который делит небо на две равные части и на котором количество звёзд оказывается наибольшим. Кроме того, звёзд оказывается тем больше, чем ближе участок неба расположен к этому кругу. Наконец обнаружилось, что именно на этом круге располагается Млечный Путь. Благодаря этому Гершель догадался, что все наблюдаемые нами звёзды образуют гигантскую звёздную систему, которая сплюснута к галактическому экватору. Вначале предполагалось, что все объекты Вселенной являются частями нашей Галактики, хотя ещё Кант высказывал предположение, что некоторые туманности могут быть галактиками, подобными Млечному Пути. Ещё в 1920 году вопрос о существовании внегалактических объектов вызывал дебаты (например, известный Большой спор между Харлоу Шепли и Гебером Кёртисом; первый отстаивал единственность нашей Галактики). Гипотеза Канта была окончательно доказана лишь в 1920-х годах, когда Эдвину Хабблу удалось измерить расстояние до некоторых спиральных туманностей и показать, что по своему удалению они не могут входить в состав Галактики.

Заключение

Во Вселенной существует круговорот материи, суть которого - в рассеянии материи сверхмассивными чёрными дырами, взрывами новых и сверхновых и затем в собирании рассеянной материи планетами, звездами и чёрными дырами с помощью своей гравитации. Никакого Большого Взрыва, в результате которого из сингулярности родилась наша Вселенная (Метагалактика), не было. Взрывы (и весьма мощные) случаются и случались в Метагалактике периодически то здесь, то там. Вселенная не пульсирует, она просто кипит, она бесконечна, и мы о ней очень мало знаем и еще меньше ее понимаем. Окончательной теории, объясняющей Вселенную и происходящие в ней процессы, нет и никогда не будет. Теории и гипотезы соответствуют уровню развития нашей техники, нашей науки, тому опыту, который накопило человечество на данный момент. Поэтому надо максимально бережно относиться к накопленному опыту и всегда ставить факт выше теории. Как только какая-то наука поступает наоборот, так сразу же она перестает быть открытой информационной системой и превращается в новую религию. В науке главное - сомнение, а в религии - вера.

Список используемой литературы:

1. Википедия. Адрес доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/

2. Агекян Т.А. Звезды, Галактики, Метагалактика. - М.: Наука, 1981.

3. Вокулер Ж. Классификация и морфология галактик // Строение звездных систем. Пер. с нем. - М., 1962.

4. Зельдович Я.Б. Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной, - М.: Наука, 1975.

5. Левченко И.В. Многоликая Вселенная // Открытия и гипотезы, ТОВ «Интеллект Медиа». - 9 (67) сентябрь 2007.

6. Новиков И. Д., Фролов В. П. Чёрные дыры во Вселенной // Успехи физических наук. - 2001. - Т. 131. № 3.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Гипотеза о происхождении звезд и Солнечной системы и эволюции галактик. Теория формирования звезд из газа за счет гравитационной неустойчивости. Понятие термодинамики земной атмосферы и стадия конвективного равновесия. Превращение звезды в белый карлик.

реферат , добавлен 31.08.2010


Определение понятия энтропии и принципы ее возрастания. Различия между двумя типами термодинамических процессов - обратимыми и необратимыми. Единство и многообразие органического мира. Строение и эволюция звезд и Земли. Происхождение и эволюция галактик.

контрольная работа , добавлен 17.11.2011


Формирование основных положений космологической теории - науки о строении и эволюции Вселенной. Характеристика теорий происхождения Вселенной. Теория Большого взрыва и эволюция Вселенной. Строение Вселенной и её модели. Сущность концепции креационизма.

презентация , добавлен 12.11.2012


Революция в естествознании, возникновение и дальнейшее развитие учения о строении атома. Состав, строение и время мегамира. Кварковая модель адронов. Эволюция Метагалактики, галактик и отдельных звезд. Современная картина происхождения Вселенной.

курсовая работа , добавлен 16.07.2011


Принципы неопределенности, дополнительности, тождественности в квантовой механике. Модели эволюции Вселенной. Свойства и классификация элементарных частиц. Эволюция звезд. Происхождение, строение Солнечной системы. Развитие представлений о природе света.

шпаргалка , добавлен 15.01.2009


Структура и эволюция Вселенной. Гипотезы происхождения и строения Вселенной. Состояние пространства до Большого Взрыва. Химический состав звезд по данным спектрального анализа. Строение красного гиганта. Черные дыры, скрытая масса, квазары и пульсары.

реферат , добавлен 20.11.2011


Понятие эволюции как процесса саморазвития и усложнения материи от ее простейших форм вплоть до появления сложных общественных образований. Характеристика основных эволюционных теорий. Признаки приближения к точке катастроф. Обоснование теории эпигенеза.

презентация , добавлен 01.12.2014


Появление класса земноводных (амфибий) - крупный шаг на пути эволюции позвоночных. Строение и характеристика лягушек класса земноводные. Пресмыкающиеся, деление их на группы. Строение ящериц, крокодилов. Специализированное строение змей и черепах.

контрольная работа , добавлен 24.04.2009


Исследование схемы эволюции животного мира. Изучение особенностей нервной системы диффузного, узлового и стволового типа. Строение головного мозга членистоногих. Развитие общей двигательной координации у хрящевых рыб. Этапы эволюции мозга позвоночных.

презентация , добавлен 18.06.2016


Представление об открытых системах, введенное неклассической термодинамикой. Теории, гипотезы и модели происхождения галактик. Допущения для объяснения расширения Вселенной. "Большой взрыв": его причины и хронология. Стадии и следствия эволюции.

Образование и строение галактик – следующий важ­ный вопрос происхождения Вселенной. Его изучает не только кос­мология как наука о Вселенной, но также и космогония (греч . «гонейа» означает рождение) – область науки, в которой исследуется происхождение и развитие космических тел и их систем (различают планетную, звездную, галактическую кос­могонию). Космология основывает свои выводы на законах физики, химии и геологии.

Галактика представляет собой гигантские скопления звезд и их систем (примерно до 10 13 звезд), имеющие свой центр (ядро) и различную форму (сфе­рическую, спиралевидную, эллиптическую, сплюснутую или вообще неправильную). Ядра галактик производят водород – основное вещество Вселенной. Размеры галактик колеблются от нескольких десятков световых лет до 18 млн. световых лет. В видимой нами части Вселенной – Метагалактике – галактик миллиарды и в каж­дой из них насчитываются миллиарды звезд. Все галактики уда­ляются друг от друга, причем скорость этого «разлета» по мере удаления галактик растет. Галактики далеко нестатичные структуры: они меняют форму и очертания, сталкиваются и поглощают друг друга. В настоящее время наша Галактика поглощает карликовую галактику Стрельца. Примерно через 5 млрд. лет произойдет «столкновение миров». Соседние галактики Млечный Путь и Туманность Андромеды медленно, но неотвратимо движутся навстречу друг другу со скоростью 500 тыс. км/ч.

Наша галактика называется Млечный Путь и состоит из 150 млрд. звезд. Это скопление звезд мы видим в ясные ночи как полосу Млечно­го Пути. Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Ее размеры – 100 тыс. световых лет. Возраст Галактики около 15 млрд. лет. Ближайшая к Млечному Пути галактика (которую световой луч достигает за 2 млн. лет) – Туманность Андромеды. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантском «диске» в виде двояковыпуклой линзы толщиной около 1500 световых лет. Звезды и туманности в пределах Галактики движутся по очень сложным орбитам. Прежде всего, они участвуют во вращении Галактики вокруг оси со скоростью примерно 250 км/с. Солнце удалено от центра галактики на расстояние около 30 тыс. световых лет. За время своего существования Солнце совер­шило примерно 25 оборотов вокруг оси вращения.

Процесс образования галактик – в противоположность возникновению звезд и синтезу в них элементов – понят еще недостаточно хорошо. В 1963 г. на границе наблюдаемой Вселенной были открыты квазары (квазизвездные радиоисточники) – самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и разме­рами в десятки раз меньшими их. Было предположено, что квазары представляют собой ядра новых галактик и, стало быть, процесс образо­вания галактик продолжается и поныне.

Галактики – гигантские гравитационно-связанные системы из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. В пространстве галактики распределены неравномерно: в одной области можно обнаружить целую группу близких галактик, а можно не обнаружить ни одной, даже самой маленькой галактики. Точное количество галактик в наблюдаемой части Вселенной неизвестно, но, по всей видимости, их порядка ста миллиардов.

Первым условием появления галактик во Вселенной стало появление случайных скоплений и сгущений вещества в однородной Вселенной. Впервые подобная мысль была высказана И. Ньютоном, который утверждал, что если бы вещество было равномерно рассеяно по бесконечному пространству, то оно никогда бы не собралось в единую массу.

Второе условие появления галактик - наличие малых возмущений, флуктуаций вещества, ведущих к отклонению от однородности и изотропности пространства. Именно флуктуации и стали теми «затравками», которые привели к появлению более крупных уплотнений вещества. Эти процессы можно представить по аналогии с процессами образования облаков в атмосфере Земли.

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЛАКТИК (РАЗМЕР, СВЕТИМОСТЬ, МАССА, СОСТАВ)

Размер. Понятие размера не является строго определенным, т.к. галактики не имеют резких границ, их яркость постепенно спадает с удалением от центра наружу. Видимый размер галактик зависит от возможности телескопа выделить их внешние области, имеющие низкую яркость, на фоне свечения ночного неба, которое никогда не бывает абсолютно черным. В его слабом свете «тонут» периферийные части галактик. Для объективной оценки размеров галактик за их границу условно принимается определенный уровень поверхностной яркости, или, как говорят, определенная изофота (так называют линию, вдоль которой поверхностная яркость имеет постоянное значение).

Светимость галактик (т.е. полная мощность излучения) меняется в еще больших пределах, чем их размер – от нескольких миллионов светимостей Солнца (Lc) у самых маленьких галактик до нескольких сотен миллиардов Lc для галактик-гигантов. Эта величина примерно соответствует общему количеству звезд в галактике или ее полной массе.

Массы галактик , как и их светимости, также могут различаться на несколько порядков – от миллиона масс Солнц до тысячи миллиардов масс Солнца у некоторых эллиптических галактиках.

Состав и строение . Составными частями Галактики являются звезды, разряженный газ, пыль (это межзвездная среда) и космические лучи. Галактики – это, прежде всего, звездные системы. Пространственно звезды образуют два основных структурных компонента галактики, как бы вложенных один в другой: быстро вращающийся звездный диск , и медленно вращающуюся сферическую (или сфероидальную) составляющую . Внутренняя, наиболее яркая часть сферодального компонента называется балдж (от англ. bulge – вздутие), а внешняя часть низкой яркости – звездное гало . В центре большинства галактик можно выделить яркую область, называемую ядром. В центральной части массивных галактик часто выделяется небольшой и быстро вращающийся околоядерный диск который также состоит из звезд и газа. Вокруг галактического центра в качестве спутника обращается большое число звезд, тесно связанных между собой гравитацией – это – шаровое звездное скопление . Кроме шаровых звездных скоплений выделяют рассеянные звездные скопления . В отличие от рассеянных звёздных скоплений, которые располагаются в галактическом диске, шаровые находятся в гало; они значительно старше, содержат гораздо больше звёзд, обладают симметричной сферической формой и характеризуются увеличением концентрации звёзд к центру скопления. Наблюдения шаровых скоплений показывают, что они возникают в основном в регионах с эффективным звёздообразованием, то есть там, где межзвёздная среда имеет более высокую плотность по сравнению с обычными областями звёздообразования.

Звезды в рассеянных скоплениях связаны друг с другом относительно слабыми гравитационными силами, поэтому по мере обращения вокруг галактического центра скопления могут быть разрушены из-за близкого прохождения возле других скоплений или облаков газа, в этом случае образующие их звёзды становятся частью обычного населения галактики. Рассеянные звёздные скопления обнаружены только в спиральных и неправильных галактиках, где происходят активные процессы звездообразования.

Помимо звезд с разными массами, химическим составом и возрастом, каждая галактика содержит разреженную и слегка намагниченную межзвездную среду (газ и пыль), пронизываемую высокоэнергичными частицами (космическими лучами). Относительная масса, приходящаяся на долю межзвездной среды, также относятся к важнейшим наблюдаемым характеристикам галактик. Полная масса межзвездного вещества сильно меняется от одной галактики к другой и обычно составляет от нескольких десятых долей процента до 50% суммарной массы звезд (в редких случаях газ может даже преобладать по массе над звездами). Содержание газа в галактике – это очень важная характеристика, от которой во многом зависит активность происходящих в галактиках процессов и, прежде всего, – процесс образования звезд. Межзвездный газ состоит, в основном, из водорода и гелия с небольшой примесью более тяжелых элементов. Эти тяжелые элементы образуются в звездах и вместе с газом, теряемым звездами, оказываются в межзвездном пространстве.

В газовой среде межзвездного пространства содержится и мелкодисперсный твердый компонент – межзвездная пыль . Она проявляет себя двояко. Во-первых, пыль поглощает видимый и ультрафиолетовый свет, вызывая общее ослабление яркости и покраснение галактики. Наиболее непрозрачные (из-за пыли) участки галактики видны как темные области на светлом ярком фоне. Особенно много непрозрачных областей вблизи плоскости звездного диска – именно там концентрируется холодная межзвездная среда. Во-вторых, пыль излучает сама, отдавая накопленную энергию света в форме далекого инфракрасного излучения.. Суммарная масса пыли сравнительно невелика: она в несколько сотен раз меньше, чем полная масса межзвездного газа.

Галактики отличаются большим разнообразием: среди них можно выделить сфероподобные эллиптические галактики, дисковые спиральные галактики, галактики с перемычкой (баром), линзовидные, карликовые, неправильные и т. д. Многообразие наблюдаемых форм галактик вызвало у астрономов желание объединить похожие объекты и разбить галактики на ряд классов по их внешнему виду (по морфологии). В основе наиболее часто используемой морфологической классификации галактик лежит схема, предложенная Э.Хабблом в 1925 и развитая им в 1936. Галактики разделяются на несколько основных классов: эллиптические (Е), спиральные (S) линзовидные (S0) и неправильные (Irr).

Эллиптические E-галактики выглядят как эллиптические или овальные пятна, не слишком сильно вытянутые, яркость внутри которых плавно уменьшается с расстоянием от центра. Внутренняя структура, как правило, отсутствует (Заметный диск в них отсутствует, хотя точные фотометрические измерения в некоторых случаях позволяют заподозрить его существование. Следы пыли или газа в них также редко встречаются)

Спиральные галактики (S ) -самый распространенный тип (их около половины). Типичными представителями являются наша Галактика и туманность Андромеды. В отличие от эллиптических галактик в них наблюдается структура в виде характерных спиральных ветвей. Несмотря на многообразие форм, спиральные галактики имеют сходное строение. В них наблюдается три основных составляющих: звездный диск, сфероидальная составляющая, яркая внутренняя область котороя называется балдж, и плоская составляющая, которая по толщине в несколько раз меньше диска. К плоской составляющей относится межзвездный газ, пыль, молодые звезды, а также спиральные ветви. Подобную структуру имеет и наша Галактика.

Между типами Е и S находится тип линзовидных галактик (S0 ). Как и S-галактики, они обладают звездным диском и балджем, но в них нет спиральных ветвей. Считается, что это галактики, которые в далеком прошлом были спиральными, но к настоящему времени почти полностью «потеряли» или израсходовали межзвездный газ, а вместе с ним – и способность образовывать яркие спиральные ветви. Любая спиральная галактика, если ее лишить газа и молодых звезд, будет классифицирована как линзовидная.

Неправильные Irr-галактики не обладают упорядоченной структурой, в них нет спиральных ветвей, хотя они и содержат внутри себя яркие области различных размеров (как правило, это области интенсивного звездообразования). Балдж в этих галактиках очень мал или совсем отсутствует. Эти галактики, как правило, отличаются высоким содержанием межзвездного газа и молодых звезд.

Некоторые галактики имеют необычно яркое ядро. Галактики, обладающие активными ядрами, принято разделять на несколько типов. Различают галактики Сейферта, радиогалактики, квазары Сейфертовские галактики названы в честь американского астронома Карла Сейферта, который первым обратил на них внимание в 1943 г. В некоторых случаях ядра Сейфертовых галактик превышают Солнце в яркости в 100 миллиардов раз. С.г. - это, как правило, спиральные галактики. Наиболее вероятная гипотеза, объясняющая активность ядер, предполагает наличие чёрной дыры (массой в десятки или сотни миллионов масс Солнца) в центре галактики.

Самые необычные из всех - это объекты, называемые квазарами . Английский термин quasar дословно означает «похожий на звезду радиоисточник») - мощное и далёкое активное ядро галактики. Они излучают с области, диаметром меньше 1 св. года, столько же энергии, сколько излучали бы сотни нормальных галактик Несмотря на их необычную природу, квазары визуально не впечатляют, поэтому на них обратили внимание только после 1963 г.

На сегодняшний день наиболее распространена точка зрения, согласно которой квазар - это сверхмассивная черная дыра, втягивающая в себя окружающее вещество. По мере приближения к черной дыре заряженные частицы разгоняются, сталкиваются, и это приводит к сильному излучению света. Согласно другой точке зрения квазары - это первые молодые галактики, и мы просто наблюдаем процесс их зарождения. Впрочем, существует и промежуточный, хотя вернее было бы сказать «объединенный» вариант гипотезы, согласно которому квазар - это черная дыра, поглощающая вещество формирующейся галактики.

Радиогалактика - тип галактик, которые обладают намного большим радиоизлучением по сравнению с остальными галактиками. Источники излучения радиогалактик обычно состоят из нескольких компонентов (ядро, гало, радиовыбросы). Радиогалактики обычно имеют форму эллипсов и отличаются гигантскими размерами.

Несколько процентов наблюдаемых галактик не укладывается в описанную классификационную схему, их называют пекулярными. Обычно это галактики, форма которых искажена сильным взаимодействием с соседними галактиками (такие галактики называют взаимодействующими . Для этого термина не существует однозначного определения, отнесение галактик к этому типу может оспариваться. Иногда отнесение галактики к пекулярному типу оспаривалось. Так, например, Б.А. Воронцов-Вельяминов считал, что взаимодействующие галактики не являются пекулярными, поскольку видимые изменения их формы вызваны возмущениями близких соседей. Однако среди взаимодействующих систем встречаются объекты столь причудливой формы, что их трудно не назвать пекулярными.

Классическим примером пекулярной галактики является радиогалактика Centaurus A (NGC 5128).

В отдельную группу выделяются карликовые галактики – небольшие по размеру, светимость которых в тысячи раз меньше, чем у таких галактик как наша или туманность Андромеды. Это самый многочисленный класс галактик, но из-за низкой светимости их трудно обнаружить на большом расстоянии. Среди них также встречаются эллиптические dE, спиральные dS (очень редко), и неправильные (dIrr). Буква d (от английского dwarf – карлик) обозначает принадлежность к карликовым системам.

Эволюция галактик

Наблюдаемое многообразие галактик - это следствие различных условий, в которых они возникли. Анализ спектров и звездного состава галактик показал, что абсолютное большинство из них имеет очень большой возраст и образовалось 10-15 млрд лет назад. По современным представлениям, образование галактик началось в раннюю эпоху расширения Вселенной, когда средняя плотность вещества во Вселенной была в сотни раз больше, чем в настоящее время. Галактики возникли из водородно-гелиевых газовых облаков, сжимающихся под действием собственной гравитации. На определенном этапе сжатия в протогалактиках началось интенсивное звездообразование. Массивные звезды, быстро эволюционируя и взрываясь как сверхновые, выбрасывали в окружающее пространство газ, обогащенный различными химическими элементами, возникающими при взрыве.

Образование диска в галактиках связано с диссипацией (Диссипация энергии - переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т. д.) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном итоге - в тепло. ) энергии газа в сжимающейся протогалактике. Обладая определенным моментом вращения, газ, теряя свою механическую энергию, сжался в диск, который в результате образования звезд из газа постепенно становился звездным диском.

Большую роль в эволюции галактик сыграло поглощение крупными галактиками более мелких систем, которые разрушались приливными силами и пополняли массу формирующихся галактик.

СКОПЛЕНИЯ И СВЕРХСКОПЛЕНИЯ

На снимках галактик видно, что действительно одиноких галактик немного. Порядка 95% галактик образуют группы галактик. . Зачастую в них доминирует одна массивная эллиптическая или спиральная галактика, которая за счёт приливных сил со временем разрушает галактики-спутники и увеличивает свою массу, поглощая их.

Скоплением галактик называют объединения в несколько сотен галактик, которые могут содержать как отдельные галактики, так и группы галактик. Обычно при наблюдении в таком масштабе можно выделить несколько очень ярких сверхмассивных эллиптических галактик. Такие галактики должны непосредственно влиять на процесс образования и формирования структуры скопления.

Сверхскопление - самый большой тип объединения галактик, включает в себя тысячи галактик. В масштабах сверхскоплений галактики выстраиваются в полосы и нити, окружающие обширные разрежённые пустоты. Форма таких скоплений может быть различна: от цепочки, такой как цепочка Маркаряна, до стен, как великая стена Слоуна.

Местная группа галактик. Галактика млечный путь

Местная группа галактик – это совокупность ближайших галактик, расстояния до которых не превышают, примерно, 1 млн. пс (около 3 млн. световых лет). Состоит из двух больших групп и рассеянных среди них карликовых галактик - всего около 30 членов. В одной из групп по размеру, массе и силе света доминирует наша Галактика с близкими к ней Магеллановыми Облаками. В другой группе основное место занимает спиральная галактика (Андромеды туманность), ещё более мощная. К ней примыкают спиральная галактика поменьше - М 33 в Треугольнике, две небольшие эллипатические галактики и несколько карликовых. Галактики, входящие в М. г. г., вследствие их близости к нам доступны для наиболее детального изучения.

Члены Местной группы движутся друг относительно друга, но при этом связаны взаимным тяготением и поэтому длительное время занимают ограниченное пространство размером около 6 млн. световых лет и существуют отдельно от других подобных групп галактик. Считается, что все члены Местной группы имеют общее происхождение и эволюционируют совместно уже около 13 млрд. лет.

Наша Галактика - Млечный путь - имеет форму диска с выпуклостью в центре - ядром, от которого отходят спиралевидные рукава. Ее толщина - 1,5 тыс. световых лет, а диаметр - 100 тыс. световых лет. Возраст нашей Галактики составляет около 15 млрд. лет. Она вращается довольно сложным образом: значительная часть ее галактической материи вращается дифференциально, как планеты вращаются вокруг Солнца, не обращая внимания на то, по каким орбитам движутся другие, достаточно далекие космические тела, и скорость вращения этих тел уменьшается с увеличением их расстояния от центра. Другая часть диска нашей Галактики вращается твердотельно, как музыкальный диск, крутящийся на проигрывателе. Наше Солнце находится в таком участке Галактики, в котором скорости твердотельного и дифференциального вращения равны. Такое место называется коротационным кругом. В нем создаются особые, спокойные и стационарные условия для процессов звездообразования.

У нашей Галактики есть две маленькие галактики-спутника, называемые Магеллановыми Облаками. Выделяют Большое и Малое Магеллановы облака. Это богатые области для наблюдений с инструментами любых размеров и видны невооруженнм глазом в Южном полушарии. Магеллановы облака были знакомы мореходам южного полушария, и в XV веке их называли «Капскими облаками». Фернан Магеллан использовал их для навигации, как альтернативу Полярной звезде, во время своего кругосветного путешествия в 1519-1521 годах. Когда, после гибели Магеллана, его корабль вернулся в Европу, Антонио Пигафетта (спутник Магеллана и официальный летописец путешествия) предложил назвать Капские Облака Облаками Магеллана в качестве своеобразного увековечения его памяти

Оба Облака ранее считались неправильными галактиками, но впоследствии обнаружили особенности структуры спиральных галактик с перемычкой. Они располагаются относительно близко друг к другу и образуют гравитационно-связанную (двойную) систему. Оба Магеллановы Облака погружены в общую оболочку нейтрального водорода. Кроме того, они связаны между собой водородным мостом

В Магеллановых Облаках очень много звездных скоплений. Ученые зарегистрировали 1100 рассеянных скоплений в Большом Облаке и более 100 в Малом Облаке. В Большом Облаке открыто 35 шаровых скоплений, а в Малом Облаке - 5. В Магеллановых Облаках были обнаружены шаровые скопления, каких нет в нашей Галактике. Они содержат множество голубых и белых гигантов. Поэтому они имеют белый цвет. Обычные же шаровые скопления состоят из красных гигантов, поэтому их цвет желтый - оранжевый.

1). Звезда как объект изучения астрофизики.

2). Классификации звезд.

3). Рождение и эволюция звезд.

Понятие «галактика» в современном языке означает огромные звездные системы. Происходит оно от греческого слова «молоко, молочный» и было введено в обиход для обозначения нашей звездной системы, представляющей тянущуюся через все небо светлую полосу с молочным оттенком и поэтому названную «Млечный путь». Число звезд в ней несколько сот миллиардов, т. е. порядка триллиона (10 12). Она имеет форму диска с утолщением в центре.

Диаметр диска галактики равен 10 21 м. Рукава Галактики имеют спиральную форму, т. е. расходятся по спиралям от ядра. В одном из рукавов на расстоянии около 3×10 20 м от ядра находится Солнце, расположенное вблизи плоскости симметрии. Самые многочисленные звезды в нашей галактике – это карлики (их масса примерно в 10 раз меньше массы Солнца). Кроме одиночных звезд и их спутников (планет), есть двойные и кратные звезды и целые звездные скопления (Плеяды). Их открыто уже более 1000. Шаровые скопления содержат красные и желтые звезды – гиганты и сверхгиганты. Одним из объектов Галактики являются туманности, состоящие в основном из газа и пыли. Межзвездное пространство заполнено полями и разреженным межзвездным газом. Галактика вращается вокруг центра, причем угловая и линейная скорости с увеличением расстояния от центра изменяются. Линейная скорость движения Солнца вокруг центра Галактики равна 250 км/с. Полный оборот по орбите Солнце делает примерно за 290 млн лет (2×10 8 лет).

В начале ХХ века было доказано, что кроме нашей Галактики существуют и другие. Галактики резко отличаются размерами, числом входящих в них звезд, светимостями, внешним видом. Их обозначают номерами, под которыми вносят в каталоги.

По внешнему виду галактики условно подразделяются на три типа: эллиптические, спиральные, неправильные.

Почти четверть всех изученных галактик относится к эллиптическим. Это наиболее простые по структуре галактики.

Спиральные галактики – самый многочисленный вид. К нему относится туманность Андромеды (одна из ближайших к нам галактик), удаленная от нас примерно на 2,5 млн световых лет.

Неправильные галактики не имеют центральных ядер, в их строении пока не обнаружены закономерности. Это Большое и Малое Магеллановы облака, являющиеся спутниками нашей Галактики.

Галактики, как оказалось, образуют группы (десятки галактик) и скопления, состоящие из сотен и тысяч галактик. Открытия конца 70-х годов ХХ века показали, что галактики в сверхскоплениях распределены неравномерно: они сосредоточены вблизи границ ячеек, т. е. Вселенная имеет ячеистую (сетчатую, пористую) структуру. В небольших масштабах вещество во Вселенной распределено неравномерно. В больших же масштабах она однородна и изотропна. Метагалактика нестационарна. Отметим некоторые особенности расширения метагалактики:

1. Расширение проявляется только на уровне скоплений и сверхскоплений галактик. Сами галактики не расширяются.

2. Не существует центра, от которого происходит расширение.

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СОЛНЦА

Солнце представляет собой центральное тело нашей планетной системы и ближайшую к нам звезду.

Среднее расстояние Солнца от Земли равно 149,6*10 6 км, его диаметр в 109 раз больше земного, а объем в 1300 000 раз больше объема Земли. Так как масса Солнца составляет 1,98*10 33 г (333000 масс Земли), то в соответствии с его объе­мом находим, что средняя плотность солнечного вещества равна 1,41 г/см 3 (0,26 средней плотности Земли). По известным значе­ниям радиуса и массы Солнца можно определить, что ускорение силы тяжести на его поверхности достигает 274 м/сек 2 , или в 28 раз больше, чем ускорение силы тяжести на поверхность Земли.

Солнце вращается вокруг оси против хода часовой стрелки при наблюдении с северного полюса эклиптики, т. е. в том же направлении, в каком обращаются вокруг него все планеты. Если смотреть, на диск Солнца, то его вращение совершается от восточного края диска к западному. Ось вращения Солнца наклонена к плоскости эклиптики под углом 83°. Но Солнце вращается не как твердое тело. Сидерический период враще­ния его экваториальной зоны равен 25 сут, близ 60° гелиографической (отсчитанной от солнечного экватора) широты он составляет 30 сут, а у полюсов достигает 35 сут.

При наблюдении Солнца в телескоп заметно ослабление его яркости к краям диска, так как через центр диска проходят лучи, идущие из более глубинных и горячих частей Солнца.

Слой, лежащий на границе прозрачности вещества Солнца и испускающий видимое излучение, называется фотосферой. Фотосфера не является равномерно яркой, а обнаруживает зернистое строение. Светлые зерна, покрывающие фотосферу, называются гранулами. Гранулы - неустойчивые образо­вания, продолжительность их существования - около 2-3 мин, а размеры колеблются в пределах от 700 до 1400 км . На поверхности фотосферы выделяются темные пятна и светлые области, называемые факелами. Наблюдения за пятнами и факелами позволили установить характер вращения Солнца и определить его период.

Над поверхностью фотосферы расположена солнечная атмосфера. Ее нижний слой имеет толщину около 600 км. Вещество этого слоя избирательно поглощает световые волны таких, длин, которые оно само способно излучать. При переиз­лучении происходит рассеяние энергии, что и является непосред­ственной причиной появления основных темных фраунгофероных линий в спектре Солнца.

Следующий слой солнечной атмосферы - хромосфера имеет ярко-красный цвет и наблюдается при полных солнечных затмениях в виде алого кольца, охватывающего темный диск Луны. Верхняя граница хромосферы постоянно волнуется, и поэтому толщина ее колеблется от 15000 до 20000 км.

Из хромосферы выбрасываются протуберанцы - фон­таны раскаленных газов, видимые невооруженным глазом во время полных солнечных затмений. Со скоростью 250-500 км/сек они поднимаются от поверхности Солнца на расстояния, равные в среднем 200000 км, а некоторые из них достигают высо­ты до 1500 000 км.

Над хромосферой располо­жена солнечная корона, видимая при полных солнеч­ных затмениях в виде окру­жающего Солнце серебристо-жемчужного ореола.

Солнечную корону разде­ляют на внутреннюю и внеш­нюю. Внутренняя корона про­стирается до высоты около 500 000 км и состоит из разреженной плазмы – смеси ионов и свободных электронов. Цвет внутренней короны подобен солнечному, а излучение ее представляет собой свет фотосферы, рассеянныйна сво­бодных электронах. Спектр внутренней короны отличается от солнечного спектра тем, что в нем не наблюдаются темные ли­нии поглощения, но зато наблюдаются на фоне непрерывного спектра линии излучения, наиболее яркие из которых принадле­жат многократно ионизованному железу, никелю и некотооым другим элементам. Так как плазма весьма разрежена, то ско­рость движения свободных электронов (а соответственно и их кинетическая энергия) столь велика, что температура внутрен­ней короны оценивается примерно в 1 млн. градусов.

Внешняя корона простирается до высоты более чем в 2 млн. км. В ее состав входят мельчайшие твердые частицы, которые отражают солнечный свет и придают ей светло-желтый оттенок.

В последние годы было установлено, что солнечная корона распространяется значительно дальше, чем предполагалось ра­нее. Наиболее удаленные от Солнца части солнечной короны - сверхкорона - простираются за пределы земной орбиты. По ме­ре удаления от Солнца температура сверхкороны постепенно понижается, а на расстоянии Земли составляет приблизительно 200 000°

Сверхкорона состоит из отдельных разреженных электрон­ных облаков, “вмороженных” в магнитное поле Солнца, кото­рые с большими скоростями движутся от него и, достигая верх­них слоев земной атмосферы, ионизируют и нагревают ее, оказывая тем самым влияние на климатические процессы.

Межпланетное пространство в плоскости эклиптики содержит мелкую пыль, производящую явление зодиакального света. Это явление состоит в том, что весной после захода Солнца на западе или осенью перед восходом Солнца на востоке иногда наблюдается слабое сияние, выступающее из-под горизонта в виде конуса.

Спектр Солнца является спектром поглощения. На фоне не­прерывного яркого спектра располагаются многочисленные тем­ные (фраунгоферовы) линии. Они возникают при прохождении луча света, испускаемого раскаленным газом через более холод­ную среду, образованную тем же газом. При этом на месте яр­кой линии излучения газа наблюдается темная линия его погло­щения.

Каждый химический элемент имеет присущий только ему ли­нейчатый спектр, поэтому по виду спектра можно определить химический состав светящегося тела. Если же излучающее свет вещество является химическим соединением, то в его спектре видны полосы молекул и их соединений. Определив длины волн всех линий спектра, можно установить химические элементы, образующие излучающее вещество. По интенсивности спект­ральных линий отдельных элементов судят о количестве принад­лежащих им атомов. Поэтому спектральный анализ позволяет изучать не только качественный, но и количественный состав небесных светил (точнее, их атмосфер) и является важнейшим методом астрофизических исследований.

На Солнце найдено около 70 известных на Земле химических элементов. Но в основном Солнце состоитиз двух элементов:

водорода (около 70% по массе) и гелия (около 30%). Из про­чих химических элементов (всего 3%) наибольшее распростра­нение имеют азот, углерод, кислород, железо, магний, кремний, кальций и натрий. Некоторые химические элементы, например хлор и бром, на Солнце еще не обнаружены. В спектре солнеч­ных пятен найдены также полосы поглощения химических сое­динений: циана (СN), окиси титана, гидроксила (ОН), углеводорода (СН) и др.

Солнце представляет собой грандиозный источник энергии, непрерывно рассеивающий свет и тепло по всем направлениям. На Землю поступает около 1:2000000000 всей излучаемой Солнцем энергии. Количество энергии, получаемое Землей от Солнца, определяется по значению солнечной постоянной. Сол­нечной постоянной называется количество энергии, получаемой в минуту 1 см 2 поверхности, расположенной на границе земной атмосферы перпендикулярно к солнечным лучам. В мерах теп­ловой энергии солнечная постоянная равна 2 кал/см 2 *мин, а в системе механических единиц она выражается числом 1,4-10 6 эрг/сек см 2 .

Температура фотосферы близка к 6000°С.Она излучает энер­гию почти как абсолютно черное тело, поэтому эффективную температуру солнечной поверхности можно определить с помо­щью закона Стефана-Больцмана:

г
де Е - количество энергии в эргах, излучаемое в 1 сек. 1 см 2 солнечной поверхности; =5,73 10 -5 эрг/сек* град ^4 см 2 - по­стоянная, установленная из опыта, и Т - абсолютная темпера­тура в градусах Кельвина.

Количество энергии, проходящей через поверхность шара, описанного радиусом в 1 а. е. (150 10" см), равно е =4*10 33 эрг/сек * см 2 . Эта энергия из­лучается всей поверхностью Солнца, поэтому, разделив ее величину на площадь солнечной поверхности, можно определить значение Е и вычислить температуру поверхности Солнца. Полу­чается E=5800°К.

Существуют и другие методы определения температуры по­верхности Солнца, но все они разнятся по результатам их при­менения, так как Солнце излучает не совсем как абсолютно чер­ное тело.

Непосредственное определение температуры внутренних частей Солнца невозможно, но по мере приближения к его центру она должна быстро возрастать. Температура в центре Солнца вычисляется теоретически из условия равновесия давлении и равенства прихода и расхода энергии в каждой точке объема Солнца. По современным данным, она достигает 13 млн. градусов.

При температурных условиях, имеющих место на Солнце, все его вещество находится в газообразном состоянии. Так как Солнце пребывает в тепловом равновесии, то в каждой его точке должны компенсироваться сила тяжести, направленная к центру, и силы газового и светового давлений, направленные из центра.

Высокая температура и большое давление в недрах Солнца обусловливают многократную ионизацию атомов вещества и значительную его плотность, вероятно превышающую 100 г/см 3 , хотя и в этих условиях вещество Солнца сохраняет свойства газа. Многочисленные данные приводят к выводу о том, что в течение многих миллионов лет температура Солнца остается неизменной, несмотря на большой расход энергии, вызываемый излучением Солнца.

Основным источником солнечной энергии являются ядернье реакции. Одна из наиболее вероятных ядерных реакций, называемая протон-протонной, заключается в превращении четырех ядер водорода (протонов) в ядро гелия. При ядерных превращениях выделяется большое количество энергии, которая проникает к солнечной поверхности и излучается в мировое прост­ранство.

Энергию излучения можно подсчитать по известной формуле Эйнштейна: Е = тс 2 , где Е - энергия; т - масса и с - ско­рость света в пустоте. Масса ядра водорода составляет 1,008 (атомных единиц массы), поэтому масса 4 протонов равна 4 1,008 = 4,032 а. е. м. Масса образовавшегося ядра гелия сос­тавляет 4,004 а. е. м. Уменьшение массы водорода на величину 0,028 а. е. м. (это составляет 5*10 -26 г) приводит к выделению энергии, равной:

О
бщая мощность излучения Солнца составляет 5*10 23 л. с. Вследствие излучения Солнце теряет 4 млн. т вещества в секунду.