Уроки астрономии в школе

Особенности Солнечного вращения

Звезда, в основном состоящая из водорода с гелием, не имеет единой плотности, присущей твердым телам. Поэтому в отличие от твердых планет, к примеру, таких как Земля, не имеет единой планетарной скорости обращения. В экваториальной зоне составляющие звезду газы вращаются относительно быстро. На полный оборот уходит примерно 25 (24,74) земных суток. У полюсов скорость движения вещества замедляется и составляет около 35 суток. В разных точках между ними скорость составляет 26-28 дней.

Предполагается, что Солнечное ядро оборачивается вокруг оси еще быстрее. Его скорость выше, чем у наружных слоев в четыре раза. Согласно этой схемы, скорость вращения задает именно быстро крутящееся ядро. Чуть медленнее обращаются примыкающие к нему внутренние зоны, лучистого переноса и конвективная. Еще медленнее движутся слои Солнечной атмосферы, состоящей из излучающей свет, выглядящей как сияющая поверхность звезды фотосферы, придающей светилу красноватый оттенок хромосферы и выбрасывающей протуберанцы короны.

Дальнейшие исследования

Сравнение вращающихся дисковых галактик в современной (слева) и далекой Вселенной (справа).

Вращательная динамика галактик хорошо описывается их положением в соотношении Талли – Фишера , которое показывает, что для спиральных галактик скорость вращения однозначно связана с их полной светимостью. Последовательный способ предсказать скорость вращения спиральной галактики — это измерить ее болометрическую светимость и затем определить скорость вращения по ее местоположению на диаграмме Талли-Фишера. И наоборот, знание скорости вращения спиральной галактики дает ее светимость. Таким образом, величина вращения галактики связана с видимой массой галактики.

Хотя точная подгонка профилей плотности балджа, диска и гало является довольно сложным процессом, с помощью этого соотношения легко смоделировать наблюдаемые вращающиеся галактики. необходим лучший источник Таким образом, хотя современные космологические модели и моделирование формирования галактик темной материи с включенной нормальной барионной материей можно сопоставить с наблюдениями галактик, пока нет прямого объяснения того, почему наблюдаемые соотношение масштабирования существует. Кроме того, подробные исследования кривых вращения галактик с низкой поверхностной яркостью (галактик LSB) в 1990-х годах и их положение в соотношении Талли – Фишера показали, что у LSB-галактик должны быть гало темной материи , которые более протяженные и менее плотные, чем у галактик с высокой поверхностной яркостью, и, таким образом, поверхностная яркость связана со свойствами гало. Такие темной материи , в которых доминируют карликовые галактики , может дать ключ к решению карликовой галактики проблемы в формировании структуры .

Очень важно, что анализ внутренних частей галактик с низкой и высокой поверхностной яркостью показал, что форма кривых вращения в центре систем с преобладанием темной материи указывает на профиль, отличный от профиля пространственного распределения массы NFW. Эта так называемая проблема остроконечного гало является постоянной проблемой для стандартной теории холодной темной материи

В этом контексте часто используются моделирование, включающее обратную связь звездной энергии в межзвездную среду, чтобы изменить предсказанное распределение темной материи в самых внутренних областях галактик.

Строение Солнца

Схема структуры Солнца. Изображение: Pbroks13 / Wikimedia Commons1-Ядро; 2-Зона лучистого переноса; 3-Зона конвективного переноса; 4-Фотосфера; 5-Хромосфера; 6-Корона; 7-Солнечные пятна; 8-Гранулы; 9-Протуберанец

Конечно, у Солнца, состоящего из газов, нет привычной нам твердой поверхности. Значительную ее часть составляет атмосфера, которая по мере движения к центру светила уплотняется. Тем не менее принято выделять 6 «слоев», из которых состоит звезда. Три из них являются внутренними, а следующие три образуют солнечную атмосферу.

Внутреннее строение Солнца

Внутренняя структура нашей звезды включает следующие слои:

Ядро

В центре светила располагается ядро. Именно в этой области идут термоядерные реакции. Радиус ядра оценивается в 150 тыс. км. Температура здесь не опускается ниже 13,5 млн градусов, а давление доходит до 200 млрд атм. Из-за этого вещество здесь находится в крайне плотном состоянии. Его плотность составляет 150 г/куб. см. Это в 7,5 раз выше плотности золота. Именно такие условия необходимы для протекания термоядерных реакций. Надо понимать, что именно в ядре вырабатывается энергия, которую и излучает Солнце. Все остальные области звезды лишь обогреваются ядром, но сами ее не вырабатывают.

Зона лучистого переноса

Над ядром располагается зона радиации, которую также именуют зоной лучистого переноса. Ее внешняя граница проходит по сфере радиусом 490 тыс. км. Температура постепенно падает от отметки в 7 млн градусов на границе с ядром до 2 млн градусов у внешней границы. Также и плотность вещества снижается с 20 до 0,2 г/куб. см. Тем не менее из-за высокой плотности атомы водорода не могут двигаться. То есть если при нагреве, например, воды ее теплые слои поднимаются на поверхность, перенося туда тепло, то здесь такой механизм не работает – вещество остается неподвижным. Единственный способ энергии пробраться через зону радиации – это длительная цепочка поглощений и излучений фотонов атомами водорода. Из-за этого фотон, возникший при термоядерной реакции в ядре, в среднем «пробирается» наружу через зону радиации примерно 170 тыс. лет!

Зона конвективного переноса

Выше располагается зона конвективного переноса толщиной 200 тыс. км. Здесь плотность уже невысока, и вещество активно перемешивается – нагретые газы поднимаются наверх, отдают тепло, остывают и снова погружаются вниз. Скорость газовых потоков может достигать 6 км/с. Именно это движение порождает магнитное поле Солнца. Температура на поверхности падает до 6000° С, а плотность на три порядка ниже плотности земной атмосферы.

Атмосфера

Атмосфера Солнца состоит из следующих слоев:

Фотосфера

Нижний слой атмосферы называют фотосферой. Именно она излучает тот свет, который согревает планеты Солнечной системы. Толщина фотосферы колеблется от 100 до 400 км. На внешней границе фотосферы температура падает до 4700° С.

Хромосфера

Над фотосферой располагается хромосфера – слой толщиной около 2000 км. Её яркость очень мала, поэтому с Земли её можно наблюдать довольно сложно. Удобнее всего это делать во время солнечных затмений. Она имеет специфический красный оттенок. В хромосфере можно наблюдать спикулы – столбы плазмы, выбрасываемые из нижних слоев хромосферы. Время существования одной спикулы не превышает 10 минут, а длина доходит до 20 тыс. км. Одновременно в хромосфере находится около миллиона спикул. Интересно, что с увеличением высоты температура хромосферы не падает, а растет, и на верхней границе может доходить до 20 000° С.

Корона

Верхний слой атмосферы называется короной. Ее верхняя граница до сих пор четко не определена. Вещество в ней крайне разрежено, однако температура в ней может достигать нескольких миллионов градусов. На сегодня ученым не удалось полностью объяснить, за счет каких механизмов солнечная корона разогревается до такой температуры. В короне можно наблюдать протуберанцы – выбросы солнечного вещества, чья высота над поверхностью звезды может достигать 1,7 млн км.

Лекция 10. Вращение Галактики

10.1 Формулы Ботлингера

Рассмотрим несложную кинематическую модель Галактики, сделав упрощающее предположение, что центроиды движутся вокруг центра Галактики по круговым орбитам. Движение осуществляется вокруг оси симметрии Галактики в плоскостях, параллельных основной плоскости симметрии Галактики. При этом в каждой из параллельных плоскостей вращение происходит одинаково, т.е. функции, описывающие вращение Галактики не зависят от z. Такой тип движения называется баротропным вращением. При этом на закон вращения — зависимость скорости вращения от расстояния до оси вращения Галактики — никаких ограничений не накладывается. Выведем формулы, описывающие наблюдаемые проявления вращения Галактики при сделанных предположениях, следуя Ботлингеру.

Рассмотрим объект S, лежащий в плоскости Галактики (см. рис. 10-1). Вектор V представляет собой линейную скорость кругового движения центроида S звёзд, вместе с Солнцем обращающегося вокруг центра Галактики на расстоянии R от оси ее вращения. Вектор V — круговая скорость центроида S, находящегося на расстоянии r от центроида S и характеризуемого галактической долготой l. Согласно принятой модели векторы V и V направлены по касательным к окружностям с радиусами R и R. Угловые скорости кругового движения на расстояниях R и R от оси вращения Галактики будут:

V cosV cos (90° — l)ωR sin(Θ + l)ωR sin l

cosb

Аналогично можно вывести формулу для тангенциальной скорости v_l = 4.74 rμ_l cos b:

v_b = 4.74 rμ_b cos bv_l

Напомним, что в (10-5) и (10-6) частота вращения Галактики, часто называемая кривой вращения Галактики, является функцией расстояния от оси вращения Галактики R. Выражения (10-5) и (10-6) являются основными формулами, применяемыми при исследовании кинематических свойств галактического диска. Отметим, что такой важный параметр галактического вращения, как частота вращения Галактики на расстоянии Солнца μ, может быть определен только с использованием собственных движений из выражения (10-6), тогда как с помощью лучевых скоростей кривая вращения определяется только с точностью до постоянного слагаемого ω. Поэтому точность определения частоты вращения Галактики целиком определяется точностью системы, используемой для оценки собственных движений.

Мнения читателей

Астрометрия
—
Астрономические инструменты
—
Астрономическое образование
—
Астрофизика
—
История астрономии
—
Космонавтика, исследование космоса
—
Любительская астрономия
—
Планеты и Солнечная система
—
Солнце

Через 5 млрд лет Млечный Путь сольется с Андромедой

Млечный Путь вместе с Андромедой, Большим и Малым Магеллановым Облаками, и другими галактиками составляют Местную группу галактик в Сверхскоплении Девы. Большое и Малое Магеллановы Облака являются спутниками нашей Галактики. Они примерно в 10 раз меньше по диаметру и имеют в сотни раз меньшую массу. Учитывая их движение, предполагается, что Млечный Путь вберет их в себя примерно через 2,5 млрд лет.

В то же время Андромеда двигается в направлении к Млечному Пути со скоростью 120 км/с. В случае, если ее скорость и траектория останутся неизменными, то галактики встретятся примерно через 4-5 млрд лет. При этом неизвестно, произойдет их слияние, или галактики только столкнуться по касательной. Даже если скорость Андромеды уменьшиться, то все равно произойдет столкновение, но не самих дисков, а гало темных материй.

Слияние Андромеды и Млечного Пути не должно как-то отразиться на Солнечной системе и ее планетах. В большей степени велика вероятность того, что она может быть вытолкнута силами гравитации за пределы новой галактики. В этом случае она превратится в странствующий межгалактический объект. Однако, все равно это не вызовет катастрофических последствий для нашей планеты. Намного большее значение для жизни на Земле играет активность Солнца, которое примерно через 5-6 млрд лет должно превратиться в красного гиганта.

Когда погаснет Солнце?

Мы говорим — «Солнце горит», но источником его излучения являются вовсе не химические реакции горения, а термоядерный синтез. В условиях сверхвысоких температур и давлений ядра водорода (главного элемента в составе Солнца) начинают соединяться и образовывать ядра другого элемента — гелия. При этом выделяется в миллионы раз больше энергии, чем при горении.

Каждую секунду на Солнце в энергию полностью превращается 4,26 млн т вещества, однако эта величина просто ничтожна по сравнению с общей массой нашего главного светила. Запасов водорода, необходимого для термоядерных реакций, нашей звезде хватит еще на несколько миллиардов лет.

Жизненный цикл Солнца

Возраст Солнца ученые оценивают в 4,67 млрд лет. И на протяжении всего этого времени ведет оно себя очень «уравновешенно». Количество светового и теплового излучения нашего светила почти постоянно, а вот мощности его ультрафиолетового, рентгеновского и радиоизлучения постоянно меняются. Изменчива также плотность потока частиц, которые Солнце выбрасывает в окружающее пространство — ученые называют его «солнечным ветром».

То, что тепловое излучение Солнца постоянно,— большая удача для человечества. Если бы оно было хотя бы на 10 процентов мощнее, то наша планета превратилась бы в раскаленную пустыню, на 10 процентов слабее — и Земля покрылась бы вечными льдами.

Зеленый лист растения — основа жизни на Земле, которая не могла бы существовать без солнечного излучения

Солнце образовалось из туманности, которая состояла из чистого водорода. Все остальные элементы, входящие в состав солнечной плазмы, — гелий, железо, никель, хром, магний, азот, кислород, углерод, кальций и неон, — образовались в результате сложных ядерных реакций и превращения элементов. Но, в отличие от более крупных звезд, нашему светилу не грозит опасность окончить свое существование грандиозным взрывом, превратившись в сверхновую. Для этого его масса слишком мала.

Таким, как мы видим его, солнце просуществует около 10 млрд лет. Сегодня оно находится почти на середине этого бесконечно длинного пути. Но что же ждет его в отдаленном будущем?

То же, что и все остальные звезды такого же спектрального класса и массы. Через 4—5 млрд лет оно превратится в красный гигант. По мере того, как водородное топливо в ядре Солнца будет иссякать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться. И примерно через 7,8 млрд лет, когда температура в ядре достигнет 100 млн градусов, в нем начнутся термоядерные реакции синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце начнет быстро терять массу и расширяться. Его внешняя поверхность достигнет современной орбиты Земли, но Земля к этому времени будет уже далеко — из-за того, что Солнце станет менее массивным, она перейдет на более далекую орбиту и не угодит в горячую плазму.

Но хорошего все равно мало — в течение следующих 500—700 млн лет поверхность Земли будет настолько горячей, что на ней станет невозможным существование какой-либо формы жизни, а вся вода на планете превратится в пар.

Солнце, превратившееся в красный гигант

После этого «состарившийся» красный гигант потеряет внешнюю оболочку, из которой образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется крохотный белый карлик, который образуется из очень горячего ядра Солнца. В течение еще нескольких миллиардов лет он будет постепенно остывать и угасать.

Поделиться ссылкой

Мифология

Армянская, арабская, валахская, еврейская, персидская, турецкая, киргизская

По одному из армянских мифов о Млечном Пути, бог Ваагн, предок армян, суровой зимой украл у родоначальника ассирийцев Баршама солому и скрылся в небе. Когда он шёл со своей добычей по небу, то ронял на своём пути соломинки; из них и образовался светлый след на небе (по-армянски «Дорога соломокрада»). О мифе про рассыпанную солому говорят также арабское, еврейское, персидское, турецкое и киргизское названия (кирг. саманчынын жолу – путь соломщика) этого явления. Жители Валахии считали, что эту солому Венера украла у Святого Петра.

Бурятская

Согласно бурятской мифологии, добрые силы творят мир, видоизменяют вселенную. Так, Млечный Путь возник из молока, которое Манзан Гурме нацедила из своей груди и выплеснула вслед обманувшему её Абай Гесеру. По другой версии, Млечный Путь – это «шов неба», зашитого после того, как из него высыпались звёзды; по нему, как по мосту, ходят тенгри.

Венгерская

По венгерской легенде, Аттила спустится по Млечному Пути, если секеям будет угрожать опасность; звёзды представляют собой искры от копыт. Млечный Путь. соответственно, называется «дорогой воинов».

Древнегреческая

Этимологию слова Galaxias (Γαλαξίας) и его связь с молоком (γάλα) раскрывают два схожих древнегреческих мифа. Одна из легенд рассказывает о разлившемся по небу материнском молоке богини Геры, кормившей грудью Геракла. Когда Гера узнала, что младенец, которого она кормит грудью, не её собственное дитя, а незаконный сын Зевса и земной женщины, она оттолкнула его, и пролитое молоко стало Млечным Путём. Другая легенда говорит о том, что пролитое молоко – это молоко Реи, жены Кроноса, а младенцем был сам Зевс. Кронос пожирал своих детей, так как ему было предсказано, что он будет свергнут собственным сыном. У Реи зародился план, как спасти своего шестого ребёнка, новорождённого Зевса. Она обернула в младенческие одежды камень и подсунула его Кроносу. Кронос попросил её покормить сына ещё раз, перед тем как он его проглотит. Молоко, пролитое из груди Реи на голый камень, впоследствии стали называть Млечным Путём.

Индийская

Древние индийцы считали Млечный Путь молоком вечерней красной коровы, проходящей по небу. В Ригведе Млечный Путь назван тронной дорогой Арьямана. Бхагавата-пурана содержит версию, по которой Млечный Путь – это живот небесного дельфина.

Инкская

Главными объектами наблюдения в астрономии инков (что нашло отражение в их мифологии) на небосклоне являлись тёмные участки Млечного Пути – своеобразные «созвездия» в терминологии андских культур: Лама, Детёныш Ламы, Пастух, Кондор, Куропатка, Жаба, Змея, Лиса; а также звёзды: Южный крест, Плеяды, Лира и многие другие.

Кетская

В кетских мифах, аналогично селькупским, Млечный Путь описывается как дорога одного из трёх мифологических персонажей: Сына неба (Еся), который ушёл охотиться на западную сторону неба и там замёрз, богатыря Альбэ, преследовавшего злую богиню, или первого шамана Доха, поднимавшегося этой дорогой к Солнцу.

Китайская, вьетнамская, корейская, японская

В мифологиях синосферы Млечный Путь называют и сравнивают с рекой (во вьетнамском, китайском, корейском и японском языках сохраняется название «серебряная река». Китайцы так же иногда называли Млечный Путь «Жёлтой дорогой», по цвету соломы.

Коренных народов северной Америки

Хидатса и эскимосы называют Млечный Путь «Пепельным». Их мифы говорят о девушке, рассыпавшей по небу пепел, чтобы люди могли найти дорогу домой ночью. Шайенны считали, что Млечный Путь – это грязь и ил, поднятые брюхом плывущей по небу черепахи. Эскимосы с Берингова пролива – что это следы Ворона-творца, шедшего по небу. Чероки полагали, что Млечный Путь образовался, когда один охотник украл жену другого из ревности, а её собака стала есть кукурузную муку, оставшуюся без присмотра, и рассыпала её по небу (этот же миф встречается у койсанского населения Калахари) . Другой миф того же народа говорит о том, что Млечный Путь – это след собаки, тащившей что-то по небу. Ктунаха называли Млечный Путь «собачьим хвостом», черноногие называли его «волчьей дорогой». Вайандотский миф говорит о том, что Млечный Путь – это место, где души умерших людей и собак собираются вместе и танцуют.

Финская, литовская, эстонская, эрзянская, казахская

Финское название – фин. Linnunrata – означает «Путь птиц»; аналогичная этимология и у литовского названия. Эстонский миф также связывает Млечный («птичий») Путь с птичьим полётом.

Эрзянское название – «Каргонь Ки» («Журавлиная Дорога»).

Казахское название – «Құс жолы» («Путь птиц»).

Дополнительные задачи[править | править код]

Дано:

π′′=0.198,{\displaystyle \pi ^{\prime \prime }=0.198,}μ=,658′′,{\displaystyle \mu =0,658^{\prime \prime },}vr=−26.3{\displaystyle v_{r}=-26.3} км/с
Найти: vt−?,v−?{\displaystyle v_{t}-?,v-?}Решение:v1=4,74⋅μπ;{\displaystyle v_{1}=4,74\cdot {\frac {\mu }{\pi }};}v1=4,74⋅,658,198≈15,8(KMc);{\displaystyle v_{1}=4,74\cdot {\frac {0,658}{0,198}}\approx 15,8\left({\frac {\mathrm {KM} }{\mathrm {c} }}\right);}v=(−26,3)2+15,82=30,7(KMc){\displaystyle v={\sqrt {(-26,3)^{2}+15,8^{2}}}=30,7\left({\frac {\mathrm {KM} }{\mathrm {c} }}\right)}
Ответ: 15,8{\displaystyle 15,8} км/с и 30,7{\displaystyle 30,7} км/с

По периоду обращения Солнца приблизительно оцените массу Галактики в массах Солнца. (Воспользуйтесь третьим уточненным законом Кеплера.)

M=v2r6{\displaystyle M={\frac {v^{2}r}{6}}}

Características principales

Две трети спиральных галактик имеют центральную полосу, состоящую из одной из таких галактик, известной как спиральная галактика с перемычкой. Он так называется, чтобы отличать их от простых. У него всего две спирали, которые выходят из планки и вращаются в одном направлении. Примером спиральной галактики этого типа является Млечный Путь. Центральный балдж этого типа галактики красноватый цвет из-за наличия более старых звезд. В центре галактики находится небольшое количество газа, и черная дыра обычно находится в центре.

Диски, составляющие рукава спиральной галактики, имеют голубоватый цвет и богаты газом и пылью. Большинство этих рукавов заполнено молодыми, более горячими звездами, которые постоянно вращаются по почти круговой траектории. Что касается спиралей, существуют разные типы спиралей, которые могут идти от спиралей, охватывающих центральную выпуклость, до спиралей, у которых рукава расположены более открыто. Большинство из них выделяются тем, что большое количество молодых звезд, голубых и с высокими температурами.

В спиральной галактике также есть сферическое гало, которое окружает весь диск целиком и состоит из небольшого количества газа и пыли. В этом сферическом гало находятся старые звезды, сгруппированные в шаровые звездные скопления. Эти шаровые звездные скопления представляют собой не что иное, как огромные скопления звезд, содержащие до миллиардов звезд и движущиеся с большой скоростью.

Расположение Солнечной системы в галактике

Результаты последних исследований говорят о том, что расстояние от Солнца до центра галактики примерно 27 тыс. св. лет. Предварительные оценки свидетельствуют, что наша дневная звезда находится примерно в 35 тыс. св. лет от зоны перемычки.

Астрономам удалось изучить в окрестностях Солнца участки вокруг двух рукавов – Персея и Стрельца. Они удалены от нашей планеты приблизительно на 3 тысячи световых лет. Наша дневная звезда находится в центре между этими образованиями.

Расположение нашей планеты в галактике

Скорость обращения Солнца вокруг галактического центра почти такая же, как скорость волны уплотнения, образующей рукава. Это связано с тем, что оно находится в так называемом коротационном центре

Для Земли такое расположение Солнца в галактике критически важно для возникновения и поддержания жизни. Спиральные рукава продуцируют мощнейшее излучение, способное убить все живое

От него не смогла бы спасти ни одна атмосфера. Выходит, нам посчастливилось, что мы живём в таком месте Млечного пути, которое защищено и удалено от космических катаклизмов.