Эволюция галактик и звезд

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ  АКАДЕМИЯ

 

 

Кафедра «Физика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

по дисциплине: « Концепции современного естествознания »

на тему: «Эволюция галактик и звезд»

 

 

 

Выполнил  студент 

группы 4150

 

 

Проверил: доцент

 

 

 

 

 

2011г.

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Классификация галактик. 5

Глава 2. Рождение галактик 10

Глава 3. Рождение звезд 13

Глава 4.Образование и эволюция солнечной системы 15

Глава 5. Строение, активность и эволюция солнца. 21

5.1 Строение солнца 21

5.2 Эволюция Солнца 24

5.3 История изучения солнечной активности 26

Заключение 28

Список используемой литературы. 29

 

 

Введение

С древнейших времен людей интересовало, что же находится за горизонтом, и они отправлялись исследовать  далекие и незнакомые земли. По мере того как Земля открывала человеку большинство своих белых пятен, астрономы стали выходить в область  новых и не исследованных территорий за пределами нашей маленькой  планеты. Сегодня исследователи  Вселенной, используя современные  телескопы и ЭВМ, продвигаются в  направлении всё больших расстояний в поисках предела Космоса - последней  его границы.

Столетия мы были узниками Солнечной  системы, считая звезды просто украшениями  сферы, расположенной за планетами. Потом человек признал в этих крошечных светящихся точках другие солнца, настолько далекие, что их свет идет до Земли многие годы. Казалось, что космос населен редкими одинокими  звездами, и ученые спорили о том, простирается ли звездное население  в пространстве неограниченно или  же за некоторым пределом звезды кончаются и начинается пустота. Проникая все дальше и дальше, астрономы нашли такой предел, и оказалось, что наше Солнце - одна из огромного числа звезд, образующих систему под названием Галактика. За границей Галактики была тьма.

XX век принес новое открытие: наша Галактика - это еще не  вся Вселенная. За самыми далекими  звездами Млечного Пути находятся  другие галактики, похожие на  нашу и простирающиеся в пространстве до пределов видимости наших крупнейших телескопов. Грандиозные звездные системы - одни из самых потрясающих и наиболее изучаемых современной астрономией объектов.

Постоянство и непознаваемость звёзд наши предки считали непременными условиями существования мира. Древние египтяне полагали, что, когда люди разгадают природу звёзд, наступит конец света. Другие народы верили, что жизнь на Земле прекратится, как только созвездие Гончих Псов догонит Большую Медведицу. Наверное, для них очень важно было сознавать, что в этом неверном и изменчивом мире остаётся что-то неподвластное времени.

Не удивительно, что любые изменения  в мире звёзд издавна считались  предвестниками значительных событий. Согласно Библии, внезапно вспыхнувшая  звезда возвестила миру о рождении Иисуса Христа, а другая звезда – Полынь – будет знаком конца света.

В течение многих тысячелетий астрологи сверяли по звёздам жизни отдельных людей и целых государств, хотя и предупреждали при этом, что роль звёзд в предначертании судьбы велика, но не абсолютна. Звёзды советуют, а не приказывают, говорили они. Но шло время, и люди стали всё чаще смотреть на звезды с другой, менее романтической точки зрения. Звёзды стали рассматриваться как физические объекты, для описания которых вполне достаточно известных законов природы.

Астрономы не в состоянии проследит  жизнь одной звезды от начала и  до конца. Даже самые короткоживущие звёзды существуют миллионы лет –  дольше жизни не только одного человека, но и всего человечества. Однако учёные могут наблюдать много  звёзд, находящихся на самых разных стадиях своего развития, - только что  родившиеся и умирающие. По многочисленным звездным портретам они стараются  восстановить эволюционный путь каждой звезды и написать её биографию.

 

Глава 1. Классификация галактик.

Первую классификацию галактик разработал Эдвин Пауэл Хаббл, американский астроном в далёком 1926 г. Классификация оказалась столь удачной, что с незначительными изменениями, сделанными самим Хабблом в 1936 г. (добавлены линзовидные галактики), используется астрономами всего мира и сегодня.

Классификацию галактик, предложенную Хабблом, часто называют камертонной, так как последовательность расположения в ней типов галактик напоминает вилку камертона.

 Классификация галактик Э.Хаббла. По этой классификации галактики объединяются в пять основных типов:

– эллиптические (Е);

– линзообразные (S0);

– спиральные (S);

– пересеченные спиральные или спиральные галактики с перемычкой (SB);

– неправильные (Irr).

Эллиптические галактики (тип Е) составляют 13% от общего числа галактик. Они  выглядят как нерезкий круг или эллипс, яркость которого быстро уменьшается  от центра к периферии. Полагают, что  в центре ярких эллиптических  галактик находится массивная черная дыра. Размеры галактик колеблются от от десятых частей до более 100 кпк. Масса может достигать 1013 ¤.

Это наиболее простые по структуре  галактики. Состоят, преимущественно, из звёзд следующих типов: старых красных и желтых гигантов, красных, желтых и белых карликов. Образование  звезд в галактиках этого типа не идет уже несколько миллиардов лет. Холодного газа, как и космической  пыли почти нет; наиболее массивные  галактики заполнены очень разреженным  горячим газом с температурой более 1 000 000 К, поэтому цвет этих галактик красноватый. Вращение обнаружено лишь у наиболее сжатых из эллиптических галактик.

Примерами эллиптических галактик служат галактики M32, M87 и M110.

Спиральные галактики – самый  многочисленный тип – составляют около 50 % всех наблюдаемых галактик. Чаще всего наблюдаются за пределами  скоплений галактик.  Большая  часть звёзд галактики занимает линзообразный объём (галактический  диск). На галактическом диске заметен  спиральный узор из двух или более  закрученных в одну сторону ветвей или рукавов, выходящих из центра галактики. Различаются два типа спиралей. У одних, обозначаемых SA или S, спиральные ветви выходят непосредственно  из центрального уплотнения. У других они начинаются у концов продолговатого образования, в центре которого находится  овальное уплотнение. Создаётся впечатление, что две спиральные ветви соединены  перемычкой, почему такие галактики  и называются пересеченными спиралями; они обозначаются символом SB.

Спиральные галактики различаются  степенью развитости своей спиральной структуры, что в классификации  отмечается добавлением к символам S (или SA) и SB букв а, b,с.

Обилие газовых и пылевых  облаков и присутствие ярких  голубых гигантов спектральных классов О и В говорит об активных процессах звёздообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.

Диск спиральных галактик погружён в разреженное слабосветящееся  облако звёзд – гало. Гало состоит  из молодых звезд «Населения II», образующих многочисленные шаровые  скопления.

В некоторых галактиках центральная  часть имеет шарообразную форму  и ярко светится. Эта часть называется балдж (от англ. bulge – утолщение, вздутие). Балдж состоит из старых звезд «Населения II» и, часто, сверхмассивной черной дыры в центре. У других галактик в центральной части располагается "звёздная перемычка" – бар. В некоторых ядрах помимо звёзд наблюдается яркий звёздоподобный источник в центре и светящийся газ, движущийся со скоростью тысячи километров в секунду.

Такие галактики получили название галактик с активными ядрами, или  сейфертовских (по имени открывшего их в 1943 г. американского астронома К. Сейферта).

Масса спиральных галактик до ~1012 М (масс Солнца).

Наиболее известные спиральные галактики – это наша Галактика  Млечный Путь и туманность Андромеды. В ясную безлунную ночь туманность Андромеды видна как облако к  западу от звезды v Андромеды. Свет от неё  до Земли идёт 2 млн. лет.

Промежуточным типом между спиральной и эллиптической галактиками является линзовидная галактика типа S0. У галактик этого типа яркое центральное сгущение (балдж) сильно сжато и похоже на линзу, а ветви отсутствуют или очень слабо прослеживаются.

Состоят линзовидные галактики  из старых звёзд-гигантов, поэтому и  цвет их – красноватый.

Две трети линзовидных галактик, подобно эллиптическим, не содержат газа, в одной трети содержание газа такое же как у спиральных галактик. Поэтому процессы звездообразования идут очень медленными темпами.

Пыль в линзовидных галактиках сосредоточена вблизи галактического ядра. К линзовидным галактикам относится около 10% известных галактик.

Для неправильных или иррегулярных галактик (Ir) характерна неправильная, клочковатая форма. Неправильные галактики характеризуются отсутствием центральных уплотнений и симметричной структуры, а также низкой светимостью. Такие галактики содержат много газа ( в основном нейтрального водорода) – до 50% их общей массы. К этому типу относится около 25% всех звёздных систем.

Неправильные галактики делятся  на 2 большие группы. К первой из них, обозначаемой как IrrI, относят галактики с намеком на определенную структуру. Деление IrrI не окончательное: так если в изучаемой галактике обнаруживается подобие спиральных рукавов (характерны для галактик типа S), галактика получает обозначение Sm или SBm (имеет в своей структуре перемычку); если же подобного явления не наблюдается – обозначение Im. К галактикам типа SBm относятся Большое и Малое Магеллановы облака.

Ко второй группе (типу) неправильных галактик относятся все остальные  галактики с хаотичной структурой.

Есть еще и третья группа неправильных галактик – карликовые, обозначаемые как dI или dIrrs. Считается, что карликовые неправильные галактики похожи на наиболее ранние галактические образования, существовавшие во Вселенной. Некоторые из них представляют собой небольшие спиральные галактики, разрушенные приливными силами более массивных компаньонов.

Галактики, которые обладают теми или иными особенностями, не позволяющими отнести их ни к одному из перечисленных  выше классов, называются пекулярными.

В расширенной классификации Хаббла появились:

1) Тип линзовидных галактик S0 и  SB0.

Галактики S0 разделили на 2 типа: к  типу 1 отнесли не имеющие структуры  в галактическом диске; к типу 2 имеющие зачаточные структурные  признаки в виде темных колец и  областей. Между этими 2 типами выделили третий – S0/a – галактики с зарождающейся  спиральной структурой.

Галактики типа SB0 имеет в своей  структуре бар и, иногда, сформировавшиеся кольца. В эту категорию были перенесены некоторые спиральные галактики  типа SBa у которых спиральные ветви нечеткие, но зато имеется обнаруживается развитое центральное сгущение. По классификации Хаббла галактики типа SB0 разделены на 3 группы, в зависимости от выраженности в структуре галактики бара и наличия колец:

1 группа. К ней относят галактики  с неясным баром и протяженной  неструктурированной оболочкой;

2 группа. Сюда входят галактики  со слабо выраженным широким  баром и одним кольцом;

3 группа. Бар и кольцевая структура  галактик этой группы хорошо  выражены.

2) В типе спиральных галактик  появились группы Sd и SBd. Подобные галактики характеризуются низкой яркостью поверхности, представляющей собой сложную клочковатую структуру и слабо выраженным галактическим ядром. Для обозначения спиральных галактик

3) В типе эллиптических галактик  ввели новый класс dE. К нему относят карликовые галактики с низкой поверхностной яркостью, хотя во всем остальном это типичные эллиптические галактики.

Особой разновидностью галактик являются радиогалактики. Радиоволны в той или иной степени излучают все галактики. Однако у большинства обычных галактик на радиоизлучение приходится лишь ничтожная доля всей их мощности, в то время как поток радиоволн от некоторых галактик оказывается сравнимым с мощностью их оптического излучения. Такие галактики называются радиогалактиками. Мощность их радиоизлучения часто в тысячи и десятки тысяч раз больше, чем у обычных галактик.

Компактные далекие галактики, обладающие мощным нетепловым радиоизлучением, называются N-галактиками.

Примером очень мощной радиогалактики может служить галактика, связанная  с одним из источников радиоизлучения в созвездии Лебедя, называемым Лебедь-А. Между двумя его компонентами находится слабая галактика 18m, пересечённая широкой тёмной полосой (возможно, две  галактики).

Глава 2. Рождение галактик

Колоссальные водородные сгущения зародыш сверх галактики и скоплений галактик медленно вращались. Внутри их образовывались вихри, похожие на водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых лет. Мы называем эти системы протогалактиками, то есть зародыш галактик. Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь ничтожной частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звезд, которые мы называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор напоминают нам гигантское завихрение.