 |
Список интернет-источников
|
|
|
|
Международная научно практическая конференция
«60 лет космической эры»
Секция
«Космонавтика и точные науки»
Тема:
«Взаимодействие галактик и развитие Вселенной»
Авторы:
Калайчук Диана
Кривцанова Светлана
10 класс
Руководители:
Матюхин Дмитрий Иванович,
Землякова Ольга Сергеевна,
Максименко Елена Владимировна
Брянск 2017
Содержание
· Введение и задачи………………………………………………………………………….3
· Галактики……………………………………………………………………..4
· Виды галактик………………………………………………………………...5
· Взаимодействие галактик …………………………………………………..10
· Галактические скопления..…………………………………………………………………...13
· Структура вселенной.……………………………………………………………………15
· Будущее вселенной………………………………………………………….17
· Заключение…………………………………………………………………..18
· Список используемой литературы и интернет источники…………………………………………………………………….19
Введение
Больше всего во Вселенной нас удивляет то, как мало мы о ней знаем. И точно так же, как мы хотим знать, что происходит с нашей смертью, наука задается вопросом о том, что происходит в конце Вселенной. Научное сообщество произвело много теорий — и некоторые действительно впечатляют.
Задачи
· Познакомиться с понятием «галактика»
· Узнать о развитии, видах и взаимодействии галактик
· Узнать о структуре Вселенной и вариантах ее дальнейшего развития
Галактики
Галактика (др.греч γλαξίας «МлечныйПуть» от др.-греч. γάλα, γάλακτος «молоко») — гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. Все объекты в составе галактики участвуют в движении относительно общего центра масс.
|
|
|
Галактики — чрезвычайно далёкие астрономические объекты. Расстояние до ближайших из них измеряют в мегапарсеках, а до далёких — в единицах красного смещения. Самой удалённой из известных по состоянию на декабрь 2012 года является галактика UDFj-39546284. Разглядеть на небе невооружённым глазом можно всего лишь три галактики: галактика Андромеды (видна в северном полушарии) и Большое и Малое Магеллановы Облака (видны в южном; являются спутниками нашей Галактики).
Точное количество галактик в наблюдаемой части Вселенной неизвестно, но, по всей видимости, их порядка двух триллионов. В пространстве галактики распределены неравномерно: в одной области можно обнаружить целую группу близких галактик, а можно не обнаружить ни одной (так называемые войды).
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 разрешённых галактик резко возросло.[1]
Виды галактик
Виды галактик во Вселенной Хаббл изучал туманности и доказал, что многие из них являются формированиями, схожими с Млечным путем. На основе собранного материала он описал, какой вид имеет галактика и какие типы подобных космических объектов существуют. Хаббл измерил расстояния до некоторых из них и предложил свою классификацию. Ей ученые пользуются и сегодня. Все множество систем во Вселенной он разделил на 3 вида: галактики эллиптические, спиралевидные и неправильные. Каждый тип активно изучается астрономами всего мира. Кусочек Вселенной, где расположена Земля, Млечный путь, относится к типу «спиралевидные галактики». Виды галактик выделяются на основе различий их форм, влияющих на определенные свойства объектов. [2]
|
|
|
Спиралевидные
Виды галактик распространены по Вселенной не одинаково. По современным данным чаще других встречаются спиралевидные. Кроме Млечного пути к этому типу относится Туманность Андромеды (М31) и галактика в созвездии Треугольника (М33). Подобные объекты имеют легко узнаваемое строение. Если посмотреть со стороны, как выглядит такая галактика, вид сверху будет напоминать расходящиеся по воде концентрические круги. От сферического центрального утолщения, называемого балджем, расходятся спиральные рукава. Число таких ответвлений бывает разным — от 2 до 10. Весь диск со спиральными рукавами находится внутри разреженного облака звезд, которое в астрономии называется «гало». Ядро же галактики представляет собой скопление светил. [3]
Подтипы
В астрономии для обозначения спиралевидных галактик используется буква S. Их делят на типы в зависимости от структурной оформленности рукавов и особенностей общей формы:
· галактика Sa: рукава туго закрученные, гладкие и неоформленные, балдж яркий и протяженный;
· галактика Sb: рукава мощные, четкие, балдж менее выражен;
· галактика Sc: рукава хорошо развиты, представляют собой клочковатую структуру, балдж просматривается плохо.
Кроме того, некоторые спиральные системы обладают центральной практически прямой перемычкой (ее называют «бар»). В обозначение галактики в этом случае добавляется буква B (Sba или Sbc). Формирование Образование спиралевидных галактик, судя по всему, схоже с появлением волн от удара камня по поверхности воды. К возникновению рукавов, по мнению ученых, привел некий толчок. Сами спиральные ответвления представляют собой волны повышенной плотности вещества. Природа толчка может быть различной, один из вариантов — перемещения в центральной массе звезд. Спиральные ответвления — это молодые звезды и нейтральный газ (основной элемент — водород). Они лежат в плоскости вращения галактики, потому она напоминает сплющенный диск. Образование молодых звезд возможно и в центре таких систем. Ближайшая соседка Туманность Андромеды — спиралевидная галактика: вид сверху на нее выявляет несколько рукавов, исходящих из общего центра. С Земли невооруженным глазом ее можно увидеть как размытое туманное пятно. По своим размерам соседка нашей галактики несколько превосходит ее: 130 тысяч световых лет в диаметре. Туманность Андромеды хотя и самая близкая к Млечному пути галактика, а расстояние до нее огромно. Свету для того, чтобы преодолеть его, требуется два миллиона лет. Этот факт отлично объясняет, почему полеты к соседней галактике пока возможны только в фантастических книгах и фильмах. [4]
|
|
|
Эллиптические системы
Рассмотрим теперь другие виды галактик. У такой галактики нет рукавов. Она похожа на эллипс. Подобные системы могут быть сжатыми в разной степени, представлять собой нечто вроде линзы или же шара. В таких галактиках практически не встречается холодный газ. Наиболее внушительные представители этого типа заполнены разреженным горячим газом, температура которого достигает миллиона градусов и выше. Отличительная черта многих эллиптических галактик — красноватый оттенок. Долгое время астрономы полагали это признаком древности таких систем. Считалось, что они в основном состоят из старых звезд. Однако исследования последних десятилетий показали ошибочность этого предположения.
Долгое время бытовала еще одна гипотеза, связанная с эллиптическими галактиками. Они считались самыми первыми из возникших, сформировавшимися вскоре после Большого взрыва. Сегодня эта теория считается устаревшей. Большой вклад в ее опровержение внесли немецкие астрономы Алар и Юрий Тумре, а также американский ученый Франсуа Швайцер. Их исследования и открытия последних лет подтверждают истинность другой гипотезы, иерархической модели развития. Согласно ей более крупные структуры формировались из достаточно небольших, то есть галактики образовались далеко не сразу. Их появлению предшествовало образование звездных скоплений. Эллиптические системы по современным представлениям сформировались из спиралевидных в результате слияния рукавов. Одно из подтверждений этого — большое количество «закрученных» галактик, наблюдаемое в удаленных участках космоса. Напротив, в наиболее приближенных областях заметно выше концентрация эллиптических систем, достаточно ярких и протяженных.
|
|
|
Эллиптические галактики в астрономии также получили свои обозначения. Для них используют символ «Е» и цифры от 0 до 6, которыми указывается степень уплощения системы. Е0 — это галактики практически правильной шаровой формы, а Е6 — самые плоские. К эллиптическим галактикам относятся системы NGC 5128 из созвездия Кентавра и М87, расположенное в Деве. Их особенностью является мощное радиоизлучение. Астрономов в первую очередь интересует устройство центральной части таких галактик. Наблюдения российских ученых и исследования телескопа Хаббла показывают достаточно высокую активность этой зоны. В 1999 году американские астрономы получили данные о ядре эллиптической галактике NGC 5128 (созвездие Кентавр). Там в постоянном движении находятся огромные массы горячего газа, закручивающегося вокруг центра, возможно, черной дыры. Точных данных о природе таких процессов пока нет. Системы неправильной формы [5]
Неправильные галактики
Внешний вид галактики третьего типа не структурирован. Такие системы представляют собой клочковатые объекты хаотичной формы. Неправильные галактики встречаются на просторах космоса реже других, однако их изучение способствует более точному понимаю протекающих во Вселенной процессов. До 50% массы таких систем составляет газ. В астрономии принято обозначать подобные галактики через символ Ir. К галактикам неправильной формы относятся две системы, наиболее близко расположенные к Млечному пути. Это его спутники: Большое и Малое Магелланово Облако. Они хорошо видны на ночном небе южного полушария. Большая из галактик расположена на расстоянии 200 тысяч световых лет от нас, а меньшую отделяет от Млечного пути — 170 000 св. лет. Астрономы внимательно изучают просторы этих систем. И Магеллановы Облака сполна отплачивают за это: в галактиках-спутниках нередко обнаруживаются очень интересные объекты. Например, 23 февраля 1987 года в Большом Магеллановом Облаке вспыхнула сверхновая. Особый интерес вызывает и эмиссионная туманность Тарантул.Она расположена также в Большом Магеллановом Облаке. Здесь ученые обнаружили область постоянного звездообразования. Некоторым светилам, составляющим туманность, всего два миллиона лет. Кроме того, здесь же расположена самая внушительная из обнаруженных на 2011 год звезд — RMC 136a1. Ее масса составляет 256 солнечных. [6]
|
|
|
Взаимодействие галактик
Основные виды галактик описывают особенности формы и расположения элементов этих космических систем. Однако не менее интересен вопрос об их взаимодействии. Не секрет, что все объекты космоса находятся в постоянном движении. Не исключение и галактики. Виды галактик, по крайней мере, некоторые из их представителей могли образоваться в процессе слияния или столкновения двух систем. Если вспомнить, что представляют собой такие объекты, становится понятным, насколько масштабные изменения происходят во время их взаимодействия. При столкновении высвобождается колоссальное количество энергии. Интересно, что подобные события даже более вероятны на просторах космоса, чем встреча двух звезд. Однако не всегда «общение» галактик заканчивается столкновением и взрывом. Небольшая система может пройти сквозь своего крупного собрата, потревожив при этом его структуру. Так образуются формирования, схожие по внешнему виду с вытянутыми коридорами. Они состоят из звезд и газа и часто становятся зонами образования новых светил. Примеры таких систем хорошо известны ученым. Один из них — галактика Колесо телеги в созвездии Скульптор. В некоторых случаях системы не соударяются, а проходят мимо друг друга или лишь слегка соприкасаются. Однако независимо от степени взаимодействия оно приводит к серьезным изменениям структуры обеих галактик.
Астрономы получили самые точные на сегодняшний день подтверждения будущего столкновения галактики Андромеды с Млечным путем.
Галактика Андромеды (известная также как Туманность Андромеды) располагается на расстоянии 2,5 миллиона световых лет от Земли. Это ближайшая спиральная галактика к Млечному пути.
Её можно считать большим братом Млечного Пути, потому что она содержит более чем триллион звезд (в сравнение с нашими 200-400 миллиардами) и имеет в диаметре приблизительно 220 000 световых лет, против наших 100 000. Андромеда и Млечный Путь сформировались приблизительно в одно и то же время – 13,5 миллиардов лет назад – практически в самом начале зарождения Вселенной. Существует мнение, что наша галактика похожа на Андромеду. Обычно, расширение Вселенной заставляет галактики отходить друг от друга, но Андромеда и Млечный Путь движутся навстречу. Однако не нужно паниковать, столкновение не произойдет еще в течение 4-х миллиардов лет (раньше речь шла о 3-5 миллиардах лет)
Ученые достаточно давно предполагали, что в будущем эта галактика столкнется с нашей, но точно не известно, произойдёт столкновение или нет, подтверждений данному факту у ученых не было (при этом сама гипотеза стала довольно популярной, в том числе и в фантастической литературе).
В данный момент радиальная скорость галактики Андромеды относительно Млечного Пути может быть измерена с помощью изучения доплеровского смещения спектральных линий от звёзд галактики, но поперечная скорость (или «собственное движение») не может быть прямо измерена. Таким образом, известно, что галактика Андромеды приближается к Млечному Пути со скоростью около 120 км/с, но произойдёт ли столкновение или галактики просто разойдутся, выяснить пока нельзя. На данный момент, наиболее точные косвенные измерения поперечной скорости показывают, что она не превышает 100 км/с. Это предполагает, что по крайней мере гало (невидимый компонент галактики) тёмной материи двух галактик столкнутся, даже если не произойдёт столкновения самих дисков. Запущенный Европейским космическим агентством в 2013 году космический телескоп Gaia измерит местоположения звёзд галактики Андромеды с достаточной точностью для установления поперечной скорости.
Примечательно, что моделирование показало, что у карликовой галактики M33 (таких галактик в окрестности Млечного пути встречается достаточно много) есть 9-процентный шанс столкновения с Млечным путем до того, как до него долетит Андромеда.
Возможные последствия столкновения для Солнечной системы. Проявления этого столкновения будут происходить крайне медленно и могут быть вообще не замечены с Земли невооружённым глазом. Вероятность какого-либо непосредственного воздействия на Солнце и планеты мала. Но с другой стороны не исключено, что во время столкновения Солнечная система силами гравитации будет целиком выброшена из новой галактики и станет странствующим межгалактическим объектом. Это не вызовет негативных последствий для нашей системы, если не считать постепенного исчезновения красивого звёздного неба. Вероятность вылета из диска Млечного Пути во время первого этапа столкновения сегодня оценивается в 12 %, а вероятность захвата Андромедой в 3 %. К тому времени гораздо большее значение для жизни на Земле будет иметь эволюция Солнца и последующее превращение его в красный гигант через 5—6 миллиардов ле[7]т.
В Млечном Пути диск плоский относительно плоскости галактики, в которой мы находимся. В одном направлении он изгибается к северу от галактической плоскости, в другом — уходит вниз, прежде чем снова выровняться направо и до конца. Во многом он напоминает волну.
Ученые из Калифорнийского университета смогли описать деформацию как комбинацию трех колебаний на диске. Первая взлетает по краям в сочетании с синусоидальной волной и седловидным колебанием.
Ученые полагают, что вероятным объяснением такого искажения стали Магеллановы Облака, плывущие через гало темной материи вокруг Млечного Пути. Влияние облаков ранее считалось несущественным, поскольку у них недостаточно массы, чтобы вызвать деформацию. Ученые полагают, что вибрация в гало, вызванная движением облаков, словно волны вслед за кораблем, может резонировать через галактику и вызывать деформацию диска.[8]
Галактические скопления
Практически все галактики входят в то или иное скопление. На сегодня известны тысячи скоплений галактик. Это такие гравитационно-связанные системы, которые являются одними из самых больших структур во Вселенной. Диаметр скоплений галактик всегда превышает десятки миллионов световых лет.
Все скопления галактик можно разделить на 2 основных типа (или класса): правильные (регулярные) и неправильные (иррегулярные). Также ещё скопления галактик можно классифицировать по разным параметрам, например, по наличию ярких галактик в центре, по наличию пекулярных галактик, по числу галактик с мощным излучением и так далее.
· Правильные (регулярные) скопления — как правило, правильной сферической формы, состоят из большого числа галактик (количество может превышать 10 тысяч), к центру этого скопления увеличивается концентрация галактик.
Самые яркие члены этих скоплений относятся к типам E и S0. В самом центре можно обнаружить одну или две ярчайшие эллиптические галактики.
Типичным и известным представителем правильных скоплений является скопление в созвездии Волосы Вероники. Его размеры превышают 4 Мегапарсека. 1 парсек = 3.08567758 × 1016 метра. Число галактик в этом скоплении — несколько десятков тысяч.
· Неправильные (иррегулярные) скопления галактик имеют неправильную форму и в них часто встречаются отдельные сгущения. В скоплениях этого типа встречаются галактики всех типов.
Типичным представителем неправильных галактик является скопление в созвездии Девы. Размеры его примерно 3 Мегапарсека. Число галактик — несколько тысяч (не больше 10 тысяч).
Ещё одним хорошим примером неправильного скопления галактик является скопление в созвездии Геркулес:
В этом скоплении очень много спиральных галактик, внутри которых идёт активное звёздообразование. Часть галактик сталкивается друг с другом и со временем сливаются в одну. Учёные считают, что это скопление — хороший пример того, как на раннем этапе развития Вселенной взаимодействовали между собой галактики и после отдалились друг от друга, вследствие расширения Вселенной.[9]
Сверхскопления галактик
Крупномасштабные неоднородности в распределении галактик носят так называемый «ячеистый» характер. На стенках каждой ячейки расположено много галактик и скоплений, а внутри — большие пустые пространства. Размеры таких ячеек примерно составляют 100 Мегапарсек, толщина стенок — 3-4 Мегапарсека. Большие правильные или неправильные скопления галактик находятся в узлах этой ячеистой структуры. Отдельные участки (фрагменты) этой структуры называют сверхскоплениями. Как правило, сверхскопления имеют вытянутую или неправильную форму. [10]
Структура Вселенной
Впервые об идее крупномасштабной структуры Вселенной задумался выдающийся астроном Уильям Гершель. Позже, в начале ХХ-го века американский космолог Эдвин Хаббл смог доказать принадлежность некоторых туманностей к структурам, отличным от Млечного Пути. То есть было достоверно известно, что за пределами нашей галактики также существуют различные звездные скопления. Исследования в этом направлении вскоре значительно расширили наше понимание Вселенной. Оказалось, что помимо Млечного Пути в космическом пространстве существуют десятки тысяч иных галактик. В попытке составить какую-нибудь упрощенную карту видимой Вселенной ученые наткнулись на тот примечательный факт, что галактики в пространстве распределены неравномерно и составляют собою иные структуры немыслимых размеров.
Вслед за этим стали два интригующих вопроса: если сама по себе галактика, сложная структура, является частью некой более масштабной конструкции, то может ли эта конструкция быть составной чего-нибудь еще большего? И, в конце концов, есть ли предел такой иерархичной структурности, когда каждая система входит в состав другой?
Галактические стены напоминают сплетения нейронов в коре головного мозга человека. Положительный ответ на первый вопрос подтверждается наличием сверхскоплений галактик, которые в свою очередь перерастают галактические нити, или как их иначе называют «стены». Их толщина в среднем около 10 млн. св. лет, а длина 160 — 260 млн. световых лет. Однако, отвечая на второй вопрос, следует отметить, что сверхскопления галактик не являются некой обособленной структурой, а лишь более плотные участки галактических стен. Поэтому сегодня ученые уверены в том, что именно галактические нити (стены), наибольшие космические структуры, вместе с войдами (пустым пространством, свободным от звездных скоплений) формируют волокнистую или ячеистую структуру Вселенной.
Положение нашей планеты в столь сложной структуре:
1. Планетарная система: Солнечная
2. Местное межзвёздное облако
3. Галактический рукав Ориона
4. Галактика: Млечный Путь
5. Скопление галактик: Местная группа
6. Сверхскопление галактик: Местное сверхскопление (Девы)
7. Сверхскопление галактик: Ланиакея
8. Стена: Комплекс сверхскоплений Рыб-Кита[11]
Будущее Вселенной
Что же произойдет со Вселенной в отдаленном будущем? По разным оценкам специалистов, либо она будет расширяться вечно, либо в какой-то момент силы притяжения остановят разлетающиеся галактики и заставят их вновь сближаться. В случае бесконечного расширения существенные изменения будут происходить и внутри самих галактик. При исчерпании ядерного горючего одна за другой начнут угасать звезды. Последние звезды погаснут через 10 с 14 нулями лет. В результате разрушатся более сложные звездные системы, а также планетные. А другие звезды приобретут такие скорости, что покинут свои галактики. И через 10 с 18 нулями лет эти звездные острова лишатся большей части своих звезд. А то, что от них останется, под действием собственного притяжения испытает катастрофическое сжатие и превратится в галактические черные дыры. С этого момента будут удаляться друг от друга уже не галактики, а черные дыры и одиночно погасшие звезды, разбросанные в мировом пространстве. А потом станет еще хуже, пророчат астрономы. Протоны — ядра атомов водорода — будут распадаться на более легкие частицы. И тогда через 1 с 33 нулями лет во Вселенной не останется ни атомов, ни молекул. Сохранятся только электроны, фотоны, нейтрино и медленно «испаряющиеся» черные дыры. Последние из них исчезнут через 10 со 100 нулями лет. И Вселенная превратится в расширяющийся и постепенно охлаждающийся фотонно-электронный газ. [12]
Заключение
А сохранится ли разумная жизнь во Вселенной? Член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Астрокосмического центра Игорь Новиков считает, например, что разумная жизнь сохранится, но примет совершенно необычайные формы. Например, полевые формы жизни или «сгустки информации». Если же фаза расширения со временем сменится на фазу сжатия, то затем вновь произойдет очередное расширение — и так без конца. Разработанный ряд теоретических моделей подобных «циклических» Вселенных показывает, что все в мире происходило не один раз. Сменится ли расширение сжатием? Для того чтобы это произошло, общая масса Вселенной должна быть достаточно велика — тогда ее притяжение будет тормозить разбегание галактик и в коне концов остановит их разлет и заставит повернуть эти звездные острова вспять.
Список интернет-источников
· http://vsycoe-alavka.ru
· http://kvant.space
· http://fb.ru
· http://ru.wikipedia.org
· http://spacegid.com
· http://nlo-mir.ru
· http://lfly.ru
[1] https://ru.wikipedia.org
[2] http://fb.ru
[3] http://fb.ru
[4] http://fb.ru
[5] http://fb.ru
[6] http://fb.ru
[7] http://nlo-mir.ru
[8] https://hi-news.ru
[9] http://2i.by
[10] http://2i.by
[11] http://lfly.ru
[12] http://www.kp.ru
|
|
|
