Доклад о галактике 5 класс: Сообщение о галактике 5 класс — Школьные Знания.com

Что такое галактика и как она устроена

История изучения планет и звезд измеряется тысячелетиями, Солнца, комет, астероидов и метеоритов – столетиями. А вот галактики, разбросанные по Вселенной скопления звезд, космического газа и пылевых частиц, стали объектом научного исследования лишь в 1920-е годы.

Алексей Левин

Галактики наблюдали с незапамятных времен. Человек с острым зрением может различить на ночном небосводе светлые пятна, похожие на капли молока. В Х веке персидский астроном Абд-аль-Раман аль-Суфи упомянул в своей «Книге о неподвижных звездах» два подобных пятна, известных теперь как Большое Магелланово облако и галактика М31, она же Андромеда. С появлением телескопов астрономы наблюдали все больше таких объектов, получивших название туманностей. Если английский астроном Эдмунд Галлей в 1716 году перечислил всего шесть туманностей, то каталог, опубликованный в 1784 году астрономом французского военно-морского флота Шарлем Мессье, содержал уже 110 — и среди них четыре десятка настоящих галактик (в том числе и М31). В 1802 году Уильям Гершель опубликовал перечень из 2500 туманностей, а его сын Джон в 1864 году издал каталог, где было более 5000 туманностей.

Природа этих объектов долгое время ускользала от понимания. В середине XVIII века некоторые проницательные умы увидели в них звездные системы, подобные Млечному Пути, однако телескопы в то время не предоставляли возможности проверить эту гипотезу. Столетием позже восторжествовало мнение, что каждая туманность — это газовое облако, подсвеченное изнутри молодой звездой. Позже астрономы убедились, что некоторые туманности, в том числе и Андромеда, содержат множество звезд, однако еще долго не было ясно, расположены они в нашей Галактике или за ее пределами. И лишь в 1923—1924 годах Эдвин Хаббл определил, что расстояние от Земли до Андромеды как минимум троекратно превосходит диаметр Млечного Пути (на самом деле примерно в 20 раз) и что М33, другая туманность из каталога Мессье, удалена от нас на никак не меньшую дистанцию. Эти результаты положили начало новой научной дисциплине — галактической астрономии.

Карлики и гиганты

Вселенная заполнена галактиками разного размера и разных масс. Их количество известно весьма приблизительно. В 2004 году орбитальный телескоп «Хаббл» за три с половиной месяца обнаружил около 10 000 галактик, сканируя в южном созвездии Печи участок небосвода, в сто раз меньший, нежели площадь лунного диска. Если предположить, что галактики распределяются по небесной сфере с такой же плотностью, получится, что в наблюдаемом космосе их 200 млрд. Однако эта оценка сильно занижена, поскольку телескоп не смог заметить великое множество очень тусклых галактик.

Форма и содержание

Галактики различаются и морфологией (то есть формой). В целом их подразделяют на три основных класса — дисковидные, эллиптические и неправильные (иррегулярные). Это общая классификация, есть гораздо более детальные.

Дисковидная галактика — это звездный блин, вращающийся вокруг оси, проходящей через его геометрический центр. Обычно по обе стороны центральной зоны блина имеется овальное вздутие — балдж (от англ. bulge). Балдж тоже вращается, однако с меньшей угловой скоростью, нежели диск. В плоскости диска нередко наблюдаются спиральные ветви, изобилующие сравнительно молодыми яркими светилами. Однако есть галактические диски и без спиральной структуры, где таких звезд много меньше.

Центральную зону дисковидной галактики может рассекать звездная перемычка — бар. Пространство внутри диска заполнено газопылевой средой — исходным материалом для новых звезд и планетных систем. Галактика имеет два диска: звездный и газовый. Они окружены галактическим гало — сферическим облаком разреженного горячего газа и темной материи, которая и вносит основной вклад в полную массу галактики. Гало вмещает также отдельные старые звезды и шаровые звездные скопления (глобулярные кластеры) возрастом до 13 млрд лет. В центре едва ли не любой дисковидной галактики, как с балджем, так и без балджа, расположена сверхмассивная черная дыра. Самые крупные галактики этого типа содержат по 500 млрд звезд.

Солнце обращается вокруг центра вполне рядовой спиральной галактики, в состав которой входят 200-400 миллиардов звезд. Ее диаметр приблизительно равен 28 килопарсекам (чуть больше 90 световых лет). Радиус солнечной внутригалактической орбиты — 8,5 килопарсек (так что наше светило смещено к внешнему краю галактического диска), время полного оборота вокруг центра Галактики  — примерно 250 миллионов лет.
Балдж Млечного Пути имеет эллипсовидную форму и наделен баром, который обнаружили совсем недавно. В центре балджа находится компактное ядро, заполненное звездами различного возраста — от нескольких миллионов лет до миллиарда и старше. Внутри ядра за плотными пылевыми облаками скрывается достаточно скромная по галактическим стандартам черная дыра — всего лишь 3,7 миллиона солнечных масс.
Наша Галактика может похвастаться двойным звездным диском. На долю внутреннего диска, который имеет по вертикали не более 500 парсек, приходится 95% звезд дисковой зоны, в том числе все молодые яркие звезды. Его охватывает внешний диск толщиной в полторы тысячи парсек, где обитают звезды постарше. Газовый (точнее, газо-пылевой) диск Млечного Пути имеет в толщину не менее 3,5 килопарсек. Четыре спиральных рукава диска представляют собой области повышенной плотности газо-пылевой среды и содержат большинство самых массивных звезд. 
Диаметр гало Млечного Пути не менее, чем вдвое больше диаметра диска. Там обнаружено порядка 150 глобулярных кластеров, причем, скорее всего, еще с полсотни пока не открыты. Возраст старейших кластеров превышает 13 миллиардов  лет. Гало заполнено темной материей, имеющей комковатую структуру. До недавнего времени полагали, что гало почти шарообразно, однако, по последним данным, оно может быть значительно приплюснуто. Общая масса Галактики может составлять до 3 триллионов солнечных масс, причем на долю темной материи приходится 90-95%. Масса звезд Млечного Пути оценивается в 90-100 миллиардов масс Солнца.

Эллиптическая галактика, как и следует из ее названия, имеет форму эллипсоида. Она не вращается как целое и потому не обладает осевой симметрией. Ее звезды, которые в основном имеют сравнительно небольшую массу и солидный возраст, обращаются вокруг галактического центра в разных плоскостях и иногда не по отдельности, а сильно вытянутыми цепочками. Новые светила в эллиптических галактиках загораются редко в связи с дефицитом исходного сырья — молекулярного водорода.

Как самые крупные, так и самые мелкие галактики относятся к эллиптическому типу. Общая доля его представителей в галактическом населении Вселенной всего около 20%. Эти галактики (возможно, за исключением самых мелких и тусклых) также скрывают в своих центральных зонах сверхмассивные черные дыры. Эллиптические галактики имеют и гало, но не столь четкие, как у дисковидных.

Все прочие галактики считаются иррегулярными. Они содержат много пыли и газа и активно порождают молодые звезды. На умеренных расстояниях от Млечного Пути таких галактик немного, всего-то 3%. Однако среди объектов с большим красным смещением, чей свет был испущен не позже, чем через 3 млрд лет после Большого взрыва, их доля резко возрастает. Судя по всему, все звездные системы первого поколения были невелики и обладали неправильными очертаниями, а крупные дисковидные и эллиптические галактики возникли гораздо позже.

Рождение галактик

Галактики появились на свет вскоре после звезд. Считается, что первые светила вспыхнули никак не позднее, чем спустя 150 млн лет после Большого взрыва. В январе 2011 года команда астрономов, обрабатывавших информацию с космического телескопа «Хаббл», сообщила о вероятном наблюдении галактики, чей свет ушел в космос через 480 млн лет после Большого взрыва. В апреле еще одна исследовательская группа обнаружила галактику, которая, по всей вероятности, уже вполне сформировалась, когда юной Вселенной было около 200 млн лет.

Условия для рождения звезд и галактик возникли задолго до его начала. Когда Вселенная прошла возрастную отметку в 400 000 лет, плазма в космическом пространстве заменилась смесью из нейтрального гелия и водорода. Этот газ был еще чересчур горяч, чтобы стянуться в молекулярные облака, дающие начало звездам. Однако он соседствовал с частицами темной материи, изначально распределенными в пространстве не вполне равномерно — где чуть плотнее, где разреженнее. Они не взаимодействовали с барионным газом и потому под действием взаимного притяжения свободно стягивались в зоны повышенной плотности. Согласно модельным вычислениям, уже через сотню миллионов лет после Большого взрыва в космосе образовались облака темной материи величиной с нынешнюю Солнечную систему. Они объединялись в более крупные структуры, невзирая на расширение пространства. Так возникли скопления облаков темной материи, а потом и скопления этих скоплений. Они втягивали в себя космический газ, предоставляя ему возможность сгущаться и коллапсировать. Таким путем появились первые сверхмассивные звезды, которые быстро взрывались сверхновыми и оставляли после себя черные дыры. Эти взрывы обогащали космическое пространство элементами тяжелее гелия, которые способствовали охлаждению коллапсирующих газовых облаков и потому делали возможным появление менее массивных звезд второго поколения. Такие звезды уже могли существовать миллиарды лет и потому были в состоянии формировать (опять-таки с помощью темной материи) гравитационно связанные системы. Так возникли долгоживущие галактики, в том числе и наша.

«Многие детали галактогенеза еще скрыты в тумане, — говорит Джон Корменди. — В частности, это относится к роли черных дыр. Их массы варьируют от десятков тысяч масс Солнца до абсолютного на сегодняшний день рекорда в 6,6 млрд солнечных масс, принадлежащего черной дыре из ядра эллиптической галактики М87, расположенной в 53,5 млн световых лет от Солнца. Дыры в центрах эллиптических галактик, как правило, окружены балджами, составленными из старых звезд. Спиральные галактики могут вовсе не иметь балджей или же обладать их плоскими подобиями, псевдобалджами. Масса черной дыры обычно на три порядка меньше массы балджа — естественно, если оный наличествует. Эта закономерность подтверждается наблюдениями, охватывающими дыры массой от миллиона до миллиарда солнечных масс».

Как полагает профессор Корменди, галактические черные дыры набирают массу двумя путями. Дыра, окруженная полноценным балджем, растет за счет поглощения газа, который приходит к балджу из внешней зоны галактики. Во время слияния галактик интенсивность поступления этого газа резко возрастает, что инициирует вспышки квазаров. В результате балджи и дыры эволюционируют параллельно, что и объясняет корреляцию между их массами (правда, могут работать и другие, еще неизвестные механизмы).

Иное дело безбалджевые галактики и галактики с псевдобалджами. Массы их дыр обычно не превышают 104−106 солнечных масс. По мнению профессора Корменди, они подкармливаются газом за счет случайных процессов, которые происходят недалеко от дыры, а не простираются на целую галактику. Такая дыра растет вне зависимости от эволюции галактики или ее псевдобалджа, чем и обусловлено отсутствие корреляции между их массами.

Растущие галактики

Галактики могут увеличивать и размер, и массу. «В далеком прошлом галактики делали это гораздо эффективней, нежели в недавние космологические эпохи, — объясняет профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз Гарт Иллингворт. — Темпы рождения новых звезд оценивают в терминах годового производства единицы массы звездного вещества (в этом качестве выступает масса Солнца) на единицу объема космического пространства (обычно это кубический мегапарсек). Во времена формирования первых галактик этот показатель был весьма невелик, а затем пошел в быстрый рост, продолжавшийся до тех пор, пока Вселенной не исполнилось 2 млрд лет. Еще 3 млрд лет он был относительно постоянным, потом начал снижаться почти пропорционально времени, и снижение это продолжается по сей день. Так что 7−8 млрд лет назад средний темп звездообразования в 10−20 раз превышал современный. Большинство доступных наблюдению галактик уже полностью сформировались в ту далекую эпоху».

В общих чертах эта тенденция понятна. Галактики увеличиваются двумя основными способами. Во-первых, они получают свежий материал для звездообразования, втягивая из окружающего пространства газ и частицы пыли. В течение нескольких миллиардов лет после Большого взрыва этот механизм исправно работал просто потому, что звездного сырья в космосе хватало всем. Потом, когда запасы истощились, темп звездного рождения упал. Однако галактики нашли возможность увеличивать его за счет столкновения и слияния. Правда, для реализации этого варианта необходимо, чтобы сталкивающиеся галактики располагали приличным запасом межзвездного водорода. Крупным эллиптическим галактикам, где его практически не осталось, слияние не помогает, зато в дисковидных и неправильных оно работает.

Курс на столкновение

Посмотрим, что происходит при слиянии двух примерно одинаковых галактик дискового типа. Их звезды практически никогда не сталкиваются — слишком велики расстояния между ними. Однако газовый диск каждой галактики ощущает приливные силы, обусловленные притяжением соседки. Барионное вещество диска теряет часть углового момента и смещается к центру галактики, где возникают условия для взрывного роста скорости звездообразования. Часть этого вещества поглощается черными дырами, которые тоже набирают массу. В заключительной фазе объединения галактик черные дыры сливаются, а звездные диски обеих галактик теряют былую структуру и рассредоточиваются в пространстве. В итоге из пары спиральных галактик образуется одна эллиптическая. Но это отнюдь не полная картина. Излучение молодых ярких звезд способно выдуть часть водорода за пределы новорожденной галактики. В то же время активная аккреция газа на черную дыру вынуждает последнюю время от времени выстреливать в пространство струи частиц огромной энергии, подогревающие газ по всей галактике и тем препятствующие формированию новых звезд. Галактика постепенно затихает — скорее всего, навсегда.

Галактики неодинакового калибра сталкиваются по-иному. Крупная галактика способна поглотить карликовую (сразу или в несколько приемов) и при этом сохранить собственную структуру. Этот галактический каннибализм тоже может стимулировать процессы звездообразования. Карликовая галактика полностью разрушается, оставляя после себя цепочки звезд и струи космического газа, которые наблюдаются как в нашей Галактике, так и в соседней Андромеде. Если же одна из сталкивающихся галактик не слишком превосходит другую, возможны даже более интересные эффекты.

В ожидании супертелескопа

Галактическая астрономия дожила почти до столетия. Она начала практически с нуля и достигла очень многого. Однако количество нерешенных проблем очень велико. Ученые ожидают очень много от инфракрасного орбитального телескопа «Джеймс Уэбб»..

«Звезды, галактики, созвездия» | Презентация к уроку по географии (5 класс):

Слайд 1

ЗВЕЗДЫ, СОЗВЕЗДИЯ, ГАЛАКТИКИ

Слайд 2

Звезда – космическое тело, все вещества которого находятся в раскаленном состоянии, благодаря чему они излучают тепло и свет. Созвездия — участки, на которые разделена небесная сфера для удобства ориентирования на звёздном небе. В древности созвездиями назывались характерные фигуры, образуемые яркими звёздами

Слайд 3

Каждый день рождается приблизительно 275 миллионов новых звёзд.

Слайд 4

Солнце — это горячий газовый шар, в основном состоящий из водорода. Излучаемая энергия рождается глубоко в его недрах в ходе термоядерных реакций, превращающих водород в гелий. Температура в центре 16 млн. градусов. Солнце обращается вокруг центра Галактики за 240 млн. лет. Солнце — это желтый карлик .

Слайд 5

Интересные факты о Солнце. 1) Все мы видим, что Солнце жёлтого или оранжевого цвета, но на самом деле, оно белое. 2 ) Солнце вращается вокруг центра нашей галактики, Млечного Пути, делая полный оборот каждые 225 – 250 миллионов лет. 3 ) Свет проходит среднее расстояние от Земли до Солнца (150 миллионов километров) за 8 минут. 5) Солнце имеет диаметр почти 1 392 000 км (примерно в 109 раз больше диаметра Земли). Масса солнца составляет 98% массы нашей солнечной системы. 6) Между 1640 и 1700 гг на Солнце вообще не было пятен. 7) Минимальное число затмений в году — два. 8 ) Каждую секунду на Солнце сгорает 700 млрд. тонн водорода. Несмотря на такую огромную скорость потерь, энергии Солнца хватит еще на 5 млрд. лет такой жизни (примерно столько же лет Солнцу от рождения). Закончит свою жизнь Солнце белым карликом, предварительно увеличившись в размерах и оттолкнув от себя все планеты. На этих планетах испарится вся вода и исчезнет атмосфера.

Слайд 6

Гипергигант UY в созвездии Щита, расположен в 9500 св. годах от Земли – это самая крупная из звезд, известных человечеству сегодня. Больше Солнца в 1708 раз . Производит энергии в 120 000 раз больше, чем Солнце.

Слайд 7

Одна из самых маленьких звезд — красный карлик Проксима в созвездии Альфа Центавра . Она находится ближе всех к нашему Солнцу – 4,2 световых года. Масса Проксима Центавра равна 12% массы звезды Солнца. Диаметр звезды-карлика составляет 200,000 километров. Таким образом, звезда Проксима Центавра не намного больше, чем Юпитер, диаметр которого равен 143,000 километров. Добраться до звезды нереально, т.к. до неё лететь 18,000 лет, а ресурса современных самых быстрых кораблей может хватить лишь на 50 лет.

Слайд 8

Си́риус — ярчайшая звезда ночного неба. Его светимость превышает в 22 раза светимость Солнца, высокий блеск Сириуса обусловлен его относительной близостью. Сириус можно наблюдать из любого региона Земли, за исключением самых северных её областей. Возраст — 230 млн лет. Первоначально Сириус состоял из двух бело-голубых звёзд. Масса одной была 5 масс Солнца, второго — 2 массы Солнца. Затем более массивный компонент прогорел и стал красным гигантом, сбросил внешнюю оболочку и перешёл в состояние белого карлика.

Слайд 9

Полярная звезда (Альфа Малой Медведицы) Полярная Звезда является желтым сверхгигантом. Это многозвездная система, расположенная примерно в 430 световых лет от Земли. Это одна из навигационных звезд, используемых для ориентации в море из-за ее яркости и месте в небе

Слайд 10

Орио́н — в др. мифологии знаменитый охотник, отличавшийся необычайной красотой и таким ростом, что его иногда называли великаном . Наиболее яркие звёзды: Ригель, Бетельгейзе и Беллатрикс .

Слайд 11

Плеяды (старинное русское название — Стожары ) —звездное скопление в созвездии Тельца. В Древней Греции Плеяды олицетворяли мифологических сестёр Плеяд, от которых и получили современное название. В славянском язычестве Плеяды связывались с Велесом- богом скотоводства.

Слайд 12

У царя Ликаон , была дочь Каллисто . Красота её была столь необыкновенной, что она рискнула соперничать с Герой, которая отомстила Каллисто : превратила её в безобразную медведицу. Сын Каллисто , Аркад, возвратившись с охоты, чуть не убил свою мать-медведицу. Этому помешал Зевс, а Каллисто взял к себе на небо, В Малую Медведицу заодно была превращена и любимая собака Каллисто . Названия семи ярких звезд были взяты у арабов: Дубхе , Мерак , Фегда , Мегрец , Алиот , Мицар , и Акаир . По своим физическим характеристикам многие звезды Большой Медведицы похожи и к тому же движутся в одном направлении.

Слайд 13

Гидра — самое большое созвездие. Название в переводе — « водяная змея», относящееся к форме скопления, которое напоминает изгибающуюся змею с семью головами, убитой Гераклом. Гидра была открыта греческим Птолемеем во 2 веке.

Слайд 14

Южный Крест- самое маленькое созвездие. В составе Южного Креста даже невооруженным глазом видно около тридцати звезд. Андроме́да — созвездие северного полушария звёздного неба. Содержит три звезды второй звёздной величины и спиральную галактику. Согласно греческим мифам, Андромеда -дочь царя.была отдана отцом в жертву морскому чудовищу Киту, опустошавшему страну, но спасена Персеем .

Слайд 15

Зодиак – «круг животных» Зодиакальные созвездия , созвездия которые обозначают знаки зодиака (от греч. ζωδιακός, «звериный») — 13 созвездий, расположенных вдоль видимого годового пути Солнца. Змеено́сец 30 ноября — 17 декабря

Слайд 16

Галактика — это огромная систему из звезд, которая имеет общий центр масс, находящийся обычно в ее центре. Это означает, что все звезды в этой системе связаны своей гравитацией и вращаются по орбитам вокруг этого центра .

Слайд 17

По последним оценкам во Вселенной 100-200 млрд. галактик, в каждую из которых входят сотни миллиардов звезд. На сегодняшний день самой большой галактикой из известных является эллиптическая галактика Abell 2029.

Слайд 18

Млечный Путь — галактика, в которой находятся Земля, Солнечная система и все отдельные звёзды, видимые невооружённым глазом Солнечная система

Слайд 19

Большое Магелланово Облако – это карликовая галактика, которая удалена от нас приблизительно на 160 тысяч световых лет. Масса Большого Магелланова Облака составляет всего 1/10 часть Млечного Пути и вмещает в себя 10 миллиардов звезд. Галактика Андромеды -спиральная галактика , ближайшая к Млечному Пути большая галактика. Содержит примерно 1 триллион звёзд, что в 2,5-5 раз больше Млечного Пути. Расположена в созвездии Андромеды и отдалена от Земли на расстояние 2,52 млн св. лет

Галактика Млечный Путь

: факты о нашем космическом соседстве

Движения звезд в галактике Млечный Путь в следующие 400 тысяч лет на основе данных европейской миссии Gaia.
(Изображение предоставлено ЕКА)

Млечный Путь — это спиральная галактика с перемычкой, возраст которой составляет около 13,6 миллиардов лет, с большими вращающимися рукавами, простирающимися через космос.

Краткая информация о Млечном Пути:

– Тип галактики: Спираль с перемычкой
– Возраст: 13,6 миллиарда лет (и продолжает расти)
– Размер: 100 000 световых лет в поперечнике
– Количество звезд: около 200 миллиардов
– Время вращения: 250 миллионов лет -лет толщиной, по данным обсерватории Лас-Кумбрес .

 Подобно тому, как Земля вращается вокруг Солнца, Солнечная система вращается вокруг центра Млечного Пути. Несмотря на то, что наша Солнечная система летит со скоростью около 515 000 миль в час (828 000 км в час), согласно данным сайта «Интересная инженерия» (открывается в новой вкладке), нашей Солнечной системе требуется около 250 миллионов лет, чтобы совершить один оборот. В последний раз, когда наша планета находилась в таком положении, динозавры только появлялись, а млекопитающие еще не эволюционировали.

Если бы центром Млечного Пути был город, мы бы жили в пригороде, на расстоянии от 25 000 до 30 000 световых лет от центра города. Жизнь на окраине хороша; мы оказываемся в одном из меньших районов, рукаве Ориона-Лебедя, зажатом между большими рукавами Персея и Киля-Стрельца. Если бы мы двинулись вглубь к центру города, мы бы нашли рукава Щита-Центавра и Норма.

Связанный: Как фотографировать Млечный Путь: руководство для начинающих и любителей

В ясную ночь, лишенную светового загрязнения, мы можем мельком увидеть яркие огни галактического города, прочерчивающие ночное небо. Наше окно во Вселенную, эта молочно-белая полоса звезд, пыли и газа — вот откуда наша галактика получила свое название.

В самом сердце Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец A*. Этот зверь, масса которого примерно в 4 миллиона раз превышает массу Солнца, поглощает все, что подходит слишком близко, поглощая достаточный запас звездного материала, что позволяет ему вырасти в гиганта. В 2022 году нам впервые сфотографировал этого обжора в центре нашей галактики с помощью инновационной техники, позволяющей нам увидеть тень черной дыры.

Почему наша галактика называется Млечный Путь?

Согласно Американскому музею естественной истории (AMNH), наш галактический дом называется Млечный Путь из-за его кажущегося молочно-белого цвета, когда он простирается по ночному небу. В греческой мифологии эта молочная полоса появилась потому, что богиня Гера разбрызгивала молоко по небу.

Во всем мире Млечный Путь известен под разными именами. Например, в Китае она называется «Серебряная река», а в пустыне Калахари в Южной Африке — «Хребет ночи».

Тип галактики Млечный Путь и великие дебаты 1920 года

Галактика Андромеды находится на пути столкновения с Млечным Путем. (Изображение предоставлено Ян Ханьвэнь и Чжоу Цзэчжэнь)

Мы постоянно расширяем наши знания о Млечном Пути, хотя до относительно недавнего времени астрономы считали, что все звезды на небе принадлежат нашей галактика.

«Большие дебаты» в 1920 году стали поводом для обсуждения астрономами Гербером Кертисом и Харлоу Шепли масштаба Вселенной и перспективы «островных вселенных» (галактик), согласно данным Национальной академии наук .

С одной стороны, Шепли считал, что Млечный Путь намного больше, чем предполагалось ранее, и что мы не были в центре. Он также утверждал, что «спиральные туманности», такие как Андромеда, были частью Млечного Пути. С другой стороны, Кертис не оспаривал утверждения Шепли о гораздо большем Млечном Пути, однако он утверждал, что существуют большие островные вселенные (галактики), такие как Андромеда, которые лежат за пределами Млечного Пути.

Спор разрешился, когда Эдвин Хаббл измерил переменные звезды-цефеиды и доказал, что Андромеда находится далеко за пределами Млечного Пути. По современным оценкам, галактика Андромеды, ближайшая к нам галактика, находится на расстоянии 2,5 миллиона световых лет.

Совсем недавно астрономы пытались выяснить, к какому типу галактик относится Млечный Путь. Наши лучшие оценки на сегодняшний день предполагают, что это спираль с перемычкой, а это означает, что в центре есть перемычка. Астрономы могут оценить форму Млечного Пути, глядя на его звездное население, а также на их движение по небу.

Будущее столкновение галактических масштабов

Изучение других галактических столкновений дает представление о будущем слиянии Андромеды и Млечного Пути. (Изображение предоставлено NASA Hyperwall)

(открывается в новой вкладке)

Теперь мы знаем, что Млечный Путь находится в Местной группе галактик, состоящей из более чем 30 галактик, включая Андромеду, Треугольник и Лев I, и это лишь некоторые из них. Оказывается, неплохо знать, кто ваши соседи, поскольку они могут быть ближе, чем вы думаете. Млечный Путь в настоящее время мчится к Андромеде со скоростью 250 000 миль в час (400 000 км/ч). Хотя пока не о чем беспокоиться, этот крах космических масштабов произойдет не раньше, чем через 4 миллиарда лет.

НАСА и другие космические объекты уже несколько десятилетий наблюдают за далекими столкновениями галактик, чтобы понять, с чем мы можем столкнуться, когда Андромеда и Млечный Путь столкнутся. Короче говоря, беспокоиться не о чем; Чем длиннее история, тем интереснее процесс, поскольку он показывает, как могут развиваться галактики.

Например, наблюдения трехстороннего галактического столкновения в 2022 году с использованием знаменитого космического телескопа Хаббла дали некоторые интригующие выводы. Самый большой из группы, когда он вышел на узкую орбиту с двумя другими, зацепил какой-то материал своей относительно более сильной гравитацией. Это создало интригующую полосу газа, пыли и других материалов, стекающих в большую галактику, видимую даже с Земли.

В то время как рукава Млечного Пути наверняка будут разорваны этим процессом, отдельные звезды находятся в относительной безопасности, поскольку промежутки между ними довольно велики. Другими словами, не ищите столкновений звезд, так как их практически не будет. Однако рождение звезды ускорится из-за количества газа, закачиваемого в нашу галактику, в результате чего наша галактика станет ярче, а ее население увеличится в ближайшие миллионы лет после столкновения.

Таким образом, наша собственная солнечная система должна быть относительно безопасной из-за низкого риска столкновения со звездами. Тем не менее, мы можем оказаться брошенными на совершенно другой путь вокруг нового галактического центра по мере того, как происходит слияние.

Одним из практических эффектов является то, что созвездия, которые мы наблюдаем с Земли, могут изменяться по мере изменения орбит звезд или добавления новых звезд; при этом столкновение происходит так далеко в будущем, что созвездия, которые мы видим сегодня, могут быть изменены в любом случае из-за естественного звездообразования и звездной гибели вне столкновения. Этот таймлапс Млечного Пути показывает, как ночное небо будет меняться со временем.

Млечный Путь: размер, структура и масса

Завораживающая светящаяся полоса Млечного Пути веками поражала человечество. (Изображение предоставлено: Фото Кендалла Хупса с сайта Pexels)

Раньше изучение Млечного Пути было заведомо трудным делом. Астрономы иногда сравнивают свои усилия с попыткой описать размер и структуру леса, теряясь посреди него. С нашего положения на Земле нам просто не хватает обзора. Но два новаторских космических телескопа, запущенных с 1990-х годов, помогли открыть золотой век исследований Млечного Пути. Были достигнуты значительные успехи, особенно после запуска в 2013 году миссии Gaia Европейского космического агентства (ЕКА).

Телескопы позволили астрономам различать основную форму и структуру некоторых из ближайших галактик до того, как они поняли, что смотрят на галактики. Но воссоздание формы и структуры нашего собственного галактического дома было медленным и утомительным. Процесс включал создание каталогов звезд, нанесение на карту их положения на небе и определение того, насколько далеко они находятся от Земли.

Голландский астроном Ян Оорт, которого иногда называют мастером галактической системы, первым понял, что Млечный Путь не неподвижен, а вращается, и рассчитал скорости, с которыми звезды на разных расстояниях вращаются вокруг галактического центра. Также именно Оорт определил положение нашего солнца в огромной галактике. (Облако Оорта, хранилище триллионов комет вдали от Солнца, было названо в его честь.)

Структура галактики Млечный Путь, вид сверху на галактический диск. (Изображение предоставлено: NASA/Adler/U. Chicago/Wesleyan/JPL-Caltech)

Постепенно возникла сложная картина спиральной галактики, которая кажется совершенно обычной.

В центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец A*. Черную дыру, открытую в 1974 году, с массой, равной массе четырех миллионов солнц, можно наблюдать в небе с помощью радиотелескопов вблизи созвездия Стрельца.

Все остальное в галактике вращается вокруг этих мощных врат в небытие. В непосредственной близости от него находится плотно упакованная область пыли, газа и звезд, называемая галактической выпуклостью. По данным ESA, в случае Млечного Пути эта выпуклость имеет форму арахиса и имеет диаметр 10 000 световых лет. В нем находится 10 миллиардов звезд (из общего количества Млечного Пути около 200 миллиардов), в основном это старые красные гиганты, сформировавшиеся на ранних стадиях эволюции галактики.

Связанные: «Странный сигнал» исходит из Млечного Пути. Что вызывает это?

За выпуклостью простирается галактический диск. Эта особенность составляет 100 000 световых лет в поперечнике и 1000 световых лет в толщину, и в ней находится большинство звезд галактики, включая наше Солнце. Звезды диска рассеяны в облаках звездной пыли и газа. Когда мы смотрим на небо ночью, вид этого диска с ребра, простирающегося к галактическому центру, захватывает дух.

Звезды в диске вращаются вокруг галактического центра, образуя закрученные потоки, которые, кажется, исходят из галактической выпуклости, как рукава. Исследования механизмов, которые управляют созданием спиральных рукавов, все еще находятся в зачаточном состоянии, но последние исследования показывают, что эти рукава формируются и рассеиваются в течение относительно коротких периодов до 100 миллионов лет (из 13 миллиардов лет эволюции галактики).

Внутри этих рукавов звезды, пыль и газ упакованы более плотно, чем в менее заполненных областях галактического диска, и эта повышенная плотность вызывает более интенсивное звездообразование. В результате звезды в галактическом диске, как правило, намного моложе звезд в балдже.

«Спиральные рукава подобны автомобильным пробкам в том смысле, что газ и звезды собираются вместе и движутся в рукавах медленнее. По мере того, как материал проходит через плотные спиральные рукава, он сжимается, и это вызывает большее звездообразование», — Денилсо Камарго из Федеральный университет Риу-Гранди-ду-Сул в Бразилии, говорится в заявлении .

Млечный Путь в настоящее время имеет четыре спиральных рукава, согласно данным Национального научного фонда (NSF). Есть два основных рукава — Персей и Щит-Центавр — и Стрелец и Местный Рукав, которые менее выражены. Ученые до сих пор обсуждают точное положение и форму этих рукавов, используя данные Gaia.

Диск Млечного Пути не плоский, а искривленный (открывается в новой вкладке), по данным ЕКА. Когда он вращается, он прецессирует, как качающийся волчок. Это колебание, по существу гигантская рябь, вращается вокруг галактического центра гораздо медленнее, чем звезды на диске, совершая полный оборот примерно за 600–700 миллионов лет. Астрономы считают, что эта рябь может быть результатом прошлого столкновения с другой галактикой.

Структура Млечного Пути с его вращающимся искривленным галактическим диском. (Изображение предоставлено: Stefan Payne-Wardenaar; вставка: NASA/JPL-Caltech; макет: ESA)

(открывается в новой вкладке)

Вокруг диска и выпуклости разбросаны шаровые скопления, скопления древних звезд, а также приблизительно Согласно заявлению ЕКА, 40 карликовых галактик либо вращаются вокруг Млечного Пути, либо сталкиваются с ним (открывается в новой вкладке).

Все это окружено сферическим ореолом из пыли и газа, который в два раза шире диска. Астрономы считают, что вся галактика окружена еще большим ореолом невидимой темной материи. Поскольку темная материя не излучает никакого света, о ее присутствии можно судить только косвенно по ее гравитационному влиянию на движение звезд в галактике. Расчеты показывают, что этот загадочный материал составляет до 90% массы галактики.

Масса Млечного Пути, включая темную материю, составляет 1,5 триллиона солнечных масс, согласно последним оценкам НАСА . Видимая материя галактики распределена между ее 200 миллиардами звезд, их планетами и массивными облаками пыли и газа, заполняющими межзвездное пространство. Астрономы не совсем уверены, сколько планет находится в Млечном Пути, учитывая, что мы нашли всего несколько тысяч, но одна оценка НАСА предполагает, что это на больше, чем 100 миллиардов планет9.0036 . Сколько солнечных систем в Млечном Пути — тоже загадка, так как мы все еще ищем планеты.

Где находится солнце на Млечном Пути?

Солнце — одна из 200 миллиардов звезд, составляющих галактику Млечный Путь. (Изображение предоставлено NASA/GSFC/SDO)

Солнце вращается на расстоянии около 26 000 световых лет от черной дыры Стрельца A*, примерно в середине галактического диска. Путешествуя со скоростью 515 000 миль в час (828 000 км в час), Солнцу требуется 230 миллионов лет, чтобы совершить полный оборот вокруг галактического центра.

Солнце находится у края Местного рукава Млечного Пути, одного из двух меньших спиральных рукавов галактики. В 2019 году, используя данные миссии Gaia, астрономы обнаружили, что Солнце, по сути, скользит по волне межзвездного газа длиной 9000 световых лет, шириной 400 световых лет и волнами на 500 световых лет выше и ниже галактического диска, согласно ЕКА. .

Планеты Солнечной системы вращаются не в плоскости галактики, а наклонены примерно на 63 градуса.

«Это похоже на то, что мы плывем по галактике боком», — сказал Space.com Мерав Офер, астрофизик из Университета Джорджа Мейсона в Вирджинии.

Что такое черная дыра в Млечном Пути?

Стрелец A*, сделанный рентгеновской обсерваторией НАСА Чандра. (Изображение предоставлено NASA/CXC/Caltech/M.Muno et al.)

(открывается в новой вкладке)

Черная дыра в Млечном Пути называется Стрелец A* . Черная дыра в основном спит, что делает ее очень сложной для наблюдения. Стрелец A* имеет массу, в 4,3 миллиона раз превышающую массу Солнца, астрономы Рейнхард Генцель и Андреа Гез открыли его в 2008 году. Приблизительный диаметр составляет 14,6 миллиона миль (23,5 миллиона километров) . Для сравнения, сам Млечный Путь имеет примерно 100 000 световых лет в ширину и 1000 световых лет в толщину.

Огромный газовый диск вокруг Стрельца A* выбрасывается на расстояние от 5 до 30 световых лет от сверхмассивной черной дыры. Именно эта огромная, но разреженная область газа дает немного материала для активности Стрельца А*. Известно, что этот регион излучает рентгеновские лучи из-за питания газом или из-за трения внутри диска, когда температура достигает 18 миллионов градусов по Фаренгейту (10 миллионов градусов по Цельсию).

Ученые хотели бы получить больше информации об этой сверхмассивной черной дыре, чтобы узнать больше о том, как она образовалась и какие условия сделали возможным ее рост. Пара возможностей включает в себя меньшие черные дыры, которые становятся довольно большими, поскольку они поглощают пыль и газ в окружающей среде поблизости; в качестве альтернативы, более мелкие черные дыры могут сливаться вместе и создавать что-то более чудовищное.

Изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, бегемота, получившего название Стрелец A*, полученное телескопом Event Horizon 12 мая 2022 года. (Изображение предоставлено коллаборацией Event Horizon Telescope)

(открывается в новая вкладка)

Как правило, у ученых есть улучшающие модели черных дыр звездной массы и черных дыр промежуточной массы. Эти объекты образуются, когда огромные звезды, масса которых во много раз превышает массу нашего Солнца, коллапсируют после остановки ядерного синтеза. Поскольку они больше не могут остановить гравитационный коллапс, они сжимаются до гравитационно мощного объекта, который может искривлять время и пространство вокруг себя настолько сильно, что свет больше не может выйти.

Мы постепенно узнаем больше о Стрельце A* благодаря таким усилиям, как первое в истории изображение черной дыры , которое было получено 12 мая 2022 года. -быстро к центру черной дыры; изображение представляет собой тень высокой четкости. Для этого изображения потребовалось большое количество обсерваторий по всему миру, размером примерно с Землю, что стало возможным благодаря телескопу горизонта событий (EHT).

Связанный: Вот как ученые превратили мир в телескоп (чтобы увидеть черную дыру)

Составление карты истории Млечного Пути

Эволюция Млечного Пути началась, когда облака газа и пыли начали разрушаться, сталкиваясь вместе гравитация . Из схлопнувшихся облаков выросли первые звезды, те, что мы видим сегодня в шаровых скоплениях. Вскоре после этого появилось сферическое гало, за которым последовал плоский галактический диск. Галактика начиналась с малого и росла по мере того, как неизбежная сила гравитации стягивала все воедино.

Возраст Млечного Пути примерно 13,6 миллиарда лет. (Изображение предоставлено: Будущее)

(открывается в новой вкладке)

Однако эволюция галактики все еще окутана тайной. Дисциплина под названием галактическая археология медленно разгадывает некоторые загадки жизни Млечного Пути благодаря миссии Gaia, которая выпустила свой первый каталог данных в 2018 году. 

Gaia измеряет точные положения и расстояния более чем 1 миллиарда звезд, а также их световые спектры, что позволяет ученым понять состав и возраст звезд, по данным ЕКА. Данные о положении позволяют астрономам определять скорости и направления движения звезд в космосе. Поскольку объекты в космосе следуют предсказуемым траекториям, астрономы могут реконструировать пути звезд на миллиарды лет в прошлое и будущее. Объединение этих реконструированных траекторий в один звездный фильм отражает эволюцию галактики на протяжении эпох.

Есть также свидетельства (открывается в новой вкладке), что Млечный Путь столкнулся с несколькими более мелкими галактиками в ходе своей эволюции. В 2018 году группа голландских астрономов обнаружила группу из 30 000 звезд (откроется в новой вкладке), синхронно движущихся по окрестностям Солнца в направлении, противоположном остальным звездам в наборе данных. Картина движения соответствовала тому, что ученые ранее видели в компьютерном моделировании галактических столкновений. Эти звезды также различались по цвету и яркости, что свидетельствовало о том, что они произошли из другой галактики.

Вопреки ожиданиям, карликовые галактики в окрестностях Млечного Пути только что появились. (Изображение предоставлено ESA)

Истории по теме:

Год спустя были замечены остатки другого, немного более молодого столкновения. Млечный Путь продолжает поглощать более мелкие галактики и по сей день. Галактика под названием Стрелец (не путать с черной дырой) в настоящее время вращается близко к Млечному Пути и, вероятно, несколько раз врезалась в его диск за последние 7 миллиардов лет. Используя данные Gaia, ученые обнаружили, что эти столкновения вызвали периоды интенсивного звездообразования в Млечном Пути и могут даже иметь какое-то отношение к фирменной спиральной форме галактики. Исследование предполагает, что наше Солнце родилось в один из этих периодов около 4,6 миллиарда лет назад.

Съемка Млечного Пути

Съемка Млечного Пути требует темного неба. (Изображение предоставлено Getty)

(открывается в новой вкладке)

Для фотографирования Млечного Пути требуется темное небо, хороший «сезон» (обычно между февралем и октябрем), некоторое расстояние от светового загрязнения и возможность использовать фотографическое оборудование. поймать его слабый свет. К счастью, Млечный Путь виден как в северном, так и в южном полушариях, и его можно запечатлеть с помощью стандартных предметов любительской фотосъемки.

Если есть возможность, доберитесь до своего места в дневное время, так как вы, вероятно, захотите разведать местность в поисках лучших ракурсов. Хорошие изображения Млечного Пути, как правило, творчески используют ландшафт, поэтому ищите интересные и выдающиеся природные особенности, такие как горы, валуны или формы скал.

Дальше фотосессия. Вообще говоря, используйте штатив, настройте свое оборудование на режим интервальной съемки и будьте готовы экспериментировать с разными фокусами и разными объективами. Для начинающих у нас также есть полное руководство по как сфотографировать Млечный Путь (откроется в новой вкладке).

Будущее исследований Млечного Пути

С начала своей деятельности миссия Gaia представила три обновления своего массивного звездного каталога. Астрономы со всего мира продолжают анализировать данные в поисках новых закономерностей и открытий.

Данные Gaia в настоящее время генерируют больше исследовательских работ, чем даже знаменитый космический телескоп Хаббл. Gaia будет продолжать составлять карты галактики по крайней мере до 2025 года, пока космический корабль остается в добром здравии, а составленный им каталог будет занимать астрономов на десятилетия вперед.

До Gaia самый большой набор данных о положении и расстоянии до звезд в Млечном Пути был получен из миссии под названием Hipparcos в честь древнегреческого астронома, который начал картографировать ночное небо за 150 лет до нашей эры. Hipparcos видел только около 100 000 самых ярких звезд в окрестностях Солнца, по сравнению с одним миллиардом Gaia. Данные также были менее точными.

Несмотря на то, что Gaia видит менее 1% звезд в галактике, астрономы могут расширить свои выводы и смоделировать поведение всего Млечного Пути.

Дополнительные ресурсы

Узнайте больше о Млечном Пути и других галактиках с помощью этого бесплатного учебного материала от Открытого университета (откроется в новой вкладке). Исследуйте Млечный Путь в виртуальной реальности (откроется в новой вкладке) с миссией ESA Gaia. Совершите путешествие по Млечному Пути с Gaia Sky (откроется в новой вкладке), программным обеспечением для трехмерной астрономической визуализации в реальном времени, которое использует данные миссии ESA Gaia. Узнайте, почему было так сложно изучать Млечный Путь до Гайи, в этой статье ЕКА (откроется в новой вкладке).

Библиография

Сян, М., Рикс, Х.В. «Изображение ранней истории формирования нашего Млечного Пути с временным разрешением (откроется в новой вкладке)». Природа 603, 599–603 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04496-5

Робин, Энни С. и др. «Синтетический взгляд на структуру и эволюцию Млечного Пути (открывается в новой вкладке)» Астрономия и астрофизика 409.2 (2003): 523-540.

Денен, Уолтер и Джеймс Бинни. «Массовые модели Млечного Пути. (открывается в новой вкладке)» Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества 294.3 (1998): 429-438.

Хельми, Амина. «Потоки, подструктуры и ранняя история Млечного Пути (открывается в новой вкладке)» Ежегодный обзор астрономии и астрофизики 58 (2020): 205–256.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space. com.

Тереза ​​— лондонский журналист, работающий в области науки и техники, начинающий писатель-фантаст и гимнастка-любитель. Родом из Праги, Чешская Республика, она провела первые семь лет своей карьеры, работая репортером, сценаристом и ведущей различных телепрограмм Чешского общественного телевидения. Позже она сделала перерыв в карьере, чтобы продолжить образование, и добавила степень магистра естественных наук Международного космического университета во Франции к степени бакалавра журналистики и магистра культурной антропологии Карлова университета в Праге. Она работала репортером в журнале Engineering and Technology, работала внештатным сотрудником в ряде изданий, включая Live Science, Space.com, Professional Engineering, Via Satellite and Space News, а также работала научным редактором в Европейском космическом агентстве.

10 фактов о Млечном Пути — Астрономический центр Versant Power и Планетарий Мейнарда Джордана

18 сентября 2015 г.

Новости

10 Факты о Млечном Пути

Emalee Couture

18. 09.15

1. Он искривлен.

Млечный Путь представляет собой диск диаметром около 120 000 световых лет с центральной выпуклостью диаметром около 12 000 световых лет. Однако диск не идеально плоский, он искривлен из-за соседних с нами галактик Большого и Малого Магеллановых облаков. Эти две галактики тянут материю в нашей галактике, словно игра в перетягивание каната.

2. Имеет невидимый ореол .

Наша галактика примерно на 90% состоит из темной материи, материи, которую нельзя увидеть, и примерно на 10% из «светящейся материи», или материи, которую мы можем видеть своими глазами. Это большое количество темной материи создает невидимый ореол, который был продемонстрирован моделированием вращения Млечного Пути. Если бы темной материи не существовало, звезды Млечного Пути вращались бы намного медленнее, чем это наблюдается.

3. На ней более 200 миллиардов звезд.

Млечный Путь — это галактика среднего размера, насчитывающая около 200 миллиардов звезд. Самая большая известная нам галактика называется IC 1101 и насчитывает более 100 триллионов звезд.

4. Очень пыльно и загазовано.

Около 10–15 % видимого вещества Млечного Пути состоит из пыли и газа, остальное — звезды. В ясную ночь на ночном небе можно увидеть пыльное кольцо Млечного Пути.

5. Он был сделан из других галактик.

Чтобы Млечный Путь обрел свой нынешний размер и форму, на протяжении всей своей истории он поглощал другие галактики. Наша галактика в настоящее время поглощает карликовую галактику Большого Пса, добавляя звезды меньшей галактики к своей собственной спирали.

6. Мы не можем его фотографировать.

Поскольку мы находимся примерно в 26 000 световых лет от центра Млечного Пути, мы не можем фотографировать диск. Любое изображение нашей галактики, которое вы когда-либо видели, является либо другой спиральной галактикой, либо тем, на что, по мнению художника, она может быть похожа.

7. В центре черная дыра.

Как и в большинстве крупных галактик, в центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра, называемая Стрельцом A*. Диаметр этой черной дыры оценивается в 14 миллионов миль, не считая втягиваемого в нее диска массы. Этот внешний диск примерно в 14,6 миллионов раз превышает массу нашего Солнца, что было бы похоже на орбиту Земли!

8. Он почти так же стар, как сама Вселенная.

Ученые подсчитали, что Вселенной около 13,7 миллиардов лет, а Млечному Пути около 13,6 миллиардов лет. Хотя основные части галактики сформировались в ранние дни существования Вселенной, диск и выпуклость полностью сформировались только примерно 10-12 миллиардов лет назад.

9. Это часть сверхскопления Девы, группы галактик в пределах 150 миллионов световых лет.

Сверхскопление Девы содержит не менее 100 групп и скоплений галактик и имеет диаметр около 110 миллионов световых лет.