Секреты звездной Галактики | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 сентября, печатный экземпляр отправим 2 октября.

Опубликовать статью в журнале

Рубрика: Естествознание

Опубликовано в Юный учёный №2 (5) март 2016 г.

Дата публикации: 11.02.2016

Статья просмотрена: 6 раз

Библиографическое описание:

Амет А. О., Раимбекова У. К. Секреты звездной Галактики // Юный ученый. — 2016. — №2. — С. 146-149. — URL https://moluch.ru/young/archive/5/275/ (дата обращения: 17.09.2019).

 

В науке слово «Вселенная» имеет особый смысл. Это весь окружающий нас материальный мир, в том числе и то, что находится за пределами Земли — космическое пространство, планеты, звезды. Это материя без конца и без края. По мнению астрономов, Вселенная началась с сильного взрыва примерно 15000 млрд. лет назад. «Большой удар» разогнал горячие газы в разных направлениях, и образовались галактики, звезды и планеты. Учёные Земли могут наблюдать только одну Вселенную, но никто не отрицает существование и других, только потому, что наши приборы не могут их установить. У Вселенной есть и ещё одно важнейшее свойство, но о нём до конца 20-х годов 20-го века никто не догадывался: Вселенная находится в движении — она расширяется, т. е. перемещается

Звёзды образуют гигантские системы — Галактики. Галактика имеет центр (ядро), плоские спиральные рукава, в которых сосредоточено большинство звёзд, и периферию, объёмное облако из редких звёзд. Звёзды движутся в пространстве, они рождаются, живут и умирают. Такие звёзды, как Солнце, живут примерно 10–15 миллиардов лет, и Солнце — звезда среднего возраста. Так что ему светить ещё очень долго. Массивные и горячие звёзды «сгорают» быстрее, и могут взрываться как «сверхновые» звёзды, оставляя после себя очень маленькие и сверхплотные образования, — белые карлики, нейтронные звёзды или «чёрные дыры», в которых плотность материи столь высока, что никакие частицы не могут преодолеть силы тяготения и вырваться оттуда. Кроме звёзд, в Галактике содержатся облака космической пыли и газа, образующие туманности. Плоскость Галактики, где максимальное число звёзд, газа и пыли, видна на небе как Млечный Путь. Наша Галактика — не единственная. Существует ещё много миллионов Галактик, состоящих из огромного числа звёзд. Например, Магеллановы облака, Туманность Андромеды — это другие Галактики. Находятся они на невообразимо больших расстояниях от нас. [1]

Как и все тела в природе, звёзды не остаются неизменными. Они рождаются, эволюционируют, и наконец «умирают». Чтобы проследить жизненный путь звёзд и понять, как они стареют, необходимо знать, как они возникают. Если раньше это было загадкой, то сейчас современные астрономы с новейшей техникой уже могут с уверенностью подробно описать пути, ведущие к появлению ярких звёзд на нашем ночном небосводе.

Глядя на звездное небо, можно заметить, что звезды различны по своей яркости, или, как говорят астрономы, по своему видимому блеску. Почти все вещество Вселенной сосредоточено в звездах. Они представляют собой физические тела гигантских размеров. Например, диаметр Солнца, которое является небольшой звездой, равен приблизительно 1 400 000 км, в то время как диаметр Земли — это приблизительно 12 700 км. Это говорит о превосходстве Солнца над Землей по диаметру примерно в 110 раз. И по объему оно больше нашей планеты приблизительно в миллион раз. Звезды — это плазменные космические объекты. Иначе плазму можно назвать раскаленным газом. Таким образом, звезды — это очень горячие газовые тела колоссальных размеров. В недрах звезд температура достигает примерно 10 миллионов градусов. При таких условиях ни макротела, ни молекулы, ни даже атомы существовать не могут. Звезды существуют не изолированно, а в виде гигантских скоплений, которые называются галактиками. В настоящее время астрономы насчитывают около 10 миллиардов галактик. Наша Солнечная система находится внутри одной из них. Согласно современным представлениям, Галактика образовалась около 14 млрд. лет назад из первичного медленно вращавшегося газового облака, по своим размерам превосходившего ее в десятки раз. Первоначально это облако на 75 % состояло из водорода и на 25 % — из гелия. В течение примерно 3 миллиардов лет протооблако свободно сжималось под действием сил гравитации. Этот коллапс неизбежно привел к распаду облака на части и началу процесса звездообразования. [2] Отличить простым глазом неподвижную звезду от планеты очень легко: планеты сияют спокойным светом, звёзды же мерцают. А яркие звёзды невысоко над горизонтом ещё и переливаются разными цветами. Особенно сильно и красочно звёзды мерцают в морозные ночи и в ветреную погоду, а также после дождя, когда небо быстро очистилось от туч. Мерцание — это не свойство, присущее самим звёздам. Если взглянуть на звезды в открытом космосе, где нет атмосферы, мерцания звёзд не заметно: они сияют там спокойным, постоянным светом. Причина мерцания — земная атмосфера, через которую лучи звёзд должны пройти, прежде чем достигнуть глаза. Приблизительно то же самое происходит, когда в жаркие дни почва сильно нагрета Солнцем. Звёздному свету в этом случае приходится пронизывать не однородную среду, а газовые слои различной температуры, различной плотности, а значит, и различной преломляемости. Лучи света претерпевают многочисленные отклонения от прямого пути, то сосредотачиваясь, то рассеиваясь. Отсюда — частые изменения яркости звезды. А так как преломление сопровождается светорассеянием, то наряду с колебаниями яркости наблюдаются и изменения окраски. Почему же планеты, в отличие от звёзд, не мерцают, а светят ровно, спокойно? Планеты гораздо ближе к нам, чем звёзды. Поэтому они представляются глазу не точкой, а светящимся кружочком, диском, хотя и столь малых угловых размеров, что вследствие их слепящей яркости эти угловые размеры почти неощутимы. Каждая отдельная точка такого кружка мерцает, но перемены яркости и цвета отдельных точек совершаются независимо одна от другой, в разные моменты времени, а потому восполняют друг друга; ослабление яркости одной точки совпадает с усилением яркости другой, так что общая сила света планеты остаётся неизменной. Отсюда — спокойный, немерцающий блеск планет. То есть, планеты представляются нам немерцающими потому, что мерцают сразу во многих точках, но в разные моменты времени.

 

Звёзды состоят из водорода и гелия. Сначала в галактике образуется холодное разреженное облако межзвёздного газа, сжимающееся под действием собственного тяготения. При этом энергия гравитации переходит в тепло. Когда температура в ядре достигает нескольких миллионов Кельвинов, сжатие прекращается. В таком состоянии звезда пребывает большую часть своей жизни, пока не закончатся запасы топлива в её ядре. В этот период структура звезды начинает заметно меняться. Её светимость растёт, внешние слои расширяются, а внутренние, наоборот, сжимаются, яркость звезды понижается. В таком состоянии звезда проводит значительно меньше времени, чем на главной стадии. Когда масса её ядра становится значительной, оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься, и гелий преобразуется в более тяжёлые элементы.

3везды бывают новорожденными, молодыми, среднего возраста и старыми. Новые звезды постоянно образуются, а старые постоянно умирают. Все звезды похожи на наше Солнце: это огромные шары очень горячего светящегося газа, в самой глубине которых вырабатывается ядерная энергия. Но не все звезды в точности такие, как Солнце. Самое явное различие — это цвет. Есть звезды красноватые или голубоватые, а не желтые. Кроме того, звезды различаются и по яркости, и по блеску. Насколько яркой выглядит звезда в небе, зависит не только от ее светимости, но также и от расстояния, отделяющего ее от нас и её массы. С учетом расстояний, яркость звезд меняется. Солнце, которое является типичной звездой, обладает гораздо большей светимостью, чем большинство других звезд. Невооруженным глазом можно увидеть очень небольшое количество слабых по своей природе звезд. В созвездиях нашего неба главное внимание привлекают к себе “сигнальные огни” необычных звезд, тех, что обладают очень большой светимостью.

Почти все звезды рождаются группами, а не по отдельности. Поэтому звездные скопления очень распространены. Астрономы любят изучать звездные скопления, потому что им известно, что все звезды, входящие в скопление, образовались примерно в одно и то же время и приблизительно на одинаковом расстоянии от нас. Любые заметные различия в блеске между такими звездами являются истинными различиями. Какие бы изменения ни претерпели эти звезды с течением времени, образовывались они все одновременно. Особенно полезно изучение звездных скоплений с точки зрения зависимости их свойств от массы — ведь возраст этих звезд и их расстояние от Земли примерно одинаковы, так что отличаются они друг от друга только своей массой. Звездные скопления интересны не только для научного изучения — они исключительно красивы как объекты для фотографирования и для наблюдения астрономами-любителями.

Звезды, массы которых не достигают 1,4 солнечной, умирают тихо и безмятежно. А что происходит с более массивными звездами? Огромный взрыв, которым заканчивается жизнь массивной звезды — это впечатляющее событие. Это самое мощное из природных явлений, совершающихся в звездах. В один миг высвобождается больше энергии, чем ее излучает наше Солнце за 10 миллиардов лет. [3]

Если масса сжимающейся звезды превосходит массу Солнца более чем в 1,4 раза, то такая звезда, достигнув стадии белого карлика, на этом не остановится. Белые карлики — это звёзды, имеющие очень малые размеры и светимость и имеющие высокую температуру. Диаметр нейтронной звезды составляет от 10 до 15 км, а один кубический сантиметр ее вещества весит около миллиарда тонн. Помимо громадной плотности, нейтронные звезды обладают еще двумя особыми свойствами, которые позволяют их обнаружить, невзирая на столь малые размеры: это быстрое вращение и сильное магнитное поле. Нейтронная звезда совершает несколько оборотов в секунду, и имеет магнитное поле, в миллионы раз более сильное, чем у Земли. Первые пульсары были открыты в 1968г., когда радиоастрономы обнаружили регулярные сигналы, идущие к нам из четырех точек Галактики. [4] Ученые были поражены тем фактом, что какие-то природные объекты могут излучать радиоимпульсы в таком правильном и быстром ритме. Некоторые пульсары излучают не только радиоволны, но и световые, рентгеновские и гамма-лучи. Период самых медленных пульсаров около четырех секунд, а самых быстрых — тысячные доли секунды. Вращение этих нейтронных звезд было по каким-то причинам еще более ускорено; возможно, они входят в двойные системы.

 

Один из самых известных остатков сверхновой — Крабовидная туманность, обязана своим названием Уильяму Парсонсу, который первым наблюдал ее в 1844 г. Туманность имеет форму овала с неровными краями; красноватые и зеленоватые нити светящегося газа видны на фоне тусклого белого пятна. Нити светящегося газа напоминают сеть, наброшенную на отверстие. Туманность является также интенсивным источником радиоволн и рентгеновских лучей. В 1969 г. 6ыло обнаружено, что одна из звезд вблизи центра туманности периодически излучает радиоимпульсы, а также световые и рентгеновские сигналы через каждые 33 тысячных доли секунды. Это очень высокая частота даже для пульсара, но она постепенно понижается. [5]

Звёздная эволюция в астрономии — последовательность изменений, которым звезда подвергается в течение её жизни, то есть на протяжении сотен тысяч, миллионов или миллиардов лет, пока она излучает свет и тепло. В течение таких колоссальных промежутков времени изменения оказываются весьма значительными. Астрономы не могут наблюдать жизнь одной звезды от начала до конца, потому что даже самые короткоживущие звезды существуют миллионы лет — дольше жизни всего человечества. Изменение со временем физических характеристик и химического состава звезд, т. е. звездную эволюцию, астрономы изучают на основе сопоставления характеристик множества звезд, находящихся на разных стадиях эволюции. Исследование астрономами большого количества звезд показало, что они существенно отличаются друг от друга, как впрочем и люди. Они имею различную массу, размеры, температуру, светимость, различаются даже по цвету. Есть звёзды гиганты, радиусы которых в сотни и тысячи раз превосходят солнечный. И, наоборот, есть звёзды карлики, радиусы которых в десятки и сотни раз меньше радиуса Солнца. У людей тоже встречается подобное отклонение от нормы. Есть люди-карлики и гиганты.

Звёзды многолики и многообразны, их свечение прекрасно и неповторимо, в нём есть определённые закономерности, но они… до конца не изучены. Хотя по человеческой шкале времени звезды и кажутся вечными, они, подобно людям, рождаются, живут и умирают. Рождение и смерть — ничтожно малые мгновенья в жизни звезды.

 

Литература:

 

  1.                Левин Б. Ю., Радлова Л. Н. «Астрономия в картинках» Изд. «Детская литература», Москва 1967г. 36 л.
  2.                «Детская энциклопедия», т. 2 редактор тома В. А. Касименко, изд. Академии педагогических наук РСФСР, редакция Детской энциклопедии, Москва, 1958г. 541 л.
  3.                Тейлер Р. Строение и эволюция звезд. М., 1973
  4.                Шкловский И. С. Звезды. Их рождение, жизнь и смерть. М., 1984
  5.                Физика космоса. 2-е изд., М. Советская энциклопедия, 1986.
  6.                Ресурсы использования интернета: http://bip-ip.com/planetyi-zvezdyi-galaktiki, tms.ysty.ru/why63.php


Задать вопрос