Чумацький шлях – наша Галактика. Астрономія 11 клас

Чумацький шлях – наша Галактика. Газ та пил у галактиці. Розсіяні та кульові зоряні скупчення.

Ціль: Розглянути Галактики. Чумацький шлях. Склад Галактики: зірки, скупчення та його види, туманності та його види, промені, поля, газ і пил. Будова та обертання Галактики. Рух зірок та Сонця. Радіовипромінювання Галактики.

Завдання:

1. Навчальна: Ввести поняття: Чумацький Шлях, наша Галактика (її ядро, спіральні рукави, склад), зоряні скупчення, туманності, хмари тощо.
2.  До складу Галактики входять зірки, зоряні скупчення, туманності. У просторі між зірками є дуже розріджена дифузна матерія (переважно водень), магнітні та гравітаційні поля. Міжзоряний простір пронизують потоки космічних променів та електромагнітне випромінювання. Сонце розташоване поблизу галактичної плоскості.
3.  Розвиваюча: Головне, що має бути засвоєно на уроці, – це те, що сила людського розуму та міць наукових методів дозволили відкрити нашу та інші галактики.

Знати: – поняття Галактики, її склад та будова.

Вміти: – назвати складові Галактики та показати її будову.

Обладнання: Комп’ютер, слайдовий супровід уроку.

Хід уроку:

Фронтальне опитування, актуалізація знань.

-Що називають Всесвітом?

– Перерахуйте небесні тіла.

– Яке тіло називають зіркою?

– Якого “виду” зірки ви знаєте?

-Які зірки називають велетнями?

-Які зірки називають карликами?

-До якого виду зірок належить наше Сонце?

Новий матеріал

Галактика – це гігантська зоряна система, що складається приблизно з 200 млрд. зірок (до них входить і наше Сонце). У ній також міститься значить. кількість газу та пилу; Галактика пронизана магнітними полями, заповнена частинками високих енергій – космічними променями.

Різноманітний світ галактик

Ще в 19 сторіччі астрономи вважали, що Всесвіт складається із зірок. Сміливі припущення деяких мислителів про те, що світила в нескінченному Всесвіті можуть бути згруповані в гігантські зіркові системи, більшістю вчених приймалися скептично. Лише у першій половині ХХ століття завдяки розвитку техніки астрономи змогли побачити, що туманні плями, видимі на небосхилі, це величезні скупчення світил, які розташовані далеко за межами нашої Галактики. Величезні зіркові системи розділені в просторі колосальними відстанями, які навіть світло, що розповсюджується зі швидкістю 300 тис. км/с, долає багато мільйонів років.

Світ галактик неосяжний. Багато років американський вчений Едвін Хаббл вивчав галактики і класифікував їх на вигляд. Він виділив три види: спіральні, еліптичні та неправильні галактики.

Спіральні галактики – найчисленніший тип галактик. До нього належать наша Галактика та гігантська туманність Андромеди, віддалена від нас приблизно на 2 млн. св. років. Подібні зіркові системи складаються з двох частин – центральної сфери і диска. Якщо подивитися на неї «Зверху», можна помітити, що зі сфери виходять кілька спіралей.Найяскравіші та наймасивніші зірки галактики перебувають у спіральних рукавах; а між ними і слабкі та маломасивні жовті та червоні зірки.

У галактик, як і зірок і планет, є супутники. Наприклад, у галактики Вир має на кінці однієї з гілок невелику галактику – супутник, який звертається щодо центру материнської галактики.

Еліптичні галактики мають вигляд кулі, інколи ж нагадують лимон. Їхня яскравість плавно зменшується від центру до країв. (Вони становлять приблизно 25% від усіх галактик).

За розмірами ці галактики дуже різноманітні – серед них трапляються і гіганти, і карлики. Більшість еліптичних галактик практично немає у своєму складі міжзоряного газу. Населення цих галактик – старі зірки, подібні до Сонця або менш масивні. Колір еліптичних галактик червоний.

Для неправильних галактик характерна неправильна, «розмита» клаптувата структура і відсутність чітко вираженого центрального ядра. Неправильні галактики, не виявляючи цікавих закономірностей у своїй будові, мають, як правило, невелику масу та розмір. У таких зоряних системах міститься багато газу – до 50% від загальної маси. (До цього класу належить приблизно 5% галактик).

Наша галактика.

Чумацький Шлях

У ясну безмісячну ніч, далеко від міських вогнів, на небі виразно видно сріблясту туманну смугу, що розсікає його надвоє. Це Чумацький шлях.

Давньогрецький міф пояснює його походження так. Зевс наказав, щоб його сина Геракла, народженого земною жінкою, піднесли до грудей сплячої богині Гери. Скуштувавши божественного молока, Геракл став би безсмертним. Проте, Гера прокинулася і в гніві відштовхнула немовля. Бризнуло молоко білою смугою надовго опоясало небесну сферу.

При неозброєному погляді на небо здається, що зірки і Чумацький шлях ніяк не пов’язані між собою і мають різну фізичну природу. У різні часи розпливчасту смугу, що світиться, вважали хмарою розпечених газів в атмосфері Землі, результатом химерного розсіювання сонячного світла. Вірну здогад про те, що наш Чумацький Шлях насправді є гігантським скупченням зірок, висловив ще давньогрецький філософ Демокріт (бл. 460-0370 р. до н.е.). Майже через дві тисячі років, на початку 17 століття, її правильність підтвердив італійський учений Галілео Галілей. Навівши на Чумацький Шлях свій саморобний телескоп, він побачив, що туманна стрічка насправді складається з багатьох «слабких» зірочок. Це було перше достовірне свідчення того, що зірки не заповнюють рівномірно весь простір Всесвіту.

Інший астроном-спостерігач Вільям Гершель у 18 столітті вперше представив форму нашої зіркової системи-«Зірки, нами видимі, не розкидані у просторі без порядку, але утворюють шар, якого товщина незначна порівняно з довжиною та шириною». Він запропонував модель Галактики (1785г). Доказав, що Чумацький Шлях із Сонцем відокремлена зіркова система, хоча остаточно наявність галактик встановив Еге. Хаббл в 1923г. Як ви вже знаєте, у Всесвіті безліч подібних систем (зоряних скупчень) їх тепер теж називають галактиками, від грецького «галактіос» – молочний. А щоб відрізнити від інших нашу зіркову систему, її назву пишуть із великої літери – Галактика.

Отже, Чумацький Шлях – Смуга туманного світла, що оперізує небо, що утворюється світлом величезної кількості зірок нашої Галактики, вік якої близько 15 млрд. років.

Склад та будова Галактики

Галактику Чумацький шлях відносять до класу спіральних систем; її населяють за різними оцінками від 200 млрд зірок до трильйона, а також численні газопилові хмари. Більшість зірок і майже всі міжзоряна речовина зосереджені в диску діаметром близько 120 000 світлових років і завтовшки близько 1000 світлових років. У центрі диска розташоване кулясте ущільнення діаметром близько 30 тис. світлових років; астрономи називають його англійською за походженням словом “балдж”.

Більшість речовини сконцентрована в тонкому шарі завтовшки близько 2000 світлових років, ближче до його зовнішніх країв. Зірки розподілені у трохи товстішому диску. Радіус центрального балджа дорівнює приблизно 15000 світлових років.

Якби людині пощастило глянути на галактичний диск зверху, то він побачив би кілька гігантських закручених спіральних гілок або рукавів, що відходять від балджа.

Вивчення динаміки зірок і міжзоряної речовини показує, що речовина, що спостерігається, становить до 10% загальної маси Галактики. Решта – так звана темна речовина, яка ще не ідентифікована. У рукавах сконцентровані області зіркоутворення та іонізованого водню. У просторі між рукавами середня щільність речовини у два чи три рази нижча, ніж усередині рукавів. Сонце розташоване всередині диска на відстані близько 28000 світлових років від центру Галактики, поблизу внутрішнього краю одного із спіральних рукавів (між рукавами Стрільця та Персею).

Без перебільшення можна стверджувати, що найзагадковіша область Галактики – це ядро. Найвнутрішнє ядро ​​(розміром близько 100 світлових років), розташоване у напрямку сузір’я Стрільця, приховано від прямого оптичного спостереження щільним непрозорим пилом. Однак спостереження в інфрачервоному та радіо-діапазонах, а також у гамма- та рентгенівських променях дозволяють зробити висновок, що ядро ​​містить щільно упаковану сферу зірок – червоних гігантів, окремі щільні газові конденсації. Визначивши швидкості зірок у цьому центральному скупченні Галактики, астрономи встановили, що рух викликається надзвичайно масивним тілом дуже невеликих розмірів. Такими властивостями володіють лише чорні дірки. Щодо можливої ​​маси чорної діри не існує єдиної думки: деякі астрономи припускають, що вона може становити лише 100 сонячних мас, інші вважають, що вона сягає мільйона сонячних мас. ЇЇ тяжіння «стягує» газ із околиць ядра, і він закручується навколо чорної дірки у вигляді диска, немов у гігантському космічному вирі.

Диск нашої зіркової системи досить швидко обертається навколо її ядра, але не як єдине ціле – внутрішні області роблять оберт швидше, ніж зовнішні. Сонце облітає навколо центру галактики за 220 млн. років (Галактичний рік), рухаючись зі швидкістю близько 250 км/с.

Навколо Галактики розташована розріджена галузь – гало, майже сферичної форми з центром в ядрі, радіус якої не менше 50000 світлових років. Гало містить кульові скупчення та найстаріші зірки Галактики. Порівняно з диском і центральним балджем, в гало є дуже мало речовини, що світиться, хоча вивчення гравітаційного поля показує, що невидима компонента маси Галактики, ймовірно, розподілена у сфері навколо Галактики, а не сконцентрована в диску. Передбачається, що ця темна речовина поширена у просторі на відстанях до 300 000 світлових років, заповнюючи область, яку іноді називають галактичною короною. Ця область виходить далеко межі гало, визначені видимими об’єктами.

МЕТАГАЛАКТИКА

За межами нашої Галактики астрономи виявили мільйони інших грандіозних систем, схожих на нашу чи відмінну від неї. Вчені дійшли висновку, що зірки у Всесвіті розподілені нерівномірно, а утворюють скупчення, які можуть містити навіть тисячі зіркових систем. Астрономи вважають, що всі видимі в даний час галактики становлять частину Метагалактики – так прийнято називати всю область Всесвіту, що спостерігається. Можливо, і сама Метагалактика, у свою чергу, лише складова ще більш величезної системи і таких утворень у Всесвіті незліченна безліч…

Зоряні скупчення – групи зірок, пов’язаних силою тяжіння. У майбутньому скупчення старіє і руйнується під впливом внутрішніх і зовнішніх сил (розсіяне швидше). Відкрив скупчення В. Гершель (1738-1822, Англія) з 1775 по 1790 (більше 250 і склав три каталоги).

Розсіяне – містять від кількох сотень до кількох тисяч зірок (від 10 до сотні мас Сонця), розподілених в області розміром у кілька світлових років (від 1,5 до 20пк). Члени такого скупчення знаходяться на значно більшому віддаленні один від одного, ніж у кульових скупченнях. (У середньому 1зв/пк3, у центрі до 80зв/пк3). Відомо близько 1200 розсіяних скупчень.

Ці скупчення щодо молоді (зірки 1 типу, багаті на метали), зазвичай містять багато гарячих і дуже яскравих зірок, мають вік максимум до 3 млрд. років. Вони розташовані в диску Галактики і тому на небі лежать у межах Чумацького Шляху. Вони рухаються майже круговими орбітами зі швидкістю 150-200 км/с. Серед загальновідомих розсіяних скупчень виділяються Плеяди, Гіади та “Скринька коштовностей”.

Кульове –Щільне скупчення сотень тисяч або навіть мільйонів зірок (в основному червоні гіганти та субгіганти), форма якого близька до сферичної. Найяскравіша кульове скупчення в небі – Омега Центавра (ω Cen) діаметром 620 світлових років.Це одне з найстаріших відомих кульових скупчень, вік якого, як вважають, сягає 13 млрд років. Деякі найстаріші зірки нашої Галактики також містяться в кульових скупченнях. Кульові скупчення розподілені всередині сферичного гало навколо Галактики та рухаються дуже витягнутими еліптичними орбітами навколо центру Галактики зі швидкостями понад 50 км/с. Відомо понад 150 таких скупчень.

Зірки в кульових скупченнях мають низький вміст елементів важче за гелій. Це узгоджується з припущенням про те, що вони сформувалися з первісної речовини Галактики до того, як міжзоряне середовище збагатилося елементами, що утворюються лише всередині зірок.

Між зірками та міжзоряним середовищем відбувається безперервна взаємодія, що призводить до виникнення цілого ряду різноманітних компонентів: темних хмар газу та пилу, областей іонізованого водню та нейтрального водню, молекулярних хмар, глобул, а також дуже гарячого розрідженого газу та високоенергійних частинок косм.

Туманності – хмара міжзоряного газу та пилу. Цей термін раніше використовувався для об’єктів, про які тепер відомо, що вони являють собою галактики. Наприклад, більшу “туманність Андромеди” тепер правильніше називати галактикою Андромеди. Щільність у туманностях дуже мала і становить близько 10-18 – 10-20 кг/м3.

Емісійна туманність світиться у присутності ультрафіолетового випромінювання; відбиває туманність відбиває світло зірок. Поглинаюча туманність (темні) є темною освітою і зазвичай видно лише силуетом на тлі туманності, що світиться, або на яскравому зоряному тлі.

Серед інших об’єктів, що складаються з газу, що світиться і також званих туманностями, виділяються планетарні туманності і залишки наднових.

Міжзоряний пил – дрібні частинки в міжзоряному середовищі. Частинки міжзоряного пилу (розміром 0,005 – 1 мкм) у міжзоряному середовищі зазвичай змішані з газом. Складаючи менше 1% маси міжзоряного середовища, пил поглинає набагато більше світла та генерує набагато більше інфрачервоного випромінювання, ніж газ. Світло зірок, що розсіюється частинками пилу, створює туманність, що відображає.

Більшість пилу, як вважають, породжується при відпливі речовини від холодних червоних гігантів. У міру того, як із збільшенням відстані від зірки газ охолоджується, відбувається конденсація твердих речовин. Виявлене у таких зірок інфрачервоне випромінювання показує, що вони й справді оточені оболонками пилу. Речовина може конденсуватися у зерна також усередині молекулярних хмар.

Закріплення.

– Що таке Галактика? – Хто класифікував галактики?

– Які галактики називаються спіральними?

– Які галактики називаються еліптичними? – Які галактики називаються неправильними? – Звідки походить назва Чумацький шлях?

– До якого виду галактик належить наша Галактика? Дайте характеристику Галактики?

– Які бувають зоряні скупчення? – Що являють собою туманності?