§ 46. строение и эволюция вселенной

Солнце – одна из примерно 100 млрд. звёзд, образующих в пространстве гигантскую звёздную систему, называемую Млечным Путём или Галактикой (от греч. gala – молоко).  Млечный путь можно увидеть в безлунную ночь вдали от городских огней в виде светящейся полосы из скоплений звёзд, пересекающей всё небо. Галактика имеет вид двояковыпуклого диска диаметром около 30 кпс и толщиной 4 кпс (рис. 46а, низ), причём Солнце находится на расстоянии около 10 кпс от центра этого диска – центра Галактики. Звёзды вращаются вокруг оси Галактики с угловой скоростью, уменьшающейся по мере удаления от неё. Скорость движения Солнца вокруг оси Галактики составляет около 250 км/с,  а период его полного оборота (галактический год) равен около 180 млн. лет. Если взглянуть на нашу  Галактику с большого расстояния, то окажется, что большинство звёзд находятся вдоль воображаемых спиральных ветвей (рис. 46а, верх) или в центральной части её ядра.

Звёздные скопления, аналогичные нашей Галактике, но находящиеся далеко за её пределами, тоже называют галактиками, но в отличие от нашей Галактики (Млечного Пути), эти галактики пишут со строчной буквы. Невооруженным глазом можно увидеть всего три галактики – туманность Андромеды в северном полушарии и два Магеллановых Облака – в южном. От Магеллановых облаков нас отделяют около 55 кпс, и они являются самыми близкими к нам галактиками. С помощью современных телескопов можно разглядеть около миллиарда галактик, совокупность которых образует метагалактику или видимую часть нашей Вселенной.

Галактики по форме можно разделить на три основных вида. В спиральных галактиках, к которым  принадлежит Млечный Путь и относится около 70% всех галактик, скопления звёзд наблюдаются вдоль нескольких спиральных ветвей, выходящих из центра (рис. 46б). Примерно четверть всех галактик называют эллиптическими, т.к. они имеют форму эллипса, яркость свечения которого плавно уменьшается с удалением от центра (рис. 46в). Галактики, не обладающие упорядоченной структурой, называют неправильными.

Расстояние до галактики определяют, наблюдая за одной из её звёзд, светимость которой периодически изменяется (обычно с периодом от 1 до 50 дней). Такие звёзды называют цефеидами по имени одной из звёзд переменной светимости в созвездия Цефея. Большая часть цефеид - сверхгиганты, потерявшие устойчивость при своей эволюции и поэтому периодически расширяющиеся и сжимающиеся, в результате чего их светимость увеличивается и уменьшается. При этом существует чёткая зависимость между периодом изменения блеска цефеиды  и её светимостью - чем больше этот период, тем больше светимость звезды. Поэтому, измеряя период цефеиды и её видимую звёздную величину, можно вычислить расстояние до галактики, в которой она находится.

  В 1922 году советский физик А.А. Фридман предложил модель расширяющейся Вселенной, согласно которой все галактики разбегаются друг от друга. Если это так, то в соответствии с эффектом Доплера линии в спектре излучения атомов, например, водорода, находящихся в этих галактиках, должны быть смещены в «красную сторону», т.е. их частота должна быть меньше, чем у тех же линий атомов водорода на Земле. И чем больше величина «красного смещения», тем больше скорость удаления галактики от нас. В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл доказал справедливость предположения Фридмана, обнаружив, что большинство галактик удаляется от нас, при этом между скоростями v удаления галактик и расстоянием r до них имеется линейная зависимость (закон Хаббла): v=Hr, где Н – постоянная Хаббла. Величина 1/H » 15 млрд. лет и по мнению учёных равна времени, в течение которого галактики разбегались друг от друга, т.е. возрасту Вселенной, которая родилась 15 млрд. лет тому назад в результате процесса, названного Большим взрывом.    

     Вопросы для повторения:

·        Что называют галактиками, и какими они бывают?

·        Опишите форму и размеры Галактики?

·        Почему считают, что Вселенная расширяется, и каков её возраст?

  

                

                    (а)                                            (б)                                         (в)

Рис. 46. (а) – схематическое изображение Галактики сбоку (низ) и сверху (верх): 1 – Солнце, 2 – центр Галактики, 3 – её диск; (б) – фото спиральной галактики М51; (в) – фото эллиптической галактики NGC205.