Чумацький шлях. Будова галактики. Уроки 26-31

Молочний шлях. Будова Галактики.

​Уроки 26-27

Multiple Choice

Що астрономи розуміють під словом «Всесвіт»?

• нашу Галактику

• усе суще, що знаходиться на Землі й за її межами

• усе, що ми бачимо в космосі за допомогою найбільших телескопів

• усі космічні тіла, що знаходяться за межами нашої планети

• зорі, галактики, туманності, пульсари, квазари та чорні діри

Multiple Choice

Який з розділів астрономії вивчає походження і розвиток космічних тіл?

• Планетологія

• Геоастрономія
• Космологія
• Астрофізика
• Космогонія

величезні скупчення газу і пилу в світовому просторі. Розміри різні і вимірюються тисячами і мільйонами а.о. Деякі туманності мають правильну сферичну форму (планетарні туманності). Густина туманностей дуже мала: 10^-23—10^-24 г / cм³.

​

​Туманності:

сукупність туманностей і зірок, до якої належить Сонце являє собою обмежену систему (150 млрд. зір). Форма Галактики: від центра (сукупність зір сферичної форми) відходять дві гілки (зорі і туманності) спіральної форми і розміщені в одній площині, яка називається галактичною. Наближено рахують, що всі зорі, що входять до складу Галактики обертаються навколо його геометричного центра. Рух з швидкістю 250 км/c і здійснює повний оберт (галактичний рік) за 180 — 200 млн. років.

​

​Галактика:

​Наша зоряна система – Галактика – нараховує  сотні мільйонів зір різної світності та кольору. Більшість зірок зосереджена у Молочному Шляху. Наше Сонце разом із планетною системою також входить до складу Галактики. Молочний шлях ( в Україні його ще називають Чумацьким Шляхом) утворюють найближчі до нас зорі Галактики. Галактика дуже стиснута, має вигляд диска, або двовипуклої лінзи. Сонце розташоване всередині Галактики, далеко від її центра, але не на межі.
https://www.youtube.com/watch?v=FNP80lqWv6U&t=78s

​Гало - сферична підсистема, яка складається в основному з газу, газових хмар і дуже старих неяскравих зір.

Балдж – об’єкти гало, які концентруються до центра Галактики.

Диск – плоска підсистема, що складається переважно з газу, молодих зір та їх скупчень віком не більше 1 млрд. років.

Ядро – центр Галактики повністю приховано від нас товстим шаром поглинаючої матерії.

 

​

БУДОВА ГАЛАКТИКИ

​Молочний Шлях - сріблясто-біла широка смуга, яка перетинає небесну сферу. Проходить у північній півкулі зоряного неба через сузір’я Близнюків, Тельця, Кассіопеї, Цефея, Лебедя, а далі роздвоюється і двома смугами проходить через сузір’я Орла, і далі в південній півкулі неба через сузір’я Щита, Стрільця, Змієносця і Скорпіона. Описавши дугу на відстані 25 градусів від Південного полюса світу, в Україні він з’являється над горизонтом у сузір’ях Великого Пса і Єдинорога, переходячи в північну півкулю неба через сузір’я Оріона.

Зорі на небесній сфері розташовані нерівномірно, деякі з них утворюють тісні групи, які В.Гершель назвав зоряними скупченнями. Зоряні скупчення – це групи зір, зв’язаних загальним походженням, розташуванням у просторі і рухом, об’єднані силою всесвітнього тяжіння.

Розрізняють два види зоряних скупчень: розсіяні та кулясті .

​

​ЗОРЯНІ СКУПЧЕННЯ

Складаються з кількох десятків, сотень, іноді тисяч зір і мають неправильну форму. Їхні діаметри становлять 10-20 св. р. Складаються в основному із зір головної послідовності, там практично немає червоних гігантів та надгігантів. Маса невелика, їх гравітаційне поле не може довго протидіяти руйнуванню. Майже всі розсіяні зоряні скупчення знаходяться в районі Молочного Шляху або поблизу нього. Їх виявлено близько 1200. Скупчення розрізняються за хімічним складом: чим ближче до центра Галактики, тим більше в них важких елементів.

Розсіяні скупчення

​Мають сферичну або злегка сплюснуту форму та величезні розміри (до 300 св. р.). Складаються з  сотень тисяч і навіть мільйонів зір, які групуються до центра. Зараз відомо  близько 150 кулястих зоряних скупчень, і відстані до них надзвичайно великі. Вік кулястих зоряних скупчень складає приблизно 12 млрд. р. Характерна особливість їх складу – низький вмістт важких хімічних елементів, які утворюються лише на кінцевих стадіях  еволюції зір.

Кулясті зоряні скупчення

Draw

Усі зорі якогось конкретного розсіяного чи кулястого скупчення мають приблизно один і той самий вік. Чому тоді ці зорі займають різні місця на діаграмі Герцшпрунга–Рессела?

Усі зорі якогось конкретного розсіяного чи кулястого скупчення мають приблизно один і той самий вік. Чому тоді ці зорі займають різні місця на діаграмі Герцшпрунга–Рессела?

Навіть якщо всі зорі в розсіяному або кулястому скупченні мають приблизно один і той самий вік, вони можуть займати різні місця на діаграмі Герцшпрунга–Рассела через різні початкові маси. Початкова маса зорі впливає на те, як швидко вона пройде різні етапи свого еволюційного розвитку.

Наприклад, зорі розсіяного скупчення можуть мати різні маси під час їх утворення. Ті зорі, які мають більшу масу, швидше перейдуть через етапи розвитку, такі як гігантська, сверхгігантська, або навіть стануть суперновами, тоді як менші зорі можуть тривати довше в стадії головної послідовності. Це призводить до того, що зорі різних мас мають різний стан розвитку, коли ми їх спостерігаємо.

Отже, хоча зорі в одному скупченні можуть мати однаковий вік, їхні різні початкові маси ведуть до різних еволюційних траєкторій, які виявляються на діаграмі Герцшпрунга–Рассела.

 Новий вид зоряних утворень було відкрито  у 50-х роках ХХ ст. Вони більш розжарені,  ніж скупчення, і більші за розміром (200 – 300 св.р.). Це наймолодші зоряні утворення, що складаються з дуже молодих зір.

 

 

​

​ЗОРЯНІ
АСОЦІАЦІЇ

Міжзоряний простір заповнений газом і пилом. Хмари  атомарного нейтрального водню мають температуру 70 К , невелику густину. Основним компонентом є газ що       складається з      атомів і  молекул. Розрізняють хмари атомарного і молекулярного водню. Пил складає близько 1% маси міжзоряного простору. Більш холодні і густі хмари молекулярного водню зовсім непрозорі для видимого світла.

Міжзоряний простір

​Дифузні туманності - величезні згущення пилу та газу, які     мають неправильну форму. Їхня маса може досягати 10 000 мас Сонця. Густина дуже мала, а розміри величезні.  Значна кількість  темних туманностей знаходиться у площині Молочного шляху, що створює ефект Великого Провалу.  

Поділяються на світлі і темні. Найвідоміші темні дифузні туманності – Вугільний Мішок у сузір’ї Стрільця, Кінська Голова у сузір’ї Оріона. Найвідомішою серед світлих туманностей є велика Туманність Оріона розміром 20 св. р.

ТУМАННОСТІ

​​ДИФУЗНА МАТЕРІЯ

Multiple Choice

Що таке туманність в астрономії?

• це велика область газу та пилу в космосі.

• Група зір, з'єднаних гравітаційною взаємодією.

• Велика зірка на початковому етапі життєвого циклу.

• Туманність - це велика область води на Землі.

Draw

Видимі кутові розміри Крабовидної туманності 420'' x 290'' , а відстань до неї 2 кпк. Знайти лінійні розміри Крабовидної туманності.

СВІТ ГАЛАКТИК. МЕТАГАЛАКТИКА
УРОК 28

​ мають еліптичну або сферичну форму, їх яскравість зменшується від центра до краю.

​​Еліптичні:

​складаються з ядра і  кількох рукавів (гілок). Існують звичайні та з  перемичкою.

​​Спіральні:

​Галактика NGC 3610 має надзвичайно яскравий диск.

у них ядро сильно  сплюснуте і схоже на двовипуклу лінзу, а гілки  відсутні.

​​​Лінзоподібні:

не мають ні чітко вираженого ядра, ні симетричної форми
(Велика і Мала Магелланові хмари)

​​Неправильні:

​Галактика KK 246

​ (https://telegra.ph/file/bdfc2bf6f2346fce35033.jpg)Самотня галактика

Більшість відомих астрономам галактик є ▫️спіральними, ▫️еліптичними, або являють собою ▫️перехідну форму між цими двома типами. Але не всі зоряні острови вписуються в подібну класифікацію. Деякі галактики мають хаотичну форму без яскраво вираженого ядра та спіральних гілок. Їх називають неправильними або▪️іррегулярними.

На фото від Hubble бачимо саме такий об'єкт — галактику KK 246, також відому під позначенням ESO 461-036. Вона розташована на відстані 22 млн світлових років від Чумацького шляху в сузір'ї Стрільця. На знімку KK 246 нагадує хмару блискіток, розсипаних на чорному оксамитовому фоні.

😑 KK 246 привертає увагу астрономів своїм розташуванням. Дивлячись на знімок, може здатися, що галактика оточена великою кількістю сусідів, та це оманливе враження. Насправді всі ці фонові об'єкти розташовані на дуже великій відстані від KK 246. Сама ж галактика знаходиться всередині Місцевого Войда 👇

Так називається велика область, протяжністю близько 150 млн світлових років, в якій практично не спостерігається галактик.

Вона починається на відстані близько 3 млн світлових років від краю Місцевої групи — скупчення, в яке входить наш Чумацький шлях і сусідні з ним галактики.

☝️ На сьогодні KK 246 — це єдиний підтверджений об'єкт всередині Місцевого Войда.

Ще 15 галактик поки що значаться лише в списку кандидатів.

Під приціл обсерваторії потрапив (https://universemagazine.com/gemini-south-zaznimkuvav-galaktychnyj-kvartet/) галактичний об'єкт, відомий під загальним позначенням NGC 6845. Він розташований на відстані 270 млн світлових років від Землі у напрямку сузір’я Телескоп.

Квартет можна поділити на дві пари. Галактики у верхній частині знімка Gemini South мають спіральну структуру та нагадують наш Чумацький Шлях. Дві галактики в нижній частині зображення класифікуються, як лінзоподібні (стрічкові).

​

​

​Gemini South зазнімкував галактичний квартет.

в десятки разів менші за розмірами і масою, ніж нормальні галактики.
Бедін I — карликова сфероїдальна галактика, розташована в сузір'ї Павича.

Вона розташована позаду кулястого скупчення NGC 6752, хоча знаходиться на відстані 28,38 мільйонів світлових років від Землі.
https://t.me/ustmagazine/5531

Карликові: 

​надпотужніші радіоджерела, відкриті на початку 60-х років ХХ ст. Світність квазара у сотні разів більша від потужності величезної галактики. В якій сотні мільярдів зір.
Дослідження команди астрономів показало, що ці небесні тіла утворюють величезні «супербульбашки» туманностей у формі арахісу. Вони можуть бути настільки великими, що охоплюють галактики, в якій вони знаходяться.

Квазари –

Найбільша радіогалактика: система-господар і «пелюстки» показані помаранчевим. Джерело: Oei et al., arXiv, 2022.
Подальші дослідження допомогли ідентифікувати радіовипромінювання Алкіонея з об’єктом, видимим в оптичному діапазоні. Він виявився досить звичайною еліптичної галактикою, тільки дуже великою. Вчені довго не могли оцінити її справжній розмір. Маса її становить 240 мільярдів мас Сонця, а в центрі знаходиться надмасивна чорна діра, що в 400 млн разів важча за нашу рідну зірку.

​​Радіогалактики –зоряні системи, радіовипромінювання в яких значно переважає їхнє світлове випромінювання.

​​16.02.2022

Астрономи знайшли найбільшу радіогалактику у Всесвіті. Вона знаходиться на відстані 3 мдрд світлових років. Їй дали назву «Алкіоней». Загальна протяжність цього монстра складає 3 мегапарсеки. Знайшли його завдяки потужному радіовипромінюванню.

​https://universemagazine.com/znajdena-najbilsha-radiogalaktyka-u-vsesviti/

Nasa зробила знімок сейфертовської галактики
Вона розташована в сузір'ї Гідри на відстані близько 86 мільйонів світлових років від Сонячної системи.

Космічний телескоп «Хаббл» зробив знімок галактики, що належить до групи сейфертовських галактик типу II. У цій галактиці інтенсивно проходять процеси зореутворення. Про це повідомляється на сайті НАСА.
Галактика NGC 3081 розташована в сузір'ї Гідри на відстані близько 86 мільйонів світлових років від Сонячної системи. Галактика належить до спірального типу, її центр оточує яскраве кільце, в якому сконцентровано безліч молодих зірок і інтенсивно проходять процеси зореутворення.

Сейфертовські галактики або сейферти-гігантські спіральні зоряні системи, що мають дуже яскраве джерело в центрі, з якого виривається світний газ з величезною швидкістю.

​https://ukranews.com/ua/news/252901-nasa-zrobyla-znimok-seyfertovskoi-galaktyky

​Наша Галактика, галактика Туманність Андромеди. галактика Трикутника, Велика Магеланова Хмара (ВМХ), Мала Магеланова Хмара (ММХ) та понад 20 карликових та неправильних галактик утворюють Місцеву Групу. Її діаметр близько 3 млн. св. р.

​

Місцева група галактик

доступна для спостереження частина Всесвіту – налічує близько 100 млрд. галактик. Можна спостерігати у видимій частині діапазона та у радіодіапазоні.

​

Метагалактика –

Крім нашої Галактики відомо біля 1010. Сукупність всіх відомих галактик називають Метагалактикою.

 

​

Інші Галактики

СВІТ ГАЛАКТИК. АКТИВНІ ЯДРА ГАЛАКТИК.ЗАКОН ГАББЛА
УРОК 29 (с. 102-105 pdf)

ВЕЛИКА СТІНА
https://www.youtube.com/watch?v=xD0lc3b_JW8

​Галактичні ядра мають ознаки активності , якщо:

1. спектр електромагнітного випромінювання об’єкта набагато ширший від спектра звичайних галактик і може сягати від радіо- до жорсткого гамма-випромінювання;

2. спостерігається «змінність» джерела випромінювання. Як правило, це відбувається із періодом від 10 хвилин у рентгенівському діапазоні до

   10 років в оптичному й радіодіапазонах;

3. є особливості спектра випромінювання, за якими можна зробити висновок про рух гарячого газу з великою швидкістю;

4. є видимі морфологічні особливості, зокрема викиди й «гарячі плями»;

5. є особливості спектра випромінювання та його поляризації, за якими можна зробити висновок про наявність магнітного поля та його структуру.
   

​ Чому розширення Всесвіту не впливає на атоми наших тіл, орбіти планет і рух місцевих галактик?
https://www.youtube.com/watch?v=ieC7y0uPHrI

Запитання:
Галактика A на небесній сфері розташована поблизу Північного полюса світу, а галактика B – на екваторі. Відстань від Сонця до галактики A така сама, як і до галактики B. Користуючись законом Габбла, поясніть, з більшою чи меншою швидкістю ці дві галактики віддаляються одна від одної, ніж вони віддаляються від Сонця.
Відповідь:
Закон Габбла визначає зв'язок між відстанню до галактики та її швидкістю віддалення. Він стверджує, що швидкість віддалення галактики пропорційна її відстані від нас.

У даному випадку, відстань від Сонця до обох галактик однакова. Отже, за законом Габбла, швидкість віддалення цих галактик одна від одної буде також однаковою.

Щодо швидкості віддалення галактик від Сонця, галактика B, яка знаходиться на екваторі, має більшу швидкість віддалення від Сонця, оскільки рухається у напрямку, перпендикулярному до нашого положення на півночі. Галактика A, що знаходиться близько до Північного полюса, має меншу швидкість віддалення від Сонця, оскільки її рух більш паралельний до нашого положення.

Отже, галактика B віддаляється від Сонця з більшою швидкістю, ніж галактика A

1 пк=3,26 св.років
Домашнє завдання: с. 102-105 pdf, виконати задачу №6.

СПОСТЕРЕЖНІ ОСНОВИ КОСМОЛОГІЇ
урок 30, С. 106-108 pdf

​https://www.youtube.com/watch?v=rK1fgFaBXHM&list=UULFi0Z9L9HrhD7oYpMs2pLxSw&index=50

СПОСТЕРЕЖНІ

ОСНОВИ КОСМОЛОГІЇ

Згадаймо головне

1. Що є предметом вивчення космології?

2. Хто створив загальну теорію відносності?

3. Які фізичні закони ви знаєте, котрі діють у всьому

Всесвіті?

Космологія

Великомасштабна структура Всесвіту

КОСМОЛОГІЯ - наука про Всесвіт у цілому, про найзагальніші закони його будови і розвитку

Основи космології

Загальна теорія
Відносності (ЗТВ)

для

Космологічний принцип — основне положення сучасної космології, згідно з яким кожен спостерігач в один і той самий момент часу, незалежно від місця та напрямку спостереження, виявляє у Всесвіті одну і ту саму картину.

​Моделі Всесвіту

Модель Всесвіту

Великомасштабна

структура Всесвіту в

інфрачервоних променях

Всесвіт є однорідним та

ізотропним у даний

момент часу

Його властивості для

кожного заданого моменту
часу однакові в усіх його

точках і напрямках

Модель Всесвіту

В невеликих об’ємах
дана модель Всесвіту

не працює

Висновок - у великих

Масштабах Всесвіт

однорідний!

Космологічні парадокси

проблеми, що виникають у разі поширення законів
фізики на Всесвіт загалом або досить великі його

області

Космологічні Парадокси

Фотометричний

Гравітаційний

«Теплової

смерті» Всесвіту

Фотометричний парадокс

Якщо Всесвіт

нескінченний, то
чому вночі темно?
Класична фізика

Якщо в нічному небі
світить безліч зір,
тоді освітлення від

них і галактик

повинно бути не

менше ніж від Сонця

Фотометричний парадокс

Пояснення: через червоне зміщення

яскравість далеких об’єктів знижується

(релятивістська космологія)

Нічне небо

Денне небо

Всесвіт може бути

безмежним, але скінченним

Моделі скінченного безмежного Всесвіту

В одновимірному

просторі - коло або

будь-яка інша замкнута

крива

В двовимірному просторі
- поверхня сфери, яка

не має межі, але площа –

скінченна величина

Моделі скінченного безмежного Всесвіту

Модель тривимірного скінченного
безмежного Всесвіту уявити важко

Немає межі, але має скінченний об’єм -

обмежену кількість зір і галактик

Немає центру, всі точки в ньому рівноправні й у

всіх напрямках простір однорідний

Моделі скінченного безмежного Всесвіту

Якщо простір замкнутий - то мандрівник,

подорожуючи в одному напрямку має

повернутися в точку старту

Земля – замкнутий двовимірний

простір. Хто це довів?

Чи можна таку подорож здійснити у

тривимірному Всесвіті?

Гравітаційний парадокс

У нескінченному Всесвіті з евклідовою геометрією
і ненульовою середньою густиною речовини гравітаційний потенціал усюди набуває нескінченних значень

Класична

(Ньютонівська) теорія
Всесвітнього тяжіння

Зі збільшенням масштабу у Всесвіті, його середня
густина повинна стрімко зменшуватися і прямувати до нуля

Гравітаційний парадокс

Класична теорія

Всесвітнього тяжіння
непридатна для для

опису сильних

гравітаційних полів

тяжіння і визначення

розподілу

нескінченної кількості

речовини у

безмежному просторі

Цей парадокс зник з

появою ЗТВ

Парадокс «теплової смерті»

На основі другого закону термодинаміки

Будь-яка замкнута фізична система, що не
обмінюється енергією з іншими системами,
прагне до найбільш вірогідного рівноважного

стану — до стану з максимумом ентропії

Найбільш відома зі спроб спростування -

флуктуаційна гіпотеза Л. Больцмана

(самостійно опрацюйте)

Спростування парадоксу «теплової смерті»

Закони термодинаміки застосовуються

для об’єктів скінченних розмірів, тому їх
застосування до Всесвіту неприпустиме

Процеси, які забороняє ІІ закон термодинаміки

з точки статистики є малоймовірними

В закритих системах можливі нерівноважні

стаціонарні стани (під дією гравітації)

Вік Метагалактики в теорії нестаціонарного

Всесвіту до 50-х рр. XX ст. був менше за вік Землі

Спростування парадоксу «теплової смерті»

Сучасна космологія

Всесвіт є нестаціонарним і речовина під

впливом гравітації конденсується в
окремі об’єкти (скупчення галактик,

галактики, зорі і т. д.)

Однорідний розподіл

ізотермічної речовини у Всесвіті

не є найбільш імовірним і не
відповідає максимуму ентропії

​https://www.youtube.com/watch?v=AvlrtVIibgM&t=20s

2. Що вивчає наука космологія? Сформулюйте її

принцип

1. Чи є Всесвіт у значному масштабі однорідним?

3. У чому суть гравітаційного космологічного

парадокса?

Поміркуємо

4. Поясніть, у чому полягає парадокс «теплової

смерті»? Чим можна його спростувати?

5. Поясніть фотометричний парадокс безмежного і
нескінченного Всесвіту (парадокс Ольберса): «Якщо

Всесвіт нескінченний, то чому вночі темно?»

Поміркуємо

На уроці я зрозумів …

На уроці найцікавішим було …

На уроці мені було найважче …

У мене виникло запитання …

На наступний урок я хотів би …

Рефлексія

Прочитати тема 7, пункт 2 (С. 103-105),

Контрольні запитання (1-4) С. 105

Підготувати повідомлення, буклети, бюлетені,
презентації на одну із тем:
• Історія космології
• Фотометричний парадокс
• Парадокс «теплової смерті»
• Гравітаційний парадокс

Домашнє завдання

ПОХОДЖЕННЯ І РОЗВИТОК ВСЕСВІТУ
урок 31 С. 108-114 pdf

​https://www.youtube.com/watch?v=jXnCgG1EmQE

Всесвіт є неоднорідним та ізотропним, тобто його властивості для кожного заданого моменту часу однакові в усіх його точка і в усіх напрямах. Сучасна космологія грунтується на Загальній Теорії Відносності (ЗТВ), згідно якій незмінний з часом Всесвіт існувати не може. На початку 20-х років ХХ ст. було розв’язане рівняння ЗТВ для Всесвіту і знайдено два розв’язки: Всесвіт поширюється і Всесвіт стискається.

​

​Основний космологічний принцип:

Галактики, що складаються з мільярдів зір, до цього часу продовжують розлітатись одна від одної. Через 300 000 років після Великого Вибуху, Всесвіт охолонув настільки, що змогли утворитися  перші  атоми. Розширення  Всесвіту включає не тільки розлітання самих галактик відносно космічного простору, але й зміну параметрів  Всесвіту самого.

Для виникнення життя необхідна певна кількість фізичних параметрів, які, з точки зору біології, сприяють його розвитку.

​

​Розширення Всесвіту

Під час зародження Всесвіт мав надзвичайно малі розміри та дуже велику густину, у мільярди разів більшу. Ніж щільність каміння. З якого складається Земля. Тоді не було зір та планет і навіть не існували елементарні частинки.

​

​Зародження Всесвіту.

Приблизно 15 млрд. років тому густа матерія вибухнула й почала розлітатися в усіх напрямках.

Із густої матерії утворилися галактики, зорі та інші космічні тіла.

​

​Великий вибух.

ЛЮДИНА У ВСЕСВІТІ. АНТРОПНИЙ ПРИНЦИП
урок 32 С. 115-118 pdf

стабільність випромінювання зорі,  колова форма планети, яка можлива лише в околі поодинокої зорі, певна відстань планети від світила, що забезпечує комфортну для життя температуру.

​

Головні параметри:

​УМОВИ ВИНИКНЕННЯ ЖИТТЯ НА ПЛАНЕТІ