Презентация к уроку по теме «Межзвёздная среда Галактики»

Движение Солнца

Солнце движется почти равномерно (почти — из-за эксцентриситета орбиты Земли) по большому кругу небесной сферы, называемому эклиптикой

,
с запада на восток
(то есть в сторону, противоположную вращению небесной сферы), совершая полный оборот за один сидерический год (365,2564 дня). Сидерический год отличается от тропического года, определяющего смену сезонов, вследствие прецессии земной оси (см. Предварение равноденствий).

Изменение экваториальных координат Солнца

Когда Солнце находится в точке весеннего равноденствия, его прямое восхождение и склонение равны нулю. С каждым днём прямое восхождение и склонение Солнца увеличиваются, и в точке летнего солнцестояния прямое восхождение становится равным 90° (6h), а склонение достигает максимального значения +23°26′. Далее, прямое восхождение продолжает увеличиваться, а склонение уменьшается, и в точке осеннего равноденствия они принимают значения 180° (12h) и 0°, соответственно. После этого, прямое восхождение по-прежнему увеличивается и в точке зимнего солнцестояния становится равным 270° (18h), а склонение достигает минимального значения −23°26′, после чего вновь начинает расти.

Верхние и нижние планеты

В зависимости от характера движения по небесной сфере, планеты делятся на две группы: нижние

(Меркурий, Венера) и
верхние
(все остальные планеты, кроме Земли). Это исторически сохранившаяся терминология; также используются более современные термины —
внутренние
и
внешние
(по отношению к орбите Земли) планеты.

Во время видимого движения нижних планет у них происходит смена фаз, как у Луны[1]:34-35. При видимом движении верхних планет смены фаз у них не происходит, они всё время повёрнуты к земному наблюдателю своей освещённой стороной. Если же наблюдатель, например, АМС, находится, скажем, не на Земле, а за орбитой Сатурна, то кроме смены фаз у Меркурия и Венеры, он сможет наблюдать смену фаз у Земли, Марса, Юпитера и Сатурна.

Движение нижних планет

В своём движении по небесной сфере Меркурий и Венера никогда не уходят далеко от Солнца (Меркурий — не дальше 18° — 28°; Венера — не дальше 45° — 48°) и могут находиться либо к востоку, либо к западу от него. Момент наибольшего углового удаления планеты к востоку от Солнца называется восточной

или
вечерней элонгацией
; к западу —
западной
или
утренней элонгацией
.

При восточной элонгации планета видна на западе вскоре после захода Солнца. Двигаясь с востока на запад, то есть попятным движением

, планета сначала медленно, а потом быстрее, приближается к Солнцу, пока не скрывается в его лучах. Этот момент называется
нижним соединением
(планета проходит между Землёй и Солнцем). Спустя некоторое время её становится видно на востоке незадолго до восхода Солнца. Продолжая попятное движение, она достигает западной элонгации, останавливается и начинает двигаться с запада на восток, то есть
прямым движением
, догоняя Солнце. Догнав его, она снова становится невидимой — наступает
верхнее соединение
(в этот момент Солнце оказывается между Землёй и планетой). Продолжая прямое движение, планета вновь достигает восточной элонгации, останавливается и начинает попятное движение — цикл повторяется.

Движение верхних планет

Видимое с Земли перемещение Марса относительно звёзд в 2003 году. Попятное движение Марса происходило с 31 июля по 30 сентября[2]. В середине соответствующей дуги, 28 августа, произошло противостояние Марса (Великое)[3].
У верхних планет также чередуются прямое и попятное движение. Когда верхняя планета видна на западе вскоре после захода Солнца, она движется по небесной сфере прямым движением, то есть в ту же сторону, что и Солнце. Однако скорость движения верхней планеты по небесной сфере всегда меньше, чем у Солнца, поэтому наступает момент, когда оно догоняет планету — происходит соединение

планеты с Солнцем (последнее оказывается между Землёй и планетой). После того, как Солнце обгонит планету, её становится видно на востоке, перед восходом Солнца. Скорость прямого движения постепенно уменьшается, планета останавливается и начинает перемещаться среди звёзд с востока на запад, то есть попятным движением. В середине дуги своего попятного движения планета находится в точке небесной сферы, противоположной той, где в этот момент находится Солнце. Это положение называется
противостоянием
(Земля находится между Солнцем и планетой). Через некоторое время планета снова останавливается и меняет направление своего движения на прямое — и цикл повторяется.

Расположение планеты на 90° к востоку от Солнца называется восточной квадратурой

, а на 90° к западу —
западной квадратурой
.

Средние значения дуг попятных движений

Планеты имеют следующие средние величины дуг попятных движений: Меркурий — 12°, Венера — 16°, Марс — 15°, Юпитер — 10°, Сатурн — 7°, Уран — 4°, Нептун — 3°, Плутон — 2°.

Общая астрономия. Далекая Вселенная. Движение звёзд в галактиках и релаксация

Эллиптическая галактика представляет собой совокупность звезд, образующих единую систему, связанную общим тяготением звезд. Каждая звезда движется в общем поле тяготения системы и не испытывает действия никаких иных сил, кроме сил тяготения. Можно сказать, что звезда свободно падает в поле тяготения системы. Падая, таким образом, с какой-то высоты к центру системы по радиусу, она ускоряет свое движение, а когда достигает центральной области, то там, очевидно, не останавливается, а проскакивает центр и начинает затем удаляться от него к противоположному краю системы. Теперь движение происходит не с ускорением, а с замедлением (подобно движению камня, брошенного вертикально вверх), так как это движение направлено против силы тяготения, действующей, как всегда, в направлении к центру. Скорость звезды уменьшается по мере удаления от центра и, наконец, звезда останавливается на миг (как камень в высшей точке), ее скорость обращается в нуль.

Затем начинается обратное падение к центру, звезда достигает его и, минуя центр, возвращается вновь в положение, с которого началось ее падение, а затем этот цикл движения повторяется вновь и вновь. В звездной системе не действуют никакие другие силы, кроме сил тяготения, но система, тем не менее, не сжимается, а остается стационарной как целое. Это возможно потому, что каждая из звезд галактики совершает циклическое движение по своей орбите в пределах ограниченного объема между крайними точками, где скорость удаления звезды от центра системы обращается в нуль. Конечно, совсем не обязательно, чтобы орбита каждой звезды проходила точно через центр системы; орбиты звезд различны и кроме чисто радиальных возможны и эллиптические орбиты, подобные орбитам планет в Солнечной системе, но только менее круглые, гораздо более вытянутые. Все эти орбиты равномерно заполняют объем системы, создавая ее правильную сферическую или в той или иной степени эллипсоидальную, сплюснутую форму.

Так устроены эллиптические галактики и сферические подсистемы спиральных галактик. Диски спиральных галактик, и в частности, диск нашей Галактики, имеют много общего в динамике с Солнечной системой. Подобно планетам, все звезды диска движутся по почти круговым орбитам, на которых центробежные силы уравновешены силами тяготения. Отличие от Солнечной системы лишь в том, что силы тяготения создаются в галактиках не центральным телом (ядра галактик не очень массивны), а главным образом самими звездами их диска и сферической составляющей. Средние скорости движения звезд нашей Галактики как по вытянутым, так и по круговым орбитам составляют 100—300 км/с. В менее массивных галактиках они меньше, в более массивных больше, но всегда лежат в пределах от десятков до тысячи километров в секунду. Форма и внутреннее строение эллиптических галактик или сферических подсистем спиральных галактик слишком правильны и регулярны, чтобы их можно было целиком объяснить исходной формой и структурой протогалактического облака. Протогалактические облака были, скорее всего, клочковаты, рыхлы и не имели четких правильных границ.

Что же придало звездным системам их регулярное строение и форму? Конечно, это тоже результат действия сил тяготения — ведь иных сил в звездных системах нет. Давно известно, что силы тяготения всегда стремятся придать телам правильную, округлую форму; это определяет форму Солнца и других звезд, фигуры планет. Приближение к такой правильной форме и структуре подобно процессу релаксации в других физических системах — таких, как, например, газ атомов или молекул. Релаксация — это процесс приближения системы к равновесному состоянию. Релаксация в газе сопровождается установлением общей однородности распределения атомов или молекул в занятом ими объеме; она ведет к равновесному распределению случайных тепловых скоростей частиц. В термодинамике равновесное распределение частиц по скоростям получило название распределения Максвелла. Релаксация в газе осуществляется путем столкновений частиц друг с другом; при случайных столкновениях частиц их скорости изменяются и тем самым достигается максвелловское распределение. Звездные системы обнаруживают определенные признаки равновесного состояния. Кроме регулярной формы, на это указывает также распределение звезд по скоростям, которое, насколько можно судить по окрестности Солнца в нашей Галактике, напоминает распределение Максвелла.

Но столкновения звезд в галактиках, подобные столкновениям частиц газа, невозможны. Звезды не только не сталкиваются друг с другом «лоб в лоб», но даже фактически и не подходят друг к другу достаточно близко, чтобы их скорости могли при этом — из-за парного гравитационного взаимодействия звезд — измениться сколько-нибудь существенно. Оценки показывают, что время ожидания близкого прохождения двух звезд намного больше возраста галактик. В этом смысле можно сказать, что галактики являются бесстолкновительными системами. И, тем не менее, релаксация звездных систем все же возможна. В 1967 г. Д. Линден-Белл выдвинул предположение, что она обязана не парным «столкновениям» звезд, а взаимодействию каждой звезды с гравитационным полем всей системы. Такая бесстолкновительная релаксация произошла в ту эпоху, когда галактики еще только формировались. При общем сжатии и фрагментации протогалактики само гравитационное поле системы сильно менялось и со временем, и от одного места к другому.

Рождающиеся одновременно с этим звезды испытывали по этой причине «толчки», при которых изменялись их скорости и орбиты. «Толчки» и вызываемые ими изменения в движении звезд были довольно сильными: отдельная звезда сталкивалась, можно сказать, со всей системой в целом или, по крайней мере, с крупными ее частями. Этот процесс имел случайный характер в том же смысле, в каком случайны столкновения частиц в газе. Каждое единичное изменение в движении данной звезды было непредсказуемым по своим результатам, но таких изменений было много, они происходили непрерывно, и потому их итоговое действие обеспечивало возможность проявления общей для всех физических систем тенденции к установлению равновесия. Все это дает основание видеть в процессе такого рода черты релаксации; Линден-Белл назвал его «бурной релаксацией». Релаксация действительно была бурной: она протекала в неустановившемся, сильно «возбужденном» состоянии протогалактики, когда имелись и первые звезды, и хаотически движущиеся (со скоростями в сотни километров в секунду) массивные газовые фрагменты.

Теория бурной релаксации, как, впрочем, и весь комплекс проблем, связанных с превращением протогалактики в звездную систему, остается еще недостаточно разработанной. Многое, однако, удалось выяснить не путем теоретических расчетов, а с помощью современных методов моделирования на крупных вычислительных машинах. Машина может по нашему заданию найти изменение со временем скорости и положения звезды в системе, выяснить на этой основе общее поведение системы в целом. Оказалось, что бесстолкновительной системе гравитирующих тел действительно свойственно стремление сферизоваться, принимать со временем все более сглаженную, регулярную форму. Это происходит за время, сравнимое с типичным периодом обращения звезды в системе. Замечательно, что результат справедлив для очень широкого многообразия исходных состояний системы, с которых при таком моделировании начинается машинный расчет.

↑ Вверх

Авторство, источник и публикация: 1. Подготовлено проектом ‘Астрогалактика’ 2. Публикация проекта 21.12.2006

Главная страница раздела

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: