ПОЗАГАЛАКТИЧНА АСТРОНОМІЯ - ЮРІЙ КУДРЯ 2016

РОЗДІЛ 1

МОЛОЧНИЙ ШЛЯХ

1.2. Еволюція уявлень про структуру Молочного Шляху

У 1750 році Райт висловив припущення, що Молочний Шлях — це гігантський диск (жорно), утворений системою зір. Він припускав, що існують й інші «жорна», передбачаючи сучасні знання про інші галактики. Кант висловив припущення, що Молочний Шлях — екліптика для зір (сплюснутою системою зір), а Сиріус при цьому — центральна зоря. Проте таке припущення не підкріплювалося жодними доказами.

В. Гершель у 1770-х роках перевіряв цю гіпотезу, підраховуючи зорі методом, який став відомий як метод «черпків». «Черпком» для Гершеля було поле діаметром 15' його 46-санти- метрового рефлектора. Дж. Гершель аналогічну роботу провів за спостереженнями зір у південній півкулі Землі. З підрахунків Гершелів випливало, що кількість зір у полі зору різко зменшується з віддаленням від галактичного екватора і в південній півкулі знаходиться більше зір. Перша властивість свідчить про концентрацію зір до площини Галактики, друга — про асиметричне положення Сонця відносно цієї площини, тобто воно зсунуте трохи на Галактичну північ.

В. Гершель побудував першу модель Галактики (рис. 1.4). При цьому він припускав таке: 1) усі зорі однакові за світністю; 2) видимий блиск обернено пропорційний квадрату відстані (міжзоряне середовище не поглинає); 3) зорі розподілені в межах системи рівномірно, тому, якщо у даному напрямку більше зір, система сягає далі; 4) межі системи спостерігаються телескопом. Подвійній структурі у правій частині рисунка відповідає роздвоєння Молочного Шляху від Лебедя до Скорпіона. Він виявив, що діаметр Галактики приблизно у п’ять разів більший за товщину: за одиницю відстані він обрав середню відстань до зір першої величини, і якщо прийняти сучасні оцінки цієї величини, то розміри Галактики становили б лише 1800 х 340 пк.

Рис. 1.4. Модель Галактики, побудована В. Гершелем у 1784 році

Пізніше сам Гершель переконався у неправильності першого та третього припущень; друге припущення також виявилося неправильним (Трюмплер Р., 1930). Однак його праці мали велике історичне значення. Завдяки їм все більше астрономів стали залучатися до досліджень зір, а пізніше — й об’єктів за межами Галактики.

Розвиток уявлень про будову Галактики на початку XX ст. завдячує таким вченим, як Я.К. Каптейн, Г. Зеєлігер та Г. Шеплі. Нідерландський астроном Каптейн вперше кількісно оцінив зміну просторової густини зір з відстанню залежно від їхньої абсолютної світності. На підставі цих даних він на початку століття побудував модель Галактики у вигляді сплюснутого сфероїда (еліпсоїда обертання). У 1922 році Каптейн, приймаючи функцію світності зір гауссовою з середнім М = +7m,69 і середньо- квадратичним відхиленням σ = 2m,5, отримав для Галактики форму, подібну до сфероїда, з діаметром 16 кпк та сплюснутістю 0,2. Сонце у цій моделі займало майже центральне положення, воно лише на 650 пк відстояло від центру. Також йому належить гіпотеза про «два потоки» зір у Галактиці. Хоча вона й була помилковою, проте стимулювала дослідження кінематики зір та зумовила відкриття обертання Галактики.

Німецький астроном Зеєлігер багато уваги приділяв математичним проблемам зоряної статистики. Зокрема, він вивів інтегральне рівняння, що дає змогу за підрахунками зір до даної видимої зоряної величини m визначити щільність зір, також він є автором теореми про збільшення кількості зір у 3,98 раза при збільшенні видимої величини на одиницю. У 1920 році за підрахунками зір до m = 13m,5 він побудував модель Молочного Шляху — сфероїд з розмірами 14,4 кпк на 3,3 кпк із Сонцем у центрі. При цьому він враховував і поглинання, хоча його оцінки розмірів Галактики виявилися заниженими.

У свій час Дж. Гершель звернув увагу на те, що майже всі кулясті скупчення групуються в одній частині неба. На початку XX ст. було показано, що вони концентруються у напрямку до сузір’я Стрільця (на 2 % всієї площі неба припадала третина всіх скупчень). Причину такої концентрації пояснив Шеплі. На його думку, центр скупчень одночасно є центром Галактики. За даними про 70 кулястих скупчень, прийнявши відстані за зорями типу RR Ліри, Шеплі встановив, що Сонце знаходиться у 15 кпк від центру, діаметр диска Молочного Шляху — 90 кпк, його товщина — 9 кпк. Так він майже на порядок порівняно з Каптейном і Зеєлігером збільшив розміри Галактики. Ці дані були отримані ним за розрахунками відстаней до змінних зір у кулястих скупченнях, які підготувала Лівітт. Питання про розмір Галактики та положення Сонця було першим питанням «великої суперечки» між Шеплі та Кертісом (див. п. 0.6).

Недооцінка Каптейном розмірів Галактики зумовлювалася неврахуванням поглинання міжзоряним середовищем, а переоцінка Шеплі — тим, що дані за пульсуючими змінними зорями, які підготувала Лівітт, стосувалися цефеїд, а він використовував зорі типу RR Ліри. Шеплі суттєво перебільшив масштаби Галактики, проте його значною заслугою є встановлення динамічного центру Галактики. Врахування поглинання світла пиловим компонентом міжзоряного середовища, відкрите Трюмплером (1930), дало змогу зменшити розміри Галактики, визначені Шеплі.

У 1925 році Г. Стремберг остаточно встановив асиметрію у русі кулястих скупчень: всі вони рухалися в одному напрямку з великими швидкостями (-200 км/с). Через рік Ліндблад звернув увагу на асиметрію руху «зір з великими швидкостями». На відміну від повільних зір в околі Сонця (швидкості -30 км/с), швидкі зорі зі швидкостями від 60 км/с виявили переважний напрямок руху. Тому він і припустив, що існують різні за своїми фізичними характеристиками об’єкти, які утворюють різні за кінематикою підсистеми. Ці підсистеми сфероїдальні з різним ступенем сплющеності внаслідок різної швидкості обертання. За Ліндбладом, зокрема, Сонце та повільні близькі зорі насправді обертаються з великою швидкістю навколо центру Галактики, утворюючи сплющену систему. В дійсності, швидкі зорі та кулясті скупчення утворюють майже сферичну систему, повільно обертаючись навколо центру Галактики.

Остаточно факт обертання Галактики був доведений у 1927 році голландським астрономом Оортом. За променевими швидкостями та власними рухами зір він, зокрема, встановив, що характер обертання Галактики поблизу Сонця є проміжним між твер- дотільним і кеплерівським. Оорт показав, що внаслідок обертання залежність середньої радіальної швидкості зір у галактичній площині (див. п. 1.3) має характер подвійної хвилі: Vr = Ar sin 2l (r — відстань зорі від Сонця; l — галактична довгота, яка відлічується від центру Галактики; А — стала Оорта). Він також у три рази (до 5,1 кпк) зменшив оцінку відстані від Сонця до центру Галактики (сучасна оцінка — близько 8 кпк).

У 1944 році Бааде зміг розділити на зорі центральну частину галактики М 31 і виявив, що вони є того самого типу, що і зорі кулястих скупчень нашої Галактики. Він дійшов висновку, що розділення зір та скупчень на ті, що належать диску, який швидко обертається, та сферичній компоненті Галактики, властиве й іншим галактикам. При цьому зорі таких двох систем розрізняються за фізичними властивостями. Сферична система населення складається тільки зі старих об’єктів, а плоска (диск) — з молодих зір і скупчень. Наймолодші об’єкти концентруються в спіральних рукавах. Таке розділення зоряного населення Галактики, введене Бааде, виявилося достовірним і для інших спіральних галактик.

Отже, зоряне населення типу I міститься переважно в плоскій підсистемі Галактики (диска і спіральних рукавах). Типовими представниками є розсіяні зоряні скупчення, зорі з високим вмістом важких елементів, близьким до сонячного (Z = 0,02), гарячі гіганти і надгіганти, довгоперіодичні цефеїди, нові та наднові зорі, міжзоряний газ, планетарні та пилові туманності. Орбіти цих небесних об’єктів майже колові по диску, вік становить від 106 до 109 років.

Зоряне населення типу II міститься переважно у сферичній компоненті Галактики. Типовими представниками є кулясті скупчення, червоні карлики, короткоперіодичні цефеїди, зорі з низьким вмістом металів (Z = 0,01—0,001). Орбіти «занурюються» в диск, вік становить понад 1010 років. Для детальнішого опису зоряного населення і його розташування на шкалі висот Галактики користуються такими термінами, як екстремальне населення І, середнє населення II тощо. Окрім металічності, розташування в Галактиці зоряного населення типів I і II розрізняються за віком і дисперсією швидкостей перпендикулярно до диска Галактики (менша для населення типу I).

Теорія обертального руху нашої Галактики (та інших галактик) весь час вдосконалюється. Труднощі інтерпретації спостережуваних даних розв’язками рівнянь зоряної динаміки зумовлені тим, що Галактика — складна багатокомпонентна структура, при її дослідженні необхідно знати початкові умови формування зір, які нині спостерігаються в різних підсистемах.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.