Файл: Шама Д.В. Современная космология.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 169

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

М Л Е Ч Н Ы Й П У Т Ь

29

стояний, на которых еще можно различить отдельные переменные звезды, т. е. до нескольких мегапарсек

Период, сутки

Рис. 8. Соотношение период — светимость для цефеид. Чем больше светимость цефеиды (здесь она дана в логарифмической шкале звездных величин), тем длинее ее период. Определив период, мы можем, таким образом, найти светимость. Расстояние можно тогда получить из видимого блеска звезды.

(1

Мпс =

106

пс).

Объекты, находящиеся на таких рас­

стояниях,

как

мы

увидим,

лежат

далеко за пределами

Млечного

Пути.

начал в

X V I I I

 

 

 

Подсчеты звезд

веке

Вильям Гершель.

Он

предложил

дискообразную модель

Млечного Пути


30

Г Л А В А 2

(рис. 9). На рис. 10 показан более современный вариант этой модели, предложенный Шепли в 1918 г. Главное достижение Шепли — это перенос Солнца почти на край

• *

?

Рис. 9. Модель Млечного Пути по Гершелю.

 

Галактики из ее центра, куда его всегда

помещали

раньше.

Шепли пришел к выводу о таком положении

Солнца,

изучая шаровые скопления. Эти

скопления

о

оо

Рис. 10. Модель Млечного Пути по Шепли. Кружками отмечены шаровые скопления. Утолщение в центре и диск содержат боль­ шую часть звезд Млечного Пути. Солнце, которое находится на расстоянии 2 /з радиуса диска от центра, отмечено крестиком.

имеют сферическую форму

и содержат от

10 000 до

1 000 000

звезд. Определив по методу цефеид расстояние

примерно

до 100 шаровых

скоплений, Шепли

получил

их пространственное распределение. Они образуют почти сферическую систему, центр которой находится в на­ правлении созвездия Стрельца (рис. 11) на расстоянии около 10 кпс от Солнца, как теперь принято считать.

32 Г Л А В А 2

О д н а ко большинство звезд образуют плоскую систему, напоминающую диск Гершеля.

По-настоящему структуру этой плоской системы на­

чали

понимать, когда в 1926—1927 гг. Линдбланд и

Оорт,

изучая собственные движения звезд, открыли вра­

щение Галактики. Такое вращение ранее постулирова­ лось философом Иммануилом Кантом для объяснения сплюснутости Млечного Пути. Кроме того, Оорт нашел, что, как и предполагал Кант, вращение Млечного Пути

похоже не на вращение жесткого колеса, а на

обраще ­

ние планет

вокруг

Солнца

(рис..

12). Разница

между

этими двумя

типами

вращения заключается в

том, что

у колеса

все

частицы вращаются

с

одним и тем ж е пе­

 

 

*

риодом, а в Солнечной системе, чем

J

ближе планета к Солнцу, тем короче

V

4r d:

период ее обращения. Это

харак-

 

 

терное

свойство

кругового

движе-

л,

 

 

ния вокруг

центральной

тяготею-

лщей массы. В центральных обла-

Ф~~* стях Галактики действительно со-

средоточена значительная доля ее

 

 

^

массы.

 

 

 

 

 

 

 

 

V

Н а м

повезло,

что звезды

движут-

/

I

\

с я и

м е н н о таким

образом: ведь

если

 

\

 

бы

все

они

имели

одинаковый

пе-

Рис. 13.

Радиальные

Р И 0

Д

обращения

то

обнаружить

движения

соседних

вращение

было

бы

очень

трудно,

звезд

относительно

так

как не было бы ни радналь -

Солнца.

 

 

ных

движений

звезд

относительно

 

 

 

Солнца, ни тангенциального движе ­

ния. В

настоящее

время

можно

на пределе

обнаружить

тангенциальное движение звезд относительно других галактик, но в середине 20-х годов такие измерения были невыполнимы. Итак, именно дифференциальное вращение Галактики приводит к тому, что наблюдаются радиальные движения звезд с характерной картиной, показанной на рис. 13. Смысл этой диаграммы объяснил Оорт в 1927 г. Из ее ориентации, амплитуды и фазы ему удалось установить, что ось вращения действительно пересекает диск под прямым углом в точке, лежащей в направлении созвездия Стрельца, в согласии с результа-


34

Г Л А В А

2

 

 

и

ее расстоянию до Солнца мы определили

массу

Солнца.

Масса

Галактики получается порядка

104 4 г,

или

около 10"

М0.

 

 

Здесь

не стоит рассматривать более подробно рас­

пределение и движение звезд. Упомянем лишь одну важную деталь. Как мы далее увидим, большинство

галактик имеет характерный

спиральный вид

(рис. 14),

в то время как другие лишены

более или менее

заметной

структуры. В 1952 г. было установлено, что наша Галак­ тика т а к ж е относится к спиральным. Вдоль спиральных рукавов, в одном из которых находится наше Солнце, сосредоточено много ярких молодых звезд. Происхож­ дение спиральных рукавов полностью еще не понято, но вполне возможно, что они характеризуются повышенной

плотностью газа и пыли, и в связи

с этим

концентрация

звезд в них является следствием

повышенной

скорости

звездообразования . Газо-пылевая

составляющая

Галак­

тики

требует

теперь нашего внимания.

 

 

Г а з

и пыль

в Млечном Пути

 

 

 

Около 10% массы Галактики находится в виде меж­

звездных газа

и пыли. Первоначально эти

составляющие

были обнаружены по производимым ими рассеянию и поглощению света звезд, но в настоящее время лучшим методом наблюдения межзвездного газа является на­ блюдение его радиоизлучения на длине волны 21 см. На важность этой спектральной радиолинии (которая ис­ пускается атомами водорода) впервые указал в 1944 г. ван де Хюлст. По его расчетам, при помощи чувстви­ тельной радиоприемной аппаратуры можно обнаружить

излучение в линии 21 см

от водородных облаков

нашей

Галактики . Это предсказание

было подтверждено

лишь

в 1951 г. К настоящему времени составлены

подробные

карты

нашей

Галактики

т а к ж е

многих

соседних

галактик) в

радиолинии

21 см. Наиболее важный ре­

зультат

этих исследований, как

видно

на рис. 15, состоит

в том, что большая часть межзвездного атомарного во­ дорода сосредоточена в нашей Галактике в спиральных рукавах. Еще одним важным результатом является опре­ деление кривой вращения Галактики (рис. 16) по доп-


М Л Е Ч Н Ы Й П У Т Ь

35

плеровскому смещению линии 21 см, которое дает нам лучевую скорость каждого облака водорода. Однако водород вблизи центра Галактики не участвует в круго-

Рис. 15. Распределение нейтрального водорода в диске Галактики, полученное по наблюдениям в линии 21 см.

вом движении. Видно, например, что деталь на расстоя­ нии 3 кпс от центра, напоминающая спиральную ветвь, приближается к нам со скоростью 50 км/с. Это наряду с другими радионаблюдениями наводит на мысль о том, что в галактическом центре происходят или произошли

2*

36

Г Л А В А 2

относительно недавно какие-то бурные явления. Иссле­ дование этой интересной проблемы несколько затруд­ нено потому, что центральные области Галактики совер­ шенно 'недоступны для оптических наблюдений из-за сильного поглощения в этом направлении.

280 г

%0

\5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7.5

8,0

8,5

5,0

 

 

 

 

 

/?,

нпс

 

 

 

 

Рис. 16.

Кривая

вращения

Галактики к северу (черные кружки) и

к югу (белые кружки) от

прямой, соединяющей Солнце с центром

Галактики, по наблюдениям в линии

21

см.

(R — расстояние от

центра

Галактики.)

 

 

 

 

 

 

 

 

В последние годы были обнаружены другие меж­ звездные радиолинии: гидроксила ОН, аммиака, водя­

ного пара, формальдегида, а

т а к ж е

рекомбинационные

линии *)

ионизованного

водорода,

гелия и, возможно,

у г л е р о д а * * ) . Д л я некоторых

линий

характерно

удиви­

тельное

с физической

точки

зрения

поведение,

что за-

*) Рекомбииационными радиолиниями называются линии, об­

разующиеся при переходах между очень высокими энергетическими уровнями. — Прим. ред.

**) К настоящему моменту известны межзвездные радиолинии примерно"двух десятков элементов и химических соединений, среди которых есть и сложные органические вещества. — Прим. перев.


М Л Е Ч Н Ы Й П У Т Ь

37

ставляет предполагать во

многих случаях

существова­

ние космических мазеров.

Изучение этих

явлений еще

только начинается.

 

 

К о с м и ч е с к и е лучи

 

 

Космические лучи являются важной составляющей Галактики не только потому, что, распространяясь в межзвездном пространстве, они с л у ж а т зондами, при по­

мощи

которых

можно изучать его структуру и свойства,

но и

потому,

что они играют

важную

динамическую

роль,

оказывая

заметное давление

на межзвездный газ.

Космические

лучи, достигающие

земной

поверхности,

впервые были зарегистрированы

в

1912 г.,

однако лишь

недавно ученые оценили их значение для астрофизики. Поток космических лучей состоит главным образом из протонов высоких энергий, хотя, как мы увидим, в них

представлены т а к ж е и другие

виды частиц.

 

 

 

 

Большинство

протонов

являются

релятивистскими,

т. е. их скорость

и близка

к

скорости

света

с;

в этом

случае

масса m дается формулой

Эйнштейна

 

 

 

 

 

 

 

 

/ 1

-

ѵ22

\.

 

 

 

 

 

где

т 0

— масса

покоящейся

частицы. Общая

энергия

Е

дается

сходной

формулой;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£ _

тйс2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

I -

ѵ22

'

 

 

 

 

 

 

Когда

V близко

к с, масса

m становится

значительно

больше массы покоя т0,

а

энергия

Е — значительно

больше энергии покоя т0с2.

Энергия

покоя

протона

составляет

около

миллиарда

электронвольт

(1

БэВ

=

=

10- 3

эрг) . Оказывается, средняя

энергия

протонов кос­

мических лучей

около 2 БэВ, т. е.

до некоторой

степени

является релятивистской энергией. Однако энергия от­

дельных

частиц

в

космических

лучах достигает

фанта­

стических

значений

~ 1 0 " БэВ . Д л я сравнения

укажем,

что

самый

мощный современный действующий ускори­

тель

(под

 

Серпуховом в С С С Р )

разгоняет

частицы до

энергий 70

БэВ,

а

следующее

поколение

ускорителей