Краткий справочник необходимых знаний

Система постоянных IERS 1992[1]

Таблица

Плотность космических объектов

Таблица

Галактики — это гигантские (до сотни млрд звезд) звездные системы. К ним относится, в частности, наша Галактика — Млечный Путь. Ближайшие к нам галактики — Магеллановы Облака (на расстоянии 52 килопарсека) и Туманность Андромеды (на расстоянии 670 килопарсек). Галактики подразделяются на эллиптические, спиральные и неправильные.

Классификация галактик по типам и светимости

Таблица

Скопления и сверхскопления галактик. Местная группа. Галактика Млечный путь

Галактика Млечный Путь входит в семью соседних галактик, известных как Местная группа, и образует вместе с ними скопление галактик. Наша Галактика является одной из самых крупных в Местной группе. Галактика Андромеды, входящая в Местную группу, является самым удаленным объектом, видимым невооруженным глазом. 25 галактик Местной группы разбросаны на протяжении 3 миллионов световых лет. Скопление галактик удерживается вместе силами гравитации. Более крупными скоплениями галактик являются Скопление Девы (несколько тысяч объектов) и Скопление в созвездии Волосы Вероники (около 1000 ярких эллиптических галактик и несколько тысяч более мелких объектов). Наша Галактика с соседями по Местной группе медленно движется в направлении к Скоплению Девы.

Скопления галактик, в свою очередь, группируются в семьи. Местное скопление скоплений, известное как Местное сверхскопление, — это образование, в которое входит и Местная группа и Скопление Девы. Центр масс расположен в Скоплении Девы. Другое сверхскопление находится в созвездии Геркулеса. До него 700 миллионов световых лет. Сверхскопления отделены друг от друга гигантскими пустыми пространствами и образуют во Вселенной губчатую структуру.

Характеристика галактик, входящих в Местную группу

Галактика Млечный Путь

Млечный Путь — это наша Галактика, состоящая из 100 миллиардов звезд. В нашей Галактике есть 4 спиральных рукава, звезды, газ и пыль. В пределах 1000 световых лет от центра Галактики звезды расположены очень плотно. В самом центре Галактики находится загадочный источник колоссальной энергии. Возможно, в центре Галактики находится черная дыра. Галактика вращается. Внутренние ее части вращаются быстрее, чем внешние. Диск Галактики окружен облаком-гало — из невидимого вещества.

9/10 Галактики Млечный Путь невидимы. Наши соседние две галактики — Большое и Малое Магеллановы Облака — притягиваются невидимым гало и поглощаются Галактикой Млечный Путь.

Характеристика галактики Млечный Путь

* Более далекие звезды плоской составляющей имеют более длительные периоды обращения; находящиеся ближе к центру звезды — меньшие периоды. Центральная часть Галактики вращается подобно твердому телу.

Подсистемы Галактики

ζ — среднее значение удаления объектов подсистемы от галактической плоскости, кпс; Т — возраст входящих в подсистему звезд, лет; М — масса подсистемы (в % от общей массы Галактики); N — предполагаемое общее число объектов.

Ядро Галактики — форма эллиптическая, размеры 4,8 × 3,1 кпс; число звезд ≥3·E10⁷.

Центральное ядро Галактики — форма эллиптическая, размеры ~ 15 × 30 пс; число звезд ~ 3·E10⁶.

Ядрышко Галактики — диаметр ~ 1 пс; в центре его компактный объект (черная дыра массой 108—09 масс Солнца).

Звездные скопления (сравнительно тесные группы звезд):

рассеянные — диаметр от 1,5 до 15 пс; возраст от нескольких миллионов до нескольких миллиардов лет; число звезд от нескольких десятков до нескольких тысяч; принадлежат к подсистеме галактической плоскости;

шаровые — диаметр от 15 до 200 пс; возраст 8—10 млрд лет; число звезд 10⁵—10⁷; принадлежат к промежуточной и крайней сферическим подсистемам.

Общее число звезд в Галактике 1,2-10¹¹.

Звезды — светящиеся газовые (плазменные) шары, подобные Солнцу. В них заключена большая часть вещества видимой Вселенной. Они образуются из газово-пылевой среды в результате гравитационной конденсации. Термоядерные реакции синтеза элементов, проходящие при высоких плотностях и температурах (-10—12 млн К) в недрах звезды, являются основным источником энергии большинства звезд. Граница между массами звезд и планет равна 0,02 массы Солнца, т. е. ниже этой границы термоядерной реакции не происходит. В зависимости от массы звезды в конце эволюции звезда становится белым карликом, нейтронной звездой либо черной дырой. Светимость звезды зависит от ее массы и выражается с помощью видимых звездных величин ш. Разница между блеском двух небесных тел в звездных величинах вычисляется по формуле Погсона: m₁ — m₂ = -2,5 log (Е₁ /Е₂), где: m₁, m₂ — звездные величины, Е₁, Е₂ — светимости.

Классы светимости звезд

Рис. 1. Звездное небо Северного полушария

ЛЕБЕДЬ — созвездие

Арктур — звезда

Рис. 2. Звездное небо Южного полушария

ГОЛУБЬ — созвездие

Канопус — звезда

Самые яркие звезды неба

Таблица

Жизненный цикл звезд

Обычная звезда выделяет энергию за счет превращения водорода в гелий в ядерной печи, находящейся в ее сердцевине. После того как звезда израсходует водород в центре, он начинает перегорать в оболочке звезды, которая увеличивается в размере, разбухает. Размер звезды возрастает, температура ее падает. Этот процесс порождает красных гигантов и сверхгигантов. Продолжительность жизни каждой звезды определяется ее массой. Массивные звезды заканчивают свой жизненный цикл взрывом. Звезды, подобные Солнцу, сжимаются, превращаясь в плотные белые карлики. В процессе превращения из красного гиганта в белого карлика звезда может сбросить свои наружные слои, как легкую газовую оболочку, обнажив ядро.

Звездные скопления

Почти все звезды рождаются группами и существуют в звездных скоплениях. Есть два типа звездных скоплений: открытые и шаровые.

Самым известным открытым звездным скоплением является Плеяды в созвездии Тельца. Число звезд в нем от 300 до 500, и находятся они в пространстве с поперечником в 30 световых лет. Возраст открытых скоплений не превышает 50 млн лет. Скопления непрочны. Их может разорвать тяготение другого более крупного объекта. Пока обнаружено 1200 открытых звездных скоплений.

В противоположность открытым, шаровые скопления представляют собой сферы, плотно заполненные звездами. В пространстве с поперечником от 20 до 400 световых лет находится от сотен тысяч до миллионов звезд. В центре скопления звезды притягиваются, образуя двойные звезды. Вокруг нашей Галактики обнаружено 200 шаровых звездных скоплений. Возраст этих скоплений от 10 до 15 млрд лет.

Двойные звезды

Примерно половина всех звезд нашей Галактики принадлежит к двойным системам, в которых звезды вращаются по эллиптическим орбитам вокруг центра гравитации этих звезд. Если звезды тесно расположены, то они растягиваются и обмениваются звездным материалом.

Вспышки новых

Одним из результатов переноса массы в двойных звездах является образование звездной пары — белого и красного карликов. Красный карлик разогревается под действием излучения от белого карлика, материя с него стекает на белый карлик, который не может больше принимать вещество и взрывается. Это явление и наблюдается в виде вспышек новых.

Нейтронные звезды и сверхновые

Если масса сжимающейся звезды превосходит массу Солнца более чем в 1,4 раза, то такая звезда, достигнув стадии белого карлика, продолжает сжиматься так, что электроны атомов вдавливаются внутрь атомных ядер, и протоны превращаются в нейтроны. Диаметр нейтронной звезды не более 15 км, а кубический сантиметр ее вещества весит около миллиарда тонн. Звезда совершает несколько оборотов в секунду и обладает гигантским магнитным полем. В том случае, когда масса нейтронной звезды достигает рубежа 1,4 массы Солнца, происходит гигантский ядерный взрыв, называемый вспышкой сверхновой.

Пульсары

В мощном магнитном поле нейтронной звезды движущиеся по спирали электроны генерируют радиоволны, которые излучаются узким пучком.

Звезда вращается, и радиолуч периодически пересекает линию нашего наблюдения. Период самых медленных пульсаров около 4 секунд.

Рентгеновские двойные звезды

В Галактике найдено около 100 мощных источников рентгеновского излучения. По мнению астрономов, причиной может служить материя, падающая на поверхность нейтронной звезды с более массивного напарника в двойной звезде.

Черные дыры

Масса нейтронной звезды не может превышать трехкратной массы Солнца. При сжатии более массивной звезды может образоваться черная дыра, поле тяготения в которой настолько сильно, что не выпускает из себя даже свет. Предполагается, что вещество в черной дыре коллапсирует, т. е. сжимается в бесконечно малую точку.

25 ближайших звезд

m_V — визуальная звездная величина; r — расстояние до звезды, пк; L — светимость (мощность излучения) звезды, выражена в единицах светимости Солнца (3,86–10²⁶ Вт).

Размеры некоторых наиболее ярких близких звезд

Таблица

Солнце — это обычная звезда, возраст которой около 5 млрд лет. В солнечном ядре происходит превращение водорода в гелий с выделением огромного количества энергии. На всех уровнях внутри Солнца давление горячего газа, выталкивающее вещество наружу, уравновешивается огромной силой тяготения, действующей в направлении центра.

Солнце — это огромный газовый шар, диаметр которого в 109 раз превосходит диаметр Земли. Желтый свет Солнца приходит к нам из слоя солнечной атмосферы (фотосферы) толщиной около 500 км. Благодаря конвекции в солнечной атмосфере, тепловая энергия из нижних слоев переносится в фотосферу, придавая ей пенистое строение.

Различные части Солнца вращаются с разными скоростями от 25 дней на один оборот для экватора до 35 дней на один оборот в полярных областях.

Солнечные вспышки взметают электрически заряженные частицы в космос, вызывая полярные сияния в земной атмосфере, магнитные бури, нарушения систем электроснабжения.

Гигантские пятна на Солнце, обнаруженные более 2000 лет назад китайскими астрономами, — это те области, где мощные магнитные силы пробиваются изнутри Солнца сквозь поверхностные слои. Температура солнечных пятен ~ 4500 °C, что ниже средней температуры поверхности, которая составляет -5500 °C. Количество солнечных пятен достигает своего максимума каждые 11 лет. Это период солнечной активности.

Солнечная корона (слабый белый ореол, наблюдаемый во время солнечных затмений) излучает мало света, зато от нее идет мощное рентгеновское излучение. Температура короны вблизи поверхности Солнца около 2 млн градусов. Наружные слои короны выдуваются в Солнечную систему и достигают Земли через 10 дней. Под воздействием этого солнечного ветра газовые хвосты комет всегда направлены в сторону от Солнца. Магнитная оболочка Земли отклоняет солнечный ветер.

Сейчас Солнце находится в середине своей эволюции. В течение следующих 5 млрд лет температура и объем Солнца будут возрастать по мере выгорания водорода. В конце своей эволюции Солнце остынет, превратившись в шар ядерных отходов — так называемый белый карлик.

Солнце. Общие сведения

Таблица

Солнце, наблюдаемое с Земли

Таблица

Солнце как звезда

Таблица

Солнечная система — звездная система, состоящая из Солнца и планетной системы, включающей в себя все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг Солнца: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, а также малые тела — астероиды, метеороиды, кометы, космическую пыль.

Распределение тел Солнечной системы по массам

а) в массах Земли и Солнца

б) в % от общей массы системы

Планеты

Знак «минус» перед значениями периодов вращения Венеры и Урана указывает на то, что эти планеты вращаются в обратном направлении.

Спутники планет

Таблица

Луна

Луна является спутником Земли в космическом пространстве. Ежемесячно Луна совершает полное путешествие вокруг Земли. Она светится только светом, отраженным от Солнца, так что постоянно одна половина Луны, обращенная к Солнцу, освещена, а другая погружена во мрак. Какая часть освещенной половины Луны видна нам, зависит от положения Луны на ее орбите вокруг Земли. Полный цикл фаз повторяется через каждые 29,53 суток.

Луна. Общие сведения

Метеориты

Таблица