Астрономия. Космос

Млечный Путь — наша галактика Млечный Путь — название нашей галактики. Её диаметр около 100 тыс. световых лет, при толщине в 1 световой год, масса составляет 2.1011 солнечных. Она причислена к типу спиральных галактик с перемычкой. В составе Млечного Пути более 200 млрд. звезд. Основная доля массы – в тёмной материи. Молекулярный водород, сбитый в гигантские облака, относится к наиболее массивным видимым объектам галактики. В центре Млечного пути находятся огромные чёрные дыры. Самая громадная, массой 4,3 млн. солнечных, находится точно в середине, а вокруг неё вращается одна поменьше – от 1000 до 10000 солнечных масс – и еще несколько тысяч небольших черных дыр. От их чудовищной гравитации звёзды, находящиеся поблизости, описывают необычайные траектории и движутся очень быстро. Рассчитанный возраст Млечного Пути составляет примерно 10 – 13 млрд. лет! А Земля существует чуть более 4 млрд лет.  Очень хорошо развита спиральная структура. В спиральных рукавах сосредоточены молодые активные звёзды, рассеянные звёздные скопления и облака межзвёздного газа, где постоянно рождаются новые звёзды. Местная группа галактик — ближайшие к нам галактики и скопления. Местная группа имеет в своём составе Млечный Путь, Туманность Андромеды, Треугольник и ещё несколько десятков карликовых галактик. Все они (и мы в том числе) – часть Сверхскопления Девы. Ближайшими соседями нашей галактики стали два Магеллановых Облака – Большое и Малое. В будущем они должны объединиться с Млечным Путём. А вот с Туманностью Андромеды нас ждет столкновение через пару миллиардов лет. Путь Солнечной системы Наша Солнечная система отдалена от центра галактики на 26000 световых лет, а от её плоскости – на 75, и движется вокруг центра галактики. Это движение осуществляется и относительно ближайших звёзд со скоростью около 20 км/сек, и относительно галактического центра 220 – 240 км/сек. Один оборот вокруг галактического центра совершается за 225 – 250 млн. лет. Наше светило в данный момент пролетает место, именуемое в Местным пузырем. Возле нашей звезды соседей не много. До ближайшей к Солнцу звезды – Альфа Центавра – свет должен лететь 4,3 года. Самый же крупный из близких светил – Сириус – удалён на 8,6 светового года. Альфа Центавра имеет и экзопланету, по массе схожую с Землёй.   Краткие сведения о Солнце Солнце является  типичной звездой, одной из 100 000 000 000 звезд в нашей Галактике. Спектральный класс Солнца G2V,  на диаграмме Герцшпрунга-Рессела  оно находится  ближе к холодному концу главной последовательности, и  относится к классу желтых карликов. Солнце- центральное светило нашей планетной системы, и физические процессы, протекающие в нем, в значительной степени определяют также физику планет, по крайней мере ближайших к Солнцу. Среднее расстояние от Земли до Солнца- 150 миллионов километров- свет проходит его за 8 минут. Для сравнения- следующая ближайшая к нам звезда Проксима Центавра находится на расстоянии 4 световых лет... Имея диаметр почти  1 392 000 км ( примерно в 109 раз больше диаметра Земли)  и массу 1.9891х1030кг (это составляет 98% массы солнечной системы), Солнце является мощным источником энергии- источником всей жизни на Земле. Ядро Солнца очень горячее (порядка 15 млн К) и давление в нем очень высокое (примерно в 300 млрд раз больше атмосферного давления на Земле) и атомы подходят так близко, что могут сливаться: В настоящее время примерно половина водорода в ядре уже выгорела в термоядерных реакциях.  Солнце в целом на 92.1% состоит из водорода, 7.8% составляет гелий и 0.01% приходится на углерод, железо и другие элементы. Каждую секунду 700 млрд тонн водорода сгорает на Солнце.  Несмотря на такую огромную скорость потерь, энергии Солнца хватит еще на 5 млрд лет такой жизни (примерно столько же лет Солнцу от рождения). Закончит свою жизнь Солнце белым карликом.  Средняя плотность кипящего плазменного шара, которым является Солнце, раза в 4 меньше плотности Земли.Фотону требуется миллион лет, чтобы  добраться от ядра Солнца до его поверхности. Сначала энергия передается излучением- примерно 70% пути. Затем начинает работать конвекция- процесс, напоминающий кипение. За конвективной зоной следует слой атмосферы Солнца, называемый фотосферой- это поверхность Солнца, которую мы видим. Толщина фотосферы очень маленькая- ~350 км- это около 1/200 радиуса Солнца. Располагающиеся  над фотосферой хромосфера и корона практически свободно пропускают непрерывное излучение фотосферы. В первом приближении можно считать, что фотосфера испускает непрерывное тепловое излучение как абсолютно черное тело с температурой 6000К.  Практически вся энергия излучения Солнца заключена в излучении фотосферы, приходящемся на интервал длин волн от 1500 А до 0.5 см. В видимой области спектра излучение Солнца почти не зависит от cолнечной активности- наличия на фотосфере пятен и т.д. Количество энергии, приносимой солнечными лучами за 1 мин на площадку в 1 см2   , расположенную вне земной атмосферы на среднем расстоянии от Земли до Солнца, называют солнечной постоянной. ее значение равно 1.4х103 вт/м2  . Отсюда можно посчитать, что светимость Солнца равна  3.86х1026 Ватт . Звезды типа Солнца- стационарные звезды с термоядерным источником энергии- не меняют своей светимости в течение многих миллионов лет. Все же следует заметить, что изменения солнечной постоянной могут составлять доли процента в зависимости от солнечной активности.  До изобретения радио и запуска космических телескопов, которые позволили наблюдателям освоить всю шкалу электромагнитных  волн, от самого жесткого гамма излучения, рентгена и ультрафиолета до метровых радиоволн, единственным свидетельством  переменности солнечной активности было  изменение количества пятен на фотосфере- оно меняется с периодом в 11 лет. Фактически, между 1640 и 1700 гг на Солнце вообще не было пятен Этот период, называемый минимумом Маундера, совпал с "малым ледниковым периодом"- общим похоладанием на Земле, когда реки, которые никогда не замерзали, покрылись льдом, а снег лежал круглый год на всех широтах. Это может быть случайным совпадением, а скорее, нет.    В настоящее время Солнце находится на пике активности. А.С. Чижевский в начале века обнаружил зависимость между солнечной активностью и социальной активностью людей - войнами, революциями, а также эпидемиями, и даже можно заметить корреляцию с землетрясениями: И вновь и вновь взошли На Солнце пятна, И омрачились трезвые умы, И пал престол, и были неотвратны  Голодный мор и ужасы чумы ....  На самом деле полный магнитный цикл Солнца составляет 22 года- за это время происходит полная переполюсовка магнитного поля Солнца, и пятна, которые представляют собой места выхода магнитного поля из-под фотосферы, возвращаются на свои места. Т.е. пятна на Солнце появляются не где попало, а там, где диктует магнитное поле (теория "солнечного динамо"). Места пятен в течение цикла образуют "диаграмму бабочки"- в начале цикла пятна появляются на средних широтах, затем, расширяя свой "ареал", дрейфуют к экватору.  Пятно (активная область)  кажется темным , потому что температура в нем ниже (4500К) окружающей его фотосферы (6000К). А ниже она потому, что в  месте выхода сильного магнитного поля (1500- 3500 э) - поперечное движение плазмы затруднено, а ослабление конвекции приводит к меньшему поступлению энергии в область пятен. Пятна обычно всплывают парами противоположной полярности- из одного пятна магнитное поле выходит, в другое входит.Но не только тепло и свет посылает нам Солнце. В верхних слоях атмосферы - хромосфере (температура которой составляет 4300-8300К) и короне (миллионы К) непрерывно происходят бурные события- вспышки, корональные выбросы масс, пересоединения магнитных арок над активными областями. Поток заряженных частиц (в основном электроны и протоны), называемый "солнечным ветром" непрерывно вытекает из солнца, и распространяется через солнечную систему со скоростью 450км в секунду. В самом скромном случае эти потоки вызывают полярные сияния, кометные хвосты,  но могут вызывать и радиопомехи, влиять на орбиты спутников... Спутник Улисс, изучавший полярные области Солнца, обнаружил, что скорость солнечного ветра на полюсах почти  в два раза больше- 750 км в сек. Процессы в хромосфере и короне хорошо видны, в частности,  в радиодиапазоне и рентгене (спутник  Йоко), а также в ультрафиолетовых линиях , в которых наблюдает телескоп EIT  космической станции СОХО (всего на этой станции 11 различных инструментов). Изображения со спутников обновляются в интернете каждый день.        Коротко о планетах Солнечной системы Планеты Солнечно системы Земля — одна из планет, которые вращаются вокруг Солнца. Она почти в 110 раз меньше этого светила по диаметру. Попробуй представить, что Солнце превратилось в дыню. Земля тогда со своими огромными городами, деревнями, горами и морями стала бы размером с маленькую фруктовую косточку. Земля находится в Солнечной системе, в самом центре которой — Солнце. Вокруг него располагаются 8 планет. Все планеты находятся на разном расстоянии от нашего светила. Меркурий — ближайшая к Солнцу планета. Ни воды, ни воздуха на Меркурии нет. Из-за того что Меркурий так близок к светилу, дневная температура на этой планете почти +450°С. Венера — планета, которую часто называют утренней или вечерней звездой. Эти названия не случайны: Венеру можно увидеть вечером, в лучах заходящего Солнца, или утром, перед самым восходом. Поверхность Венеры представляет собой равнину, усыпанную камнями и обломками скал. На Венере нет ни воды, ни жизни. Марс называют красной планетой из-за ржаво-красного цвета его поверхности. Температура на Марсе очень низкая и в дневное время суток, и в ночное. Юпитер — самая большая планета Солнечной системы. Она больше Земли в 1000 раз. Юпитер находится на огромном расстоянии от Солнца, отчего температура на этом газовом гиганте жоло -140°С. Сатурн — планета, которая по размерам чуть меньше Юпитера. Внешне Сатурн отличается от остальных планет тем, что окружен множеством светящихся колец. Каждое кольцо Сатурна состоит из еще более тонких колец. Это «украшение» представляет собой миллиарды каменных обломков, покрытых льдом. Уран удален от Солнца на расстояние в 19 раз большее, чем Земля, поэтому получает очень мало тепла. Нептун по виду и размерам похож на Уран. Он сильно сжат и быстро вращается. Нептун удален от Солнца на 2,8 миллиардов километров. Плутон — карликовая планета Солнечной системы. До недавнего времени он считался девятой планетой нашей звездной системы, сейчас же это просто малая планета.   Система Земля-Луна Естественным спутником Земли является Луна — несветящееся тело, которое отражает солнечный свет. Изучение Луны началось в 1959 г., когда советский аппарат «Луна-2» впервые сел на Луну, а с аппарата «Луна-3» впервые были сделаны из космоса снимки обратной стороны Луны. В 1966 г. аппарат «Луна-9» совершил посадку на Луну и установил прочную структуру грунта. Первыми, кто побывал на Луне, стали американцы Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин. Это произошло 21 июля 1969 г. Советские ученые для дальнейшего изучения Луны предпочли использовать автоматические аппараты — луноходы. Общие характеристики Луны Средняя удаленность от Земли, км 384 399 Перигей км а. е.   363 104 0,0024 Апогей км а. е.   405 696 0,0027 Среднее расстояние между центрами Земли и Луны, км 384 467 Наклон орбиты к плоскости ее орбиты 5°08'43,4" Средняя орбитальная скорость км/с км/ч   1,022 3681 Средний радиус Луны, км 1737,10 Масса, кг 7,3476 * 1022 Экваториальный радиус, км 1738,14 Полярный радиус, км 1735,97 Средняя плотность, г/см3 3,351 Наклон к экватору, град. 18,28-28,58 Масса Луны составляет 1/81 массы Земли. Положение Луны на орбите соответствует той или иной фазе (рис. 1). Рис. 1. Фазы Луны Фазы Луны — различные положения относительно Солнца — новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть. В полнолуние виден освещенный диск Луны, так как Солнце и Луна находятся на противоположных сторонах от Земли. В новолуние Луна находится на стороне Солнца, поэтому сторона Луны, обращенная к Земле, не освещается. К Земле Луна обращена всегда одной стороной. Линию, которая отделяет освещенную часть Луны от неосвещенной, называют терминатором. В первой четверти Луна видна на угловом расстоянии 90" от Солнца, и солнечные лучи освещают лишь правую половину обращенной к нам Луны. В остальных фазах Луна видна нам в виде серпа. Поэтому, чтобы отличить растущую Луну от старой, надо помнить: старая Луна напоминает букву «С», а если Луна растущая, то можно мысленно перед Луной провести вертикальную линию и получится буква «Р». Из-за близости Луны к Земле и ее большой массы они образуют систему «Земля-Луна». Луна и Земля вращаются вокруг своих осей в одну сторону. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости орбиты Земли под углом 5°9'. Места пересечения орбит Земли и Луны называют узлами лунной орбиты. Сидерический (от лат. сидерис — звезда) месяц — это период вращения Земли вокруг своей оси и одинакового положения Луны на небесной сфере по отношению к звездам. Он составляет 27,3 земных суток. Синодическим (от греч. синод — соединение) месяцем называют период полной смены лунных фаз, т. е. период возвращения Луны в первоначальное положение относительно Луны и Солнца (например, от новолуния до новолуния). Он составляет в среднем 29,5 земных суток. Синодический месяц на двое суток длиннее сидерического, так как Земля и Луна вращаются вокруг своих осей в одну сторону. Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше силы тяжести на Земле. Рельеф спутника Земли хорошо изучен. Видимые темные участки на поверхности Луны названы «морями» — это обширные безводные низменные равнины (самая крупная — «Оксан Бурь»), а светлые участки — «материками» — это гористые, возвышенные участки. Основные же планетарные структуры лунной поверхности — кольцевые кратеры диаметром до 20-30 км и многокольцевые цирки диаметром от 200 до 1000 км. Происхождение у кольцевых структур различное: метеоритное, вулканическое и ударно-взрывное. Кроме этого, на поверхности Луны имеются трещины, сдвиги, купола и системы разломов. Исследования космических аппаратов «Луна-16», «Луна-20», «Луна-24» показали, что поверхностные обломочные породы Луны сходны с земными магматическими породами — базальтами. Значение Луны в жизни Земли Хотя масса Луны в 27 млн раз меньше массы Солнца, она в 374 раза ближе к Земле и оказывает на нес сильное влияние, вызывая поднятия воды (приливы) в одних местах и отливы в других. Это происходит каждые 12 ч 25 мин, так как Луна делает полный оборот вокруг Земли за 24 ч 50 мин. Из-за гравитационного воздействия Луны и Солнца на Землю возникают приливы и отливы (рис. 2). Рис. 2. Схема возникновения приливов и отливов на Земле Наиболее отчетливы и важны по своим следствиям прилив- но-отливные явления в волной оболочке. Они представляют собой периодические подъемы и опускания уровня океанов и морей, вызываемые силами притяжения Луны и Солнца (в 2,2 раза меньше лунной). В атмосфере приливно-отливные явления проявляются в полусуточных изменениях атмосферного давления, а в земной коре — в деформации твердого вещества Земли. На Земле наблюдаются 2 прилива в ближайшей и удаленной от Луны точке и 2 отлива в точках, находящихся на угловом расстоянии 90° от линии Луна — Земля. Выделяют сигизийные приливы, которые возникают в новолуние и полнолуние и квадратурные — в первой и последней четверти. В открытом океане приливно-отливные явления невелики. Колебания уровня воды достигает 0,5-1 м. Во внутренних морях (Черное, Балтийское и др.) они почти не ощущаются. Однако в зависимости от географической широты и очертаний береговой линии материков (особенно в узких заливах) вода во время приливов может подниматься до 18 м (залив Фанди в Атлантическом океане у берегов Северной Америки), 13 м на западном побережье Охотского моря. При этом образуются приливно-отливные течения. Основное значение приливных волн заключается в том, что, перемешаясь с востока на запад вслед за видимым движением Луны, они тормозят осевое вращение Земли и удлиняют сутки, изменяют фигуру Земли с помощью уменьшения полярного сжатия, вызывают пульсацию оболочек Земли, вертикальные смещения земной поверхности, полусуточные изменения атмосферного давления, изменяют условия органической жизни в прибрежных частях Мирового океана и, наконец, влияют на хозяйственную деятельность приморских стран. В целый ряд портов морские суда могут заходить только во время прилива. Через определенный промежуток времени на Земле повторяются солнечные и лунные затмения. Увидеть их можно, когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной линии. Затмение — астрономическая ситуация, при которой одно небесное тело заслоняет свет от другого небесного тела. Солнечное затмение происходит, когда Луна попадает между наблюдателем и Солнцем и загораживает его. Поскольку Луна перед затмением обращена к нам неосвещенной стороной, перед затмением всегда бывает новолуние, т. е. Луна не видна. Создается впечатление, что Солнце закрывается черным диском; наблюдающий с Земли видит это явление как солнечное затмение (рис. 3). Рис. 3. Солнечное затмение (относительные размеры тел и расстояния между ними условны) Лунное затмение наступает, когда Луна, находясь на одной прямой с Солнцем и Землей, попадает в конусообразную тень, отбрасываемую Землей. Диаметр пятна тени Земли равен минимальному расстоянию Луны от Земли — 363 000 км, что составляет около 2,5 диаметра Луны, поэтому Луна может быть затенена целиком (см. рис. 3). Лунные ритмы — это повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов. Существуют лунно-месячные (29,4 сут) и лунно-суточные (24,8 ч) ритмы. Многие животные, растения размножаются в определенную фазу лунного цикла. Лунные ритмы свойственны многим морским животным и растениям прибрежной зоны. Так, у людей замечено изменение самочувствия в зависимости от фаз лунного цикла.   Химические Элементы   Почти все химические элементы, из которых состоит всё вокруг, в том числе и мы сами, родились в звёздах в результате термоядерных реакций или при взрывах сверхновых. До образования звёзд Вселенная состояла из водорода и гелия.Category:Коротко и ясно о самом интересном   9-1. Периодическая таблица, в которой разными цветами указано происхождение химических элементов (Cmglee с изм.). 9-2. Крабовидная туманность (6,5 тысячи световых лет от нас) в созвездии Тельца – результат взрыва сверхновой звезды, произошедшего в 1054 году. Согласно записям арабских и китайских астрономов, вспышка была видна невооружённым глазом даже днём. До сих пор газопылевые облака разлетаются со скоростью 1,5 тысячи километров в секунду. Их подсвечивает изнутри маленькая (всего 25 километров) нейтронная звезда, которая вращается со скоростью 30 оборотов в секунду (NASA , ESA and Allison Loll / Jeff Hester, Arizona State University). Вселенная возникла горячей и плотной, после чего началось расширение. В горячем и плотном веществе не могут существовать сложные структуры. Вспомните окончание второй серии Терминатора, где Шварценеггер опускается в раскалённый металл. И в ранней Вселенной не могли существовать сложные структуры, в том числе, и ядра химических элементов, ядра атомов. В какой-то момент Вселенная остывает, становится менее плотной и возникает водород. Возникают нейтроны и протоны, и из них можно начать составлять другие ядра элементов. Но на это отводится очень мало времени – несколько минут. И расчёты показали, что дальше гелия продвинуться было очень трудно. Таким образом, Вселенная возникает состоящей из водорода и гелия. Именно из этих двух элементов состояли первые поколения звёзд. Опять же, если вы пишете научно-фантастический роман, не заставляйте вашего героя рождаться через 100 млн лет после Большого взрыва, потому что тогда он должен быть из водорода и гелия. Звёзды эволюционируют, в них идут термоядерные реакции, в ходе которых могут образовываться элементы вплоть до элементов группы железа. Кстати, основной поставщик железа во Вселенной – белые карлики. Мы знаем, что ядра массивных звёзд состоят из железа, но это железо потом не выбрасывается, оно входит в состав нейтронных звёзд и чёрных дыр. А белые карлики взрываются целиком. Это термоядерный взрыв с полным разрушением звезды, и при этом выбрасывается много железа. При взрывах сверхновых синтезируются ещё более тяжёлые элементы, и следующее поколение звёзд возникает уже обогащённое этими тяжёлыми элементами. С течением времени тяжёлых элементов во Вселенной становится всё больше, а водорода всё меньше. Тем не менее, бóльшая часть вещества Вселенной (не считая «тёмного вещества», о котором – чуть позже) всё равно остаётся в водороде, который никогда не попадёт в звёзды, потому что он рассеян в межгалактическом пространстве. Таким образом, практически все химические элементы, с которыми мы сталкиваемся в жизни, в том числе и атомы в нашем теле, побывали внутри какой-нибудь звезды (а, скорее всего, внутри нескольких поколений звёзд).