1 Строение и эволюция Вселенной Преподаватель физики Шуваева Е.В.

Содержание Космология Типы галактик Скопления галактик Звёздные скопления Межзвёздное вещество Красное смещение Эффект Доплера Закон Хаббла Теория Большого взрыва 2

Космология - наука, изучающая строение и эволюцию Вселенной. 3

Внесистемные единицы измерения 1 световой год (1 св. г.) – расстояние, которое проходит свет за 1 год в вакууме – 9,5·10 15 м ; 1 астрономическая единица (1 а. е.) – среднее расстояние от Земли до Солнца ( средний радиус земной орбиты ) – 1,5·10 11 м ; 1 парсек (1 пк ) - расстояние, с которого средний радиус земной орбиты ( равный 1 а. е.), перпендикулярный лучу зрения, виден под углом в одну угловую секунду (1) – 3·10 16 м ; 1 масса Солнца ( 1 М ʘ ) – 2·10 30 кг. 4

Возраст Вселенной t=1,3 ·10 10 лет Радиус Вселенной R=1,3 ·10 10 св.л. 5

Галактики – это большие звёздные системы, в которых звёзды связаны друг с другом силами гравитации. 6

Типы галактик 1. Эллиптические 2. Спиральные 3. Неправильные 7

Эллиптические галактики Эллиптическая галактика М32 8

Эллиптические галактики Имеют вид кругов или эллипсов Яркость плавно уменьшается от центра к периферии Не вращаются В них мало газа и пыли М ̴ М ʘ Эллиптическая галактика М87 9

Спиральные галактики Галактика М104 Сомбреро 10

Спиральные галактики Состоят из ядра и нескольких спиральных рукавов или ветвей Ветви отходят непосредственно от ядра Вращаются В них много газа и пыли М ̴ М ʘ спиральная галактика NGC 4414 из созвездия Волосы Вероники 11

Спиральная галактика М 33 12

Спиральная галактика Андромеды 13

Спиральные галактики Солнце и Солнечная система входят в состав галактики Млечный путь. Галактика Млечный путь состоит из ядра, находящегося в центре галактики, и трёх спиральных рукавов. Галактика Млечный путь ( вид сверху ) 14

Спиральные галактики Размеры галактики Млечный путь: диаметр диска галактики около 30 кпк ( св.л.); толщина – около св. л. Галактика Млечный путь ( вид сбоку ) 15

Спиральные галактики Галактика Млечный путь вращается вокруг центра галактики. Один оборот вокруг центра галактики Солнце делает за 200 млн. лет. Положение Солнца в галактике Млечный путь 16

Неправильные галактики Большое Магелланово облако 17

Неправильные галактики Отсутствует чётко выраженное ядро Нет вращательной симметрии Около половины вещества в них – межзвездный газ Галактика NGC

Квазары Квазары не являются звездами ; это яркие и очень активные ядра галактик, расположенные на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли. Квазар 3C 273 в созвездии Девы 19

Скопления галактик Наряду с отдельными галактиками наблюдаются скопления галактик. Местная группа галактик состоит из 35 галактик. Включает в себя галактики Туманность Андромеды, Млечный путь, Большое Магелланово облако, Малое Магелланово облако и другие. Галактики Местной группы связаны общим тяготением и движутся вокруг общего центра масс в созвездии Дева. 20

Звёздные скопления Рассеянные Шаровые скопление М50 в созвездии Единорога скопление М13 в созвездии Геркулеса 21

Рассеянные звёздные скопления Рассеянные звездные скопления встречаются вблизи галактической плоскости. Скопление « Плеяды » 22

Шаровые звёздные скопления Шаровые скопления выделяются на звездном фоне благодаря значительному числу звезд и четкой сферической форме. Диаметр шаровых скоплений составляет от 20 до 100 пк. М = 104÷106 М ʘ Скопление в созвездии Центавра 23

Межзвёздное вещество Пространство между звёздами заполнено разрежённым веществом, излучением и магнитным полем. Если концентрация вещества становится большой, то мы можем видеть различного вида туманности. Газопылевые облака туманности М16 Орёл в созвездии Змеи 24

Туманность Конская голова 25

Туманность Лагуна 26

Трёхраздельная туманность 27

Туманность IRAS

Звёздная пыль Суммарная масса пыли всего 0,03 % полной массы галактики. Её полная светимость составляет 30 % от светимости звёзд и полностью определяет излучение галактики в инфракрасном диапазоне. Температура пыли 15÷25 К. 29

Свет галактик представляет собой суммарный свет миллиардов звёзд и газа. Для изучения физических свойств галактик астрономы используют методы спектрального анализа. Спектральный анализ – физический метод качественного и количественного определения атомного и молекулярного состава вещества, основанный на исследовании его спектра. Спектр Солнца 30

Красное смещение Линии в спектрах всех известных галактик смещены к красному концу спектра. Пусть λ о - длина волны спектральной линии, наблюдаемой в лаборатории, λ – длина волны спектральной линии в спектре галактики, Δλ=λ-λ о - смещение спектральной линии. Оказалось, что отношение смещения спектральной линии Δλ к λ о одинаково для всех линий в спектре галактики. 31

Эффект Доплера Смещение спектральных линий к красному концу спектра вызвано движением (удалением) излучающего объекта (галактики) со скоростью по направлению от наблюдателя. При Z « 1 = c·Z – скорость объекта (галактики), где c = 3 ·10 8 м/с – скорость света в вакууме. 32

Закон Хаббла По спектрам галактик установлено, что они «разбегаются» от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию до галактики: = H·r, где H = 2,4 · с -1 – постоянная Хаббла, r – расстояние до галактики (м). 33

Теория Большого взрыва Вселенная возникла 13 млрд. лет назад из некоторого начального « сингулярного » состояния и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. Согласно теории Большого взрыва, дальнейшая эволюция зависит от экспериментально измеримого параметра средней плотности вещества в современной Вселенной. Если плотность не превосходит некоторого критического значения, Вселенная будет расширяться вечно, если же плотность больше критической, то процесс расширения когда - нибудь остановится и начнётся обратная фаза сжатия, возвращающая к исходному сингулярному состоянию. 34

Теория Большого взрыва Критическое значение плотности вещества ƍ крот которого зависит характер его движения рассчитывается по формуле: где H = 2,4 · с -1 – постоянная Хаббла, G = 6,67 · ( Н·м 2 )/ кг 2 – гравитационная постоянная. Подставив числовые значения, получим ƍ кр = кг/м 3. При ƍ< ƍ кр - расширение Вселенной. При ƍ> ƍ кр - сжатие Вселенной. Усреднённая плотность вещества во Вселенной ƍ = 3· кг/м 3. 35

Вывод Представляя Вселенную как весь окружающий мир, мы сразу делаем её уникальной и единственной. И вместе с этим лишаем себя возможности описать её в терминах классической механики : из - за своей уникальности Вселенная ни с чем не может взаимодействовать, она система систем, и поэтому в её отношении теряют свой смысл такие понятия, как масса, форма, размер. Вместо этого приходится прибегать к языку термодинамики, употребляя такие понятия как плотность, давление, температура, химический состав. 36

Список литературы Физика. 11 класс : учеб. для общеобразоват. Учреждений : базовый и профиль. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чагурин ; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой е изд. – М. : Просвещение, – 399 с., [4] л. ил. – ( Классический курс ). – ISBN

Адрес нашего дома во Вселенной : Вселенная, Местная группа галактик, Галактика Млечный путь, Солнечная система, Планета Земля – третья планета от Солнца. Мы любим нашу планету и будем беречь её всегда ! 38