Metodika prepodavaniya astronomii| << Predydushaya |
Metodika provedeniya 2
uroka
"Galaktiki"
Cel': formirovanie ponyatiinogo apparata, neobhodimogo dlya usvoeniya informacii o galaktikah kak odnom iz osnovnyh tipov kosmicheskih sistem.
Zadachi obucheniya:
Obsheobrazovatel'nye - formirovanie astronomicheskih ponyatii:
1) o galaktikah kak odnoi iz
osnovnyh tipov kosmicheskih sistem:
- klassifikacii galaktik po
morfologicheskim priznakam;
- osnovnyh klassah galaktik (ellipticheskih,
linzovidnyh, spiral'nyh, nepravil'nyh,
vzaimodeistvuyushih, karlikovyh i t.d.), ih
strukture, sostave i fizicheskih
harakteristikah;
2) o kosmicheskom processe formirovaniya
galaktik iz gazovyh protogalakticheskih
oblakov i mehanizme obrazovaniya osnovnyh
klassov galaktik;
3) o kosmicheskom yavlenii aktivnosti yader
galaktik, kvazarah i kvazagah;
4) o mezhgalakticheskoi srede;
5) o mezhgalakticheskih rasstoyaniyah;
6) o sistemah galaktik: gruppah, skopleniyah i
Sverhskopleniyah galaktik.
Vospitatel'nye:
1) Formirovanie nauchnogo
mirovozzreniya uchashihsya:
- v hode znakomstva s istoriei izucheniya,
prirodoi i proishozhdeniem galaktik raznyh
klassov i galakticheskih sistem, ih
osnovnymi fizicheskimi harakteristikami,
stroeniem i sostavom;
- na osnove raskrytiya filosofskih polozhenii
o material'nom edinstve i poznavaemosti
mira pri izlozhenii astronomicheskogo
materiala o prirode galaktik.
2) Patrioticheskoe vospitanie pri soobshenii
svedenii o roli sovetskih uchenyh v izuchenii
prirody galaktik.
3) Politehnicheskoe obrazovanie i trudovoe
vospitanie pri povtorenii i uglublenii
znanii o metodah i instrumentah,
primenyaemyh dlya izucheniya galaktik (spektral'nyi
analiz, radioastronomiya t.d.).
Razvivayushie - formirovanie umenii:
- analizirovat' i
sistematizirovat' informaciyu, stroit'
klassifikacionnye tablicy i shemy,
ob'yasnyat' svoistva kosmicheskih sistem na
osnove vazhneishih fizicheskih teorii,
ispol'zovat' obobshennye plany izucheniya
kosmicheskih ob'ektov, processov i yavlenii,
delat' vyvody;
- reshat' zadachi na raschet mezhgalakticheskih
rasstoyanii i harakteristik galaktik.
Ucheniki dolzhny znat':
- osnovnye priznaki ponyatiya "galaktika"
kak otdel'nogo tipa kosmicheskih sistem
- klassifikaciyu galaktik na osnove ih
morfologicheskih priznakov;
- ob osnovnyh klassah galaktik (ellipticheskih,
linzovidnyh, spiral'nyh, nepravil'nyh),
sistemah galaktik (gruppah, skopleniyah i
Sverhskopleniyah galaktik);
- o kosmicheskom processe formirovaniya
galaktik iz gazovyh protogalakticheskih
oblakov;
- o kosmicheskom yavlenii aktivnosti yader
galaktik, kvazarah i kvazagah;
- o mezhgalakticheskih rasstoyaniyah.
Ucheniki dolzhny umet': analizirovat' i sistematizirovat' uchebnyi material, stroit' klassifikacionnye tablicy i shemy, ob'yasnyat' svoistva kosmicheskih sistem na osnove vazhneishih fizicheskih teorii, ispol'zovat' obobshennye plany izucheniya kosmicheskih ob'ektov, processov i yavlenii, i reshat' zadachi na raschet mezhgalakticheskih rasstoyanii i harakteristik galaktik.
Naglyadnye posobiya i demonstracii:
- fotografii, risunki
galaktik razlichnyh klassov, kvazarov, grupp,
skoplenii i Sverhskoplenii galaktik i shema
obrazovaniya galaktik razlichnyh klassov;
- diapozitivy iz serii slaid-fil'ma
"Illyustrirovannaya astronomiya: "Zvezdy
i galaktiki"; "Galaktiki, evolyuciya
Vselennoi";
- diafil'my i fragmenty diafil'mov:
"Razvitie predstavlenii o Vselennoi";
"Galaktiki"; "Stroenie Vselennoi";
"Chto izuchaet kosmologiya";
- fragmenty kinofil'ma "Vselennaya";
- tablicy: "Galaktiki"; "Razlichnye
tipy galaktik".
- naglyadnye posobiya i TSO: karta
zvezdnogo neba.
Plan uroka
|
Etapy uroka |
Soderzhanie |
Metody izlozheniya |
Vremya, min |
|
1 |
Povtorenie i aktualizaciya astronomicheskih znanii |
Frontal'nyi opros, beseda |
7-10 |
|
2 |
Izlozhenie novogo materiala: |
Lekciya, beseda, rasskaz uchitelya |
22-27 |
|
3 |
Zakreplenie izuchennogo materiala. Reshenie zadach |
Rabota u doski, samostoyatel'noe reshenie zadach v tetradi |
10-12 |
|
4 |
Podvedenie itogov uroka. Domashnee zadanie |
3 |
|
Zadanie na dom:
1. Po materialu uchebnikov:
- B.A. Voroncov-Vel'yaminova:
izuchit' § 29; voprosy k paragrafu; upr. 26 (1,
2).
- E.P. Levitana: izuchit' §§ 29, 31 (2);
voprosy k paragrafam.
- A.V. Zasova, E.V. Kononovicha: izuchit'
§§ 32-33; voprosy; upr. 32.7 (1,4); 33.5 (1).
2. Vypolnit' zadaniya iz sbornika zadach Voroncova-Vel'yaminova B.A. [28]: 401; 406; 414.
Metodika provedeniya uroka:
Urok nachinaetsya s povtoreniya svedenii o nashei Galaktike. Frontal'nyi opros osnovyvaetsya na ispol'zovanii voprosov, zadavavshihsya uchenikam na proshlom uroke. Poskol'ku rech' idet o proidennom materiale, k polnote i tochnosti otvetov uchashihsya pred'yavlyayutsya strogie trebovaniya.
Chast' uchenikov vypolnyaet v eto vremya programmiruemye zadaniya:
1. Sbornik zadach G.P. Subbotina [287],
zadaniya NN 316; 321.
2. Sbornik zadach E.P. Razbitnoi [244],
zadaniya NN 27-1; 27-2.
Zatem v forme lekcii, soprovozhdaemoi sootvetstvuyushimi demonstraciyami, izlagayutsya svedeniya o galaktikah i galakticheskih sistemah.
Ucheniki dolzhny ponimat', chto nasha Galaktika – lish' odin iz ogromnogo chisla raznoobraznyh "zvezdnyh ostrovov" – galaktik, uyasnit' kolossal'nye masshtaby mezhgalakticheskih rasstoyanii i razmery Metagalaktiki. Zhelatel'no ispol'zovat' istoricheskii material i obratit' vnimanie shkol'nikov na rol' sovetskih uchenyh v issledovanii galaktik. Rasskazat', chto do nachala HH veka galaktiki ne vydelyalis' v otdel'nyi tip kosmicheskih sistem i schitalis' raznovidnost'yu tumannostei ("spiral'nymi tumannostyami"). Nauka pristupila k izucheniyu galaktik tol'ko v 20-h godah HH veka, a krupnomasshtabnoe raspredelenie skoplenii i Sverhskoplenii galaktik v nashei chasti Vselennoi bylo issledovano lish' v 80-h godah. Vnegalakticheskaya astronomiya operiruet kachestvenno inymi, nesravnimymi s privychnymi nam zemnymi prostranstvenno-vremennymi masshtabami soten millionov i milliardov parsek i milliardov let.
Pri izlozhenii materiala nuzhno chashe pribegat' k sravneniyu harakteristik i svoistv galaktik s sootvetstvuyushimi parametrami nashei Galaktiki. Ucheniki dolzhny ponimat' ogromnoe znachenie spektral'nogo analiza i radioastronomicheskih metodov issledovaniya galaktik.
Sleduet obratit' vnimanie uchenikov na shodstva i razlichiya mezhdu zvezdnymi i galakticheskimi sistemami, obuslovlennye raznym urovnem slozhnosti ih organizacii:
- podobno zvezdnym sistemam, galakticheskie sistemy yavlyayutsya gravitacionno-svyazannymi kosmicheskimi sistemami, obladayushimi obshnost'yu proishozhdeniya i peremeshayushimisya v prostranstve kak edinoe celoe;
- esli menee 10% zvezd v predelah galaktik ob'edinyayutsya v kosmicheskie sistemy (kratnye zvezdy, zvezdnye associacii i skopleniya), to prakticheski vse galaktiki yavlyayutsya chlenami grupp i skoplenii galaktik - elementami galakticheskih sistem raznogo urovnya slozhnosti organizacii; odinochnye galaktiki vstrechayutsya isklyuchitel'no redko;
- esli rasstoyaniya mezhdu otdel'nymi zvezdami v predelah galaktik prevyshayut ih razmery v 107– 108 raz, to rasstoyaniya mezhdu galaktikami v galakticheskih sistemah prevyshayut ih razmery lish' v 10 – 102 raz. Eto yavlyaetsya odnim iz sledstvii odnorodnosti Vselennoi, kak odnogo iz ee vazhneishih svoistv.
Galaktiki
Galaktiki - gigantskie prostranstvenno-obosoblennye, gravitacionno-svyazannye sistemy kosmicheskih tel, osnovnymi strukturnymi elementami kotoryh yavlyayutsya ot 106 do 1013 zvezd, sosredotachivayushih v sebe do 95% vidimogo galakticheskogo veshestva, razlichnye vidy tumannostei, planetnye tela i drugie kosmicheskie ob'ekty. Massa galaktik ot 1036 do 1043 kg, razmery ot 103 do 105 pk, vozrast svyshe 1,3× 1010 let.
Ris. 73. Shema klassifikacii galaktik po E. Habblu
Samaya massivnaya iz izvestnyh galaktik - Malin I (v sozvezdii Devy) - 2× 1044 kg, v 100 raz massivnee nashei Galaktiki; samaya yarkaya A 10214+4724 v 300000 raz yarche Galaktiki; samaya slabaya - karlikovaya v sozvezdii Sekstanta imeet svetimost' L = 100000 L¤ ; samaya bol'shaya - 3S 236 v sozvezdie Devy, Abell 2029 obladaet razmerami v 8 millionov sv. let.
Galaktiki tradicionno klassificiruyutsya po vneshnemu vidu (strukture) i morfologicheskim priznakam:
Ellipticheskie galaktiki (E) naibolee prosty po strukture i sostavu i sostavlyayut ot 17 do 25% ot obshego chisla galaktik. Oni imeyut massu ot 105 do 1013 M¤ , obladayut sferoidal'noi formoi, yarkost' ih plavno umen'shaetsya ot centra k periferii, i ne soderzhat zvezd vysokoi svetimosti. V zavisimosti ot stepeni szhatiya ellipticheskie galaktiki podrazdelyayutsya na 8 vidov: ot sfericheskih E0 do checheviceobraznyh E7.
Linzovidnye galaktiki (S0) pohozhi na sil'no vytyanutye ellipticheskie sistemy, no obladayut stupenchatym uvelicheniem yarkosti ot periferii k centru s yarkim, horosho vydelyayushimsya yadrom (do 20% ot obshego chisla galaktik).
Spiral'nye galaktiki (S) - naibolee rasprostranennyi klass galaktik (do 50% ot obshego chisla). Obladayut massoi ot 108 do 1012 M¤ i svetimost'yu 1034-1038 Dzh/s. Vokrug yarkogo yadra nablyudaetsya sfericheskoe vzdutie (baldzh), ot kotorogo zakruchivayutsya dva i bolee klochkovatyh spiral'nyh rukava, obrazuyushih ploskii disk i soderzhashih v svoem sostave mnogochislennye gazopylevye tumannosti i molodye zvezdy vysokoi svetimosti. Po stepeni razvitiya spiralei i umen'sheniyu vidimyh razmerov yadra podrazdelyayutsya na 3 podklassa: Sa, Sv, Ss.
V normal'nyh spiral'nyh galaktikah (Sa, Sv, Sc) rukava nachinayutsya srazu ot yadra.
V peresechennyh spiral'nyh galaktikah (SVa, SVv, SVc) central'noe yadro peresekaetsya po diametru poperechnoi polosoi, iz koncov kotoroi nachinayut zakruchivat'sya spiral'nye rukava.
Nasha Galaktika - peresechennaya spiral'naya sistema klassa SVv.
Nepravil'nye (irreguryarnye) galaktiki (Ir) vydelyayutsya otsutstviem chetko vyrazhennogo yadra i vrashatel'noi simmetrii (ot 5 do 13% vseh galaktik). Obladayut massami menee 1010 M¤ i svetimost'yu do 1036 Dzh/s. Galaktiki podklassa IrI harakterizuyutsya nesimmetrichnym raspredeleniem yarkosti, no bolee simmetrichnym raspredeleniem veshestva, chem imeyushie opredelennuyu formu galaktiki podklassa Ir2.
Nepravil'nye galaktiki Bol'shoe Magellanovo oblako (massoi 6× 109 M¤ ) i Maloe Magellanovo oblako (1,5× 109 M¤ ) yavlyayutsya sputnikami nashei Galaktiki, vrashayushimisya vokrug nee na rasstoyaniyah 50 i 60 Kpk pod deistviem sil tyagoteniya. Pomimo nih, u nashei Galaktiki est' i drugie sputniki, pomen'she: 14 karlikovyh ellipticheskih galaktik i neskol'ko vnegalakticheskih sharovyh skoplenii.
V otdel'nye gruppy galaktik vydelyayut:
Vzaimodeistvuyushie galaktiki, svyazannye mezhdu soboi "peremychkami", "hvostami" i "gamma-formami", sostoyashimi iz zvezd.
Kompaktnye galaktiki, ne prevyshayushie svoimi razmerami 3000 sv. let, i izolirovannye v prostranstve zvezdnye sistemy imeyushie znachitel'no men'shie razmery - do 200 sv. let.
Aktivnye galaktiki (vzryvayushiesya galaktiki, galaktiki Seiferta, Markaryana, radiogalaktiki, lacertidy i t.d.) vydelyayutsya intensivnym svecheniem v radio- ili ul'trafioletovom diapazone, ispuskaniem g –kvantov vysokih energii, neobychaino yarkimi yadrami s dvoinymi i dazhe kratnymi istochnikami izlucheniya, v kotoryh proishodyat burnye processy, soprovozhdaemye vybrasyvaniem moshnyh potokov gaza (dzhetov) so skorost'yu svyshe 1000 km/s (do 1% ot obshego chisla galaktik). Dzhety nachinayut formirovat'sya v neposredstvennoi blizosti (menee 0,1 pk) ot sverhmassivnyh chernyh dyr massoi 108–109 kg v centrah yader aktivnyh galaktik; na rasstoyanii okolo 1 pk neotozhdestvlennaya sila (veroyatno, zakruchennoe sverhmoshnoe magnitnoe pole) szhimaet potok chastic v desyatki raz, prevrashaya ego v uzkuyu struyu dlinoi v 103–104 pk.
Aktivnost' ryada galaktik mozhet ob'yasnyat'sya processami, proishodyashimi v rezul'tate ih tesnogo vzaimodeistviya (sliyaniya). Tak, stolknovenie galaktiki M81 i M82 okolo 600 000 let nazad privelo k obrazovaniyu v oblasti ih kontakta soten gigantskih oblastei aktivneishego zvezdoobrazovaniya, iz-za chego galaktika M82 nablyudaetsya seichas kak "vzryvayushayasya".
V osobyi klass kosmicheskih ob'ektov sleduet vydelit' kvazagi i kvazary - kvazizvezdnye istochniki opticheskogo i radioizlucheniya nebol'shih razmerov (menee 1 svetovogo mesyaca), no neobychainoi moshnosti: v opticheskom diapazone oni izluchayut do 1039 Dzh/s - v sotni raz bol'she obyknovennyh galaktik, a radioizluchenie kvazarov v 100-1000 raz moshnee opticheskogo.
Rasstoyanie do galaktik
opredelyaetsya neskol'kimi sposobami, iz
nablyudenii nahodyashihsya v nih: 1) zvezd
cefeid na osnove sootnosheniya "period
izmeneniya bleska – svetimost' cefeidy";
2) zvezd yarkih golubyh i krasnyh gigantov i
sverhgigantov po osnovnoi fotometricheskoi
formule 
, gde m
– vidimaya zvezdnaya velichina zvezdy, M –
absolyutnaya zvezdnaya velichina zvezdy,
opredelyaemaya na osnove zakonomernostei (diagramm)
"spektr – svetimost'" i "cvet –
svetimost'"; 3) vspyshek Novyh i Sverhnovyh
(na osnove toi zhe fotometricheskoi formuly).
K sozhaleniyu, eti metody primenimy lish' dlya
izmereniya rasstoyaniya do samyh blizkih
galaktik, razreshaemyh v moshneishie
teleskopy na otdel'nye zvezdy, i po ryadu
prichin poluchennye rezul'taty neskol'ko
rashodyatsya mezhdu soboi, t.e. yavlyayutsya
nedostatochno tochnymi. V 2000-2001 gg. byla
sdelana pervaya popytka opredelit'
rasstoyanie do blizhaishih galaktik naibolee
tochnym i ustoichivym k razlichnym pomeham
parallakticheskim sposobom: ispol'zovalas'
sistema radioteleskopov, rabotayushaya v
rezhime radiointerferometra.
Rasstoyanie do dalekih galaktik opredelyaetsya na osnove zakona Habbla, o kotorom vy uznaete na sleduyushem uroke.
V nastoyashee vremya srednee rasstoyanie mezhdu otdel'nymi galaktikami v skopleniyah v srednem v 100 raz prevoshodit razmery galaktik i prodolzhaet uvelichivat'sya. V epohu formirovaniya galaktiki byli blizhe drug k drugu i chashe vzaimodeistvovali mezhdu soboi. Pri stolknoveniyah galaktik ih protyazhennye gazovye korony rasseivalis' po vsemu skopleniyu. Bolee massivnye galaktiki pri dvizhenii vnutri skoplenii uskoryayut dvizhenie drugih galaktik, a sami tormozyatsya, zahvatyvaya gaz iz koron galaktik.
Cherez 3 milliarda let Bol'shoe Magellanovo oblako stolknetsya s nashei Galaktikoi i ona na nekotoroe vremya pereidet v gruppu vzaimodeistvuyushih galaktik. Poskol'ku eto "padenie" ochen' medlennyi process na sotni millionov let, a srednee rasstoyanie mezhdu zvezdami Galaktiki - desyatki svetovyh let, to eta "kosmicheskaya katastrofa" nikak ne otrazitsya na Solnechnoi sisteme. Neskol'ko milliardov let nazad podobnaya katastrofa proizoshla s karlikovoi galaktikoi: v rezul'tate bol'shinstvo ee zvezd rasseyalos' v Galaktike, a central'noe plotnoe yadro nablyudaetsya kak krupneishee sharovoe zvezdnoe skoplenie w Centavra.
Blizhaishaya spiral'naya galaktika M31 - "Tumannost' Andromedy" imeet massu 3,6× 1011- 1012 M¤ , nahoditsya na rasstoyanii 750 kpk ot nashei Galaktiki i postepenno sblizhaetsya s nei. Cherez 6 milliardov let oni sblizyatsya do 20 - 400 kpk i, vozmozhno, sol'yutsya.
V otlichie ot drugih kosmicheskih ob'ektov, odinochnye galaktiki nablyudayutsya isklyuchitel'no redko. Kak pravilo, oni yavlyayutsya elementami kakih-libo obshirnyh galakticheskih sistem – grupp, skoplenii i Sverhskoplenii galaktik.
Gruppy galaktik vklyuchayut v sebya do 100 galaktik s ih sputnikami, imeyushih obshee proishozhdenie, gravitacionno-svyazannyh mezhdu soboi i peremeshayushihsya v prostranstve kak edinoe celoe.
 |
| Ris. 74. Mestnaya gruppa galaktik |
V Mestnuyu gruppu galaktik razmerami do 1400 kpk vhodit 38 ob'ektov, v tom chisle 4 spiral'nyh, 20 ellipticheskih i 14 nepravil'nyh galaktik. Ee centr mass raspolozhen na linii, soedinyayushei nashu Galaktiku s M31 na rasstoyanii 40 kpk ot poslednei. Vzaimnoe sblizhenie galaktik Mestnoi gruppy mozhet privesti k tomu, chto 1011-1012 let spustya oni sol'yutsya v odnu Sverhgalaktiku.
Skopleniya galaktik - sistemy galaktik, svyazannyh obshnost'yu proishozhdeniya i silami vzaimnogo tyagoteniya. 7000 izvestnyh skoplenii razmerami ot 3 do 20 Mpk vklyuchayut v sebya do 90% vseh galaktik.
Mestnaya gruppa galaktik vhodit v skoplenie galaktik v sozvezdii Devy razmerami do 5 Mpk, vklyuchayushem v sebya svyshe 200 galaktik vysokoi i srednei svetimosti. Pod deistviem sil tyagoteniya ona peremeshaetsya so skorost'yu 600 km/s v napravlenii sozvezdiya Gidry, k Velikomu Attraktoru ("Prityagivatelyu") – gigantskomu skopleniyu galaktik ASO 3627 massoi svyshe 104 MG, udalennomu na rasstoyanie 70 Mpk. Skoplenie v Deve predstavlyaet soboi central'noe sgushenie nashego Sverhskopleniya, razmerami do 60 Mpk, vklyuchayushego v sebya bolee 20000 krupnyh galaktik. Ego blizhaishie sosedi - Sverhskoplenie v sozvezdii L'va (do nego 140 Mpk) i v Gerkulese (150 Mpk).
Sverhskopleniya galaktik predstavlyayut soboi sistemy skoplenii galaktik razmerami 50-150 Mpk, sostoyashie iz neskol'kih bogatyh skoplenii, melkih grupp i odinochnyh galaktik. V sostav Sverhskoplenii vhodit do 50000 galaktik. V nastoyashee vremya izvestno okolo 50 Sverhskoplenii.
Sistema Sverhskoplenii galaktik obrazuet strukturu Metagalaktiki - chasti Vselennoi, v kotoroi my zhivem i kotoraya dostupna nashim nablyudeniyam.
Dalee sleduet sformirovat' ponyatie o kosmicheskom processe obrazovaniya galaktik iz veshestva gigantskih gazovyh protogalakticheskih oblakov. Uchenikov "obychnyh", slabyh i gumanitarnyh klassov mozhno oznakomit' s dannym kosmicheskim processom vkratce, v samyh obshih chertah, po sheme na ris. 75. Ucheniki v sil'nyh i fiziko-matematicheskih klassah izuchayut material glubzhe, s oporoi na izvestnye fizicheskie zakony i teorii.
Obrazovanie galaktik
Process formirovaniya galaktik nachalsya, po-vidimomu, pochti odnovremenno vo vsem ob'eme izvestnoi chasti Vselennoi cherez milliard let posle ee obrazovaniya, no v protogalakticheskih oblakah s razlichnymi fizicheskimi harakteristikami (massoi, razmerami, skorost'yu vrasheniya i t. d.) protekal po-raznomu. Process obrazovaniya galakticheskih skoplenii, galaktik i vhodyashih v ih sostav kosmicheskih ob'ektov (zvezd, planetnyh tel i t. d.) tesno svyazan s evolyuciei gazovyh oblakov - kosmicheskih tumannostei i zavisit ot ih osnovnyh fizicheskih harakteristik: massy, razmerov, raspredeleniya plotnosti, nalichiya i skorosti ih vrasheniya vokrug svoei osi, magnitnogo polya, temperatury i sostava veshestva.
Esli raspredelenie plotnosti vnutri oblaka pri ego szhatii pod deistviem sil tyagoteniya ostaetsya odnorodnym, to gravitacionnaya energiya chastic uvelichivaetsya proporcional'no umen'sheniyu razmerov oblaka, a teplovaya energiya ne izmenyaetsya: process szhatiya izotermichen, poka plotnost' veshestva ne vozrastet do znacheniya, pro kotorom teplovoe izluchenie aktivno vzaimodeistvuet s atomami veshestva i ne pokidaet oblaka, a nagrevaet ego iznutri, uvelichivaya davlenie gaza. Sily davleniya gaza uravnoveshivayut sily tyagoteniya i ostanavlivayut szhatie oblaka u "teplovogo predela".
Esli oblako iznachal'no vrashalos', to skorost' vrasheniya budet vozrastat' proporcional'no umen'sheniyu razmerov oblaka pri ego gravitacionnom szhatii. Vozrastayushaya centrobezhnaya sila ostanavlivaet szhatie oblaka u "vrashatel'nogo" predela. V nastoyashee vremya nablyudaetsya neskol'ko podobnyh temnyh, tak i ne sformirovavshihsya protogalakticheskih oblakov.
Pri uvelichenii plotnosti s glubinoi oblaka, pri ego szhatii vblizi centra oblaka nachinayutsya intensivnye processy obrazovaniya zvezd, umen'shayushie koncentraciyu gaza. Process zvezdoobrazovaniya uravnoveshivaet gravitacionnoe szhatie u "kondensacionnogo predela".
No esli summa teplovoi,
vrashatel'noi, magnitnoi i t. d. energii v
nachale szhatiya byli men'she gravitacionnoi
energii oblaka, szhatie neostanovimo:
gazovoe oblako szhimaetsya do razmerov: 
i prevrashaetsya v chernuyu dyru.
Okonchatel'naya sud'ba oblaka - prevrashenie v galaktiku opredelennogo klassa - zavisit ot sootnosheniya vseh treh "predelov" i ryada drugih velichin (tak, nachal'noe magnitnoe pole usilivaetsya proporcional'no umen'sheniyu razmerov oblaka i vliyaet na dvizhenie ionizirovannogo gaza).
Esli oblako obladalo nachal'nym vrasheniem, no bylo odnorodnym po plotnosti, obrazuetsya nepravil'naya galaktika. V nepravil'nye galaktiki prevrashayutsya nesformirovavshiesya spiral'nye galaktiki, ispytavshie vzryv vblizi centra ili poteryavshie formu pri vzaimodeistvii s drugoi galaktikoi.
Esli oblako ne obladalo nachal'nym vrasheniem, a plotnost' ego uvelichivalas' k centru, obrazuetsya ellipticheskaya galaktika. Sfericheskie skopleniya galaktik s preobladaniem ellipticheskih i linzovyh sistem obrazovalis' iz otnositel'no nebol'shih, ne imevshih vrashatel'nogo momenta sgustkov gaza. Samye drevnie golubye karlikovye ellipticheskie galaktiki obrazovalis' spustya 1-3 mlrd. let posle obrazovaniya Metagalaktiki.
| Ris. 75. Obrazovanie
galaktik:
Process obrazovaniya
galakticheskih skoplenii, galaktik i
vhodyashih v ih sostav kosmicheskih
ob'ektov (zvezd, planetnyh tel i t. d.)
tesno svyazan s evolyuciei gazovyh
oblakov - kosmicheskih tumannostei - i
zavisit ot ih osnovnyh fizicheskih
harakteristik: massy, razmerov,
raspredeleniya plotnosti, nalichiya i
skorosti ih vrasheniya vokrug svoei osi,
magnitnogo polya, temperatury i sostava
veshestva. |
 |
| - esli oblako obladalo nachal'nym vrasheniem, no bylo odnorodnym po plotnosti, obrazuetsya nepravil'naya galaktika. V nepravil'nye galaktiki prevrashayutsya ne sformirovavshiesya spiral'nye galaktiki, ispytavshie vzryv vblizi centra ili poteryavshie formu pri vzaimodeistvii s drugoi galaktikoi; |
 |
| - esli nachal'naya plotnost' v centre oblaka byla znachitel'no vyshe, chem na periferii, obrazovyvalas' linzovidnaya galaktika; |
 |
| - esli oblako ne obladalo nachal'nym vrasheniem, a plotnost' ego uvelichivalas' k centru, obrazuetsya ellipticheskaya galaktika. Sfericheskie skopleniya galaktik s preobladaniem ellipticheskih i linzovyh sistem obrazovalis' iz otnositel'no nebol'shih, ne imevshih vrashatel'nogo momenta sgustkov gaza; |
 |
| - esli oblako obladalo nachal'nym vrasheniem i plotnost' ego uvelichivalos' po napravleniyu k centru, obrazuetsya spiral'naya galaktika: oblako s bol'shim vrashatel'nym momentom razvivaetsya v klass Sc, so srednim - v klass Sv i s malym v klass Sa. Skopleniya spiral'nyh galaktik voznikali pri droblenii bol'shih oblakov na fragmenty s bol'shim chislom variantov raspredeleniya vrashatel'nogo momenta sredi otdel'nyh sgustkov. |
 |
| Process obrazovaniya galaktik mozhet proishodit' ne tol'ko v rezul'tate gravitacionnogo szhatiya otdel'nyh gigantskih protogalakticheskih oblakov, no i v hode ob'edineniya (sliyaniya) neskol'kih nebol'shih pro |
Esli oblako obladalo nachal'nym vrasheniem i plotnost' ego uvelichivalos' po napravleniyu k centru, obrazuetsya spiral'naya galaktika: oblako s bol'shim vrashatel'nym momentom razvivaetsya v klass Sc, so srednim - v klass Sv i s malym v Sa. Skopleniya spiral'nyh galaktik voznikali pri droblenii bol'shih oblakov na fragmenty s bol'shim chislom variantov raspredeleniya vrashatel'nogo momenta sredi otdel'nyh sgustkov.
Pri formirovanii spiral'nyh galaktik central'naya chast' oblaka szhimaetsya bystree i sil'nee periferiinyh zon. Kogda plotnost' veshestva vblizi centra oblaka dostignet nekotoroi "predel'noi", obrazuetsya kvazar ili aktivnoe yadro galaktiki; ego moshnoe izluchenie i potoki elementarnyh chastic sozdayut v oblake udarnuyu volnu, szhimayushuyu gaz i stimuliruyushuyu obrazovanie zvezd I pokoleniya i sharovyh skoplenii vo vsem ob'eme protogalaktiki. Pri dal'neishem szhatii protogalaktiki gaz koncentriruetsya v ploskosti vrasheniya i obrazuet disk. Pri etom proishodit posledovatel'noe formirovanie otdel'nyh chastei (podsistem) galaktiki, razlichayushihsya vozrastom vhodyashih v nih ob'ektov, kolichestvom tyazhelyh elementov v ih sostave, harakterom dvizheniya i raspolozheniya zvezd v prostranstve. Dal'neishemu szhatiyu gaza prepyatstvuet davlenie magnitnogo polya i kosmicheskih luchei.
Skorost' vrasheniya veshestva diska vokrug yadra galaktiki differencirovana i ubyvaet po napravleniyu iz centra k periferii. V veshestve galakticheskogo diska rasprostranyayutsya pervichnye moshnye spiral'nye volny szhatiya. V techenie pervogo oborota galaktiki oni rasprostranyayutsya ot centra k periferii, sil'no szhimaya i nagrevaya veshestvo. Formiruyutsya spiral'nye vetvi - rukava galaktiki. Za 2-3 galakticheskih oborota vspyshka zvezdoobrazovaniya ohvatyvaet formiruyushiesya spiral'nye rukava, rezko umen'shaya v nih koncentraciyu gaza i snizhaya amplitudu pervichnyh voln szhatiya. Vne zavisimosti ot nachal'noi formy spiral'naya struktura galaktiki razvivaetsya za neskol'ko ee posleduyushih oborotov vokrug svoei osi za sotni millionov let. Vetvi (rukava) vrashayutsya vokrug centra galaktik v tu zhe storonu, chto gaz i zvezdy, no znachitel'no medlennee. Postoyanstvo formy rukavov podderzhivayut vtorichnye otnositel'no slabye spiral'nye udarnye volny plotnosti, voznikayushie pri stolknovenii nakoplennogo v vetvyah gaza s gazom, kotoryi pri vrashenii vokrug centra galaktiki dogonyaet spiral'nye rukava i vhodit v nih s bol'shoi skorost'yu, tormozitsya i uplotnyaetsya. V oblasti spiral'nyh rukavov voznikayut vihrevye struktury, shozhie s ciklonami, a mezhdu galakticheskimi vetvyami formiruyutsya anticiklony.
Chem massivnee spiral'naya galaktika, tem sil'nee szhimaet tyagotenie spiral'nye rukava, tem oni ton'she i tem bol'she v nih zvezd i men'she mezhzvezdnogo gaza. Skorost' vrasheniya diska galaktiki pozvolyaet ocenit' ee massu v predelah opredelennogo radiusa, a forma krivoi skorosti vrasheniya galaktiki otrazhaet raspredelenie (plotnost') veshestva v nei. Analiz raspredeleniya mass v diskovyh (spiral'nyh i linzovyh) galaktikah osnovan na izuchenii ih krivyh vrasheniya, kotorye opredelyayutsya po doplerovskim skorostyam gaza.
Srednee vremya prevrasheniya protogalaktiki v galaktiku sostavlyaet okolo 109 let. Soglasno raschetam, oblako s massoi 1011M¤ , radiusom 200 kpk, nachal'noi skorost'yu vrasheniya 40 km/s, napryazhennost'yu magnitnogo polya 2× 10-7 Gs i temperaturoi okolo 2× 105 K prevrashaetsya v spiral'nuyu galaktiku razmerami 30 kpk, soderzhashuyu v svoem sostave do 300 milliardov zvezd.
Veroyatno, v nachale evolyucii vse galaktiki imeyut bolee vysokuyu svetimost' za schet bol'shego chisla massivnyh molodyh zvezd. Process obrazovaniya zvezd v nedrah szhimayushihsya protogalakticheskih oblakov i, pozdnee, v galakticheskih diffuznyh tumannostyah yavlyaetsya odnim iz zakonomernyh etapov razvitiya nezhivoi materii i nerastorzhimo svyazan s vozniknoveniem i razvitiem galakticheskogo naseleniya i struktur galaktik.
Obrazovanie galaktik soprovozhdalos' moshnoi vspyshkoi zvezdoobrazovaniya (v desyatki raz vyshe sovremennoi!), prodolzhavsheisya okolo 1 mlrd. let i dostigshei maksimuma spustya 3–5 mlrd. let posle obrazovaniya nashei chasti Vselennoi, a zatem postepenno ubyvavshei. Zvezdy I pokoleniya s soderzhaniem tyazhelyh elementov v 10000 raz menee sovremennogo formiruyutsya pochti odnovremenno po vsemu ob'emu protogalakticheskogo oblaka, v nedrah plotnyh (do 104-105 chastic v sm3), haoticheski raspolozhennyh sgustkov molekulyarnogo vodoroda (N2) s neznachitel'noi primes'yu gidroksila (ON, NO) i ugarnogo gaza (SO). Vne spiral'nyh rukavov "spuskovym mehanizmom" zvezdoobrazovaniya mogut stat' udarnye volny pri vzryvah blizkih zvezd, stolknoveniya oblakov mezhdu soboi, zvezdnyi veter blizkih golubyh sverhgigantov i t.d.
Zapusk mehanizma zvezdoobrazovaniya mogut obespechit' aktivnye processy v formiruyushihsya yadrah galaktik. Moshnoe izluchenie i potoki (vybrosy) elementarnyh chastic sozdavali udarnye volny - sfericheski rasshiryayushihsya obolochki, uplotnyavshie okruzhayushii gaz i iniciirovavshie v nem process obrazovaniya zvezd. Cherez sotni millionov let s umen'sheniem aktivnosti galakticheskih yader i snizheniya plotnosti mezhzvezdnogo gaza, bol'shaya chast' kotorogo ushla na formirovanie zvezd I-go pokoleniya, gigantskie ochagi zvezdoobrazovaniya razmerami svyshe 10000 pk i massami 107-108 M¤ raspadayutsya na melkie "yacheiki" razmerami do 100 pk, v kotoryh zvezdoobrazovanie postepenno zatuhaet.
Svidetelyami toi drevneishei epohi v Galaktike yavlyayutsya ob'ekty ee sfericheskoi sostavlyayushei: sharovye zvezdnye skopleniya vozrastom ot 9 do 12 milliardov let (± 2-3 mlrd. let), v kotoryh soderzhanie tyazhelyh elementov sostavlyaet 0,1-0,5%.
"Epidemicheskii" harakter zvezdoobrazovaniya do sih por harakteren dlya ochen' bogatyh mezhzvezdnym gazom obshirnyh oblastei nepravil'nyh i karlikovyh galaktik; "spuskovym mehanizmom" v nih mozhet stat' dazhe vozniknovenie otdel'nyh zvezd.
 |
| Ris. 76. Massy i razmery
chernyh dyr v centrah nekotoryh galaktik: |
V drugih galaktikah takie situacii voznikayut gorazdo rezhe. V ellipticheskih galaktikah s nebol'shoi (do 107 M¤) massoi process zvezdoobrazovaniya proishodit 1 raz: ves' gaz, chto ne voshel v sostav zvezd I-go pokoleniya, vybrasyvaetsya ih svetovym davleniem i "zvezdnym vetrom" za predely galaktik i rasseivaetsya v okruzhayushem prostranstve. V massivnyh ellipticheskih galaktikah gravitaciya prityagivaet etot gaz obratno vnutr' galaktik, gde on padaet k ih centru i gde do sih medlenno idut processy obrazovaniya zvezd (0,1 M¤ v god).
Process obrazovaniya galaktik mozhet proishodit' ne tol'ko v rezul'tate gravitacionnogo szhatiya otdel'nyh gigantskih protogalakticheskih oblakov, no i v hode ob'edineniya (sliyaniya) neskol'kih nebol'shih protogalaktik ili molodyh galaktik, kotorye stanovyatsya "stroitel'nymi blokami" dlya formirovaniya bolee krupnyh ob'ektov.
Srednii vozrast galaktik sostavlyaet ot 11,5 do 13,5 milliarda let, hotya izvestny kak bolee molodye (10 mlrd. let), tak i bolee starye ob'ekty (do 18 mlrd. let). Veroyatno, znachitel'naya, esli ne bol'shaya chast' galaktik sformirovalas' v pervye 2-3 milliarda let s momenta obrazovaniya Metagalaktiki. V nastoyashee vremya astronomy nablyudayut neskol'ko ob'ektov vozrastom ot 12 do 13 mlrd. let, nahodyashihsya na raznyh stadiyah szhatiya: ot plotnyh, neprozrachnyh gazovyh oblakov do protogalaktik, v kotoryh proishodit obrazovanie zvezd I pokoleniya, prichem v ih sostav vhodyat nekotorye molekulyarnye soedineniya: N2, ON, NO, SO i t. d.
Eshe bolee drevnimi ob'ektami yavlyayutsya kvazary i kvazagi: naibol'shee rasstoyanie do kvazarov sootvetstvuet vozrastu Metagalaktiki tM ~ 1-2 mlrd. let s naibol'shei koncentraciei na rasstoyaniyah, sootvetstvuyushih 1,5 mlrd. let s momenta obrazovaniya Metagalaktiki; vokrug nih nablyudayutsya sledy molodyh galakticheskih struktur. Bol'shinstvo uchenyh schitaet ih plotnymi gazovymi akkrecionnymi diskami v yadrah "novorozhdennyh" galaktik. Neveroyatno moshnaya energetika kvazarov mozhet ob'yasnyat'sya sushestvovaniem v ih centre sverhmassivnoi chernoi dyry massoi do 1010 M¤ , pogloshayushei veshestvo (gaz) iz okruzhayushego prostranstva v kolichestve 100 M¤ v god! Padaya v chernuyu dyru, veshestvo prevrashaetsya v izluchenie, kotoroe registriruyut nashi pribory. Razlichiya v svoistvah kvazarov opredelyayutsya usloviyami (uglom) ih nablyudeniya.
Pochti stol' zhe stary i daleki ot Zemli pochti vse aktivnye galaktiki, v yadrah kotoryh proishodyat processy, soprovozhdaemye vydeleniem ogromnoi energii, moshnym zvezdoobrazovaniem i vybrosami veshestva. Bol'shinstvo uchenyh predpolagaet, chto kvazary, kvazagi i aktivnye yadra galaktik yavlyayutsya zakonomernymi, sravnitel'no kratkovremennymi nachal'nymi stadiyami razvitiya normal'nyh galaktik, imeyushih vozrast svyshe 10-11 milliardov let. Predpolagaetsya, chto sovokupnost' sverhmassivnyh chernyh dyr v yadrah aktivnyh galaktik, udalennyh na rasstoyanii ot 8 do 12 mlrd. sv. let, yavlyaetsya istochnikom fona kosmicheskogo rentgenovskogo izlucheniya.
V okruzhennyh plazmennymi oblakami yadrah aktivnyh galaktik massoi 1010-1012 M¤ i razmerami 1013-1016 m v osnovnom skryvayutsya chernye dyry massoi do 108 M¤ , v kotorye padaet gaz v kolichestve 1 M¤ v god (massa chernoi dyry v centre galaktiki NGC 1068 - 10000000 M¤ ; v galaktike NGC 4258 - 36000000 M¤ ; v galaktike NGC 4486V - 500000000M¤ (!); rezhe tam obnaruzhivayutsya massivnye magnitoplazmennye konfiguracii - "sverhzvezdy" massoi do 108 M¤ , sushestvovanie kotoryh obuslovleno redchaishim stecheniem obstoyatel'stv i (ili) zvezdnye skopleniya s plotnost'yu 106-108 zvezd/pk3 (v nedrah tumannosti Tarantul v Bol'shom Magellanovom oblake soderzhitsya svyshe 10 zvezd s massami 100 –150 M¤ ) - ekzoticheskie neustoichivye ob'ekty, kotorye ne mogut sushestvovat' svyshe 105-108 let.
Proishodyashie v yadrah normal'nyh galaktik massoi 106-107M¤ i razmerami 1-15 pk aktivnye processy srodni vysheopisannym, no ne sravnimy s nimi ni po masshtabam, ni po vydeleniyu energii. Massy chernyh dyr v centrah normal'nyh galaktik (v nastoyashee vremya ih izvestno okolo 40) sostavlyayut 0,2% massy baldzha (central'noi chasti) galaktik (0,3-0,5% ot obshei massy galaktik).
V processe evolyucii galaktik proishodit krugovorot veshestva: mezhzvezdnyi gaz - zvezdy - mezhzvezdnyi gaz, privodyashii k postepennomu uvelicheniyu soderzhaniya tyazhelyh elementov v mezhzvezdnom gaze i zvezdah i k umen'sheniyu kolichestva mezhzvezdnogo gaza v kazhdoi iz galaktik. Pri etom proishodit istoshenie zapasov mezhzvezdnogo gaza, snizhenie tempov zvezdoobrazovaniya i obshego chisla zvezd novyh pokolenii i rost kolichestva belyh karlikov, neitronnyh zvezd i chernyh dyr.
Rezul'tatom deistviya sil tyagoteniya v tesnyh skopleniyah galaktik yavlyaetsya "galakticheskii kannibalizm": krupnye massivnye galaktiki prityagivayut iz okruzhayushego prostranstva menee massivnye ob'ekty, delayut ih svoimi sputnikami i dazhe pogloshayut. Tak, veroyatno, obrazuyutsya vzaimodeistvuyushie i nekotorye aktivnye galaktiki.
Dlya povtoreniya ranee izuchennogo i zakrepleniya proidennogo materiala rekomenduetsya predlozhit' uchenikam reshit' 1-2 zadachi upr. 18 i zapolnit' tablicu 16, obobshayushuyu material o galaktikah i galakticheskih sistemah:
Tabl. 16
Klassifikaciya kosmicheskih sistem po osnovnym fizicheskim harakteristikam
|
Kosmicheskie sistemy: |
Massa, kg |
Razmery, m |
Svetimost' Dzh/s |
Sostav |
|
Aktivnye galaktiki |
1040–1042 |
1013 – 1016 |
|
Sverhmassivnye chernye dyry, plotnaya kosmicheskaya sreda ( N2 do 75%; Ne do 30%), protozvezdy, zvezdy I pokoleniya |
| Normal'nye galaktiki |
1036–1043 |
1016–1020 |
1034–1042 |
Zvezdy: ot 106 do 1013 (do 95% massy veshestva); do 102 GMO i 104– 105 tumannostei (do 5% massy veshestva); 106 – 1014 planetnyh tel; kosmicheskaya sreda i t.d. |
| nepravil'nye (Ir 1, Ir 2) |
1036–1040 |
1016–1020 |
do 1036 |
|
| linzovidnye (SO) | 1035–1042 | 1016–1020 | ||
| spiral'nye: - normal'nye (Sa, Sb, Sc) - peresechennye (Sba, SBb, SBc) |
1038–1042 | 1016–1020 |
1034 – 1038 |
|
| ellipticheskie (E0 – E9) | 1035–1043 | do 1020 |
1038 – 1042 |
|
|
Galakticheskie sistemy |
1037–1049 |
1020–1024 |
1034–1046 |
Strukturnyi element – galaktiki |
|
Vzaimodeistvuyushie galaktiki |
1037–1043 |
do 1021 |
1034–1042 |
2-3 galaktiki |
|
Gruppy galaktik |
1038–1044 |
1021–1022 |
1042–1044 |
- do 100 galaktik i ih sputnikov |
|
Skopleniya galaktik |
1039-1045 |
1022–1023 |
1042–1045 |
-102 -103 galaktik i ih otdel'nyh grupp |
|
Sverhskopleniya galaktik |
1048–1049 |
1023–1024 |
1043–1046 |
Sistemy skoplenii iz 103 – 5× 104 galaktik: neskol'kih bogatyh skoplenii, melkih grupp i odinochnyh galaktik |
Zamechaniya, rekomendacii i dopolneniya k metodike provedeniya uroka:
V stat'e L.P. Surkova, N.V. Lisina "Elementy problemnosti pri obuchenii astronomii v pedagogicheskom institute" pri izlozhenii materiala o razlichnyh tipah galaktik uchashimsya predlagaetsya po 10-15 fotografiyam razlichnyh galaktik sozdat' ih klassifikaciyu (povtorenie raboty E. Habbla) zatem ona utochnyaetsya, detaliziruetsya. Dlya pridaniya lekcii problemnogo haraktera predlagaetsya pokazat' razlichnye tochki zreniya i pozicii uchenyh v podhode k resheniyu problemy proishozhdeniya i evolyucii galaktik, kratko rassmotrev entropiinuyu, adiabaticheskuyu i vihrevuyu teorii.
V stat'e A.P. Kacyka, R.M. Razik "Dva prakticheskih zadaniya po astrofizike" predlagayutsya zadachi dlya uchashihsya fiziko-matematicheskih klassov, soderzhashie, k sozhaleniyu, terminologicheskie oshibki. V ih chisle zadanie "ispol'zuya fotografii spektra kvazara, ocenit': skorost' udaleniya, rasstoyanie, dlinu vybrosa, vremya obrazovaniya kvazara").
| << Predydushaya |
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha
Publikacii so slovami: metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
