Строение и эволюция Вселенной

1

Строение и эволюция
Вселенной

Подготовила учитель физики и математики: Клименко О. А.

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 – 9,5·1015 м;
1 астрономическая единица (1 а.е.) – среднее расстояние от Земли до Солнца (средний радиус земной орбиты) – 1,5·1011 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″) – 3·1016 м;
1 масса Солнца ( 1 Мʘ ) – 2·1030 кг.

4

Возраст Вселенной t=1,3·1010 лет

Радиус Вселенной R=1,3·1010 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 ̴ 1013 Мʘ

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 ̴ 1012 Мʘ

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 ( 100 000 св.л.);
толщина – около
1 000 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 1313

18

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

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 Мʘ

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 05437+2502

28

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 λо - длина волны спектральной линии, наблюдаемой в лаборатории,
λ – длина волны спектральной линии в спектре галактики,
Δλ=λ-λо - смещение спектральной линии.
Оказалось, что отношение смещения спектральной линии Δλ к λо 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 𝓿 по направлению от наблюдателя.
При Z « 1
𝓿 = c·Z – скорость объекта (галактики),
где c = 3·108 м/с – скорость света в вакууме.

32

Закон Хаббла

По спектрам галактик установлено, что они «разбегаются» от нас со скоростью 𝓿, пропорциональной расстоянию до галактики:
𝓿 = H·r,
где H = 2,4·10-18 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 ƍкр от которого зависит характер его движения рассчитывается по формуле:



где H = 2,4·10-18 с-1 – постоянная Хаббла,
G = 6,67·10-11 (Н·м2)/кг2 – гравитационная постоянная.
Подставив числовые значения, получим ƍкр =10-26 кг/м3.
При ƍ< ƍкр - расширение Вселенной.
При ƍ> ƍкр - сжатие Вселенной.
Усреднённая плотность вещества во Вселенной
ƍ = 3·10-28 кг/м3 .

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