Чем галактика отличается от вселенной. Что такое галактики, и какие они бывают

Связанная силами гравитационного взаимодействия. Количество звезд и размеры галактик могут быть различными. Как правило, галактики содержат от нескольких миллионов до нескольких триллионов (1 000 000 000 000) звезд. Кроме обычных звезд и межзвездной среды галактики также содержат различные туманности. Размеры галактик от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет. А расстояние между галактиками достигает миллионов световых лет.

Около 90 % массы галактик приходится на долю темной материи и энергии. Природа этих невидимых компонентов пока не изучена. Существуют свидетельства того, что в центре многих галактик находятся сверхмассивные . Пространство между галактиками практически не содержит вещества и имеет среднюю плотностью меньше одного атома на кубический метр. Предположительно, в видимой части вселенной находится около 100 млрд. галактик.

По классификации, предложенной астрономом Эдвином Хабблом, в 1925 году существуют несколько видов галактик:

• эллиптические(E),
• линзообразные(S0),
• обычные спиральные(S),
• пересеченные спиральные(SB),
• неправильные (Ir).

Эллиптические галактики — класс галактик с четко выраженной сферической структурой и уменьшающейся к краям яркостью. Они сравнительно медленно вращаются, заметное вращение наблюдается только у галактик со значительным сжатием. В таких галактиках нет пылевой материи, которая в тех галактиках, в которых она имеется, видна как тёмные полосы на непрерывном фоне звёзд галактики. Поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой — большим или меньшим сжатием.

Доля эллиптических галактик в общем числе галактик в наблюдаемой части вселенной — около 25 %.

Спиральные галактики названы так, потому что имеют внутри диска яркие рукава звёздного происхождения, которые почти логарифмически простираются из балджа (почти сферического утолщения в центре галактики). Спиральные галактики имеют центральное сгущение и несколько спиральных ветвей, или рукавов, которые имеют голубоватый цвет, так как в них присутствует много молодых гигантских звезд. Эти звезды возбуждают свечение диффузных газовых туманностей, разбросанных вместе с пылевыми облаками вдоль спиральных ветвей. Диск спиральной галактики обычно окружён большим сфероидальным гало (светящееся кольцо вокруг объекта; оптический феномен), состоящим из старых звёзд второго поколения. Все спиральные галактики вращаются со значительными скоростями, поэтому звезды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске. Обилие газовых и пылевых облаков и присутствие ярких голубых гигантов говорит об активных процессах звездообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.

Многие спиральные галактики имеют в центре перемычку (бар), от концов которой отходят спиральные рукава. Наша Галактика также относится к спиральным галактикам с перемычкой.

Линзообразные галактики — это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет спиральных рукавов. Их примерно 20% среди всех звездных систем. В этих галактиках яркое основное тело - линза, окружено слабым ореолом. Иногда линза имеет вокруг себя кольцо.

Неправильные галактики — это галактики, которые не обнаруживают ни спиральной, ни эллиптической структуры. Чаще всего такие галактики имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. В процентном отношении составляют одну четверть от всех галактик. Большинство неправильных галактик в прошлом являлись спиральными или эллиптическими, но были деформированы гравитационными силами.

Эволюция галактик

Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции , происходящий под действием гравитационных сил. Как предполагают ученые, около 14 млрд. лет назад произошел большой взрыв, после которого Вселенная везде была одинаковой. Затем частицы пыли и газа начали группироваться, объединяться, сталкиваться и таким образом появлялись сгустки, которые позднее превращались в галактики. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик. Скопление газообразного водорода в пределах таких сгустков стало первыми звездами.

С момента зарождении галактика начинает сжиматься. Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа.

Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики. Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления.

Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения . К ним относится наше .

Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.

Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной. Одним из секретов астрономии остаётся вопрос о том, что из себя представляют ядра галактик. Очень важным открытием явилось то, что некоторые ядра галактик активны. Это открытие было неожиданным. Раньше считалось, что ядро галактики - это не больше чем скопление сотен миллионов звёзд. Оказалось, что и оптическое и радиоизлучение некоторых галактических ядер может меняться за несколько месяцев. Это означает, что в течение короткого времени из ядер освобождается огромное количество энергии, в сотни раз превышающее то, которое освобождается при вспышке сверхновой. Такие ядра получили название «активных», а процессы, происходящие в них, «активность».

В 1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали . Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.

«…Бесконечно можно смотреть на три вещи: на огонь, воду и звездное небо». Это классическое утверждение относится к разряду аксиом и не требует доказательств. Но если вода и огонь вызывают у людей в разных ситуациях разные эмоции, то при виде огромного звездного шатра у всех возникают, как правило, одни и те же чувства – восхищение, умиротворение и понимание того, насколько мелки все наши проблемы по сравнению со сверкающим и безграничным миром, раскинувшимся над головой.

Благодаря знаниям, полученным еще в школе, мы понимаем, что видим над собой отдельные звезды, подобные нашему Солнцу, целые звездные системы, нашу Галактику, Вселенную, в конце концов. Однако, несмотря на достаточно высокий уровень образованности современного человека, многие не совсем правильно понимают, чем отличается галактика от вселенной. Давайте попробуем разобраться с этим вопросом, тем более он совершенно несложен.

Галактика, наш звездный дом

Скопления звездных систем, связанных между собой силами гравитации, называют галактикой. Это самое примитивное описание данного явления, но в то же время наиболее точно отражающее его сущность. Галактики могут быть не очень большими, состоящими из нескольких миллиардов светил, но бывают и гигантскими монстрами, включающими в себя триллионы звезд.

В качестве примера можно привести карликовую галактику Малое Магелланово облако (1,5 миллиарда звезд) и мегаобразование – спиральную галактику с безликим названием NGC 6872. Точное количество звезд подсчитать в ней затруднительно из-за гигантских размеров, но то, что счет идет на триллионы, не вызывает сомнения.

Чтобы более наглядно представить себе необозримость этого монстра, можно сравнить ее с нашей большой космической родиной – Млечным Путем (в этой галактике находится Солнечная система):

• размер Млечного Пути составляет 100-120 тыс. световых лет в диаметре и он тоже считается далеко не маленьким образованием;
• облет галактики NGC 6872 по такому же маршруту займет ни много ни мало 500 тыс. световых лет.

Кстати, многие галактики также связаны между собой гравитацией и живут (вращаются) в едином ритме. В нашем скоплении галактик кроме нас присутствуют Андромеда (диаметр 200 тыс. световых лет), галактики Треугольника (50 тыс. световых лет) и еще ряд спутниковых образований, так называемых карликовых галактик.

Итак, с галактиками немного разобрались. Теперь, чтобы понять, в чем отличие галактики от вселенной, следует поговорить о самой вселенной.

Вселенная… Непостижимая бездна

Коротко: вселенная – это безграничный объем пространства, заполненный звездами, звездными системами, галактиками, черными дырами, пустотой и т. д. И, вполне возможно, в ней есть еще много различных объектов, явлений, о которых современная наука даже не подозревает. Все это многообразие находится в постоянном движении и живет своей, иногда непостижимой для нас жизнью.

Когда смотришь на ночное небо, кажется, что оно просто напичкано звездами. Снимки, сделанные с помощью самого мощного телескопа в мире Хаббла, как будто подтверждают это впечатление. Да и последние исследования астрономов показывают, что во вселенной существуют как минимум 100-200 миллиардов галактик, а по некоторым данным – более 500 млрд. Однако на деле все эти звездные скопления бесконечно одиноки в безграничной вселенной. Зачастую их разделяют такие огромные расстояния, что человеческий разум просто не в силах себе их представить.

Вселенная образовалась после Большого Взрыва и, соответственно, имеет свой возраст, хотя и не имеет границ. По последним данным, возраст праматери всего, что есть в космосе, исчисляется 13,75±0,13 млрд лет. Правда, немало серьезных ученых считают, что Вселенная вечна, что она существовала всегда, и никаких Больших Взрывов не было и в помине. Однако оставим научные споры «специально обученным людям» и перейдем к главному пункту нашей статьи.

Сравнение

Теперь сведем воедино все, что мы узнали из предыдущего материала. Попытаемся определить различия между этими двумя объектами. Их немного, но они достаточно существенны.

В таблице мы выделили главные, на наш взгляд, моменты, показывающие, в чем разница между галактикой и вселенной. Образно говоря, вселенную можно представить как некий экстравагантный дом, состоящий из блоков, каждый из которых отличается от соседа своим весом, размером и даже физическими свойствами (теоретически). Однако, несмотря на такой «разброд», вся конструкция выглядит на удивление гармонично и прочно. Она подчинена единым, «вселенским» законам, незыблема и вечна.

» Галактики и Вселенная

Как при наблюдении отличить комету без хвоста от обычной туманности?

Комета перемещается относительно звезд. Это перемещение можно заметить за несколько часов или даже за несколько десятков минут.

Каких звезд больше всего в галактиках?

Звезд с малыми массами существенно больше, чем звезд с большими массами. Основная часть звезд с малыми массами - это красные карлики.

Почему старые звезды спиральных галактик образовывают сферическую подсистему, а молодые - тонкий вращающийся диск?

Самые старые звезды в таких галактиках занимают область пространства примерно такую же, какое занимало протогалактическое облако, из которого они сформировались. Оставшемуся газу сжаться в галактической плоскости мешали центробежные силы, отбрасывая его от центра. В результате в плоскости вращения спиральных галактик возник тонкий вращающийся газовый диск, в котором и образуются самые молодые звездные объекты галактики.

Какое самое древнее космическое тело попадало в руки человека?

Возраст одного из образцов лунной породы, привезенного на Землю экспедицией «Аполлон-15», оценен в 4 млрд 150 млн лет.

Какие галактики видны невооруженным глазом?

Одна из таких галактик - это наша галактика Млечный Путь. Мы рассматриваем ее изнутри, поэтому она представляется в виде светлой полосы на ночном небе. Следующая галактика - это знаменитая туманность Андромеды. Она видна невооруженным глазом в виде светящегося пятнышка. Кроме этих галактик на южном небе хорошо видны спутники нашей галактики - Большое и Малое Магеллановы Облака.

Почему в веществе самых старых звезд галактики очень мало тяжелых элементов, а в веществе самых молодых, наоборот, повышенное их содержание?

Самые старые звезды образовались из бедного тяжелыми элементами протогалактического газового облака. Массивные звезды, быстро эволюционируя, взрывались и обогащали газ протогалактики образовавшимися в них тяжелыми элементами. Поздние поколения звезд образовались из веществ с большим содержанием металлов.

Какие космические объекты напоминают гигантские атомные ядра? Могут ли они состоять из протонов?

Нейтронные звезды в основном состоят из плотно упакованных нейтронов. В таком состоянии нейтронную звезду можно рассматривать как гигантское атомное ядро. Космическое тело не может состоять из одних протонов, так как между ними возникнут гигантские силы отталкивания и тело разрушится.

Каким образом на звездах может возникнуть сильное рентгеновское излучение?

В двойной звездной системе одним из компонентов может быть нейтронная звезда. Вещество, засасываемое этой звездой, в ее окрестностях разгоняется до очень высоких скоростей. При соударении вещества с поверхностью выделяется энергия в виде рентгеновского излучения. Такое излучение может возникнуть и при столкновении между собой падающих на черную дыру частиц.

Какие космические тела не могут быть разделены, в то время как их слияние возможно?

Такими свойствами обладают только черные дыры.

Где в космосе образовались химические элементы, из которых состоит тело человека?

Человеческое тело на 65% состоит из кислорода, на 18% из углерода, а также азота, магния, фосфора и многих других элементов. Всего в живых организмах установлено 70 химических элементов. Все элементы, более тяжелые, чем водород и гелий, включая железо, синтезировались при термоядерных реакциях в недрах звезд. Химические элементы, более тяжелые, чем железо, образовались во время вспышек сверхновых звезд.

Как доказать, что Солнце расположено и всегда находилось близко к галактической плоскости?

Свидетельством того, что Солнце находится близко к середине галактического диска, является то, что середина Млечного Пути почти совпадает с большим кругом небесной сферы. Вектор скорости Солнца относительно центра галактики тоже лежит в галактической плоскости. Это указывает на то, что Солнце всегда двигалось в этой плоскости.

Влияет ли расширение Вселенной на расстояние Земли:

1) до Луны;

2) до центра Млечного Пути;

3) до галактики М 31 в созвездии Андромеды;

4) до центра местного сверхскопления галактик?

В космологическом расширении не участвуют гравитационно связанные системы (Солнечная система, галактика, скопления галактик). Поэтому в первых трех случаях космологическое расширение не влияет на расстояния между Землей и указанными объектами, а в последнем, четвертом, - влияет.

Можно ли увидеть прошлое Вселенной?

Это может сделать любой человек, наблюдая звездное небо. Чем дальше от нас расположены звезды или галактики, тем дольше от них идет свет и в тем более далекое прошлое можно заглянуть. Например, самую близкую к нам звездную группу альфу Центавра мы видим такой, какой она была 4,3 года назад. А туманность Андромеды имеет вид, какой был у нее 2,5 млн лет назад.

Почему в различных космических объектах почти одинаковое относительное содержание гелия, но разное содержание более тяжелых элементов?

Конечна или бесконечна звездная Вселенная?

Граница наблюдаемой звездной Вселенной находится от Земли на расстоянии порядка 13,4 млрд световых лет. Такое расстояние пройдет свет за время с момента образования первых звезд. На более далеких от нас расстояниях звезд пока не обнаружено.

Всего существует три главных типа галактик: спиральная, эллиптическая и неправильная. К первым относятся, например, Млечный Путь и Андромеда. В центре расположены объекты и черная дыра, вокруг которых вращается ореол звезд и темная материя. Из ядра ответвляются рукава. Спиральная форма образуется из-за того, что галактика не прекращает вращения. Многие представители обладают лишь одним рукавом, но у некоторых их можно насчитать три и больше.

Таблица характеристик основных видов галактик

Спиральные бывают с перемычкой и без. В первом типе центр пересекается плотным баром звезд. А у вторых подобного формирования не наблюдается.

В эллиптических галактиках проживают самые древние звезды и нет достаточного количества пыли и газа, чтобы создать молодые. Могут напоминать по форме круг, овал или же спиральный тип, но без рукавов.

Примерно четверть галактик представляют группу неправильных. Они меньше, чем спиральные и отображают порой причудливые формы. Их можно объяснить появлением новых звезд или же гравитационным контактом с соседней галактикой. Среди неправильных числятся .

Есть также много галактических подтипов: сейфертовские (спирали с быстрым движением), яркие эллиптические супергиганты (поглощают других), кольцевые (без ядра) и прочие.

Галактика

Одна из величайших загадок Вселенной состоит в том, что бесконечные триллионы звезд не разбросаны равномерно в космическом пространстве. Нет, звезды группируются в галактики, точно так же, как люди собираются в городах, оставляя незаселенными пространства между ними.

Название нашей Галактики - Млечный Путь. Это огромный вращающийся плоский диск, состоящий из газа, пыли и около 200 миллиардов звезд. Расстояние между соседними звездами в галактике составляет триллионы километров пустого космического пространства. Наше Солнце, одна из множества звезд, населяющих галактику, находится на ее периферии.

Когда мы глядим в ночное небо , то смотрим сквозь звезды, как через дождевые капли, прилипшие к оконному стеклу. Все отдельные звезды, которые мы видим на небе, принадлежат Млечному Пути. Наша Галактика имеет спиральную форму. Сверху она выглядит как вихрь звезд. Звезды вращаются вокруг центра галактики, как планеты вращаются вокруг звезд.

Чтобы совершить один оборот в этой звездной карусели, Солнцу требуется около 200 миллионов лет, а движется оно со скоростью ни много ни мало 940000 километров в час. Со стороны галактика выглядит как диск с возвышением в центре. Яркая белая полоса, пересекающая небо в ясную ночь,- часть этого диска.

Материалы по теме:

Что такое кометы?

Другие галактики

Такой мы видим нашу Галактику. Если бы мы могли выбраться за ее пределы, то смогли бы увидеть Вселенную во всей ее первозданной красоте: огромное непроницаемо – черное пространство, по которому рассыпаны ярко освещенные галактики, как освещенные острова в ночном море. Млечный Путь сам по себе огромное космическое образование, но это только одна из 100 миллиардов галактик доступного для наблюдения космоса.

Хотя каждая галактика - это скопление миллионов солнц, но они расположены так далеко от нас, что воспринимаются как довольно тусклые туманности. С помощью маленького телескопа можно рассмотреть несколько десятков галактик. Ну а если использовать наисовременнейший мощный телескоп, то можно не только рассмотреть множество галактик, но и разглядеть в некоторых галактиках отдельные звезды.

В очень ясную ночь иногда удается разглядеть Галактику Туманность Андромеды, ближайшую соседку Млечного Пути. Причем для этого не нужен никакой оптический прибор. Так же, как Млечный Путь, туманность Андромеды - спираль. Более половины всех галактик имеют спиральную форму. Такие галактики, похожие на колесо деревенской прялки, содержат новые, старые и среднего возраста звезды.

Материалы по теме:

Как летают ракеты?

Галактики другой формы

Существуют галактики эллиптической формы. Это огромные закругленные мячи, состоящие из миллиардов звезд. Некоторые из таких галактик почти идеально круглые, другие слегка сплюснуты. В эллиптических галактиках звезды очень кучно вращаются вокруг центра, напоминая рой пчел. Чаще все го эллиптические галактики состоят из старых звезд, многие из которых - красные гиганты.

Поэтому эллиптические галактики почти всегда светятся красным или оранжевым светом. Бывают галактики и других форм. Есть галактики, напоминающие по форме двояковыпуклую линзу, или спиралеобразные галактики без утолщения в центре. Есть галактики, которые вообще не имеют какой-либо формы. Такие галактики называют иррегулярными.

Происшествия с галактиками

Хотя со стороны галактики выглядят как мирные и безмятежные скопления звезд, их наружность может оказаться весьма обманчивой. Эти миры служат ареной сильнейших природных потрясений, галактическим эквивалентом землетрясений и извержений вулканов. Вот современный пример. Из центра галактики М87 произошел чудовищный выброс иссиня – белого раскаленного газа. Освободилось в пространство огромное количество энергии. Огненный язык выброшенного газа имеет в длину около 5000 световых лет. Ученые думают, что черная дыра в центре галактики, поглощающая космическую пыль и целые звезды, является источником этого устрашающе – величественного представления.