Физическая природа Солнца

     Гипотеза происхождения звезд из диффузной материи была  разработана некоторыми американскими учеными и другими астрономамии Сжатие разреженной газово-пылевой среды под действием сил тяготения и магнитного поля Галактики приводит к образованию отдельных сгустков, представляющих собой протозвезды -- глобулы. Продолжающееся сжатие протозвезды ведет к повышению давления и температуры в ее недрах. Когда температура в центре протозвезды достигает нескольких миллионов градусов, там начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, сопровождающееся выделением большого количества энергии.

  С этого времени сжатие протозвезды прекращается, поскольку гравитационные силы уравновешиваются газовым и световым давлением, сравнительно скоро протозвезда становится звездой главной последовательности диаграммы спектр-светимость. Период формирования звезды из диффузной материи зависит от массы первоначального сгущения и продолжается не более 100 млн. лет.

  На главной последовательности звезда проводит большую часть времени своего существования, до тех пор пока не "выгорит" водород в ее центральной части. Для звезды с массой, равной массе Солнца, это время составляет около 10 млрд. лет. Массивные горячие звезды излучают так много энергии, что их водорода хватает только на несколько миллионов лет. В период пребывания на главной последовательности звезда сохраняет почти неизменными радиус, температуру поверхности и светимость.

    Когда выгорание водорода в ядре звезды заканчивается, давление изнутри уже не может уравновесить тяготения и ядро звезды начинает сжиматься. Сжатие ядра сопровождается повышением температуры. Возрастающее излучение расширяет оболочку звезды, увеличивает ее светимость. Дальнейшая эволюция звезды зависит от ее массы. Большинство ученых считает, что звезды небольшой массы, сравнимой с солнечной, превращаются в белых карликов.

  Эволюция звезды в случае ее возникновения в результате распада сверхплотной протозвезды должна иметь иной характер, поскольку после образования звезды в ее недрах еще сохраняется часть сверхплотного дозвездного вещества. О его наличии может свидетельствовать, например, резкое изменение блеска вспыхивающих неправильных переменных звезд. Процесс вспышки напоминает взрыв и может быть объяснен выносом дозвездного вещества из недр звезды на ее поверхность, сопровождающимся освобождением больших количеств эгергии.

  При любом характере эволюции происходит изменение химического состава звезды в результате образования в ее недрах более тяжелых химических элементов.

  В процессе своей эволюции звезда непрерывно теряет массу не только за счет излучения, но и путем рассеяния вещества своей атмосферы, что является одним из источников пополнения межзвездной диффузной материи. 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЙ И РАЗМЕРОВ ГАЛАКТИК

Во второй половине XVIII века помимо звезд было замечено на небе немало неподвижных туманных пятен -- туманностей. Природа большинства их долгое время оставалась спорной. Только в середине 20-х годов нашего столетия выяснилось, что большинство их представляет собой грандиозные звездные системы, по своим размерам сравнимые с нашей Галактикой. Поэтому они получили название галактик.

  Совокупность всех галактик составляет наибольшую известную нам систему, называемую Метагалактикой. До ее границ мы не добрались еще, и имеет ли она центр -- неизвестно.

Эта проблема была кардинальной для выяснения вопроса о природе таких туманных пятен и об их месте во Вселенной, центр которой человек перенес с Земли сначала к Солнцу, затем к центру нашей Галактики,

  До середины XX века галактики многими считались небольшими объектами, находящимися внутри нашей Галактики наряду со звездными скоплениями и газовыми туманностями. Считали даже в 20-х годах, что это линзы, состоящие из пыли и освещенные изнутри одной яркой звездой в их центре. Путь к определению расстоянии открыли сотрудники Гарвардской обсерватории, а затем Лундмарк и Хаббл. Первые из них установили, что в Магеллановых Облаках, выглядящих как обрывки Млечного Пути, видно много цефеид -- периодических переменных звезд, у которых период изменения блеска растет с их видимым блеском. Вокруг Магеллановых Облаков цефеид практически не было видно, и было ясно, что их видимая концентрация в Облаках есть результат пространственной концентрации в них цефеид, а различия их видимого блеска соответствуют различиям в их истинной силе света -- в светимости. Так было открыто важнейшее свойство цефеид, оказавшееся справедливым везде, а именно существование соотношения период -- светимость. Установив (с трудом из-за их дальности от нас) светимости ближайших к нам цефеид разного периода, можно было из сравнения их видимого блеска в нашей Галактике и в Магеллановых Облаках установить, во сколько раз последние от нас дальше, чем ближайшие к нам цефеиды. Оказалось, что Магеллановы Облака находятся за пределами нашей Галактики. Линейный размер их, определяемый по видимому угловому размеру и уже известному теперь расстоянию, оказался в несколько раз меньше нашей Галактики, но все же они представляют собой гигантские звездные системы. Они содержат миллионы звезд, газовые туманности и сотни звездных скоплений, сходных с нашими. Магеллановы Облака были первыми системами, открытыми за границей нашей Галактики. Но они имеют неправильную клочковатую форму, и это еще ничего пока не говорило о природе самых интересных туманностей спирального вида.

  Только в ближайших к нам галактиках можно среди ярчайших звезд распознать цефеиды и, определив их периоды, найти их расстояние более точно, чем по новым звгздам.

  В 1924 г. Лундмарк и Виртц обнаружили по небольшому числу измеренных уже спектрально (по принципу Доплера -- Физо) лучевых скоростей, что галактики удаляются от нас по всем направлениям и тем скорее, чем они дальше от нас. Скорость этого удаления Хаббл определил около 1930 г. в 550 км/с на каждый мегапарсек расстояния, и поэтому открытие красного смещения приписывается обычно ему. Непрерывные проверки эффекта, главным образом за счет увеличения шкалы расстояний до ближайших галактик, к настоящему времени довели постоянную Хаббла до значений около 50 км/(с * Мпс), но большинство астрофизиков все еще предпочитает пользоваться более ранним определением Но = 75 км/(с * Мпс), быть может, выжидая, когда уляжется волна новых результатов, колеблющихся между 100 и 50 км/(с * Мпс). 
 

Строение и свойства галактик 

Эти параметры являются важнейшими характеристиками звездных систем.

Массы индивидуальных галактик устанавливают, определяя кривую их вращения, которая в центральной области близка к твердотельной; затем происходит постепенный переход к вращению по закону Кеплера, когда расстояния от центральной массы уже велики, окружающая точку плотность мала и сравнительно мала масса внешней области. Кривые вращения получают оптическим методом, располагая щель спектрографа вдоль видимой большой оси изображения галактики, причем успех тем больше, чем ближе плоскость ее вращения к лучу зрения. Измерения ограничиваются центральной, яркой частью галактики и дают лишь нижний предел ее массы.

Детальная интерпретация кривой вращения п нахождение па нее распределения плотностей р внутри галактики требуют дальнейшего уточнения. Для этого необходимо принять модель галактики: плоскую или модель в виде неоднородного сфероида, в котором поверхности постоянной плотности -- подобные сфероиды, или еще более сложную форму.

   Массы плоских систем начинаются примерно с 10^11 (в степени 11) Â и уменьшаются до масс звездных скоплении. 
 

   где V - круговая скорость в кеплеровской кривой;

  R - радиус; G - гравитационная сила.

  Массы эллиптических и массы спиральных галактик можно оцепить в случае пар -- двойных галактик, у которых разность глобальных скоростей можно предполагать равной скорости обращения, как у спектрально-двойных звезд. Однако здесь остается неизвестным угол наклона орбиты, и кривую скоростей определить нельзя. Мы получаем лишь нижний предел суммы масс двух галактик, как в случае спектрально-двойных звезд.  

Выше было освещен ряд относящихся сюда вопросов, но надо добавить еще многое.

  Форма спиральных ветвей, как оказалось, хорошо соответствует логарифмической спирали

                 r = r(0) ехр (ca),

где a = pj:180 и c = сtgm, или

lg r = lg r(0)+ccj,

где с =(p/180)*lg e=0,00758.

  Здесь m -- характеристический угол между радиусом-вектором точки спирали и касательной к ней. Конечно, тут имеется ввиду истинная форма ветвей в их плоскости, а не форма, искаженная проекцией. В среднем m = 73° и варьирует в пределах 54--86°. Первое значение соответствует широко раскрытым ветвям, второе относится к спиралям, приближающимся к окружности.

  Бывает, что ветви имеют несколько различные формы. Встречаются галактики с тремя-четырьмя ветвями и такие, у которых есть ветви внутренние и внешние, или "многорукавные". Вернее сказать, у последних ветви не сплошные, а состоят из дуг, не связанных друг с другом.  Двух- и даже трехъярусные спиральные галактики свидетельствуют о сложности этих явлений природы. Еще ранее Хаббл обнаружил, что есть галактики с "перекладиной" -- по-английски "бар",-- в центре которой находится их ядро, а спиральные ветви отходят от концов бара, но есть и такие, в которых ветви отходят от середины бара; последние представляют трудность для теории, считающей ветви "истечением" из бара. Обнаружено течение газа от ядра вдоль бара со скоростями до 100 км/с. В области спиральных ветвей в большинстве случаев вращение близко к твердотельному, и точка перегиба на кривой вращения находится там, где ветви уже не прослеживаются, хотя свечение системы тянется еще далеко. Нередко ветви отходят не от бара, а от периферии кольца, для которого бар является диаметром.

  Много дебатов вызывал вопрос о направлении вращения галактик -- идет ли оно так, что ветви при этом "волочатся" или, наоборот, "разматываются". Это важно для теории их происхождения. Острота вопроса сгладилась, когда обнаружили галактики, имеющие одновременно ветви противоположных направлений, т.е. одни "волочащиеся", другие "разматывающиеся". Если вращение почти твердотельно, то нет помех для возникновения ветвей любой формы.

  Хаббл ввел обозначения для простых спиралей -- S, для "пересеченных спиралей" (с баром) -- SВ. Для промежуточных форм (очень короткий бар) вводились обозначения SАВ или другие. Неправильные галактики он обозначал через I или Ir, но существует две их разновидности. Эллиптические галактики по Хабблу обозначаются буквой Е с прибавлением цифры от 1 до 7, которая указывает степень сжатия, определяемую отношением

                  10(a-b) : а,

где а и b -- видимые диаметры (обычно искаженные для нас проекцией). Потом он нашел "линзовидные" галактики с "балджем" (большим ядром), окруженным диском, в котором спиралей нет. Он их обозначил S0. Дальнейшие наблюдения показали, что классификация Хаббла не отражает всего многообразия существующих форм и свойств галактик, и было предложено несколько других классификаций, еще быстрее "отстававших от жизни", и мы на них останавливаться не будем.

  Хаббл ввел еще следующие важные дополнения. Сейчас им приходится придавать другой, более глубокий смысл, чем предполагал Хаббл. Аморфные, бесструктурные спиральные ветви, не содержащие сверхгигантов и бедные газом, отмечаются приставкой а(Sа). Очень клочковатые ветви с множеством горячих звезд-гигантов и богатые газовыми туманностями -- приставкой с(Sс), а спирали промежуточного вида отмечаются приставкой b(Sb). Такова М 31 (Sb), а М 33 есть Sс. Наша Галактика может относиться к типу Sbс -- промежуточная спираль. У Sс ядра значительно меньше, чем у Sb. Но у Sа, вопреки мнению Хаббла, они бывают разными.