§ 42. Галактики

Определения и обозначения

Галактика — гравитационно связанная система из звёзд, газа, пыли и других компонентов. В отличие от отдельной звезды, это не один светящийся шар, а множество объектов, движущихся в общем поле тяготения. Планетная система значительно меньше и состоит из одной звезды и тел, обращающихся вокруг неё.

Спиральная галактика — галактика с диском и спиральными ветвями. В диске и особенно в ветвях могут находиться газ, пыль и молодые звёзды, из которых формируются новые светила. Такой тип строения помогает понять, где в галактике сосредоточено вещество и как оно движется.

Эллиптическая галактика имеет округлую или вытянутую форму и обычно не показывает выраженных спиральных ветвей. Её звёзды распределены более плавно, поэтому на снимке виден однородный светящийся эллипсоид. По отсутствию заметного диска и ветвей такую галактику отличают от спиральной.

Галактическое скопление — система отдельных галактик, удерживаемых взаимным тяготением. Одна галактика может входить в скопление, но сама скоплением не является. Это различие нужно для правильного определения масштаба: скопление объединяет множество галактик.

Как это устроено

Галактика не является случайным набором звёзд, потому что её вещество связано силой тяготения. Звёзды, облака газа и пыли движутся по орбитам в общем гравитационном поле, создаваемом всей системой. Поэтому изменение движения одного компонента связано с распределением массы вокруг него, а галактика сохраняет целостность в течение огромного времени.

Галактики различают по форме и по тому, как распределено в них вещество. У спиральных галактик выделяются диск и ветви, у эллиптических заметна гладкая округлая или вытянутая форма, а неправильные галактики не имеют устойчивой симметрии. Внешний вид связан с движением звёзд, количеством газа и пыли, процессами звездообразования и иногда с воздействием соседних галактик.

Млечный Путь относится к спиральным галактикам. Солнечная система находится внутри его диска, на большом расстоянии от центральной области, а не в центре галактики. Такое положение объясняет, почему мы видим на небе полосу Млечного Пути: наблюдаем часть диска изнутри, вдоль его плоскости.

Галактики могут объединяться в группы и скопления благодаря взаимному тяготению. В группе находится сравнительно небольшое число галактик, а скопление может включать сотни или тысячи таких систем; между ними находится разреженный горячий газ. Группа или скопление движется как связанная система, но каждая галактика внутри неё сохраняет собственное строение.

Свет далёких галактик несёт информацию об их движении, потому что химические элементы оставляют в спектре характерные линии. Если линии смещены к красной части спектра, галактика удаляется; по величине смещения находят её скорость. Для удалённых галактик выполняется закон Хаббла: v = H₀r, где v — скорость удаления, r — расстояние, а H₀ — постоянная Хаббла, поэтому наблюдения подтверждают расширение Вселенной.

Основные типы галактик

Таблицу удобно использовать как последовательность признаков: сначала оцените форму, затем содержание газа и пыли, а после этого — возраст и состав звёзд. Один признак не всегда достаточен, поэтому надёжнее учитывать их вместе. Например, диск и закрученные ветви почти сразу указывают на спиральный тип.

Разбор задач

Задача 1. Определение типа по изображению

На изображении галактики видны диск и закрученные ветви. Определим её тип по внешнему строению, не опираясь на яркость или размер изображения. Главным будет признак формы.

1. Установим, что у объекта есть плоский диск.
2. Проверим, образуют ли яркие области закрученные ветви вокруг центральной части.
3. Сравним результат с признаками типов: именно диск со спиральными ветвями характерен для спиральной галактики.

Ответ: галактика спиральная; признак — наличие диска и закрученных спиральных ветвей.

Задача 2. Положение Солнечной системы

Сравним положение Солнечной системы с центром Млечного Пути. Нужно выбрать между двумя вариантами: центральная область или диск галактики.

1. Вспомним строение Млечного Пути: это спиральная галактика с диском и центральной областью.
2. Учтём, что Солнечная система находится на значительном расстоянии от центра и обращается вместе с другими звёздами вокруг него.
3. Следовательно, её положение относится к диску, а не к центральной части.

Ответ: Солнечная система находится в диске Млечного Пути, далеко от его центра.

Задача 3. Закон Хаббла

Две галактики удалены от наблюдателя на разные расстояния. Расстояние до одной из них вдвое больше, чем до другой. Используем закон Хаббла v = H₀r, считая постоянную Хаббла одинаковой.

1. Запишем пропорциональность: скорость удаления прямо пропорциональна расстоянию.
2. Если r₂ = 2r₁, то v₂ = H₀r₂ = H₀ · 2r₁ = 2v₁.
3. Значит, более далёкая галактика удаляется в два раза быстрее в рамках данной модели.

Ответ: скорость удаления второй галактики вдвое больше.

Типичные ошибки

Ошибка: считать галактику и Солнечную систему объектами одного масштаба. Так думают, потому что обе системы содержат звёзды и тела, движущиеся по орбитам. Проверьте себя: Солнечная система входит в состав одной галактики.

Ошибка: называть Млечный Путь всей Вселенной. Причина — мы видим его как широкую полосу на всём небе. Помните: Млечный Путь — только одна галактика среди огромного множества других.

Ошибка: путать галактику со скоплением галактик. Ошибку вызывает похожая идея объединения объектов, но скопление состоит из множества отдельных галактик. Для проверки спросите себя, идёт ли речь об одной системе звёзд или о системе галактик.

Ошибка: считать, что все галактики спиральные. Такой вывод возникает из-за известных изображений Млечного Пути и похожих объектов. Сравните форму: существуют также эллиптические и неправильные галактики.

Связь с другими темами

Для понимания галактик нужны представления о звёздах: именно звёзды составляют значительную часть видимого вещества галактики. Также необходимо знать действие силы тяготения, потому что она связывает звёзды, газ и пыль в единую систему.

Галактики и их скопления помогают перейти к изучению строения Вселенной. Их движение, распределение и развитие дают сведения о масштабах космоса, его прошлом и расширении.

Что запомнить

• Галактика — гравитационно связанная система звёзд и межзвёздного вещества.
• Галактики различаются формой и внутренним строением.
• Млечный Путь — спиральная галактика.
• Солнечная система находится в диске Млечного Пути.
• Скопление состоит из множества галактик.
• Наблюдения далёких галактик помогают исследовать расширение Вселенной.