История исследования галактики реферат

Введение[править]

Что такое астрономияправить

Астрономия — наука о движении, строении и развитии небесных тел и их систем, вплоть до Вселенной в целом. Астрономия изучает Солнце, планеты Солнечной системы и их спутники, астероиды, кометы, метеориты, межпланетное вещество, звёзды и внесолнечные планеты, туманности, межзвёздное вещество, галактики и их скопления, пульсары, квазары, чёрные дыры и многое другое.

Сам термин «Астрономия» (от древнегреческого ἀστρονομία) образован из слов «астрон» (ἄστρον), «звезда» и «номос» (νόμος), «закон» или «культура», и дословно означает «Закон звёзд» (или «культура звёзд», в зависимости от перевода).

Древность, использованиеправить

Астрономия является одной из древнейших наук. Доисторические культуры оставили после себя такие астрономические артефакты как древнеегипетские монументы и Стоунхендж. А первые цивилизации вавилонян, греков, китайцев, индийцев и майя уже в своё время проводили методические наблюдения ночного небосвода. После изобретения телескопа, развитие астрономии, как современной науки, было значительно ускорено. Исторически, астрономия включала в себя астрометрию, навигацию по звёздам, наблюдательную астрономию, создание календарей, и даже астрологию.

Современная астрономия используется для определения точного времени и географических координат (системы GPS, Глонасс, Galileo), помогает исследованию космического пространства и изучению Земли из космоса.

Задачи астрономииправить

Основными задачами астрономии являются:

Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств вещества в них.
Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.
Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной — Метагалактики.

Первая задача решается путём длительных наблюдений, а также на основе законов механики.

Решение второй задачи стало возможным в связи с появлением спектрального анализа и фотографии. Изучение физических свойств небесных тел началось во второй половине XIX века, а основных проблем — лишь в последние годы.

В настоящее время ещё недостаточно данных для точного описания процесса происхождения и развития небесных тел и их систем. Поэтому знания в области третьей задачи ограничиваются только общими соображениями и рядом более или менее правдоподобных гипотез.

Для решения четвёртой задачи необходимо создание общей физической теории, способной описывать состояние вещества и физические процессы при предельных значениях плотности, температуры, давления, а также наблюдательные данные в областях Вселенной, находящихся на расстояниях в несколько миллиардов световых лет.

Структура астрономииправить

Современная астрономия делится на ряд разделов, которые тесно связаны между собой.

Главнейшими разделами астрономии являются три раздела, решающих первую задачу астрономии (исследование движения небесных тел). И их часто называют классической астрономией.

Астрометрия — изучает и измеряет видимые положения и движения светил.
Теоретическая астрономия — решает задачи определения орбит небесных тел их видимых положений.
Небесная механика — изучает законы движений небесных тел.

Следующие три раздела, решающие вопросы второй задачи астрономии (строение небесных тел), это:

Астрофизика — изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов.
Звёздная астрономия изучает закономерности пространственного распределения и движения звёзд, звёздных систем и межзвёздной материи.
Космохимия — изучает химический состав космических тел.

Третью задачу (происхождение и эволюция небесных тел) решают:

Космогония — рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том числе и нашей Земли.
Космология — изучает общие закономерности строения и развития Вселенной.

Дополнительным разделом является:

Археоастрономия — изучает астрономические познания древних людей и помогает датировать древние сооружения.

Космический орешек

Изучение центра системы в длинноволновом диапазоне позволило получить подробное инфракрасное изображение. Наша Галактика, как оказалось, в ядре имеет структуру, напоминающую арахис в скорлупе. Этот «орешек» и есть перемычка, включающая в себя более 20 млн красных гигантов (ярких, но менее горячих звезд).

От концов бара расходятся спиральные рукава Млечного Пути.

Работа, связанная с обнаружением «арахиса» в центре звездной системы, не только пролила свет на то, какая наша Галактика по структуре, но и помогла понять, как она развивалась. Изначально в пространстве космоса существовал обычный диск, в котором со временем образовалась перемычка. Под влиянием внутренних процессов бар изменил свою форму и стал походить на орех.

Эдвин Хаббл (1889 — 1953)

Эдвин Хаббл – американский астроном с мировым именем. Большую часть своей жизни он посвятил изучению космоса. Открытия Эдвина Хаббла изменили представления о Вселенной, которые существовали в науке до этого. Ученый занимался изучением галактик и доказал существование не только галактики Млечный Путь. Он открыл туманности, которые были удалены от нашей Галактики на значительные расстояния. Это прямо указывало на существование других космических образований. Астроном создал фундаментальный закон, который назван его именем. С помощью физико-математической формулы Эдвин Хаббл доказал, что наша Вселенная расширяется. Причем это происходит постоянно и во всех направлениях. Закон Хаббла описывает также происхождение Вселенной в результате теории Большого взрыва. Его имя носит не только открытый им закон, но и астероид, телескоп, последовательность. Астроном создал в 1925 году морфологическую систему классификации галактических образований, в которой за основу брался их внешний вид. В результате исследований он установил, что галактики, кроме спиральной, имеют и эллиптическую форму. Эту систему ученые используют до сих пор. Эдвином Хабблом в 1935 был открыт астероид, получивший название 1373 Цинциннати. Если бы в то время, когда жил Эдвин Хаббл, астрономическим исследованиям присуждалась Нобелевская премия, он бы ее обязательно получил. Но такое решение было принято уже после смерти выдающегося ученого. А посмертно такие награды не вручаются. Тем не менее, труд талантливого ученого был оценен. В разные годы он награждался медалью Бернарда, золотой медалью Кэтрин Вольф Брюс, золотой медалью Королевского астрономического общества.

Имена этих известных астрономов вошли в историю и останутся в ней навсегда. За каждым из них лежит огромная работа и величайшие открытия, которые постепенно позволяют все больше и больше узнавать о космическом пространстве. Многие знания и труды астрономов используются и сегодня в научных кругах. Они помогают дальнейшему развитию науки и изучению Вселенной.

Иоганн Кеплер (1571 — 1630)

«Несравненным человеком» назвал немецкого ученого Иоганна Кеплера Эйнштейн. Сделанные им открытия касаются в первую очередь астрономии. Три закона, объясняющие, почему движутся планеты Солнечной системы, впервые открыл Иоганн Кеплер. Он сделал вывод, что Солнце имеет силовое воздействие на все планеты и заставляет двигаться их по орбитам. Отсюда исходило заключение о том, что если их расстояние к Солнцу небольшое, то планеты движутся быстрее, потому что сила разгона увеличивается по мере приближения к нему.

«Очерки коперниканской астрономии» Иоганна Кеплера были признаны в мире первым учебником, в котором подробно описывалась гелиоцентрическая мировая модель. Эта книга дает представление о законах движения планет и имеет результаты вычислений параметров орбит Венеры, Сатурна, Меркурия и Юпитера. Ученый впервые использовал в ней слово «инерция». «Уравнение Кеплера», которое вывел Иоганн Кеплер, применяется в астрономии с целью определения, где находятся небесные тела.

В октябре 1604 года на небе появилась новая звезда, и следующая работа ученого Иоганна Кеплера была посвящена наблюдениям за ней. Он считал, что приливы возникают в связи с притяжением Луны, а собственная ось нужна Солнцу, чтобы вращаться вокруг нее.

Астрономия была для Иоганна Кеплера смыслом всей его жизни. Астрономические таблицы, опубликованные летом 1627 года и названные «Рудольфовыми», имели огромный спрос, а моряки и астрономы пользовались ими до начала XІX века.

Небо в алмазах

Солнце — лишь одно из многих подобных тел, которыми полна наша Галактика. Звезды, одиночные или сгруппированные, общим числом превышают по последним данным 400 млрд. Ближайшая к нам Проксима Центавра входит в систему из трех звезд вместе с чуть более удаленными Альфой Центавра A и Альфой Центавра B. Самая яркая точка ночного неба, Сириус A, находится в Ее светимость по разным данным превышает солнечную в 17-23 раза. Сириус также не одинок, его сопровождает спутник, носящий аналогичное название, но с маркировкой B.

Дети часто начинают знакомиться с тем, как выглядит наша Галактика, с поиска на небе Полярной звезды или Альфы Малой Медведицы. Популярностью своей она обязана положению над Северным полюсом Земли. По светимости Полярная значительно превышает Сириус (почти в две тысячи раз ярче Солнца), но она не может оспаривать права Альфы Большого Пса на звание самой яркой из-за удаленности от Земли (по оценкам от 300 до 465 световых лет).

Издания и награды

Золотая медаль Королевского астрономического общества

За обширную научную работу и исследовательский вклад в астрономию Жерар Анри де Вокулёр был награжден:

Медалью Гершеля в 1980 году – специальной наградой Британского Королевского астрономического общества, названной в честь ее первого президента Фредерика Уильяма Гершеля, выдается за вклад в сферу наблюдательной астрофизики;
Премией Генри Норриса Рассела – считается самой почетной наградой астрономического общества Соединенных Штатов Америки, присуждается за вклад, сделанный учеными за всю жизнь;
Премией Жюля Жансена в 1988 году – высшая награда от астрономического общества Франции в области астрономии.

Жерар Анри де Вокулёр также издавал книги. Самый популярный его труд – «Обзор Вселенной». Он неоднократно переиздавался в Америке. Также в 1951 году Вокулёр выпустил произведение «Физика планеты Марс», а спустя 10 лет, в 1961 году – «Астрономическую фотографию».

Умер Вокулёр в Америке 7 октября 1995 года. Место смерти – город Остин, штат Техас.

Теоретическая астрономия[]

Основная статья: Теоретическая астрономия

Астрономы-теоретики используют широкий спектр инструментов, которые включают аналитические модели (например, политропы для приближенного поведения звезд) и расчеты численных моделирований. Каждый из методов имеет свои преимущества. Аналитическая модель процесса, как правило, лучше дает понять суть того, почему это (что-то) происходит. Численные модели могут свидетельствовать о наличии явлений и эффектов, которых, вероятно, иначе не было бы видно.

Теоретики в области астрономии стремятся создавать теоретические модели и выяснить в исследованиях последствия этих моделирований. Это позволяет наблюдателям искать данные, которые могут опровергнуть модель или помогает в выборе между несколькими альтернативными или противоречивыми моделями. Теоретики также экспериментируют в создании или видоизменению модели с учетом новых данных. В случае несоответствия общая тенденция состоит в попытке сделать минимальными изменения в модели и откорректировать результат. В некоторых случаях большое количество противоречивых данных со временем может привести к полному отказу от модели.

Темы, которые изучают теоретические астрономы: звездная динамика и эволюция галактик; крупномасштабная структура Вселенной; происхождения космических лучей, общая теория относительности и физическая космология, в частности космологии звезд и астрофизика. Астрофизические относительности служат как инструмент для оценки свойств крупномасштабных структур, для которых гравитация играет значительную роль в физических явлениях и основой для исследований черных дыр, астрофизики и изучения гравитационных волн. Некоторые широко приняты и изучены теории и модели в астрономии, теперь включены в Lambda-CDM модели, Большой Взрыв, расширение космоса, темной материи и фундаментальные теории физики .

Харлоу Шепли. Краткая биография

Выдающийся астроном Харлоу Шепли (1885–1972) был учеником знаменитого Генри Рассела, одного из двух первооткрывателей диаграммы Герцшпрунга – Рассела — главного инструмента анализа эволюции звезд.

Одной из первых больших научных работ Шепли стал анализ наблюдений затменных двойных звезд. Он одним из первых понял огромное значение пульсирующих переменных звезд — цефеид для определения расстояний во Вселенной. Исследования переменных звезд в шаровых скоплениях помогли ему научиться определять расстояния до этих объектов. Шепли догадался, что богатая россыпь шаровых скоплений в созвездии Стрелец говорит о том, что именно там, на расстоянии многих десятков тысяч световых лет от Солнца, находится центр нашей Галактики. До этого неявно предполагалось, что человечество занимает «привилегированное» положение где-то поблизости от центра Млечного Пути. Шепли утверждал, что наша Галактика огромна, но ошибочно считал спиральные туманности частями нашей звездной системы.

В 1938 г. Шепли и его ученица Сильвия Масселс открыли в созвездии Скульптор первую карликовую галактику. Харлоу Шепли работал на обсерватории Маунт-Вилсон, с 1921 по 1952 г. был директором Гарвардской обсерватории, писал популярные книги по астрономии. На русском языке изданы «От атомов до млечных путей» (1934), «Галактики» (1947) и «Звезды и люди» (1962).

Сверхскопление Шепли

Поделиться ссылкой

Диски и ореолы

С помощью современных приборов астрономы теперь могут проникнуть в «смог» Млечного Пути, изучая радио- и инфракрасные излучения из отдаленных частей Галактики и достаточно точно определять какая структура нашей галактики. Измерения на этих длинах волн (а также наблюдение за другими галактиками, подобными нашей) дали хорошее представление о том, как бы выглядел Млечный Путь, если бы мы могли наблюдать его состроны.

Самая яркая часть нашей Галактики состоит из тонкого кругового вращающегося диска звезд, распределенного по региону диаметром около 100 000 световых лет и толщиной около 1 000 световых лет. (Учитывая, насколько тонкий диск, возможно, компакт-диск является более уместным аналогией, чем колесо.) Кроме звезд, пыль и газ, из которых образуются звезды, также находятся в тонком диске Галактики.

Звезды, газ и пыль не распределяются равномерно по всему диску, а концентрируются в центральной полосе и ряде спиральных рукавов. Последние инфракрасные наблюдения подтвердили, что центральная полоса состоит в основном из старых желто-красных звезд.

Две главные спиральные мышцы, будто, соединяются с концами бруска. Их выделяет синий свет от молодых горячих звезд. Мы знаем много других спиральных галактик, которые также имеют центральную зрительную концентрацию звезд в центральных областях; по этой причине их называют спиральными. Солнце расположено примерно на полпути между центром Галактики и краем диска и лишь около 70 световых лет над центральной плоскостью.

Наш тонкий диск с молодыми звездами, газом и пылью заложен в более толстый, но более диффузный диск старых звезд; этот толстый диск простирается примерно на 3000 световых лет выше и ниже средней плоскости тонкого диска и содержит только около 5% столько массы, сколько тонкий диск.

Близко к галактическому центру (примерно 10 000 световых лет), звезды образуют центральную выпуклость.

Тот факт, что большая часть выпуклости заслоняется пылью, затрудняет определение ее формы. Долгое время астрономы предполагали, что она сферическая. Однако инфракрасные изображения и другие данные свидетельствуют о том, что выпуклость примерно в два раза длиннее, чем шире, и по форме напоминает арахис. Взаимосвязь между этой вытянутой внутренней выпуклостью и другими звездами остается неопределенной. В самом центре выпуклости находится огромная концентрация вещества, о которой мы поговорим далее.

В нашей Галактике тонкие и толстые диски и выпуклость встроенные в сферический ореол очень старых, слабых звезд, которые простираются на расстояние не менее 150 000 световых лет от галактического центра. Большинство шаровых скоплений также находятся в этом ореоле.

Галактика Млечный путь

Масса Млечного Пути распространяется еще дальше на расстояние не менее 200 000 световых лет от центра Галактики. Этой невидимой массе дали название темная материя, поскольку она не излучает света и не может быть видна телескопом.

Ее состав неизвестен, и ее можно обнаружить только благодаря ее гравитационному воздействию на движение света, которое мы можем увидеть. Мы знаем, что этот обширный ореол темного вещества существует из-за его влияние на орбиты отдаленных скоплений звезд и других карликовых галактик, которые связаны с нашей Галактикой.

Астрономам очень помогло открытие, что наша галактика не уникальна по своим характеристикам. Во Вселенной есть много других плоских спиралевидных островов звезд, газа и пыли.

Например, Млечный Путь чем-то напоминает галактику Андромеду, которая находится на расстоянии около 2,3 миллиона световых лет и является нашей ближайшей соседней гигантской спиральной галактикой. Диагностические наблюдения соседних галактик, похожих на нашу, имеют жизненно важное значение для нашего понимания свойств Млечного Пути.

Взгляд изнутри

Научные познания о структуре части Вселенной, включающей Солнечную систему, мало что взяли у древних греков. Понимание того, как выглядит наша Галактика, прошло эволюцию от сферического мироздания Аристотеля до современных теорий, в которых есть место черным дырам и темной материи.

Тот факт, что Земля — элемент системы Млечный Путь, накладывает определенные ограничения на тех, кто пытается выяснить, какую форму имеет наша Галактика. Для однозначного ответа на этот вопрос необходим взгляд со стороны, причем на большом расстоянии от объекта наблюдения. Сейчас наука лишена такой возможности. Своеобразным заменителем стороннего наблюдателя становится сбор данных о структуре Галактики и соотнесение их с параметрами других космических систем, доступных для изучения.

Собранные сведения позволяют с уверенностью говорить, что наша Галактика имеет форму диска с утолщением (балджем) в середине и расходящимися от центра спиральными рукавами. Последние содержат наиболее яркие звезды системы. Диаметр диска составляет более 100 тысяч световых лет.

Личная жизнь

Шепли женат Марта Бец (1890–1981) в апреле 1914 года, с которым он познакомился в Миссури. Она помогала своему мужу в астрономических исследованиях как в Маунт-Вильсон, так и в Гарвардской обсерватории. Она написала множество статей о затменных звездах и других астрономических объектах.

У них была одна дочь, редактор и писатель. Милдред Шепли Мэтьюз; и четыре сына. К ним относятся Ллойд Шепли, математик и экономист, получивший Нобелевская мемориальная премия по экономике в 2012, и Уиллис Шепли, который стал Служба старших руководителей лидер в НАСА.

Хотя Шепли был агностиком, он очень интересовался религией.

Шепли умер в доме престарелых в Боулдер, Колорадо 20 октября 1972 года, незадолго до своего 87-летия.

Этапы жизни

Франко-американский астроном Жерар Анри де Вокулёр родился 25 апреля 1918 года во Франции в Париже. Получил образование в Парижском университете.

В 1945 году начал исследовательскую деятельность в столичном Астрофизическом институте. В 1951 году переехал в Австралию. До 1957 года работал в национальном университете.

Последующие два года был наблюдателем Южной станции Йельского и Колумбийского университетов. После покинул материк и переехал в США, в штат Аризону. Здесь, в 1957 и 1958 гг., проработал на должности астронома в Ловелловской обсерватории. А с 1958 по 1960 гг. был сотрудником Гарвардской обсерватории.

После Вокулёр переезжает в штат Техас. Ему предоставили работу в местном университете, где в 1965 году он получает звание профессора.

Работает

Шепли написал много книг по астрономия и науки. Среди них был Справочник по астрономии (Нью-Йорк: McGraw – Hill, 1929 — написано в соавторстве с Хелен Э. Ховарт, также в штате Обсерватории Гарвардского колледжа), первой из серии справочников издательства по истории наук.

В 1953 году он написал «Пояс жидкой воды», который подтвердил научную достоверность экосфера теория Хубертус Стругхольд.

В своей книге 1957 года «Звезды и люди» Шепли предложил термин Метагалактики для того, что сейчас называется сверхскопления.[нужна цитата ]

Шепли, Харлоу (1969). . Скрибнер.
Шепли, Харлоу (1967). . Скрибнер.
Шепли, Харлоу (1964). Вид с далекой звезды: будущее человека во Вселенной. Dell Publishing, Co.
Шепли, Харлоу (1960). . Справочники по истории наук. Издательство Гарвардского университета.
Шепли, Харлоу (1958). . Beacon Press.
Шепли, Харлоу (1958). Перепись северных галактик на площади 3600 квадратных градусов. Обсерватория Гарвардского колледжа. Анналы, т. 88, вып. 7. Beacon Press.
Шепли, Харлоу (1953). Изменение климата. Издательство Гарвардского университета.
Шепли, Харлоу (1948). Галактические и внегалактические исследования, XVIII в.. Том 36. Национальная академия наук.
Шепли, Харлоу (1936). Время и его тайны. Серия 1: Лекции, прочитанные в Фонде Джеймса Артура, Нью-Йоркский университет. Издательство Нью-Йоркского университета.
Шепли, Харлоу (1934). Угловые диаметры ярких галактик. Обсерватория.
Шепли, Харлоу (1924). Описание и положение 2829 новых туманностей.. Обсерватория Гарвардского колледжа. Анналы, т. 85, вып. 6. Обсерватория.