Как движется наша солнечная система

Спутники Юпитера

Галилеевы спутники

Как выглядели бы спутники Юпитера в небе Земли

Всего у Юпитера насчитывается 63 спутника, из них выделяют – Европа, Ио, Ганимед и Каллисто. Они были названы галилеевыми, так как их открыл Галилео Галилей в 1610 году с помощью первой своей подзорной трубы.

Самым близким к Юпитеру является спутник Ио (Io), который по размерам похож на Луну. Он имеет самую большую геологическую активность среди всех тел системы – на нем зарегистрировано более 400 действующих вулканов, из жерл которых постоянно извергается магма и газы. Поэтому Ио имеет красивую ярко-желтую окраску, которую предают ему сера и расплавленные силикатные породы. Частые извержения вулканов возникают под действием гравитационного поля Юпитера и других спутников.

Наша модель показывает и другой галилеевый спутник Европу (Europa) – второй от Юпитера спутник. Радиус Европы немного меньше радиуса Луны, а масса самая большая среди всех спутников. Это объясняется высокой плотностью, так как она состоит в основном из силикатных пород. Поверхность Европы полностью покрыта слоем льда. Возможно, под этим слоем существует океан из жидкой воды, на дне которого есть все условия для жизни.

Каллисто (Callisto) – второй по размеру галилеевый спутник. По порядку размещения от Юпитера он самый дальний среди галилеевых спутников. Диаметр Каллисто почти равен диаметру планеты Меркурий, а масса – 1/3 массы Меркурия. Его поверхность покрыта кратерами и многокольцевыми структурами. По количеству кратеров Каллисто опережает Луну и Меркурий.

Другие спутники Юпитера

Фива или Тебе (Thebe) – четвертый от Юпитера спутник, который был открыт С. Синнотом в 1979 году. Он имеет неправильную форму и практически круговую орбиту. Диаметр Фивы 100-110 км, она всегда обращена к Юпитеру одной стороной. На поверхности Фивы имеются большие кратеры.

В 2000 г было открыто еще 11 новых спутников Юпитера, среди которых Халдене (Chaldene). Современная наука на этом не останавливается. Халдене относится к группе спутников Карме, его размер всего 3,8 тыс. м.

Группа Гималии

Также стоит упомянуть спутники Юпитера, которые относятся к группе Гималии. Эта группа включает четыре спутника: Гималия (самый крупный спутник группы), Лиситея, Леда, Элара.

Лиситея (Lysithea) —одиннадцатый спутник по удаленности от планеты Юпитер. Лиситея была открыта Никольсоном в 1938 году. Ее радиус около 18 км. Названа на честь Лизитеи — дочери Океана.

Леда (Leda) – самый маленький спутник Юпитера, ее радиус всего 8 км. Она была открыта в 1974 г Ч. Коуэлом. Леда названа на честь супруги спартанского царя Тиндарея.

Другие спутники

Спутник Нептуна Тритон, снимок Вояджера-2

Эта модель содержит удивительный объект — Дактиль (Dactyl), который является спутником астероида Ида. Это самый маленький спутник – его радиус всего 0,7 км, что в 20 раз меньше самого астероида. Поверхность Дактиля имеет очень много кратеров, как и сама Ида.

Тритон (Triton) – самый крупный спутник Нептуна. Его радиус 1350 км, что немного меньше радиуса Луны. Это единственный спутник, который движется вокруг планеты в обратном направлении по сравнению с вращением Нептуна вокруг своей оси. Возможно, Тритон когда был поглощен гравитационным полем Нептуна и теперь по спирали приближается к нему. Тритон является самым холодным объектом – температура на нем составляет -235°С.

Это приложение иллюстрирует все небесные тела, которые изучает астрономия. Геометрическая модель Солнечной системы – это приблизительная схема расположения спутников и их орбит вокруг Солнца.

Наблюдения

Поиск спиральной галактики M74 на звездном небе потребует от наблюдателя исключительной зоркости и терпения. Дело в том, что данная галактика имеет довольно низкую поверхностную яркость, по причине чего наблюдаема лишь в идеально ясную погоду и не засвеченном небе. С использованием хорошего бинокля галактика будет видна как слабое светлое пятно. Любительский телескоп позволит различить яркое ядро и окружающий его туманный ореол. Чтобы рассмотреть спиральную структуру галактики потребуется телескоп с апертурой более 250 мм.

Положение галактики M74 в созвездии Рыбы

Чтобы найти данную спиральную галактику на звездном небе, достаточно сместиться на полтора градуса в сторону восток-северо-восток от самой яркой звезды созвездия – Эта (η) Рыб (3,6m). Лучшее время для наблюдения галактики Мессье 74 – октябрь-декабрь.

Положение галактики Мессье 74 относительно Эта Рыбы (Kullat Nunu)

Группа 81 и соседи галактики Боде

Спиральная галактика Мессье 81 является крупнейшей галактикой в своей группе («группа M81»), в которую входит еще 33 галактики, также находящиеся в созвездии Большой Медведицы. Следует отметить, что данное скопление одно из ближайших скоплений (11,7 млн. св. лет (3,6 Мпк)) к Местной группе – скоплению, содержащему Млечный Путь.

Сама галактика Мессье 81 находится в гравитационном взаимодействии с двумя ближайшими соседними галактиками — M 82 и NGC 3077. В результате этого взаимодействия наблюдается два следующих эффекта.

1. В группе из этих трех галактик возникают нитевидные газовые структуры, простирающиеся между галактиками. Они возникли по причине отрыва внешнего слоя водорода у всех трех галактик.
2. Наблюдается втягивание межзвездного газа в центры NGC 3077 и Мессье 82. По этой причине в центральных областях этих галактик имеет место активное звездообразование.

M 81 (слева) и M 82 (справа). M 82 — одна из двух соседних галактик. Вторая, NGC 3077, расположена выше за пределами изображения.

Мы часть бескрайнего Млечного Пути

В ясную ночь, устремляя свой взгляд в небо, мы можем увидеть мириады звезд. А среди них словно широкая дорога через все небо расстилается беловатое облако. Млечный Путь… И наш мир с Землей, Луной, Солнцем и планетами миллиарды лет продолжает свое движение, увлекаемый бесконечным странствием по Пути. Сложно поверить, но наша Солнечная Система – это всего лишь частичка из сотен тысяч подобных систем, входящих в Галактику под названием Млечный Путь.

Мы, люди, привыкшие мыслить совсем иными категориями, просто не можем вообразить себе масштабов, на которые простирается наша Галактика. Разве можно представить, что свет от одного конца Млечного Путь до противоположного будет идти сто тысяч лет? А во Вселенной разбросаны миллионы таких скоплений звезд. Наш мир поистине необъятен! Еще не изобретена техника, да и вряд ли будет когда-нибудь изобретена, которая сможет показать нам край Вселенной.

Все звезды, которые мы видим на небе невооруженным взглядом, входят в состав Млечного Пути. Наши глаза просто не могут позволить нам вырваться за его пределы. Настолько он необъятен.

Объять необъятное…

Благодаря стараниям двух французских фотографов-астрономов Сержа Брунье и Фредерика Таписье была создана панорама Млечного Пути. Она состоит из 1200 фотографий, сделанных в высокогорных районах Чили. Воздух там настолько чист и прозрачен, что практически не вносит искажений.

Как пользоваться

Для навигации по панораме достаточно захватывать мышью изображение и перетаскивать его. Увеличение изображения осуществляется колесиком мыши. На панораме хорошо различимы отдельные звезды, скопления газов, оставшихся от взрывов сверхновых звезд и многое другое. Многообразие красок поражает воображение. Панорама захватывает сектор нашей Галактики, включая ее центр.

На создание этого шедевра ушло два года. И теперь у каждого из нас есть возможность совершить небольшую прогулку по Млечному Пути.

Галактические столкновения на экране монитора

Интерактивное 3D столкновение двух галактик позволяет взглянуть на процесс столкновения каждому из нас.

Можно наблюдать, как сталкиваются две Галактики. При этом гравитация притягивает их ядра, которыми чаще всего являются черные дыры, и они начинают свой космический танец. При этом часть звездных систем выбрасывается за пределы области и они начинают свой одинокий путь по просторам космоса. В программе звездные системы представлены цветными точками.

Как пользоватся

Для навигации в программе используется мышь. Движением ее в окне приложения осуществляется смена ракурса, а вращение колесика позволяет изменять масштаб. Нажатие кнопки мыши приводит к сбросу моделирования. Процесс начинается заново.

Эта небольшая программа заставляет задуматься, а что же будет с нашим миром, когда через три миллиарда лет пересекутся Млечный Путь и Туманность Андромеды, спешащие навстречу друг другу? Окажемся ли мы на задворках Вселенной одинокой блуждающей Солнечной Системой? Или наше небо озарится новыми звездами? И будут ли вообще к тому времени люди на нашей Земле, которые застанут это?

И напоследок компьютерное моделирование столкновения с реальными фотографиями в качестве примеров.

Эйнштейн был не прав?

Впервые существование гравитационных волн предсказал Альберт Эйнштейн, но он не думал, что их когда-то удастся обнаружить. Они казались слишком слабыми, чтобы уловить их сигнал на Земле среди всего этого шума и вибрации. В течение 100 лет казалось, что Эйнштейн был прав. Но в 2015 году LIGO и VIRGO – детекторы гравитационных волн, расположенные в EGO (Европейская гравитационная обсерватория в Вашингтоне и Луизиане) впервые зафиксировали гравитационные волны: сигналы от слияния двух черных дыр на расстоянии около 1,3 миллиардов световых лет от Земли.

Открытие положило начало новой области астрономии и принесло Нобелевскую премию по физике исследователям, которые работали над проектом. На этот раз ученые сравнили столкновение сверхмассивных черных дыр, так как детектор LIGO впервые обнаружил всплеск света, что раньше казалось невозможным, поскольку черные дыры не излучают свет.

Изображение художником быстро вращающейся сверхмассивной черной дыры, окруженной аккреционным диском. Ключевые особенности черных дыр обозначены красным цветом. (ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser; Business Insider)

Исследователи полагают, что сила столкновения двух массивных объектов заставила вновь образовавшуюся черную дыру проскочить через газ аккреционного диска вокруг более крупной черной дыры. В пресс-релизе исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters говорится, что именно реакция газа на ускорение создает яркую вспышку, видимую в телескопы. Команда астрономов Калифорнийского технологического института ожидает увидеть еще один всплеск от той же черной дыры через несколько лет, когда она, согласно прогнозам, снова войдет в аккреционный диск сверхмассивной черной дыры.

Оба детектора и LIGO и VIRGO зафиксировали возмущения в пространстве-времени в мае 2019 года. Всего через несколько дней телескопы Паломарской обсерватории недалеко от Сан-Диего заметили яркую вспышку света, исходящую из того же самого места в космосе. Позже исследователи просмотрели архивные изображения этой области неба и заметили всплеск. Вспышка медленно угасала на протяжении месяца. Временная шкала и местоположение совпадали с данными LIGO. В ходе работы команда пришла к выводу, что всплеск, вероятно, является результатом слияния двух черных дыр, однако полностью исключить другие варианты нельзя. Тем не менее, им удалось исключить вероятность того, что всплеск произошел в результате обыкновенных взрывов в аккреционном диске сверхмассивной черной дыры, так как до всплеска, на протяжении 15 лет, диск вел себя относительно спокойно.

Авторы исследования считают, что такие сверхмассивные черные дыры, как эта, постоянно вспыхивают. В то же самое время размер и местоположение этой вспышки впечатляют.

Строение Cолнечной системы

Солнечная система

Вокруг Солнца в непрерывном движении находятся 8 планет (раньше их было 9, но сейчас ученые относят Плутон к карликовым планетам) по эллиптичным орбитам. Планеты размещаются в таком порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все они делятся на две группы: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Планеты земной группы имеют твердую поверхность, мало спутников (всего 3) и они сравнительно небольшие. не имеют четкой поверхности, отличаются большими размерами и большим количеством спутников (сейчас открыто примерно 160).

Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов, который состоит из более, чем 500 000 астероидов. Самые большие из них имеют названия: Церера (диаметр 960 км), Паллада (диаметр 608 км), Веста (диаметр 555 км) и др. За орбитой Нептуна находится пояс карликовых планет – пояс Койпера, в состав которого входит и Плутон. Модель показывает размещение пояса астероидов и пояса Койпера.

Также в Солнечной системе существуют еще один вид небесных тел — кометы, которые находятся под пристальным вниманием благодаря тому, что имеют хвост. Обычно кометы не включают в модель

Плоская, светящаяся комета состоит из ядра, комы и хвоста. Ядро, с которого образуется хвост, преимущественно состоит изо льда. Хвост у кометы образовывается с ее приближением к Солнцу благодаря действию Солнечного ветра. Направлен он в сторону, противоположную от Солнца. Самая известная комета – комета Галлея, которую наблюдают уже несколько тысячелетий с периодом 76 лет.

Макет Солнечной системы

Приложение выше – простой макет и в нем не соблюдаются пропорции размеров и расстояний, количество планет и спутников. В центре — находится Солнце, вокруг него по круговым орбитам движется 9 спутников. Эти небесные тела расположены в случайном порядке. Период вращения первого 40 секунд, второго – на 20 секунд больше, третьего – еще на 20 секунд больше и т. д. Период вращения последнего спутника равен 200 секунд, или 3 минуты 20 секунд.

При наведении курсора на объект он подсвечивается вместе со своей орбитой и при этом отображается его латинское название. Если кликнуть на объект, он останавливается, при повторном клике он продолжает свое движение. При перезагрузке приложения меняются спутники и порядок их расположения.

Как уже говорилось, эта модель не отображает реальных пропорций между планетами и спутниками. Рассмотрим характеристики некоторых спутников.

Астрофизические параметры Млечного Пути

Для того чтобы представить, как выглядит Млечный Путь в масштабах космоса, достаточно взглянуть на саму Вселенную и сравнить отдельные ее части. Наша галактика входит в подгруппу, которая в свою очередь является частью Местной группы, более крупного образования. Здесь наш космический мегаполис соседствует с галактиками Андромеда и Треугольника. Окружение троице составляют более 40 мелких галактик. Местная группа уже входит в состав еще более крупного образования и является частью сверхскопления Девы. Некоторые утверждают, что это только приблизительные предположения о том, где находится наша галактика. Масштабы образований настолько огромны, что все это представить практически невозможно. Сегодня мы знаем расстояние до ближайших соседствующих галактик. Другие объекты глубокого космоса находятся за пределами видимости. Только теоретически и математически допускается их существование.

Что касается обозримого мира, то сегодня имеется достаточно информации о том, как выглядит наша галактика. Существующая модель, а вместе с ней и карта Млечного Пути, составлена на основании математических расчетов, данных полученных в результате астрофизических наблюдений. Каждое космическое тело или фрагмент галактики занимает свое место. Это, как и во Вселенной, только в меньшем масштабе. Интересны астрофизические параметры нашего космического мегаполиса, а они впечатляют.

https://youtube.com/watch?v=QUmLohLA0uM

Наша галактика спирального типа с перемычкой, которую на звездных картах обозначают индексом SBbc. Диаметр галактического диска Млечного Пути составляет порядка 50-90 тысяч световых лет или 30 тысяч парсек. Для сравнения радиус галактики Андромеды равен 110 тыс. световых лет в масштабах Вселенной. Можно только представить насколько больше Млечного Пути наша соседка. Размеры же ближайших к Млечному Пути карликовых галактик в десятки раз меньше параметров нашей галактики. Магеллановы облака имеют диаметр всего 7-10 тыс. световых лет. В этом огромном звездном круговороте насчитывается порядка 200-400 миллиардов звезд. Эти звезды собраны в скопления и туманности. Значительная ее часть – это рукава Млечного Пути, в одном из которых находится наша солнечная система.

Все остальное — это темная материя, облака космического газа и пузыри, которые заполняют межзвездное пространство. Чем ближе к центру галактики, тем больше звезд, тем теснее становится космическое пространство. Наше Солнце располагается в области космоса, состоящем из более мелких космических объектов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга.

Масса Млечного Пути составляет 6х1042 кг, что в триллионы раз больше массы нашего Солнца. Практически все звезды, населяющие нашу звездную страну, расположены в плоскости одного диска, толщина которого составляет по разным оценкам 1000 световых лет. Узнать точную массу нашей галактики не представляется возможным, так как большая часть видимого спектра звезд, скрыта от нас рукавами Млечного Пути. К тому же неизвестна масса темной материи, которая занимает огромные межзвездные пространства.

Центр галактики имеет диаметр 1000 парсек и состоит из ядра с интересной последовательностью. Центр ядра имеет форму выпуклости, в которой сосредоточены крупнейшие звезды и скопление раскаленных газов. Именно эта область выделяет огромное количество энергии, которая по совокупности больше, чем излучают миллиарды звезд, входящие в состав галактики. Эта часть ядра самая активная и самая яркая часть галактики. По краям ядра имеется перемычка, которая является началом рукавов нашей галактики. Такой мостик возникает в результате колоссальной силы гравитации, вызванной стремительной скоростью вращения самой галактики.

Рассматривая центральную часть галактики, парадоксальным выглядит следующий факт. Ученые долгое время не могли понять, что находится в центре Млечного Пути. Оказывается, в самом центре звездной страны под названием Млечный Путь устроилась сверхмассивная черная дыра, диаметр которой составляет порядка 140 км. Именно туда и уходит большая часть энергии, выделяемой ядром галактики, именно в этой бездонной бездне растворяются и умирают звезды. Присутствие черной дыры в центре Млечного Пути свидетельствует о том, что все процессы образования во Вселенной, должны когда-то закончиться. Материя превратится в антиматерию и все повторится снова. Как будет себя вести это чудовище через миллионы и миллиарды лет, черная бездна молчит, что указывает на то, что процессы поглощения материи только набирают силу.

Класс и общее строение

Наша галактика — типичная спиральная галактика с перемычкой, SBbc. Сегодня считается, что спиральные галактики составляют 55% от числа всех галактик Вселенной. А галактики с перемычкой являются наиболее распространенным подтипом — это две третьих всех спиральных галактик. Спирально-перемычечные «звездные острова» ученые считают достаточно молодым типом галактик. Со временем, когда ресурсы галактики исчерпываются, перемычка исчезает.

Снимок центра Млечного Пути

А в чем вообще суть этой перемычки, и как она выглядит? Давайте вкратце разберемся, как построен наш Млечный Путь. Ибо его составные части — единственные вещи относительно галактик, в которых астрономы более-менее уверены.

• Вы уже точно знаете, что внутри Млечного Пути находится ядро — центральная часть галактики, сосредоточение ее массы, вокруг которой располагаются все остальные части «звездного острова». Во Млечном Пути его образует группа звезд и туч пыли, которые на большой скорости движутся вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец А*. Ядро нашей галактики принадлежит к активным, поскольку выделяет больше энергии, чем суммарно все составляющие его звезды.
• Дальше идет балдж (от англ. «вздутие, выпуклость») — сферическая объемная оболочка центра Млечного Пути. Его составляют крупные звезды-гиганты, старые светила и раскаленные газы, которые вращаются вокруг ядра с громадными скоростями. Балдж — самая концентрированная и наиболее яркая часть не только нашей, но и любой другой галактики. Но мы почти его не видим, поскольку он закрыт он нас рукавами Млечного Пути и собственной облачной оболочкой.

Центр, балдж и гало

• По обе стороны от балджа отходит перемычка — мостик, к которому крепятся галактические рукава Млечного Пути. Часто ее не выделяют в отдельный компонент: без рукавов на фоне, балдж сливается с перемычкой, оставляя только небольшое утолщение в центре. Перемычку можно сравнить с оживленным и бурным руслом реки. Здесь постоянно нагнетаются потоки галактических газов и пыли, что приводит к активному образованию звезд.
• От краев перемычки раскручиваются два главных рукава спирали Млечного Пути — рукава Щита-Кентавра и Персея. Их назвали в честь созвездий земного неба, совпадающих с ними. Существует еще минимум 5 меньших рукавов, которые ответвляются параллельно главным. Однако они являются всего лишь частью галактического диска — тонкого слоя галактики, в котором концентрируется большая часть ее видимого вещества. Толщина диска Млечного Пути равна 2 тысячам световых лет, что довольно мало в сравнении с 180 тысячами с.л. диаметра.

Интересный факт. Рукава — это весьма необычная структура. Когда газ и пыль сохраняют свою спиральную форму и вращаются вместе с галактикой, звезды полностью самостоятельные — они покидают «родительские» рукава и улетают в другие. Существует только один небольшой промежуток, где движение звезд и рукавов синхронно — в этом секторе находится наше Солнце. Астрономы считают, что именно нахождение в таком спокойном месте позволило жизни на Земле сформироваться. Столкновения с облаками галактической пыли и близкие контакты с другими звездами серьезно бы повлияли на планетную систему Солнца.

Галактические рукава и невидимая зона Млечного Пути

Остальную же часть галактики составляет гало. Никто не знает, как далеко оно простирается и где заканчивается. Гало преимущественно заполнено темной материей, которую не так-то просто обнаружить. Однако в нем присутствуют и видимые части. В астрономии их называют сфероидальным компонентом Млечного Пути. Это те видимые светила и облака газов, которые не причисляются к звездному диску — например, шаровые скопления. Светила в них сбиты очень тесно: на кубический парсек в них от 700 до 7000 раз больше звезд!

Шаровые скопления звезд движутся по вытянутым орбитам вокруг Млечного Пути и не контактируют с его газопылевым диском, «заправочной станцией» звездообразования. Поэтому газов у них почти нет, а все звезды приблизительно одного поколения. Но есть скопления, которые выбиваются из этого правила. Они очень плотны, их масса достигает миллионов солнечных масс, и состоят из звезд различного возраста.

Спутники Млечного Пути

Загадка происхождения столь необычных объектов оказалась проста — это остатки ядер тех галактик, которые Млечный Путь поглотил в прошлом. Невероятно, но такие вот «косточки» бывших спутников составляют около четверти всех шаровых звездных скоплений нашей галактики.