обертання Галактики

Так як тягнуться вздовж променя зору маси нейтрального водню знаходяться в різних місцях Галактики і мають різну променеву швидкість, їх випромінювання, внаслідок ефекту Доплера різним чином зміщені щодо довжини хвилі 21 см. Емісійна лінія розширюється і для кожного напрямку приймає особливу форму, яка відображатиме всі променеві руху нейтрального водню, які відбуваються в цьому напрямку.

В даний час розроблений метод визначення закону обертання всієї маси нейтрального водню Галактики за сукупністю профілів його емісійної лінії 21 см для різних напрямків. Цей метод в даний час дає найбільш надійні дані про закон обертання нашої зоряної системи, т. Е. Дані про те, як змінюється кутова швидкість обертання системи в міру віддалення від центру Галактики до її околичних областях.

Результати такого визначення, виконаного І. В. Петровської, Б. І. Фесенко і автором цієї книги за профілями ліній, отриманим голландськими і австралійськими астрономами, наведені на рис. 9. Для Центральних областей Галактики кутову швидкість обертання поки визначити не вдається. Як видно, кутова швидкість обертання Галактики зменшується в міру віддалення від її центру спочатку швидко, потім повільніше. На відстані 8 КПС від центру кутова швидкість дорівнює О ', 0061 в рік. Це відповідає періоду обертання 212 млн. Років. В районі Сонця {10 КЦС від центру. Галактики) кутова швидкість дорівнює 0 '\ 0047 на рік. період обертання 275 млн. років. Зазвичай саме цю величину - період обертання Сонця разом з навколишніми зірками біля центру нашої зоряної системи - вважають періодом обертання Галактики і називають галактичним роком. Але потрібно розуміти, що спільного періоду обертання для Галактики, немає, вона обертається не як тверде тіло.

Закон зміни лінійної Швидкості обертання, що дорівнює добутку кутової швидкості на відстань від центру, стає зрозумілим із рис. 10. У районі Сонця швидкість дорівнює 220 км / с. Це означає, що в своєму русі навколо центру Галактики Сонце і навколишні зірки пролітають за секунду 220 км.

Явище обертання Галактики було виявлено і до застосування радіометодов. Перші, дослідження, присвячені цьому питанню, належали астроному Казанської обсерваторії М.А.Ковальскому, який в 1860р. дав математичне обґрунтування методу і отримав необхідні робочі формули. Однак з огляду на відсутність у той час необхідних наглядових даних Ковальський не використав, виведені ним формули.

У 1927 р голландський астроном Оорт вивів аналогічні формули і, використовуючи накопичений на той час наглядовий матеріал, отримав впевнені дані про обертанні Галактики. Більш загальний метод дослідження в рощення нашої зоряної системи розробив в 1932 р радянський астроном К. Ф. Огородников.

Основна ідея методу полягає в тому, що зоряна система повинна обертатися не так, як тверде тіло: не подібне патефонної платівці, всі крапки якої описують коло в один і той же проміжок часу, а подібно обертається рідини в тазу - кутова швидкість обертання зменшується з видаленням від центру.

Прикладом такого обертання є обертання Сонячної системи. Всі тіла цієї системи - великі і малі планети, більшість комет і метеорні тіла -
обертаються навколо Сонця в одному напрямку. Тому можна говорити про обертання всієї Сонячної системи в цілому, але при цьому періоди звернень окремих тел різні. Згідно з третім законом Кеплера вони пропорційні великим полуосям орбіт, зведеним в ступінь 5/2. Це означає, що кутова швидкість обертання Сонячної системи швидко падає з віддаленням від Сонця.

Припустимо, що Галактика обертається і кутова швидкість, з якою обертаються зірки, зменшується зі збільшенням відстані від центру Галактики, хоча і не обов'язково за законом Кеплера. Рис 11 показує, що в цьому випадку обертання Галактики має певним чином відбитися на променевих швидкостях навколишніх зірок, що лежать в площині Галактики. На цьому малюнку буквою £ позначено Сонце, а ціфрамі- вісім сусідніх зірок. Згідно з нашим припущенням зірки 7, 8, будучи ближче розташовані до центру Галактики, повинні рухатися швидше, ніж зірки 1% 5 і Сонце, а останні в свою чергу швидше зірок 2, 3, 4, Зірка 1 рухається, з такою ж швидкістю, що і Сонце, тому ефект галактичного обертання не повинен позначитися на її променевої швидкості. Інша річ зірка 2. Вона рухається повільніше Сонця, Сонце її наганяє, відстань між ними зменшується, тому внаслідок обертання Галактики зірка матиме променеву швидкість, спрямовану до нас, т. Е. Негативну променеву швидкість. Зірку 3 Сонце теж обганяє, але їх взаємне положення таке, що при цьому відстань між ними не змінюється. Це означає, що на променевої швидкості зірки галактичне обертання не позначиться. Від зірки 4 Сонце йде, відстань між ними зростає, значить, галактичне обертання надає зірці 4 променеву швидкість, спрямовану від нас, т. Е. Позитивну променеву швидкість. Продовжуючи міркування, ми прийдемо до висновку, що на променеві швидкості зірок 5 і 7 галактичне обертання не вплине, у зірки 6 воно викличе негативну, а у зірки 8 позитивну променеві швидкості. Всі напрямки променевих швидкостей, що викликаються тим, що Галактика обертається не як тверде тіло.

Спостереження показують, що саме такий хід променевих швидкостей, як на рис. 11, в дійсності спостерігається у зірок. Величини променевих швидкостей і ступінь їх змінності в різних напрямках дозволили дізнатися основні дані про обертанні Галактики в околицях Сонця. Виходить, що період обертання Галактики в районі Сонця дорівнює приблизно 275 млн. Років, а області, розташовані від центру Галактики далі Сонця, роблять оборот повільніше: період обертання зростає на 1 млн. Років при збільшенні відстані від центру Галактики приблизно на 30 не хотіли. Аналогічні результати дає дослідження власних рухів сусідніх із Сонцем зірок. Ці дані добре узгоджуються з результатами, отриманими за допомогою радіометодов.

Така взаимопроверка різних методів надзвичайно важлива. Вона повністю підтверджує правильність розроблених методів і вірність наших уявлень. Адже в трьох методах використовується абсолютно різний матеріал. Променеві швидкості зірок отримані по зрушень ліній в їх спектрах. Власні руху отримані зі зміщення їх зображень на двох платівках, знятих з проміжком часу в кілька десятків років. Нарешті, профілі ліній нейтрального водню визначені за допомогою радіотелескопів, налаштованих на довжину хвилі 21 см.

Оскільки всіма трьома методами, виходять практично однакові характеристики обертання Галактики в районі Сонця, то це означає не тільки підтвердження реальності цього обертання, але також і доказ справедливості наших припущень про те, що зрушення ліній в спектрах зірок викликається променевої швидкістю зірок, а видиме зміщення зірок на небі - швидкістю, перпендикулярній до променя зору, що складний профіль лінії нейтрального водню викликаний різним періодом обертання навколо центру Галактики мас водню, що знаходяться на пу і зору. Але променеві швидкості і власні руху зірок дозволяють отримати характеристики обертання Галактики тільки для околиць Сонця. Кутові швидкості обігу інших областей нашої зоряної системи, ближчих до центру, або більш далеких, ніж Сонце, за променевими швидкостями або власним рухам визначаються дуже не впевнені. Це пов'язано з тим, що світло далеких зірок, що лежать в площині Галактики, сильно поглинається темної пилової матерією.

Порівняємо швидкості всіх вивчених космічних рухів, в яких бере участь людина:

швидкість обертання Землі навколо осі - на екваторі близько 0,5 км / с, на інших широтах менше 0,5 км / с;

швидкість руху Землі навколо спільного з Місяцем центру інерції - близько 0,013 км / с;

швидкість руху Землі навколо Сонця - близько 30 км / с;

швидкість руху Сонячної системи по відношенню до навколишніх зірок - близько 20 км / с;

швидкість руху Сонячної системи і навколишніх зірок навколо центру Галактики - близько 220 км / с.

Як видно, швидкість обігу близько центру Галактики значно перевершує швидкості інших космічних рухів. Вона, звичайно, набагато більше і швидкостей всіх інших рухів, які може здійснювати людина. Тому можна сказати, що основне наше рух - це участь в обертанні біля центру Галактики зі швидкістю 220 км / с.