Страница 267 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

В О П Р О С Ы

1. Какая плотность Вселенной считается критической?

Какая плотность Вселенной считается критической?

Критическая плотность Вселенной ($\rho_c$) — это такое значение средней плотности вещества и энергии, при котором геометрия пространства Вселенной является плоской (евклидовой). Это пороговое значение, которое определяет дальнейшую судьбу и геометрию нашей Вселенной в рамках стандартной космологической модели Фридмана.

Связь между реальной средней плотностью Вселенной ($\rho$) и критической плотностью определяет один из трёх возможных сценариев:

• Если реальная плотность больше критической ($\rho > \rho_c$), то Вселенная имеет положительную кривизну (подобно поверхности сферы), является "замкнутой" и в будущем её расширение сменится сжатием (так называемый "Большой хруст").
• Если реальная плотность меньше критической ($\rho < \rho_c$), то Вселенная имеет отрицательную кривизну (подобно поверхности седла), является "открытой" и будет расширяться вечно.
• Если реальная плотность в точности равна критической ($\rho = \rho_c$), то Вселенная имеет нулевую кривизну (является "плоской") и будет расширяться вечно, но скорость расширения будет асимптотически стремиться к нулю.

Критическая плотность не является постоянной величиной, она зависит от скорости расширения Вселенной, которая описывается параметром Хаббла ($H$). Формула для критической плотности выводится из уравнений Фридмана и имеет вид:

$\rho_c = \frac{3H^2}{8\pi G}$

где:

• $H$ — параметр Хаббла, характеризующий скорость расширения Вселенной в данный момент времени. Его современное значение обозначается как $H_0$.
• $G$ — гравитационная постоянная ($ \approx 6.674 \times 10^{-11} \text{ м}^3 \cdot \text{кг}^{-1} \cdot \text{с}^{-2}$).
• $\pi$ — математическая константа пи.

Используя современные данные о значении постоянной Хаббла ($H_0 \approx 67.4$ (км/с)/Мпк), можно рассчитать современное значение критической плотности. Оно составляет примерно:

$\rho_{c,0} \approx 8.5 \times 10^{-27} \text{ кг/м}^3$

Это чрезвычайно низкая плотность, эквивалентная примерно 5 атомам водорода на один кубический метр пространства.

Современные наблюдения, в частности, данные по реликтовому излучению (от космических аппаратов WMAP и Planck), показывают, что реальная плотность нашей Вселенной с высокой точностью равна критической. Это означает, что наша Вселенная очень близка к плоской.

Ответ: Критическая плотность — это средняя плотность вещества и энергии, при которой Вселенная является плоской (имеет евклидову геометрию). Её значение зависит от скорости расширения Вселенной (параметра Хаббла) и вычисляется по формуле $\rho_c = \frac{3H^2}{8\pi G}$. На сегодняшний день её значение оценивается примерно в $8.5 \times 10^{-27}$ кг/м³, что эквивалентно примерно 5 атомам водорода на кубический метр.

2. Какие варианты эволюции Вселенной следуют из теории Фридмана?

Теория Александра Фридмана, основанная на решении уравнений общей теории относительности Эйнштейна для однородной и изотропной Вселенной, предсказывает различные сценарии её будущей эволюции. Судьба Вселенной в этих моделях определяется соотношением между её средней плотностью вещества и энергии ($ρ$) и так называемой критической плотностью ($ρ_c$). Критическая плотность — это значение плотности, необходимое для того, чтобы остановить расширение Вселенной. Это соотношение удобно выразить через безразмерный параметр плотности $Ω = ρ / ρ_c$.

В зависимости от значения параметра плотности $Ω$ (и связанного с ним параметра кривизны пространства $k$), теория Фридмана выделяет три основных варианта эволюции:

• Закрытая Вселенная ($Ω > 1$, кривизна $k=+1$)

  В этом сценарии средняя плотность Вселенной превышает критическую. Гравитационное притяжение вещества настолько велико, что оно способно со временем остановить расширение, начавшееся после Большого взрыва, и обратить его вспять. Вселенная достигнет максимального размера, после чего начнётся фаза сжатия, которая может завершиться коллапсом в сингулярность — так называемым «Большим сжатием» (Big Crunch). Геометрия такой Вселенной имеет положительную кривизну и в двух измерениях аналогична поверхности сферы.

  Ответ: Сценарий, при котором расширение Вселенной со временем сменяется сжатием, приводящим к коллапсу.

• Плоская Вселенная ($Ω = 1$, кривизна $k=0$)

  В этом пограничном случае средняя плотность Вселенной в точности равна критической. Вселенная будет расширяться вечно, но скорость расширения будет постоянно уменьшаться, асимптотически приближаясь к нулю с течением времени ($t \to \infty$). Гравитация в точности уравновешивает кинетическую энергию расширения, но её недостаточно, чтобы полностью его остановить. Геометрия пространства в такой Вселенной является евклидовой (плоской), как обычное трехмерное пространство, подчиняющееся законам геометрии Евклида.

  Ответ: Сценарий, при котором Вселенная расширяется вечно, но скорость её расширения стремится к нулю.

• Открытая Вселенная ($Ω < 1$, кривизна $k=-1$)

  Если средняя плотность Вселенной меньше критической, гравитационного притяжения недостаточно для прекращения расширения. Вселенная будет расширяться вечно, причём скорость расширения хотя и будет уменьшаться под действием гравитации, но будет стремиться к некоторому постоянному положительному значению. Геометрия такой Вселенной имеет отрицательную кривизну и в двух измерениях аналогична поверхности гиперболоида (седловидная форма).

  Ответ: Сценарий, при котором Вселенная расширяется вечно с не затухающей до нуля скоростью.

Важно отметить, что современные космологические модели (ΛCDM) включают в себя также тёмную энергию (описываемую космологической постоянной $Λ$), которая, как показывают наблюдения, вызывает ускоренное расширение Вселенной. Это усложняет предсказания, но три базовых сценария Фридмана, основанные на геометрии и плотности, остаются фундаментальными в космологии.

3. Что такое «скрытая» масса Вселенной?

Что такое «скрытая» масса Вселенной?

«Скрытая» масса, более известная в современной космологии как тёмная материя, — это гипотетическая форма материи, которая не испускает, не поглощает и не отражает электромагнитное излучение (например, свет) в достаточном количестве, чтобы её можно было обнаружить напрямую. Её существование, однако, убедительно подтверждается многочисленными косвенными наблюдениями, основанными на её гравитационном влиянии на видимое вещество, излучение и крупномасштабную структуру Вселенной.

Основные свидетельства существования скрытой массы:

• Кривые вращения галактик. Наблюдения показывают, что скорость вращения звёзд на окраинах спиральных галактик остаётся практически постоянной по мере удаления от центра. Это противоречит законам небесной механики, которые предсказывают, что скорость должна уменьшаться, если бы вся масса была сосредоточена в видимых объектах (звёздах, газе, пыли). Согласно закону всемирного тяготения, орбитальная скорость $v$ объекта на расстоянии $r$ от центральной массы $M$ определяется как $v = \sqrt{\frac{GM}{r}}$. Если бы основная масса была сосредоточена в центре, скорость должна была бы падать как $v \propto 1/\sqrt{r}$. Наблюдаемая плоская кривая вращения указывает на наличие огромного невидимого гало из тёмной материи, которое окружает галактику и создаёт дополнительное гравитационное притяжение.
• Гравитационное линзирование. Массивные объекты, такие как скопления галактик, искривляют пространство-время вокруг себя. Это приводит к тому, что свет от более далёких объектов, проходящий мимо, изгибается, как будто через линзу. Наблюдаемая степень искривления света часто оказывается гораздо сильнее, чем та, которую могла бы создать вся видимая масса скопления. Это расхождение объясняется наличием дополнительной, скрытой массы.
• Движение галактик в скоплениях. Скорости, с которыми галактики движутся внутри скоплений, слишком велики. Гравитации одного лишь видимого вещества было бы недостаточно, чтобы удержать их вместе — скопления бы давно разлетелись. Существование тёмной материи обеспечивает необходимое гравитационное поле для удержания скоплений как единых структур.
• Космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение). Анализ флуктуаций (неоднородностей) температуры реликтового излучения позволяет точно определить состав Вселенной. Наилучшее соответствие наблюдательных данных и стандартной космологической модели ($\Lambda$CDM) достигается, если предположить, что Вселенная состоит примерно на 5% из обычной (барионной) материи, на 27% из тёмной материи и на 68% из тёмной энергии.

Природа тёмной материи до сих пор остаётся одной из главных загадок современной физики. Она точно не состоит из обычных частиц (протонов и нейтронов), так как это противоречило бы данным о количестве лёгких элементов, образовавшихся после Большого Взрыва (первичный нуклеосинтез). Основные гипотезы предполагают, что тёмная материя состоит из экзотических, ещё не открытых элементарных частиц, таких как вимпы (WIMPs — слабо взаимодействующие массивные частицы), аксионы или стерильные нейтрино.

Ответ: «Скрытая» масса (или тёмная материя) — это форма материи во Вселенной, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением (не светится и не поглощает свет) и поэтому невидима для прямых наблюдений. Её существование выводится из гравитационных эффектов, которые она оказывает на видимое вещество: аномально высокие скорости вращения галактик, сильное гравитационное линзирование и удержание галактик в скоплениях. По современным оценкам, на долю скрытой массы приходится около 27% всей массы-энергии Вселенной, что примерно в 5 раз больше, чем доля обычной, видимой материи.

4. Поясните возможный вариант развития Вселенной в случае, если её реальная плотность меньше критической.

Поясните возможный вариант развития Вселенной в случае, если её реальная плотность меньше критической.

Решение

Сценарий развития Вселенной, в котором ее реальная средняя плотность вещества и энергии ($ \rho $) меньше критической плотности ($ \rho_c $), описывается моделью «открытой Вселенной». Критическая плотность — это пороговое значение, которое определяет будущую судьбу Вселенной. Она вычисляется по формуле:

$ \rho_c = \frac{3H^2}{8\pi G} $,

где $ H $ — постоянная Хаббла, а $ G $ — гравитационная постоянная.

Это значение плотности соответствует случаю, когда кинетическая энергия расширения Вселенной в точности уравновешена ее гравитационной потенциальной энергией. Если бы плотность была равна критической, расширение Вселенной замедлялось бы, асимптотически стремясь к нулю через бесконечное время (сценарий плоской Вселенной).

Если же реальная плотность Вселенной $ \rho $ меньше критической $ \rho_c $, это означает, что гравитационного притяжения всей материи и энергии во Вселенной недостаточно, чтобы остановить ее расширение.

Основные характеристики и последствия такого сценария следующие:

1. Бесконечное расширение. Вселенная будет расширяться вечно. Сила гравитации не сможет преодолеть инерцию расширения, заданную Большим взрывом. Более того, современные данные указывают на наличие темной энергии, которая вызывает ускоренное расширение. В случае $ \rho < \rho_c $ расширение будет вечным и также ускоряющимся.

2. Геометрия пространства. Такой Вселенной соответствует геометрия с отрицательной кривизной (гиперболическая геометрия, или геометрия Лобачевского). В двумерной аналогии ее форма напоминает седло. Сумма углов воображаемого большого треугольника в таком пространстве всегда меньше 180°.

3. Будущее Вселенной: «Большое замерзание» или «Тепловая смерть». Этот сценарий ведет к постепенному угасанию всех активных процессов во Вселенной по следующим этапам:

• Галактики будут удаляться друг от друга, и со временем галактики за пределами нашей Местной группы скроются за космологическим горизонтом, став ненаблюдаемыми.

• Через триллионы лет иссякнут запасы межзвездного газа, и процесс звездообразования прекратится.

• Существующие звезды исчерпают свое ядерное топливо и превратятся в остывающие компактные объекты: белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры.

• На гипотетических, еще больших временных масштабах ($ >10^{34} $ лет), протоны могут распасться, что приведет к исчезновению всей барионной материи.

• Наконец, даже сверхмассивные черные дыры испарятся в результате излучения Хокинга в течение колоссальных периодов времени.

• В конечном итоге Вселенная достигнет состояния максимальной энтропии — она станет холодным, темным и практически пустым пространством, заполненным лишь разреженным фоном элементарных частиц (фотонов, нейтрино) при температуре, бесконечно близкой к абсолютному нулю.

Ответ: Если реальная плотность Вселенной меньше критической, то гравитация недостаточна для остановки расширения. Вселенная будет расширяться вечно и с ускорением (из-за влияния темной энергии), что соответствует модели «открытой Вселенной» с отрицательной пространственной кривизной. Конечной стадией такого развития является «тепловая смерть» (или «Большое замерзание»): все звезды погаснут, вещество распадется, черные дыры испарятся, и Вселенная превратится в холодное, темное и пустое пространство, стремящееся к состоянию термодинамического равновесия при температуре, близкой к абсолютному нулю.

5. Поясните возможный вариант развития Вселенной в случае, если её реальная $ \rho > \rho_{crit} $.

Сценарий развития Вселенной определяется соотношением её реальной средней плотности материи и энергии ($\rho$) и так называемой критической плотности ($\rho_c$). Критическая плотность — это такое значение плотности, при котором гравитационного притяжения вещества во Вселенной в точности хватает, чтобы остановить её расширение через бесконечно долгий промежуток времени.

Если реальная плотность Вселенной оказывается больше критической, что математически выражается как $\rho > \rho_c$, то такой вариант развития соответствует модели "закрытой" Вселенной. Вот основные этапы и характеристики этого сценария:

1. Геометрия пространства. В такой модели пространство имеет положительную кривизну. Его геометрия аналогична геометрии поверхности сферы (в четырёхмерном пространстве-времени это называется гиперсферой). Это означает, что Вселенная конечна по своему объёму, но при этом у неё нет границ (как у поверхности шара). Для такой геометрии сумма углов треугольника всегда будет больше 180°.
2. Эволюция расширения. После Большого взрыва Вселенная начинает расширяться. Однако, поскольку плотность вещества и энергии очень высока, силы гравитационного притяжения между всеми объектами во Вселенной значительны и активно тормозят это расширение.
3. Остановка расширения. Со временем скорость расширения будет уменьшаться, пока гравитация не уравновесит инерцию разлёта. В этот момент расширение Вселенной полностью прекратится, и она достигнет своего максимального размера.
4. Начало сжатия. После остановки гравитационные силы начнут преобладать, и Вселенная войдёт в фазу сжатия. Галактики, которые до этого удалялись друг от друга, начнут сближаться.
5. Большое сжатие (Big Crunch). Процесс сжатия будет происходить со всё возрастающей скоростью. Плотность и температура Вселенной начнут стремительно расти. В конечном итоге всё вещество и вся энергия сколлапсируют в одну точку с бесконечной плотностью и температурой — в сингулярность, подобную той, из которой Вселенная предположительно родилась. Этот гипотетический финал называется "Большим сжатием" или "Большим хлопком".

Таким образом, сценарий Вселенной с плотностью выше критической предполагает конечный во времени жизненный цикл: рождение, расширение до максимального размера, а затем сжатие и коллапс. Стоит отметить, что современные астрономические наблюдения, указывающие на ускоренное расширение Вселенной, делают этот сценарий маловероятным в его классическом виде (без учёта тёмной энергии). Однако он остаётся одним из фундаментальных возможных путей эволюции космологических моделей.

Ответ: Если реальная плотность Вселенной больше критической, то такая Вселенная является "закрытой". Силы гравитации в ней в конечном итоге остановят расширение, после чего начнётся обратный процесс — сжатие. Этот процесс завершится "Большим сжатием" (Big Crunch), когда вся материя и энергия Вселенной сколлапсируют в сингулярность.

ТВОРЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

1. Оцените расстояние от вашего дома до школы в метрах, а затем переведите это расстояние в световые года. Почему в обыденной жизни мы не измеряем расстояния в световых годах?

Оцените расстояние от вашего дома до школы в метрах, а затем переведите это расстояние в световые года.

Для выполнения этой задачи необходимо сделать предположение о расстоянии от дома до школы, так как оно является индивидуальным. Возьмем для примера среднее расстояние, которое может составлять 1,5 километра.

Дано:

Предполагаемое расстояние от дома до школы, $S = 1,5 \text{ км}$.

Скорость света в вакууме (фундаментальная физическая постоянная), $c \approx 299 792 458 \text{ м/с}$ (для расчетов округлим до $3 \times 10^8 \text{ м/с}$).

Продолжительность одного юлианского года, $t = 365,25 \text{ суток}$.

Переведем все данные в систему СИ:

$S = 1,5 \text{ км} = 1500 \text{ м}$

$t = 365,25 \text{ суток} \times 24 \text{ часа/сутки} \times 3600 \text{ с/час} = 31 557 600 \text{ с}$

Найти:

Расстояние от дома до школы в световых годах, $S_{ly}$.

Решение:

Световой год — это внесистемная единица длины, равная расстоянию, которое свет проходит в вакууме за один год. Рассчитаем, чему равен один световой год ($L_{ly}$) в метрах:

$L_{ly} = c \times t$

$L_{ly} \approx (3 \times 10^8 \text{ м/с}) \times (31 557 600 \text{ с}) \approx 9.467 \times 10^{15} \text{ м}$.

Для более точных расчетов используется стандартное значение $1 \text{ световой год} \approx 9.461 \times 10^{15} \text{ м}$.

Теперь, чтобы перевести расстояние от дома до школы в световые года, разделим это расстояние в метрах на количество метров в одном световом годе:

$S_{ly} = \frac{S}{L_{ly}} = \frac{1500 \text{ м}}{9.461 \times 10^{15} \text{ м}} \approx 1.585 \times 10^{-13} \text{ световых лет}$.

Это число можно записать как $0,0000000000001585$ световых лет.

Ответ: Если расстояние от дома до школы равно 1500 м, то в световых годах это расстояние составит примерно $1.585 \times 10^{-13}$ световых лет.

Почему в обыденной жизни мы не измеряем расстояния в световых годах?

В обыденной жизни мы не используем световые года для измерения расстояний, и на это есть несколько веских причин:

• Несоответствие масштаба. Световой год — это колоссальная единица длины, равная почти 9,5 триллионам километров. Она была введена для удобства измерения огромных расстояний в космосе, например, между звездами или галактиками. Использовать ее для измерения земных расстояний так же нелепо, как измерять рост человека в тысячах километров.
• Непрактичность получаемых чисел. Как показывает расчет выше, даже такое значительное для пешехода расстояние, как 1,5 км, в световых годах выражается невероятно малым числом ($1.585 \times 10^{-13}$). Оперировать в быту числами с таким количеством нулей после запятой крайне неудобно и контринтуитивно.
• Наличие удобных единиц. Для земных масштабов давно существуют и успешно применяются подходящие единицы измерения: метры и километры (а также мили, футы и т.д. в некоторых странах). Эти единицы соответствуют нашему повседневному опыту и позволяют выражать расстояния в удобных и легко воспринимаемых числах.

Выбор единицы измерения всегда продиктован соображениями практичности и соответствия масштабу измеряемой величины. Световые года идеально подходят для астрономии, но совершенно непрактичны для повседневной жизни на Земле.

Ответ: В обыденной жизни мы не измеряем расстояния в световых годах, потому что эта единица измерения слишком велика для земных масштабов, что делает ее использование непрактичным. Это приводит к получению крайне малых, неудобных для восприятия и расчетов дробных чисел, в то время как для бытовых нужд существуют гораздо более подходящие единицы — метры и километры.

2. Напишите эссе «Эволюция человечества: факторы и условия».

Решение

Эволюция человека, или антропогенез, представляет собой уникальный процесс, в котором тесно переплелись законы биологического развития и становления социальных отношений. В отличие от эволюции других видов, на определенном этапе для предков Homo sapiens ведущую роль стали играть не только биологические, но и социальные факторы, которые и определили вектор нашего развития. Рассмотрение этих факторов и условий, в которых они действовали, позволяет понять сложность и многогранность становления человечества.

Факторы эволюции человечества

Движущие силы антропогенеза принято разделять на две основные группы: биологические и социальные.

Биологические факторы были основополагающими на ранних этапах эволюции гоминид. К ним относятся классические дарвиновские механизмы:

• Наследственная изменчивость — поставляла материал для отбора. Случайные мутации приводили к появлению у особей новых признаков, некоторые из которых оказывались полезными в изменяющихся условиях среды.
• Борьба за существование — проявлялась в конкуренции за ресурсы, защите от хищников и противостоянии неблагоприятным условиям. Выживали наиболее приспособленные особи.
• Естественный отбор — закреплял полезные признаки в поколениях. Именно под давлением отбора происходили ключевые ароморфозы в линии гоминид: прямохождение (бипедализм), освободившее руки для манипуляций; развитие противопоставленного большого пальца, обеспечившее возможность изготовления орудий труда; и, конечно, прогрессивное увеличение объема и усложнение структуры головного мозга.

Эти факторы привели к появлению австралопитеков, а затем и первых представителей рода Homo, таких как Homo habilis (человек умелый).

Социальные факторы стали играть решающую роль с момента начала трудовой деятельности. Их значение неуклонно возрастало, и со временем они вышли на первый план, ослабив действие чисто биологических механизмов.

• Труд (орудийная деятельность) — по словам Ф. Энгельса, «труд создал самого человека». Систематическое изготовление и использование орудий труда способствовало развитию кисти руки, совершенствованию координации движений и, что самое главное, стимулировало развитие мышления и планирования.
• Общественный образ жизни — совместная охота, защита от врагов, воспитание потомства требовали сплоченности и координации действий. Это способствовало снижению внутривидовой агрессии и развитию альтруистического поведения. В коллективе было легче выжить, передать опыт и знания.
• Речь и мышление — необходимость общения в процессе совместного труда и жизни привела к развитию сначала нечленораздельных звуков, а затем и членораздельной речи. Речь, в свою очередь, стала мощнейшим инструментом для развития абстрактного мышления, передачи сложной информации и культурного наследия.

Условия эволюции человечества

Ключевые эволюционные сдвиги в линии гоминид были спровоцированы глобальными изменениями климата и окружающей среды. Примерно 6–7 миллионов лет назад в Африке началось похолодание и иссушение климата. Тропические леса, бывшие домом для наших древесных предков, стали сокращаться, уступая место открытым пространствам — саваннам. Эти новые условия создали мощное селективное давление:

• Переход к прямохождению давал преимущества в саванне: позволял смотреть поверх высокой травы, чтобы вовремя заметить хищника или добычу, а также освобождал руки для переноски детенышей, пищи и использования примитивных орудий (палок, камней).
• Изменение рациона питания — с преимущественно растительной диеты на всеядность с включением мяса — обеспечило предков человека более калорийной пищей. Это было критически важно для снабжения энергией растущего и метаболически «дорогого» мозга.

Таким образом, именно условия африканской саванны стали той «эволюционной колыбелью», где естественный отбор направил развитие наших предков по пути, приведшему к появлению человека разумного.

В заключение можно сказать, что эволюция человечества — это результат сложного взаимодействия биологических предпосылок и социальных закономерностей, развернувшегося в уникальных экологических условиях. Начавшись под действием общих для всего живого мира факторов, антропогенез постепенно перешел на новый, социально-культурный уровень, где главными двигателями прогресса стали труд, общество и разум.

Ответ: Эволюция человечества является биосоциальным процессом, движущими силами которого выступали две группы факторов. Биологические факторы (наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор) играли ведущую роль на ранних этапах, формируя такие ключевые адаптации, как прямохождение и развитие мозга. Социальные факторы (труд, общественный образ жизни, речь и мышление) постепенно стали доминирующими, превратив животного предка в человека. Весь этот процесс происходил в специфических условиях изменения климата и ландшафта в Африке (сокращение лесов и распространение саванн), которые создали необходимое давление отбора для запуска ключевых эволюционных преобразований.

3. Сделайте фотоальбом «Галактики».

Решение

Фотоальбом «Галактики» представляет собой подборку знаменитых и интересных галактик с кратким описанием их ключевых особенностей.

Млечный Путь

[Изображение: Художественное представление галактики Млечный Путь, вид сверху]

Млечный Путь — это наша родная галактика, спиральная галактика с перемычкой (баром). Она содержит нашу Солнечную систему, а также, по оценкам, от 100 до 400 миллиардов звезд. Диаметр диска Млечного Пути составляет около 100 000–120 000 световых лет. С Земли мы находимся внутри диска, поэтому галактика видна нам как светящаяся полоса на ночном небе. В центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра, известная как Стрелец A*.

Галактика Андромеды (M31)

[Изображение: Фотография Галактики Андромеды, сделанная телескопом, показывающая ее гигантский размер и спиральные рукава]

Галактика Андромеды — ближайший к нам крупный галактический сосед, расположенный на расстоянии около 2,54 миллиона световых лет. Это спиральная галактика, которая даже больше Млечного Пути — ее диаметр составляет около 220 000 световых лет, и она содержит около одного триллиона звезд. Андромеда и Млечный Путь движутся навстречу друг другу и, по прогнозам, столкнутся и сольются примерно через 4,5 миллиарда лет, образовав новую, еще более крупную галактику.

Галактика Треугольника (M33)

[Изображение: Яркое изображение Галактики Треугольника с хорошо видимыми розовыми областями звездообразования]

Галактика Треугольника является третьей по величине в Местной группе галактик, после Андромеды и Млечного Пути. Она находится на расстоянии около 3 миллионов световых лет от нас. Это спиральная галактика, известная своими многочисленными H II областями — гигантскими облаками ионизированного водорода, где происходит активное формирование звезд. Самая большая из них, NGC 604, является одной из самых массивных областей звездообразования в Местной группе.

Галактика Водоворот (M51a)

[Изображение: Классический снимок галактики Водоворот с ее галактикой-компаньоном NGC 5195]

Галактика Водоворот — это классическая спиральная галактика с «гранд-дизайном», находящаяся на расстоянии около 23 миллионов световых лет. Ее хорошо очерченные спиральные рукава являются результатом гравитационного взаимодействия с ее меньшим спутником, галактикой NGC 5195. Это взаимодействие сжимает газовые облака, запуская интенсивные волны звездообразования, которые и делают рукава такими яркими и заметными.

Галактика Сомбреро (M104)

[Изображение: Галактика Сомбреро, видимая почти с ребра, с ярким ядром и темной пылевой полосой]

Галактика Сомбреро, названная так из-за своего внешнего вида, напоминающего шляпу, находится на расстоянии около 31 миллиона световых лет. Мы наблюдаем ее практически с ребра. Она отличается очень ярким и большим центральным балджем (сфероидальным компонентом) и заметной темной полосой пыли в плоскости диска. В центре галактики находится сверхмассивная черная дыра, одна из самых массивных среди ближайших к нам галактик.

Ответ:

В качестве ответа на задание создан виртуальный фотоальбом «Галактики». Он включает в себя описания пяти различных галактик: Млечный Путь, Андромеда (M31), Треугольник (M33), Водоворот (M51a) и Сомбреро (M104). Для каждой галактики приведено краткое описание ее структуры, размера, расстояния до Земли и других примечательных характеристик.