Номер 3, страница 292 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. Как определили размер Галактики?

Определение размеров нашей Галактики, Млечного Пути, — сложная задача, поскольку мы находимся внутри неё. Из-за этого наше видение ограничено, в частности, из-за поглощения света межзвездной пылью, что долгое время вводило астрономов в заблуждение.

Ранние модели и проблема межзвездного поглощения

Первые попытки оценить размер Галактики, предпринятые, например, Уильямом Гершелем в конце XVIII века, основывались на подсчете звезд в разных направлениях. Гершель пришел к выводу, что мы находимся в центре дискообразной системы звезд. Однако он не знал о существовании межзвездной пыли, которая поглощает свет далеких звезд и создает иллюзию, что мы находимся в центре видимой области, тогда как на самом деле мы просто не видим более далекие части Галактики.

Прорыв Харлоу Шепли: шаровые скопления и переменные звезды

Революционный прорыв в определении размеров Галактики и нашего положения в ней совершил американский астроном Харлоу Шепли в 1910-х годах. Его метод основывался на изучении шаровых звездных скоплений.

1. Объекты исследования: Шепли сосредоточился на шаровых скоплениях — плотных, сферических группах, содержащих сотни тысяч старых звезд. Эти скопления находятся в основном за пределами плоскости галактического диска, в области, называемой гало, и поэтому их можно наблюдать в направлениях, где меньше пыли.

2. Метод измерения расстояний: Для определения расстояний до этих скоплений Шепли использовал переменные звезды, в частности, звезды типа RR Лиры. Эти звезды являются «стандартными свечами» — астрономическими объектами с известной светимостью (абсолютной звездной величиной). Светимость звезд типа RR Лиры примерно одинакова. Также для этой цели используются цефеиды — другой тип переменных звезд, для которых существует четкая зависимость «период пульсации — светимость», открытая Генриеттой Ливитт. Зная абсолютную звездную величину ($\text{M}$) и измерив видимую звездную величину ($\text{m}$), можно вычислить расстояние до объекта ($\text{d}$) по формуле модуля расстояния:

$m - M = 5 \lg(d) - 5$

где расстояние $\text{d}$ измеряется в парсеках.

3. Результаты и выводы: Шепли измерил расстояния до нескольких десятков шаровых скоплений и нанес их на трехмерную карту. Он обнаружил, что они образуют огромную сферическую систему, центр которой находится на очень большом расстоянии от Солнца в направлении созвездия Стрельца. Шепли справедливо предположил, что этот центр и является истинным центром нашей Галактики. Таким образом, он не только определил положение Солнца (около 2/3 расстояния от центра к краю), но и оценил общий размер Галактики. Его оценка диаметра составила около 100 килопарсек (примерно 300 000 световых лет), что было значительно больше, чем предполагалось ранее.

Современные методы и уточненные размеры

Хотя метод Шепли был верным по своей сути, его первоначальные оценки были завышены. Основная причина ошибки заключалась в том, что он недооценил влияние межзвездного поглощения света, из-за которого скопления казались более тусклыми и, следовательно, более далекими.

Современные оценки размеров Галактики используют множество методов и более точные данные:

• Радиоастрономия: Наблюдения в радиодиапазоне, особенно на длине волны 21 см (линия нейтрального водорода), позволяют «видеть» сквозь пылевые облака и картировать спиральную структуру и скорость вращения Галактики. Это дает точную информацию о размерах диска.

• Инфракрасная астрономия: Инфракрасные телескопы также способны проникать сквозь пыль, что позволяет изучать звезды вблизи галактического центра.

• Космическая астрометрия: Спутники, такие как Gaia, измерили с беспрецедентной точностью расстояния (методом параллакса) и движения миллиардов звезд. Эти данные позволили откалибровать шкалу расстояний, уточнить светимость «стандартных свечей» и построить подробнейшую 3D-карту значительной части Галактики.

Согласно современным данным, диаметр звездного диска Млечного Пути составляет от 100 000 до 120 000 световых лет, а толщина — около 1000 световых лет в районе Солнца. Солнце находится на расстоянии около 26 000 – 27 000 световых лет от галактического центра.

Ответ: Размер Галактики был определен благодаря методу, разработанному астрономом Харлоу Шепли. Он измерил расстояния до шаровых звездных скоплений, используя переменные звезды (типа RR Лиры и цефеиды) в качестве «стандартных свечей». Нанеся положение скоплений на карту, он обнаружил, что они распределены сферически вокруг центра, который находится далеко от Солнца в направлении созвездия Стрельца. Этот центр был идентифицирован как центр Галактики, что позволило оценить ее общие размеры и положение Солнечной системы в ней. Позднее эти оценки были уточнены с помощью радиоастрономии и данных космических телескопов, которые позволили учесть поглощение света межзвездной пылью и получить более точные измерения расстояний.