Общая структура Галактики

Цель работы: изучение галактической концентрации звезд.

Пособия: Малый звездный атлас А.А. Михайлова; А.А. Михайлов «Звездный атлас (со звездами до 8,25 величины)». – М.: Наука, 1969; калькулятор.

Представление об общей структуре Галактики в первом приближении можно получить на основе статистического подсчета звезд в различных областях неба.

Две точки небесной сферы, удаленные на 90º от любой точки галактического экватора, называются галактическими полюсами. Северный галактический полюс лежит в северном небесном полушарии, а южный галактический полюс – в южном небесном полушарии. Соответственно и галактический экватор делит небесную сферу на северное и южное галактические полушария.

Так как подавляющее число звезд нашей Галактики расположено в области Млечного Пути, то для изучения общей структуры Галактики, естественно выбрать такую систему сферических координат, основной круг которой проходил бы примерно по линии Млечного Пути. Этот большой круг называется галактическим экватором () и пересекается с небесным экватором () в двух диаметрально противоположных точках на небесном экваторе, называемых узлами галактического экватора. Узел, в котором галактический экватор переходит в северное небесное полушарие в направлении с запада к востоку, против часовой стрелки, называется восходящим узлом b. Диаметрально противоположный узел называется нисходящим узлом Ã.

Галактический экватор пересекается с небесным экватором под углом , называемым наклонением галактического экватора. Большие круги, проходящие через галактические полюсы, называются кругами галактической широты. По ним отсчитывается галактическая широта небесных объектов, то есть угловое расстояние от галактического экватора, считаемое в северном галактическом полушарии положительным, а в южном галактическом полушарии – отрицательным. Очевидно, пределы измерения .

Рис. 9.1. Галактическая система координат

Другая координата, называемая галактической долготой , отсчитывается в пределах от 0º до 360º вдоль галактического экватора всегда в одном направлении против часовой стрелки (как и прямое восхождение в экваториальной системе небесных координат) и началом его отсчета служит точка галактического экватора, соответствующая направлению на центр нашей Галактики. Эта точка лежит на расстоянии к западу от восходящего узла b галактического экватора.

Галактическая долгота и галактическая широта измеряются всегда в градусах с точностью не более 0º,01.

Положение обоих узлов галактического экватора и обоих галактических полюсов задается в системе экваториальных координат их прямым восхождением и склонением . Приближенное положение узлов может быть установлено по картам звездного атласа, для чего достаточно вблизи пересечения Млечного Пути с небесным экватором провести среднюю линию Млечного Пути, изображающую галактический экватор, и отметить точку ее пересечения с небесным экватором, которая и является одним из узлов галактического экватора, а его название определяется по направлению счета и . Экваториальные координаты и этого узла отсчитываются по координатной сетке карты, экваториальные координаты второго узла находятся из условия его расположения относительно первого узла, а галактические координаты и обоих узлов определяются по условиям построения галактической системы координат. Наклонение галактического экватора измеряется на карте транспортиром.

Зная наклонение галактического экватора и помня, что линия узлов b О Ã перпендикулярна к плоскости большого круга , на котором лежат полюса мира ( и ) и галактические полюса ( и ), нетрудно вычислить экваториальные координаты и обоих галактических полюсов.

Одним из простейших методов изучения общей структуры Галактики является подсчет числа звезд до определенной видимой звездной величины в различных участках звездного неба. Обозначим через число звезд видимой звездной величины , через – число звезд от самых ярких до видимой звездной величины (включительно), а через – площадь участка неба, на котором эти звезды расположены. Обычно значения выбираются целыми, с интервалом в одну звездную величину, и к ним относятся все звезды со звездными величинами от () до (). Поскольку изображения звезд на картах не могут быть градуированы с большей точностью, то не будет большой погрешностью, если звездами видимой величины считать не только их самих, но и звезды видимой звездной величины (). Другими словами, будем считать звездами 1 звездной величины звезды с и , звездами второй звездной величины – звезды с и , звездами пятой звездной величины – звезды с и и т.д., а под и – подразумевать соответствующие числа звезд этих же звездных величин. Тогда

.

(9.1)

Подсчитав в каждой площадке числа звезд в отдельности, вплоть до ( и ), легко найти для тех же площадок значения и затем вычислить звездную плотность, то есть число звезд , расположенных на площадке в 1 квадратный градус. Очевидно, звездная плотность

,

(9.2)

где выражено в квадратных градусах.

Величина площади вычисляется по координатной сетке карты, с учетом схождения кругов склонения к полюсу мира. Если площадка ограничена кругами склонения с прямыми восхождениями и и небесными параллелями со склонением и , то ее протяженность по этим координатам будет () и (), а площадь, выраженная в квадратных градусах,

,

где и выражены в часах (и их долях), и – в градусах, а коэффициент 15 служит для перевода часов в градусы.

Для определения галактической концентрации звезд числа подсчитываются в площадках, расположенных в поясе галактического экватора и вокруг галактических полюсов. Найдя звездную плотность в районе галактического экватора и в районе галактического полюса, можно вычислить галактическую концентрацию

,

(9.4)

показывающую, во сколько раз число звезд до данной звездной величины (на 1 квадратный градус) в районе галактического экватора больше аналогичного числа в районе галактического полюса.

Попутно полезно провести такую же статистику для областей, расположенных вдоль галактических параллелей .

Получив значения и для предельной видимой звездной величины, изображенной на звездной карте, и, приняв за единичный вектор звездную плотность в районе галактического полюса, можно построить векторную диаграмму видимого распределения звезд в Галактике (рис. 9.2), наглядно показывающую сжатие нашей звездной системы. При наличии подробных звездных карт можно обнаружить различные значения галактической концентрации в разных участках Млечного Пути и выявить направление, в котором галактическая концентрация максимальна.

.

(9.5)

По этим данным также полезно построить круговую векторную диаграмму, на которой выявляется направление наибольшей галактической концентрации, соответствующее направлению на ядро Галактики. Значение заимствуются из таблицы 3 в Приложении.

Задания:

1. С карт Малого звездного атласа А.А. Михайлова скопировать на кальку границы Млечного Пути в районах его пересечения с небесным экватором, дугу небесного экватора и дуги трех кругов склонения в этих же районах.

2. Оцифровать на кальке круги склонения, провести на ней галактический экватор, измерить наклонение галактического экватора к небесному, определить экваториальные и галактические координаты узлов галактического экватора и написать названия созвездий, в которых лежат эти узлы.

3. Вычислить экваториальные и галактические координаты галактических полюсов и указать названия созвездий, в которых эти полюса расположены.

4. С одной из карт Малого звездного атласа А.А. Михайлова скопировать на кальку 6-8 наиболее ярких звезд двух указанных ниже созвездий и нанести на нее положение одного из галактических полюсов, одну параллель с галактической широтой +45º (или -45º), две параллели с галактической широтой ±5º, галактический экватор и границы Млечного Пути; созвездия: 1) Лебедя и Водолея; 2) Орла и Козерога; 3) Стрельца и Микроскопа; 4) Персея и Овна; 5) Скорпиона и Весов; 6) Возничего и Кита; 7) Близнецов и Эридана; 8) Большого Пса и Эридана.

5. На той же кальке наметить три площадки размерами около , расположенные: одна – вдоль галактического экватора, другая – вдоль галактической параллели 45º и третья – вокруг одного из галактических полюсов.

6. Пользуясь Малым звездным атласом А.А. Михайлова, отождествить на картах Большого звездного атласа А.А. Михайлова или звездного атласа А. Бечваржа области и площадки, скопированные на кальку, и по картам этих больших атласов посчитать в избранных площадках раздельно число звезд различной звездной величины, найти число звезд (полагая последовательно равным 4, 5, 6 и 7) и определить звездную плотность для каждой площадки.

7. Вычислить галактическую концентрацию и отношение звездной плотности в районе 45º галактической параллели к звездной плотности в районе галактического полюса.

8. Изобразив значения звездной плотности векторами в определенном масштабе, построить векторную диаграмму по трем направлениям (, , ).

9. По общим результатам пункта 7 построить аналогичную диаграмму галактической концентрации в различных областях Млечного Пути и найти приближенное значение галактической долготы той области, в которой галактическая концентрация максимальна.

10. По результатам пунктов 7-9 сформулировать вывод об общей структуре Галактики.