26.E: Галактики (вправи)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 78465

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Для подальшої розвідки

Статті

Ендрюс, Б. «Що таке галактики намагаються нам розповісти?» Астрономія (лютий 2011 року): 24. Вступ до нашого розуміння форм і еволюції різних типів галактик.

Ботун, Г. «Поза послідовністю Хаббла». Небо і Телескоп (травень 2000): 36. Історія та оновлення класифікаційної схеми Хаббла.

Крістіансон, Г. «Освоєння Всесвіту». Астрономія (лютий 1999): 60. Короткий вступ до життя та творчості Хаббла.

Далкантон, Дж. «Галактики, що не помічаються». Небо і Телескоп (квітень 1998): 28. На галактиках низької яскравості, які було легко пропустити.

Фрідман, В. «Швидкість розширення і розмір Всесвіту». Американський науковий (листопад 1992): 76.

Ходж, П. «Позагалактична шкала відстані: нарешті угода?» Небо і телескоп (жовтень 1993): 16.

Джонс, Б. «Спадщина Едвіна Хаббла». Астрономія (грудень 1989): 38.

Кауфман, Г. і ван ден Бош, Ф. «Життєвий цикл галактик». Американський науковий (червень 2002): 46. Про еволюцію галактик і про те, як вона веде до різних типів галактик.

Мартін, П. і Фрідлі, Д. «У серцях заборонених галактик». Небо і Телескоп (березень 1999): 32. На загороджуваних спіралей.

Остерброк, Д. «Едвін Хаббл і розширюється Всесвіт». Американський науковий (липень 1993): 84.

Рассел, Д. «Островні всесвіти від Райта до Хаббла». Небо і Телескоп (січень 1999) 56. Історія нашого відкриття галактик.

Сміт, Р. «Велика дискусія переглянута». Небо і Телескоп (січень 1983): 28. Про Шеплі-Кертіс суперечать про протяжність Чумацького Шляху і існування інших галактик.

Веб-сайти

Азбука відстані: http://www.astro.ucla.edu/~wright/distance.htm. Короткий підсумок астронома Неда Райта про всі різні методи, які ми використовуємо для отримання відстаней в астрономії.

Космічні часи 1929: http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/onl...mic/index.html. Проект NASA, що пояснює роботу Хаббла та навколишні відкриття так, ніби ви читаєте газетні статті.

Едвін Хаббл: Людина за іменем: https://www.spacetelescope.org/about...hind_the_name/. Лаконічна біографія від людей на космічному телескопі Хаббла.

Едвін Хаббл: http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee...ge_hubble.html. Стаття про життя та творчість Хаббла його студента та наступника Аллана Сандаджа. Трохи технічно місцями, але дає реальну картину людини і науки.

Наука НАСА: Вступ до галактик: http://science.nasa.gov/astrophysics... -є-галактики/. Короткий огляд із посиланнями на інші сторінки та недавні відкриття космічного телескопа Хаббла.

Національна оптична астрономія Обсерваторії Галерея галактик: www.noao.edu/image_gallery/galaxies.html. Колекція зображень та інформації про галактики та групи галактик різних типів. Ще один вражаючий архів можна знайти на сайті Європейської Південної обсерваторії: https://www.eso.org/public/images/ar...gory/galaxies/.

Цифровий огляд неба Слоана: Вступ до галактик: http://skyserver.sdss.org/dr1/en/ast...s/galaxies.asp. Ще один короткий огляд.

Розширення Всесвіту: http://hubblesite.org/newscenter/arc...leases/1999/19. Довідковий матеріал тут дає приємну хронологію того, як ми виявили і виміряли розширення Всесвіту.

Відео

Едвін Хаббл (Хаббл Епізод 89): http://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast89a/. (5:59).

Галактики: Вступ: https://www.youtube.com/watch?v=HYYgangrkZg. Компіляція кількох коротких європейських відео, які спочатку описують галактики загалом, а потім зосереджуються на галактиках у зображеннях телескопа Хаббла (12:48).

Погляди Хаббла на глибинний Всесвіт: https://www.youtube.com/watch?v=argR2U15w-M. Публічна бесіда Брендона Лоутона 2015 року з Наукового інституту космічного телескопа про галактики та за її межами (1:26:20).

Спільна групова діяльність

Протягом більшої частини минулого століття 100-дюймовий телескоп на горі. Вілсон (завершений в 1917 році) і 200-дюймовий телескоп на горі Паломар (завершений в 1948 році) були єдиними, досить великими для отримання спектрів слабких галактик. Лише жменьці астрономів (усі чоловіки - оскільки до 1960-х років жінкам не давали часу на цих двох телескопах) було дозволено користуватися цими засобами, і загалом спостерігачі не конкурували один з одним, а працювали над різними проблемами. Зараз існує багато інших телескопів, і кілька різних груп часто працюють над однією і тією ж проблемою. Наприклад, дві різні групи самостійно розробили методики використання наднових для визначення відстаней до галактик при високих червоних зрушеннях. Який підхід, на вашу думку, кращий для галузі астрономії? Що є більш економічно ефективним? Чому?
Далекий родич, якого ви запрошуєте на вечерю, щоб ви могли поділитися всіма захоплюючими речами, які ви дізналися у своєму класі астрономії, каже, що не вірить, що інші галактики складаються із зірок. Ви повертаєтеся до своєї групи і просите їх допомогти вам відповісти. Які вимірювання ви б зробили, щоб показати, що інші галактики складаються з зірок?
Подивіться на мініатюру глави з вашою групою. Яка різниця в кольорі між спіральними руками та опуклістю Андромеди розповідає вам про різницю в типах зірок, які населяють ці дві області галактики? Яка сторона галактики нам ближче? Чому?
Яка ваша реакція на читання про відкриття розширюється Всесвіту? Обговоріть, як члени групи ставляться до всесвіту «в русі». Ейнштейну не було комфортно з поняттям Всесвіту, який мав певний загальний рух до нього, замість того, щоб бути в стані спокою. Він поклав своєрідний «фактор вигадки» у свої рівняння загальної відносності для Всесвіту в цілому, щоб утримати його від руху (хоча пізніше, почувши про роботу Хаббла та Хумасона, він назвав це «найбільшою помилкою», яку він коли-небудь робив). Чи поділяєте ви первісне відчуття Ейнштейна, що це не той Всесвіт, з яким ви відчуваєте себе комфортно? Як ви думаєте, що могло спричинити розширення простору?
У науковій фантастиці персонажі іноді говорять про відвідування інших галактик. Обговоріть зі своєю групою, наскільки реалістична ця ідея. Навіть якщо у нас були швидкі космічні кораблі (які подорожували близько до швидкості світла, обмеження швидкості Всесвіту), наскільки ймовірно, що ми зможемо досягти іншої галактики? Чому?
Незважаючи на захоплення сина астрономією в коледжі, батько Едвіна Хаббла не хотів, щоб він пішов в астрономію як професію. Він дуже хотів, щоб його син був адвокатом і наполегливо підштовхнув його до вивчення закону, коли він виграв стипендію для навчання за кордоном. Хаббл врешті-решт кинув виклик батькові і пішов в астрономію, ставши, як ви дізналися в цій главі, одним з найважливіших астрономів усіх часів. Його тато не дожив, щоб побачити чудові досягнення сина. Як ви думаєте, він би змирився з вибором кар'єри сина, якби мав? Чи доводиться вам чи хтось із вашої групи чи серед ваших друзів стикатися з вибором між пристрастю у вашому серці та тим, що інші хочуть, щоб ви зробили? Обговоріть, як люди в коледжі сьогодні мають справу з таким вибором.

Переглянути питання

Опишіть основні відмінні риси спіральних, еліптичних та нерегулярних галактик.
Чому так довго знадобилося існування інших галактик?
Поясніть, що таке співвідношення маси до світла і чому воно менше в спіральних галактиках з областями зоряноутворення, ніж в еліптичних галактиках.
Якщо ми зараз розуміємо, що карликові еліптики - найпоширеніший тип галактики, чому вони так довго уникали нашого повідомлення?
Які два найкращі способи вимірювання відстані до сусідньої спіральної галактики, і як це буде виміряно?
Які два найкращі способи вимірювання відстані до далекої, ізольованої спіральної галактики, і як це буде виміряно?
Чому закон Хаббла вважається одним з найважливіших відкриттів в історії астрономії?
Що означає сказати, що Всесвіт розширюється? Що розширюється? Наприклад, чи розширюється ваш клас астрономії? Сонячна система? Чому чи чому ні?
Чи була правильною первісна оцінка Хаббла відстані до галактики Андромеди? Поясніть.
Чи обертається еліптична галактика, як спіральна галактика? Поясніть.
Чому диск спіральної галактики виглядає темним при погляді на край?
Що викликає найбільше співвідношення маси до світла: газ і пил, темна матерія або зірки, які згоріли?
Який метод стандартних ламп найкорисніший для визначення відстаней до галактик?
Якщо порівнювати дві ізольовані спіральні галактики, які мають однакову видиму яскравість, але обертаються з різною швидкістю, що можна сказати про їх відносну світність?
Якщо всі далекі галактики розширюються від нас, чи означає це, що ми знаходимося в центрі Всесвіту?
Чи постійна Хаббла насправді постійна?

Думка питання

Звідки можуть походити газ і пил (якщо такі є) в еліптичній галактиці?
Чому ми не можемо визначити відстані до галактик тим же методом, який використовується для вимірювання паралаксів зірок?
Що таке червоній—спіральна галактика чи еліптична галактика?
Припустимо, зірки в еліптичній галактиці сформувалися протягом декількох мільйонів років незабаром після початку Всесвіту. Припустимо, що ці зірки мають діапазон мас, так само, як це роблять зірки в нашій власній галактиці. Як зміниться колір еліптичного кольору протягом наступних кількох мільярдів років? Як зміниться його світність? Чому?
Починаючи з визначення розмірів Землі, намітьте послідовність кроків, необхідних для отримання відстані до віддаленого скупчення галактик. (Підказка: Перегляньте главу про небесні відстані.)
Припустимо, галактика Чумацького Шляху була по-справжньому ізольована і що жодна інша галактика не існувала протягом 100 мільйонів світлових років. Припустимо, що галактики спостерігалися в більшій кількості на відстанях, що перевищують 100 мільйонів світлових років. Чому було б важче визначити точні відстані до цих галактик, ніж якби були також галактики відносно поруч?
Припустимо, ви були Хабблом і Хумасоном, що працюють над відстанями і доплерівськими зрушеннями галактик. Які речі вам доведеться зробити, щоб переконати себе (та інших), що відносини, які ви бачили між двома величинами, були реальною особливістю поведінки Всесвіту? (Наприклад, чи буде достатньо даних з двох галактик, щоб продемонструвати закон Хаббла? Чи вистачило б даних лише з найближчих галактик - у тому, що астрономи називають «місцевою групою»?)
Що означає, якщо одна еліптична галактика має більш широкі лінії спектра, ніж інша еліптична галактика?
Виходячи з вашого аналізу галактик у таблиці\(26.3.1\) в розділі 26.3, чи існує кореляція між популяцією зірок та кількістю газу чи пилу? Поясніть, чому це може бути.
Чи може більш високе співвідношення маси до світла означати, що в системі, яка аналізується, є газ і пил?

Подумавши для себе

Згідно із законом Хаббла, яка швидкість рецесії галактики, яка знаходиться на відстані\(10^8\) світлових років від нас? (Припустимо, постійна Хаббла 22 км/с на мільйон світлових років.)
Скупчення галактик має швидкість рецесії 60 000 км/с, знайти відстань до скупчення. (Припустимо, постійна Хаббла 22 км/с на мільйон світлових років.)
Припустимо, ми могли б виміряти відстань до галактики за допомогою однієї з методів відстані, перелічених\(26.4.1\) у таблиці в розділі 26.4, і це виявляється 200 мільйонів світлових років. Червоний зсув галактики говорить нам, що її швидкість рецесії становить 5000 км/с Що таке константа Хаббла?
Обчисліть співвідношення маси до світла для кулястого скупчення зі світністю 106\(L_{\text{Sun}}\) і\(10^5\) зірок. (Припустимо, що середня маса зірки в такому скупченні дорівнює 1\(M_{\text{Sun}}\).)
Обчисліть співвідношення маси до світла для світлової зірки 100,\(M_{\text{Sun}}\) що має світність\(10^6\)\(L_{\text{Sun}}\).