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 bОÃ 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.