Движение звезд и галактик в пространстве. Звезды во вселенной Тангенциальная скорость и собственное движение звезд

Вопросы программы:

Собственное движение и лучевые скорости звезд;

Пекулярные скорости звезд и Солнца в Галактике;

Вращение Галактики.

Краткое содержание:

Собственное движение и лучевые скорости звезд, пекулярные скорости звезд и Солнца в Галактике

Сравнение экваториальных координат одних и тех же звезд, определенных через значительные промежутки времени, показало, что a и d меняются с течением времени. Значительная часть этих изменений вызывается прецессией, нутацией, аберрацией и годичным параллаксом. Если исключить влияние этих причин, то изменения уменьшаются, но не исчезают полностью. Оставшееся смещение звезды на небесной сфере за год называется собственным движением звезды m. Оно выражается в секундах дуги в год.

Для определения этих движений сравниваются фотопластинки, отснятые через большие промежутки времени, составляющие 20 и более лет. Поделив полученное смещение на число прошедших лет, исследователи получают движение звезды в год. Точность определения зависит от величины промежутка времени, прошедшего между двумя снимками.

Собственные движения различны у разных звезд по величине и направлению. Только несколько десятков звезд имеют собственные движения больше 1″ в год. Самое большое известное собственное движение у “летящей” звезды Барнарда m = 10″,27. Основное число звезд имеет собственное движение, равное сотым и тысячным долям секунды дуги в год. Лучшие современные определения достигают 0",001 в год. За большие промежутки времени, равные десяткам тысяч лет, рисунки созвездий сильно меняются.

Собственное движение звезды происходит по дуге большого круга с постоянной скоростью. Прямое движение изменяется на величину m a , называемую собственным движением по прямому восхождению, а склонение - на величину m d , называемую собственным движением по склонению.

Собственное движение звезды вычисляется по формуле:

Если известно собственное движение звезды за год и расстояние до нее r в парсеках, то нетрудно вычислить проекцию пространственной скорости звезды на картинную плоскость. Эта проекция называется тангенциальной скоростью V t и вычисляется по формуле:

где r - расстояние до звезды, выраженное в парсеках.

Чтобы найти пространственную скорость V звезды, необходимо знать ее лучевую скорость V r , которая определяется по доплеровскому смещению линий в спектре и V t , которая определяется по годичному параллаксу и m. Поскольку V t и V r взаимно перпендикулярны, пространственная скорость звезды равна:

V = Ö(V t 2 + V r 2).

Для определения V обязательно указывается угол q, отыскиваемый по его функциям:

Угол q лежит в пределах от 0 до 180°.

V r

V t

Направление собственного движения вводится позиционным углом y, отсчитываемым против часовой стрелки от северного направления круга склонения звезды. В зависимости от изменения экваториальных координат звезды, позиционный угол y может иметь значения от 0 до 360° и вычисляется по формулам:

с учетом знаков обеих функций. Пространственная скорость звезды на протяжении многих столетий остается практически неизменной по величине и направлению. Поэтому, зная V и r звезды в настоящую эпоху, можно вычислить эпоху наибольшего сближения звезды с Солнцем и определить для нее расстояние r min , параллакс, собственное движение, компоненты пространственной скорости и видимую звездную величину. Расстояние до звезды в парсеках равно r = 1/p, 1 парсек = 3,26 св. года.

Знание собственных движений и лучевых скоростей звёзд позволяет судить о движениях звёзд относительно Солнца, которое тоже движется в пространстве. Поэтому наблюдаемые движения звёзд складываются из двух частей, из которых одна является следствием движения Солнца, а другая - индивидуальным движением звезды.

Чтобы судить о движениях звёзд, следует найти скорость движения Солнца и исключить её из наблюдаемых скоростей движения звёзд.

Точка на небесной сфере, к которой направлен вектор скорости Солнца, называется солнечным апексом, а противоположная точка - антиапексом.

Апекс Солнечной системы находится в созвездии Геркулеса, имеет координаты: a = 270 0 , d = +30 0 . В этом направлении Солнце движется со скоростью около 20 км/с, относительно звезд, находящихся от него не далее 100 пс. В течение года Солнце проходит 630 000 000 км, или 4,2 а.е.

Вращение Галактики

Если какая-то группа звёзд движется с одинаковой скоростью, то находясь на одной из этих вёзд, нельзя обнаружить общее движение. Иначе обстоит дело, если скорость меняется так, как будто группа звёзд движется вокруг общего центра. Тогда скорость более близких к центру звёзд будет меньшей, чем удалённых от центра. Наблюдаемые лучевые скорости далёких звёзд демонстрируют такое движение. Все звёзды вместе с Солнцем движутся перпендикулярно к направлению на центр Галактики. Это движение является следствием общего вращения Галактики, скорость которого меняется с расстоянием от её центра (дифференциальное вращение).

Вращение Галактики имеет следующие особенности:

1. Оно происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны северного её полюса, находящегося в созвездии Волос Вероники.

2. Угловая скорость вращения убывает по мере удаления от центра.

3. Линейная скорость вращения сначала возрастает по мере удаления от центра. Затем примерно на расстоянии Солнца достигает наибольшего значения около 250 км/с, после чего медленно убывает.

4. Солнце и звёзды в его окрестности совершают полный оборот вокруг центра Галактики примерно за 230 млн. лет. Этот промежуток времени называется галактическим годом.

Контрольные вопросы:

Что такое собственное движение звезд?
Как обнаруживается собственное движение звезд?
У какой звезды обнаружено самое большое собственное движение?
По какой формуле вычисляется собственное движение звезды?
На какие составляющие разлагается пространственная скорость звезды?
Как называется точка на небесной сфере, в направлении которой движется Солнца?
В каком созвездии находится апекс?
С какой скоростью движется Солнце относительно ближайших звезд?
Какое расстояние проходит Солнце за год?
Каковы особенности вращения Галактики?
Каков период вращения Галактики?

Задачи:

1. Лучевая скорость звезды Бетельгейзе = 21 км/с, собственное движение m = 0,032² в год, а параллакс р = 0,012². Определите полную пространственную скорость звезды относительно Солнца и угол, образованный направлением движения звезды в пространстве с лучом зрения.

Ответ : q = 31°.

2. Звезда 83 Геркулеса находится от нас на расстоянии D = 100 пк, ее собственное движение составляет m = 0,12². Какова тангенциальная скорость этой звезды?

Ответ : » 57 км/с.

3. Собственное движение звезды Каптейна, находящейся на расстоянии 4 пк, составляет 8,8² в год, а лучевая скорость 242 км/с. Определите пространственную скорость звезды.

Ответ : 294 км/с.

4.На какое минимальное расстояние звезда 61 Лебедя приблизится к нам, если параллакс этой звезды равен 0,3² и собственное движение 5,2². Звезда движется к нам с лучевой скоростью 64 км/с.

Ответ : » 2,6 пк.

Литература:

1. Астрономический календарь. Постоянная часть. М., 1981.

2. Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. М., Эдиториал УРСС, 2004.

3. Ефремов Ю.Н. В глубины Вселенной. М., 1984.

4. Цесевич В.П. Что и как наблюдать на небе. М., 1979.

Движение является неотъемлемым атрибутом любого материального тела во Вселенной. Более того, все астрономические объекты принимают участие одновременно в нескольких движениях. Например, Земля вращается вокруг оси со скоростью один оборот в сутки, причем точка, расположенная на географическом экваторе, имеет линейную скорость 0,465 км/с. Линейная скорость движения Земли по околосолнечной орбите около 30 км/с. Вместе с Солнцем Земля движется относительно окружающих звезд по направлению к созвездию Геркулес со скоростью 4,2 а.е. в год (≈ 19,4 км/с), а вместе с окружающими ми вокруг Галактики в направлении созвездия Лебедь со скоростью ≈ 220 км/с. Сама Галактика вместе с Солнцем и окружающими Галактику спутниками-галактиками входит в Местную систему галактик и принимает участие во вращении вокруг этой системы. Местная система является членом гигантского Дева и вместе с Галактикой и Солнцем движется по направлению к центру скопления со скоростью ≈ 450 км/с. Дева принимает участие в общем расширении Вселенной и, следовательно, движется относительно других скоплений галактик. Можно утверждать, что движение определяет морфологию и эволюцию всех структурных элементов Вселенной и Вселенной в целом.

Остановимся на одном из способов определения параметров пространственного движения звезды.

Вектор пространственной скорости V звезды раскладывается на две составляющие: V r - (или радиальная) скорость и Vτ - звезды.

Скорость определяется по доплеровскому смещению Δλ линий в спектре звезды:

V r = с × (Δλ /λ ) (км/с), (12)

где с - скорость света, а λ - стандартное значение длины волны излучения неподвижного лабораторного источника. При V r > 0 скорость направлена от наблюдателя, при V r < 0 скорость направлена к наблюдателю. Точность определения лучевой скорости ≈ ± 0,05 км/с и, как правило, не зависит от удаленности наблюдаемого объекта.

Для определения тангенциальной скорости Vτ используются измерения µ звезды, которое измеряется в секундах градусной меры в год ("/год). Так как звезды весьма удалены от наблюдателя, то µ мало. Пусть для звезды известны собственное движение µ и расстояние r в ах (). Из треугольника следует :

V τ = BA’ = r × sinµ . (13)

Вспоминаем, что 1 = 206265 а.е. = 3,086 × 10 13 км; r () = 1/π’’ , где π′′ -годичный параллакс звезды в секундах градусной меры. Тогда

r (км) = 3,086 × 10 13 км /π′′ . (14)

В выражении (13), так как µ мало:

sinµ=µ(′′ /год) × sin 1′′ ; 1 год = 3,156 × 10 7 с; sin 1′′ = 1/206265. Тогда

sinµ=µ′′ /6,509 × 10 12 с. (15)

Учитывая (14) и (15), из формулы (13) получаем значение тангенциальной скорости V τ в км/с:

V τ = (µ″ /π″ ) × (3,086 × 10 13 км /6,509 × 10 12 с),

V τ = 4,74 × (µ″ /π″ ) (км/с). (16)

Пространственная скорость V :

V = √ V r 2 + V τ 2 . (17) лучевая составляющая пространственной скорости. Заметим также, что в пространственной скорости звезды из наблюдений определяются только две составляющие (V r и V τ ). Значение третьей составляющей, необходимой для описания движения звезды в пространстве, получается из статистических соображений.

Вопросы программы:

Собственное движение и лучевые скорости звезд;

Пекулярные скорости звезд и Солнца в Галактике;

Вращение Галактики.

Краткое содержание:

Собственное движение и лучевые скорости звезд, пекулярные скорости звезд и Солнца в Галактике

Сравнение экваториальных координат одних и тех же звезд, определенных через значительные промежутки времени, показало, что именяются с течением времени. Значительная часть этих изменений вызывается прецессией, нутацией, аберрацией и годичным параллаксом. Если исключить влияние этих причин, то изменения уменьшаются, но не исчезают полностью. Оставшееся смещение звезды на небесной сфере за год называется собственным движением звезды. Оно выражается в секундах дуги в год.

Собственные движения различны у разных звезд по величине и направлению. Только несколько десятков звезд имеют собственные движения больше 1″ в год. Самое большое известное собственное движение у “летящей” звезды Барнарда = 10″,27. Основное число звезд имеет собственное движение, равное сотым и тысячным долям секунды дуги в год. Лучшие современные определения достигают 0",001 в год. За большие промежутки времени, равные десяткам тысяч лет, рисунки созвездий сильно меняются.

Собственное движение звезды происходит по дуге большого круга с постоянной скоростью. Прямое движение изменяется на величину   , называемую собственным движением по прямому восхождению, а склонение - на величину  , называемую собственным движением по склонению.

Собственное движение звезды вычисляется по формуле:

Е
сли известно собственное движение звезды за год и расстояние до нее r в парсеках, то нетрудно вычислить проекцию пространственной скорости звезды на картинную плоскость. Эта проекция называется тангенциальной скоростью V t и вычисляется по формуле:

где r - расстояние до звезды, выраженное в парсеках.

Чтобы найти пространственную скорость V звезды, необходимо знать ее лучевую скорость V r , которая определяется по доплеровскому смещению линий в спектре и V t , которая определяется по годичному параллаксу и. Поскольку V t и V r взаимно перпендикулярны, пространственная скорость звезды равна:

V = V t  + V r ).

Для определения V обязательно указывается угол , отыскиваемый по его функциям:

sin  = V t /V,

cos  = V t /V.

Угол лежит в пределах от 0 до 180.

Система

 Центавра

Солнечная

система

Истинное движение в пространстве V

Направление собственного движения вводится позиционным углом, отсчитываемым против часовой стрелки от северного направления круга склонения звезды. В зависимости от изменения экваториальных координат звезды, позиционный уголможет иметь значения от 0 до 360и вычисляется по формулам:

sin =  /,

cos =  /

Движение системы  Центавра

нание собственных движений и лучевых скоростей звёзд позволяет судить о движениях звёзд относительно Солнца, которое тоже движется в пространстве. Поэтому наблюдаемые движения звёзд складываются из двух частей, из которых одна является следствием движения Солнца, а другая - индивидуальным движением звезды.

Апекс Солнечной системы находится в созвездии Геркулеса, имеет координаты: = 270  ,= +30  . В этом направлении Солнце движется со скоростью около 20 км/с, относительно звезд, находящихся от него не далее 100 пс. В течение года Солнце проходит 630 000 000 км, или 4,2 а.е.

Вращение Галактики

Вращение Галактики имеет следующие особенности:

2. Угловая скорость вращения убывает по мере удаления от центра.

Контрольные вопросы:

Что такое собственное движение звезд?

Как обнаруживается собственное движение звезд?

У какой звезды обнаружено самое большое собственное движение?

По какой формуле вычисляется собственное движение звезды?

На какие составляющие разлагается пространственная скорость звезды?

Как называется точка на небесной сфере, в направлении которой движется Солнца?

В каком созвездии находится апекс?

С какой скоростью движется Солнце относительно ближайших звезд?

Какое расстояние проходит Солнце за год?

Каковы особенности вращения Галактики?

Каков период вращения Галактики?

Задачи:

1. Лучевая скорость звезды Бетельгейзе = 21 км/с, собственное движение= 0,032в год, а параллакср = 0,012. Определите полную пространственную скорость звезды относительно Солнца и угол, образованный направлением движения звезды в пространстве с лучом зрения.

Ответ := 31.

2. Звезда 83 Геркулеса находится от нас на расстоянии D = 100 пк, ее собственное движение составляет= 0,12. Какова тангенциальная скорость этой звезды?

Ответ :57 км/с.

3. Собственное движение звезды Каптейна, находящейся на расстоянии 4 пк, составляет 8,8в год, а лучевая скорость 242 км/с. Определите пространственную скорость звезды.