Открытый урок по астрономии в 11 классе "Активные галактики и квазары"

Урок

Тема: Активные галактики и квазары

Цель урока: повторить материал о нашей Галактике, дать представление о многообразии галактик во Вселенной.

Задачи:

1. Познакомить с объектами открытыми за пределами нашей Галактики, познакомиться с их видами. Сравнить их с нашей Галактикой.

2. Развить интерес к астрономии, как материалистической науке о Вселенной.

3. Воспитывать гордость, патриотизм, как первооткрывателей в изучении космического пространства.

Ход урока.

I. Организационный момент. Приветствие.

II. Проверка домашнего задания(фронтальный опрос).

1. Подняв глаза в осеннюю безлунную ночь, мы увидим необычное красивое зрелище. Что мы увидим? И что вы можете сказать о нём?

2. Мы начали с вами разговор о Галактике, о нашей Галактике. А что входит в нашу Галактику? (Звёзды и звёздные скопления, туманности, космические лучи, магнитные и гравитационные поля)

3. Что вы можете сказать о строении Галактики? И что и ней происходит?

III. Тест «Наша Галактика»

IV. Новая тема (презентация)

1. Открытие других галактик.

2. Многообразие галактик

   • Эллиптические

   • Спиральные

   • Неправильные

   • Взаимодействующие

3. Радиогалактики.

4. Квазары.

Галактики – это большие звездные системы, в которых звезды связаны друг с другом силами гравитации. Существуют галактики, включающие триллионы звезд. Наша Галактика – Млечный Путь – также достаточно велика: ее масса равняется приблизительно двумстам миллиардам масс Солнца. Самые маленькие галактики содержат в миллион раз меньше звезд.

Предполагают, что современные галактики образуются в результате слияния и объединения своеобразных строительных блоков из звезд, газа и пыли. По одной из гипотез галактики образуются слиянием таких блоков из гигантских сверхскоплений, меньших по количеству звезд и размерам, чем обычные галактики, но больших, чем обычные скопления. Космическим телескопом им. Хаббла обнаружены большие концентрации таких галактик на далеких расстояниях. Спектральные наблюдения на десятиметровом телескопе им. Кека на Гавайских островах также позволили доказать, что галактики формируются из более мелких скоплений (блоков). Многообразие форм галактик поражает.

В 1784 году французский астроном Шарль Мессье составил первый каталог из 108 туманных объектов, доступных для наблюдений на инструментах того времени. Только 11 объектов из этого каталога оказались газовыми туманностями, остальные – шаровыми и рассеянными скоплениями и галактиками. И тем не менее только в двадцатых годах XX века американский астроном Эдвин Хаббл, наблюдая за цефеидами в туманности Андромеды, пришел к выводу, что она внегалактический объект, и доказал существование галактик. (слайд №2)(слайд №3)

Эта классификация отражает не только особенности их видимой формы, но и свойства входящих в них звезд. Эллиптические галактики состоят из очень старых звезд, в неправильных галактиках основной вклад в излучение дают звезды, существенно моложе Солнца, а в спиральных галактиках характер спектра выдает присутствие звезд всех возрастов.

Эллиптические галактики

(слайд №4)

Эллиптические галактики составляют примерно 25 % от общего числа галактик высокой светимости. Такая галактика выглядит как сфера или эллипсоид, диск в ней практически полностью отсутствует. Эллиптические галактики, как и сферические компоненты у галактик других типов, почти лишены межзвездного газа (не считая разреженного и очень горячего газа, заполняющего всю галактику), а следовательно и молодых звезд.

Звезды эллиптических галактик обращаются вокруг центра галактики очень медленно (скорость вращения обычно не превышает нескольких десятков км/с). Таким образом, эллиптические галактики – это системы с низким удельным моментом импульса.

Существует промежуточный тип между спиральными и эллиптическими – это линзовидные галактики. У них есть гало и диск, но нет спиральных рукавов.

(слайд №5)

Спиральные галактики

В 1845 году английский астроном лорд Росс обнаружил целый класс «спиральных туманностей». Природа этих туманностей была установлена лишь в начале XX века. Было доказано, что спиральные туманности – это огромные звездные системы, похожие на нашу Галактику и удаленные от нее на миллионы световых лет. С тех пор их и стали называть галактиками.

(слайд №6)

(слайд №7)

Спиральные галактики по внешнему виду напоминают две сложенные вместе тарелки или двояковыпуклую линзу. В них имеется как гало, так и массивный звездный диск. Центральная часть диска, которая видна как вздутие, называется балджем. Темная полоса, идущая вдоль диска – непрозрачный слой межзвездной среды, межзвездная пыль.

Неправильные галактики

(слайд №8)

При исследовании неба с помощью телескопов обнаружено множество галактик неправильной, клочковатой формы. Около половины вещества в них – межзвездный газ. Подобные галактики называются неправильными. К этому классу относятся около 5 % всех галактик.

Ближайшими к нам и самыми яркими на небе галактиками являются Магеллановы Облака. Они хорошо видны в Южном полушарии невооруженным глазом как два туманных облака, подобно Млечному Пути. Свет от Большого Магелланового Облака идет к нам 170 тысяч лет, от Малого – 200 тысяч лет. (слайд №9)

Встречаются среди галактик и карликовые, которые не вписываются в классификацию Хаббла. Они в десятки раз меньше по размерам обычных галактик. Выделено 4 типа подобных образований: карликовые эллиптические , карликовые сфероидальные, карликовые неправильные. Галактик со спиральными ветвями среди карликов не встречается. Скорее всего, для образования спиралей нужен массивный звездный диск, а масса карликовых галактик недостаточна для этого

Галактический каннибализм

В середине XX столетия крупные телескопы выявили, что 5–10 % от общего числа галактик имеет весьма странный, искаженный вид, так что их трудно классифицировать по Хабблу. Иногда такие галактики окружены светящимся гало либо связаны звездной перемычкой. Иногда от галактик на сотни тысяч световых лет отходят длинные хвосты. В некоторых системах обращает на себя внимание сложный характер внутреннего движения межзвездного газа. (слайд №10)

Первым, кто стал изучать взаимодействия близких галактик и составил каталог из тысяч взаимодействующих галактик, был Борис Воронцов-Вельяминов.

Если галактики в своем движении близко походят друг к другу, то они могут испытывать сильное гравитационное взаимодействие на расстоянии, даже не соприкасаясь. При взаимном проникновении галактики могут даже слиться друг с другом за несколько сотен миллионов лет.

(слайд №11)

В галактике М64 слились две дисковые спиральные галактики с разным направлением вращения. В итоге возник газопылевой диск, вращающийся в направлении, противоположном вращению звездного диска

(слайд №12)

Наша Галактика также захватывает карликовую галактику, находящуюся на расстоянии всего в 60 тысяч световых лет. Через сотню миллионов лет звезды этой карликовой галактики станут звездами нашей Галактики. Магеллановы Облака также разрушаются, находясь неподалеку от нашей Галактики. По подсчетам астрономов в ближайшие 10 миллиардов лет Млечный Путь полностью поглотит все вещество Магеллановых Облаков.

Звездный «каннибализм» – обычное явление в жизни галактик. Процессы поглощения галактик не сопровождаются катастрофическими звездными столкновениями, так как межзвездные расстояния очень велики по сравнению с размерами самих звезд. Однако процесс звездообразования может стать более эффективным, так как формируются массивные облака газа и под действием гравитации их скорости возрастают.

В 1960 году ученые обратили внимание на звездообразные объекты, источники мощного радиоизлучения. После анализа спектров этих источников установили, что они находятся на расстоянии более миллиарда световых лет. Подобные объекты были названы квазарами (сокращение от «квазизвездный радиоисточник»). Красное смещение квазаров намного больше красного смещения обычных звезд и близких галактик.

Размеры квазаров не превышают нескольких световых дней, то есть 10¹³–10¹⁴ м. Мощность излучения квазаров превышает мощность Солнца в триллион раз. (слайд № 13)

В настоящее время есть гипотеза, что квазары – ядра далеких галактик на стадии необычно высокой активности, когда их излучение столь велико, что «забивает» излучение самой галактики. До сих пор непонятно, как формируются активные ядра галактик. Почему в одних галактиках основная энергия ядра выделяется в форме оптического и инфракрасного излучения, в других – в форме радиоволн и потоков релятивистских частиц (в этом случае галактика называется радиогалактикой), а в третьих, внешне таких же галактиках, активность ядра остается очень слабой (к последним относится и наша Галактика).

Характерной особенностью излучения активных ядер галактик является их высокая мощность и переменность, происходящая на самых различных масштабах времени – от нескольких десятков часов до нескольких лет (в рентгеновском диапазоне спектра – вплоть до нескольких минут). Она свидетельствует о чрезвычайной компактности источника излучения.

Активные галактики составляют примерно 1 % от общего числа спиральных галактик.

Активные галактики можно обнаружить по переменности их блеска.
В настоящее время общепризнано, что в центре некоторых активных галактик находится сверхмассивная черная дыра. Различие в излучении активных и спокойных галактик связано с разным характером падения вещества на сверхмассивные черные дыры в их ядрах. В активных галактиках много газа, поэтому в них мощные аккреционные диски.

V. Обобщение по уроку. Выставление оценок.

VI. Домашняя работа:Астрономия §32 прочитать, знать ответы на вопросы 1-6