Скорость солнца вокруг центра галактики: Какова скорость движения Солнечной системы по Галактике |

Содержание

«C какой скоростью вращается Cолнечная система вокруг центра галактики Млечный путь?» — Яндекс Кью

Куда летит Солнце?

Владимир Курт
«Троицкий вариант» №25(94), 20 декабря 2011 г.

Заслуженный деятель науки, докт. физ.-мат. наук, профессор Астрокосмического центра ФИАН Владимир Курт — астрофизик широкого профиля. Ему принадлежат как важные экспериментальные результаты по исследованию свойств межпланетной среды в Солнечной системе и по изучению космических гамма-всплесков, так и теоретические результаты в разных областях астрономии. Научной работой он занимается с 1955 года. Предлагаем нашим читателям его статью об истории открытия одного из движений Солнца.

До Николая Коперника (1473–1543) ученые полагали, что в центре Мира находится Земля, а все планеты, тогда их было известно пять (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и Солнце вращаются вокруг Земли. Я не говорю уже о гипотезах нахождения Земли на спине слона, черепахи или еще каких-либо пресмыкающихся или млекопитающих.

В год смерти Коперника (1543) было опубликовано на латыни его многотомное сочинение «Об обращении небесных сфер» с описанием новой системы мироздания, в центре которого находилось Солнце, а все планеты, числом уже шесть (с присовокуплением к пяти известным планетам и Земли) вращаются по круговым орбитам вокруг центра — Солнца.

Следующий шаг в построении Солнечной системы сделал в 1609 г. Иоганн Кеплер (1571–1630), доказавший, используя точные астрометрические наблюдения движения планет (в основном сделанные датским астрономом Тихо Браге (1546–1601), что планеты движутся не по кругам, а по эллипсам, в фокусе которых находится Солнце.

Экспериментальное, т. е. наблюдательное, подтверждение теории Коперника было получено Галилео Галилеем (1564–1642), который наблюдал в телескоп фазы Венеры и Меркурия, что и подтвердило коперниканскую (т. е. гелиоцентрическую) систему мироздания.

И, наконец, Исаак Ньютон (1642–1727) вывел дифференциальные уравнения небесной механики, которые позволяли вычислять координаты планет Солнечной системы и объяснили, почему они движутся, в первом приближении, по эллипсам. В дальнейшем трудами великих механиков и математиков XVIII и XIX веков была создана теория возмущений, позволившая учесть гравитационное взаимодействие планет друг на друга. Именно таким образом, путем сравнения наблюдений и вычислений, были открыты далекие планеты Нептун (Адамс и Леверье, 1856) и Плутон (1932), хотя в прошлом году Плутон был административным порядком вычеркнут из списка планет. На сегодня занептунеанских планет размером с Плутон и даже чуть больше насчитывается уже шесть.

К середине XIX века астрометрическая точность определения координат звезд достигла сотых долей секунды дуги. Тогда для некоторых ярких звезд было замечено, что их координаты отличаются от координат, измеренных несколькими столетиями раньше. Первым таким античным каталогом был каталог Гиппарха и Птолемея (190 г. до н.э.), а в гораздо более позднюю эпоху раннего Возрождения — каталог Улугбека (1394–1449). Появилось понятие «собственного движения звезд», которые до этого, да и сейчас по традиции называются «неподвижными звездами».

Внимательно изучая эти собственные движения, Уильям Гершель (1738–1822) обратил внимание на их систематическое распределение и сделал из этого правильный и весьма нетривиальный вывод: часть собственного движения звезд не есть движение этих звезд, а отражение движения нашего Солнца относительно близких от Солнца звезд. Точно так мы видим перемещение близких деревьев относительно далеких, когда едем на автомобиле (или, что еще лучше, на лошади) по лесной дороге.

Увеличивая количество звезд с измеренными собственными движениями, удалось определить, что наше Солнце летит в направлении созвездия Геркулеса, к точке, называемой апексом, с координатами α= 270° и δ= 30°, со скоростью 19,2 км/с. Это есть собственное «пекулярное» движение Солнца со всеми планетами, межпланетной пылью, астероидами относительно примерно ста ближайших к нам звезд. Расстояния до этих звезд невелики, что-то порядка 100–300 световых лет. Все эти звезды участвуют и в общем движении вокруг центра нашей Галактики со скоростью около 250 км/с. Сам центр Галактики расположен в созвездии Стрельца, на расстоянии от Солнца около 25 тыс. световых лет. Движение Солнца среди звезд напоминает движение мошки в облаке, в то время как всё облако с гораздо большей скоростью летит относительно деревьев в лесу.

Конечно, и сама вся наша гигантская Галактика летит относительно других галактик. Скорости индивидуальных галактик достигают сотен и тысяч км/с. Одни галактики приближаются к нам, как, например, знаменитая туманность Андромеды, другие удаляются от нас.

Все галактики и скопления галактик также участвуют в общем космологическом расширении, которое заметно, однако, только при масштабах более 10–30 миллионов световых лет. Величина этой скорости расширения линейно зависит от расстояния между галактиками или их скоплениями и равна, по современным измерениям, около 25 км/с при расстоянии между галактиками миллион световых лет.

Можно, однако, еще выделить и особую систему отсчета, а именно поле реликтового 3К субмиллиметрового излучения. Там, куда мы летим, температура этого излучения слегка выше, а откуда летим — ниже. Разница этих температур — 0,006706 К. Это так называемая «дипольная компонента» анизотропии реликтового излучения. Скорость движения Солнца относительно реликтового излучения равна 627 ± 22 км/с, а без учета движения Местной группы галактик — 370 км/с в направлении созвездия Девы.

Так что на вопрос, куда летит наше Солнце и с какой скоростью, ответ дать трудно. Надо сразу определить: относительно чего и в какой системе координат.

В 1961 г. наша группа из Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ проводила наблюдения рассеянного солнечного ультрафиолетового излучения в линиях водорода (1215А) и кислорода (1300А) с высотных геофизических ракет, поднимавшихся до высоты 500 км. В это время благодаря предложению академика С. П. Королева в Советском Союзе начали систематически запускать межпланетные станции, как пролетные, так и посадочные, к Марсу и Венере. Естественно, что и мы решили попытаться обнаружить у Венеры и Марса такие же протяженные водородные короны, как и на Земле.

При этих запусках мы смогли проследить следы нейтрального атомарного водорода вплоть до 125 000 км от Земли, т. е. до 25 радиусов Земли. Плотность водорода при таких удалениях от Земли составляла всего около 1 атома на см³ , что на 19 порядков меньше концентрации воздуха на уровне моря! Однако, к великому нашему удивлению, оказалось, что интенсивность рассеянного излучения в линии Лайман-альфа с длиной волны 1215А при еще больших удалениях не падает до нуля, а остается постоянной и достаточно высокой, причем интенсивность меняется в 2 раза, в зависимости от того, куда смотрел наш маленький телескоп.

Вначале мы полагали, что это светят далекие звезды, однако расчет показывал, что такое свечение должно быть на много порядков ниже. Ничтожное содержание в межзвездной среде космической пыли полностью «съедало» бы это излучение. Протяженная солнечная корона, согласно теории, должна была быть практически полностью ионизована, и нейтральных атомов там не должно было быть.

Оставалась лишь межзвездная среда, которая около Солнца могла быть в большой степени нейтральной, что и объясняло открытый нами эффект. Через два года после нашей публикации Ж.-Э. Бламон и Ж.-Я. Берто из Службы аэрономии Франции с американского спутника ОГО-V обнаружили геометрический параллакс области максимального свечения в линии Лайман-альфа, что позволило сразу оценить расстояния до нее. Эта величина оказалась равной примерно 25 астрономическим единицам. Были также определены координаты этого максимума. Картина начала проясняться. Решающий вклад в эту проблему внесли два немецких физика — П. В. Блум и Х. Дж. Фар, которые указали на роль движения Солнца относительно межзвездной среды. С целью измерения всех параметров этого движения в 1975 г. нами совместно с уже упомянутыми французскими специалистами было выполнено два специальных эксперимента на отечественных спутниках «Прогноз-5» и «Прогноз-6». Эти спутники позволили получить карту всего неба в линии Лайман-альфа, а также измерить температуру нейтральных атомов водорода в межзвездной среде. Была определена плотность этих атомов «на бесконечности», т. е. вдали от Солнца, скорость и направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды.

Плотность атомов оказалась равной 0,06 атома/см³, а скорость — 25 км/с. Была разработана и теория проникновения атомов межзвездной среды в Солнечную систему. Оказалось, что нейтральные атомы водорода, пролетая вблизи от Солнца по гиперболическим траекториям, ионизируются двумя механизмами. Первый из них — фотоионизация ультрафиолетовым и рентгеновским излучением Солнца с длинами волн короче 912А, а второй механизм — перезарядка (обмен электронами) с протонами солнечного ветра, которые пронизывают всю Солнечную систему. Второй механизм ионизации оказался в 2–3 раза более эффективным, нежели первый. Солнечный ветер останавливается межзвездным магнитным полем примерно на расстоянии 100 астрономических единиц, а межзвездная среда, набегающая на Солнечную систему, — на расстоянии 200 а.е.

Между этими двумя ударными волнами (вероятно, сверхзвуковыми) находится область очень горячей, полностью ионизованной плазмы с температурой 10⁷ или даже 10⁸ К. Вопрос о взаимодействии налетающих нейтральных атомов водорода с горячей плазмой в этой промежуточной области чрезвычайно интересен. При перезарядке межзвездных, относительно холодных атомов межзвездной среды с горячими протонами в этой области образуются нейтральные атомы с очень высокой температурой и соответственной скоростью, приведенной выше. Они пронизывают всю Солнечную систему и могут регистрироваться у Земли. С этой целью в США был запущен 2 года тому назад специальный спутник Земли — ИБЕКС, успешно работающий для решения этих и смежных проблем. Открытый нами эффект «набегания» межзвездной среды получил название «межзвездный ветер».

Для того чтобы обойти этот неясный вопрос, наша группа провела цикл наблюдений с ИСЗ «Прогноз» в линии нейтрального гелия с длиной волны 584А. Гелий не участвует в процессе перезарядки с протонами солнечного ветра и почти не ионизуется солнечным ультрафиолетом. Именно благодаря этому атомы нейтрального гелия, пролетая по гиперболам мимо Солнца, фокусируются за ним, образуя конус с повышенной плотностью, который мы и наблюдали. Ось этого конуса дает нам направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды, а его расходимость дает возможность определения температуры атомов гелия в межзвездной среде вдали от Солнца.

Наши результаты по гелию отлично совпали с измерениями по атомарному водороду. Плотность атомарного гелия «на бесконечности» оказалась равной 0,018 атома/см³, что позволило определить степень ионизации атомарного водорода, полагая, что обилие гелия равно стандартному для межзвездной среды. Это соответствует 10–30% степени ионизации атомарного водорода. Найденные нами плотность и температура атомарного водорода как раз и соответствуют зоне нейтрального водорода с несколько повышенной температурой — 12000 К.

В 2000 г. немецкие астрономы во главе с Х. Розенбауером смогли на внеэклиптическом аппарате «Улисс» непосредственно обнаружить атомы нейтрального гелия, влетающие в Солнечную систему из межзвездной среды. Ими были определены параметры «межзвездного ветра» (плотность атомарного гелия, скорость и направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды). Результаты прямых измерений атомов гелия отлично совпали с нашими оптическими измерениями.

Такова история открытия еще одного движения нашего Солнца.

См. о научном вкладе В. Г. Курта на сайте www.astronet.ru

Измерено расстояние и скорость движения Солнца по орбите вокруг центра Галактики

В 2013 году Европейское космическое агентство развернуло долгожданную космическую обсерваторию Gaia. Будучи одной из немногих космических обсерваторий следующего поколения, которые будут запущены до конца десятилетия, эта миссия провела последние несколько лет, каталогизируя более миллиарда астрономических объектов. Используя эти данные, астрономы и астрофизики надеются создать самую большую и точную трехмерную карту Млечного Пути на сегодняшний день.

Несмотря на то, что его миссия почти подошла к концу, большая часть его ранней информации все еще приносит плоды. Например, используя первоначальный выпуск данных миссии, команде астрофизиков из Университета Торонто удалось рассчитать скорость, с которой Солнце вращается вокруг Млечного Пути. Благодаря этому они впервые смогли получить точную оценку расстояния между нашим Солнцем и центром галактики.

В течение некоторого времени астрономы не знали точно, как далеко наша Солнечная система находится от центра нашей галактики. Во многом это связано с тем, что его невозможно увидеть напрямую из-за комбинации факторов (например, перспективы, размера нашей галактики и барьеров видимости). В результате с 2000 года официальные оценки варьировались от 7,2 до 8,8 килопарсеков (от 23 483 до 28 700 световых лет).

Инфракрасное изображение космического телескопа Спитцер, показывающее звезды в центре Галактики Млечный Путь. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/S. Столовый (SSC/Caltech)

Ради своего исследования группа, возглавляемая Джейсоном Хантом, научным сотрудником Данлэпского института астрономии и астрофизики Университета Торонто, объединила первоначальный выпуск Gaia с данными из Эксперимент радиальной скорости (RAVE). В этом обзоре, который проводился в период с 2003 по 2013 год Австралийской астрономической обсерваторией (ААО), были измерены положения, расстояния, лучевые скорости и спектры 500 000 звезд.

Более 200 000 этих звезд также наблюдались Gaia, и информация о них была включена в его первоначальный выпуск данных. Как они объясняют в своем исследовании, которое было опубликовано в журнале Journal of Astrophysical Letters в ноябре 2016 года, они использовали это для изучения скоростей, с которыми эти звезды вращаются вокруг центра галактики (относительно Солнца), и в процессе обнаружили явное распределение их относительных скоростей.

Короче говоря, наше Солнце движется вокруг центра Млечного Пути со скоростью 240 км/с (149миль/с) или 864 000 км/ч (536 865 миль/ч). Естественно, некоторые из более чем 200 000 кандидатов двигались быстрее или медленнее. Но для некоторых не было видимого углового момента, который они приписывали этим звездам, рассеивающимся на «хаотических орбитах типа гало, когда они проходят через ядро Галактики».

Как объяснил Хант в пресс-релизе Института Данлэпа:

«Звезды с угловым моментом, очень близким к нулю, должны были устремиться к галактическому центру, где на них сильно повлияли бы экстремальные гравитационные силы, присутствующие там. Это разбросало бы их по хаотическим орбитам, унося их далеко над плоскостью Галактики и вдали от окрестностей Солнца… Измеряя скорость, с которой близлежащие звезды вращаются вокруг нашей Галактики относительно Солнца, мы можем наблюдать нехватку звезд с определенным отрицательным относительная скорость. И поскольку мы знаем, что это падение соответствует 0 км/с, оно, в свою очередь, говорит нам, как быстро мы движемся».

Обнаружение необычно яркой рентгеновской вспышки от Стрельца A*, сверхмассивной черной дыры в центре галактики Млечный Путь. Предоставлено: NASA/CXC/Stanford/I. Журавлева и др.

Следующим шагом было объединение этой информации с расчетами собственного движения Стрельца А* — сверхмассивной черной дыры, которая, как полагают, находится в центре нашей галактики. После поправки на его движение относительно фоновых объектов они смогли эффективно триангулировать расстояние Земли от центра галактики. Исходя из этого, они получили уточненную оценку расстояния от 7,6 до 8,2 кпк, что составляет от 24 788 до 26 745 световых лет.

Это исследование основано на предыдущей работе, проведенной соавторами исследования — профессором Рэем Калбергом, нынешним заведующим кафедрой астрономии и астрофизики Университета Торонто. Несколько лет назад он и профессор Киммо Иннанен с факультета физики и астрономии Йоркского университета провели аналогичное исследование, используя измерение лучевой скорости 400 звезд Млечного Пути.

Но, включив данные обсерватории Гайя, команда UofT смогла получить гораздо более полный набор данных и значительно сократить расстояние до галактического центра. И это было основано только на исходных данных, опубликованных миссией Gaia. Забегая вперед, Хант ожидает, что дальнейшие выпуски данных позволят его команде и другим астрономам еще больше уточнить свои расчеты.

«Последний выпуск Gaia в конце 2017 года должен позволить нам повысить точность наших измерений скорости Солнца примерно до одного км/сек, — сказал он, — что, в свою очередь, значительно повысит точность наших измерений расстояния до нас». от галактического центра».

По мере развертывания новых космических телескопов и обсерваторий мы можем ожидать, что они предоставят нам огромное количество новой информации о нашей Вселенной. И отсюда можно ожидать, что астрономы и астрофизики начнут проливать свет на ряд нерешенных космологических вопросов.

Дополнительная литература: University of Toronto , The Astrophysical Journal Letters

Вот так:

Нравится Загрузка…

Определение нашего движения по Галактике

Хотя мы не замечаем этого с нашей точки зрения зрения, мы мчимся через пространство с головокружительной скоростью, и одним из факторов, влияющих на наше общее движение во Вселенной, является вращение Солнца вокруг центра нашей галактики. В недавнем исследовании используется необычный подход к измерению скорости этого вращения.

Движение, сидя на месте

Мы знаем, что Солнце быстро движется вокруг центра Млечного Пути — наша орбитальная скорость составляет где-то около 250 км/с или ~560 000 миль в час! Получение точного измерения этой скорости полезно, потому что мы можем объединить его с наблюдаемым собственным движением Sgr A*, черной дыры в центре нашей галактики, чтобы определить расстояние от нас до центра Млечного Пути. Это важная основа для множества других измерений.

Пример орбит частиц, смоделированных в пределах галактического потенциала. Верхняя панель представляет собой звезду с нулевым угловым моментом, которая выбрасывается на хаотическую орбиту после взаимодействия с ядром галактики. [Хант и др. 2016]

Но как точно измерить скорость вращения Солнца ? Группа ученых во главе с Джейсоном Хантом (Институт Данлэпа при Университете Торонто, Канада) предложила уникальный подход к определению этого значения: искать пропавшие звезды в окрестностях Солнца.

Пропавшие звезды

Звезды вокруг нас должны демонстрировать распределение скоростей, описывающее их орбиты вокруг галактического центра, но звезды с нулевым угловым моментом должны были давным-давно погрузиться прямо в галактический центр. Эти звезды были бы разбросаны по хаотическим гало-орбитам после своего погружения, что привело бы к нехватке звезд с нулевым угловым моментом вокруг нас сегодня.

Глядя на относительные скорости звезд, движущихся вокруг нас, мы должны увидеть провал в распределении скоростей, соответствующий отсутствующим звездам с нулевым угловым моментом. Отмечая относительную скорость, с которой происходит это падение, мы ловко обнаруживаем отрицательное значение наше движение вокруг галактического центра.

Распределение скоростей звезд в пределах 700 пк от Солнца. Провал в распределении (отмечен стрелкой) заметен между –210 и –270 км/с. [Хант и др. 2016]

Где мы и как быстро мы идем?

Хант и его сотрудники используют комбинацию первого выпуска данных миссии Gaia ЕКА и звездного каталога из Эксперимента по изучению радиальной скорости для изучения движения в общей сложности более 200 000 звезд в окрестностях Солнца. Они обнаруживают, что звезд диска со скоростями, близкими к нулевому угловому моменту, действительно не хватает. Затем они сравнивают смоделированные звездные орбиты с данными, чтобы оценить относительную скорость, при которой происходит провал в распределении скоростей.