Магнитные поля Галактики

Магнитные поля Галактики Реферат по астрономии на тему магнитные поля галактики Выполнила ученица 11 в классалицея 60Павлик Елена Магнитные поля ГалактикиДоказательства наличия поля. Явлениеполяризации света звезд было открыто В. Хилтнером и Дж. Холломв США и независимо В. А. Домбровским в СССР, в 1948 г. Поэтому поводу О. Струве сказал так Обнаружение межзвезднойполяризации света на всегда останется одним из самых яркихпримеров чисто случай ного открытия, подобно открытиюВильгельмом Рентгеном в 1895 г. рентгеновских лучей.

Отэкспериментатора требовалось исключительное мастерство, но ещеважнее было осознать, что этот эффект совершенно новый и не предсказанныйпрежними работами .Сущность явления межзвездной поляризации света заклю чается в том,что от звезды к наблюдателю приходят волны о преимущественноодинаково ориентированным электрическим вектором.Другими словами, в межзвездном пространстве имеет место селективное поглощение света поглощаютсяволны с опре деленной ориентациейэлектрического вектора.

Мы уже отмети ли,что это явление связано с присутствием в межзвездной среде пылинок. Однако эффект поляризации света будетзаметным, только если эти пылинки ориентированы одинаковым образом. Что же выполняет роль дирижера ?Почти сразу же после открытия межзвезднойполяризации света, астрономы в 1949 г. пришли к выводу,что в межзвездном пространстве существуют магнитные полянапряженностью око ло 10-5 эрстед.Именно они иориентируют пылинки одинаковым образом.

Из теории следует, что каждаяпылинка быстро вра щается вокруг своей малой оси, оставаяськак бы нанизанной на магнитную силовую линию.Изучение поляризации света звезд стало важным источником информации о геометрии межзвездных магнитных полей. Так, было установлено, что в Галактике имеется магнитное поле, па раллельноеплоскости Млечного Пути и направленное вдоль ее спиральных ветвей.Другой методисследования магнитного поля Галактики заключается в изучении формысветлых туманностей.

Идя таким путем, Г. А. Шайп пришел квыводу, что вытянутость этих туманностей является результатомих расширения в магнитном поле, причем движение вещества происходит вдольмагнитных силовых линий, тогда как поперечные движения тор мозятся магнитным полем.К 1949 г. уже был установлен состав космического излученияза пределами земной атмосферы и оценена плотность энергиикосмических лучей в расчете на единицу объема.Оказалось,что последняя примерно равна плотности энергии излучениязвезд. Но как объяснить высокую степень изотропиикосмических лу чей? Здесь следовало сделать выбор между двумяпредположе ниями 1 космическое излучение изотропно во всей Вселенной и 2 космические лучи замкнуты внутри нашей Галактики.

Но если осуществляется первый случай, то в межгалактическом про странстве полная энергия космических лучей будет уже в тысячи раз больше энергии излучения. Таким образом, необходимо было предположить,что во Вселенной существуют мощные источники, обеспечивающие плотность энергиив форме космических лучей, примерно в 104 раз большую,чем в форме излучения.

Более приемлемой поэтому представляласьвторая возможность.Но ведь Солнце не находится в центре Галактики. Поэтому, чтобы объяснить изотропию космического излучения, необходимо было предположить, что траектории космических лучей в Галак тике сложны и запутаны.Искривить же траекторию быстрой за ряженной частицы может только магнитное поле. Мы уже виде ли см. гл.5 , что в магнитном поле частица движется по спира ли, радиус которой прямо пропорционален ее энергии и обратно пропорционаленнапряженности поля. Несложный расчет показывает,что траектория частицы с энергией Е 1018 эВ имеет радиускривизны порядка 1000 пс при напряженности поля 10-6 эрстед. Этого достаточно, чтобы удержать частицу в Галактике.Здесь напрашивался вывод, что магнитное полеспиралей не может удержать релятивистскую частицу, которая все же может ускользнуть вмежгалактическое пространство.

Магнитное поле должнозаполнять всю Галактику, он должно быть и в спиралях и вне их, в газовых облаках и между ними, иначесквозь эти про межутки происходила быутечка космических лучей.

В присутствии магнитного поля устанавливаетсясвоеобразное динамическое равновесие между полем идвижением вещества, происходит равномерное распределениеэнергий.Это значит, что плотность кинетической энергии газа rn2 2 в стационарном состоянии становится равной плотности энергии поля Н2 8 p . Вне спи ральных ветвей и облаков плотность вещества невелика, поэтому частицыразреженного газа обладают большими скоростями, поз воляющими им подниматься высоко над плоскостью Галактики.

На этом основании С. Б. Пикельнер СССР пришел к выводу, что разреженныйгаз должен образовывать гало Галактикиили галактическуюкорону - сферическую подсистемутолщиной в несколько тысяч парсек. Синхротронное радиоизлучение Галактики.В 1952 г. И. С. Шкловскийустановил, что наблюдаемое радиоизлучение Галактики подразделяетсяна две составляющие, сильно отли чающиеся по спектру.

Первая из них, плоская составляющая это тепловоеизлучение ионизованных облаков межзвездной га зовой среды,обусловленное движениями электронов вблизи ионов. Оно характеризуетсяяркостной температурой порядка 10000 К. При этом, в полном соответствиис теорией, если излу чающий газ является оптически тонким,то интенсивность его излучения не зависит от частоты.Если же слой становитсяопти чески толстым, эта интенсивность, как ив случае абсолютно черного тела,зависит от частоты.Интенсивность сферической составляющей радиоизлучения Галактики растет с длиной волны.

В частности, при l 10 м она соответствует температуре 10 К. Очевидно, что такое излучение не может быть связано с тепловымидвижениями электронов в поле атомных ядер. Но какова же природа этого нетеплового радиоизлучения? В 1950 г. X. Альвеп и Н. Герлофсон Швеция и независимоотних К. Киппенхойер ФРГ пришли к выводу, что источником этого космического радиоизлучения могут бытьрелятивистские электроны, движущиесяв межзвездных магнитных полях.

Таким образом,нетепловое радиоизлучение Галактики явилось доказа тельством того, что в межзвездном пространствесуществуют маг нитные полянапряженностью порядка 10-5 эрстед и реляти вистские электроны с энергиями, достигающими 108эВ. Благодаря работам В. Л. Гинзбурга, Г. Г. Гетманцева и М. И. Фрадкина СССР , гипотеза о синхротронном излучении релятивистских электронов превратилась в стройную теорию, объясняющуюинтенсивность, спектр и другие основные харак теристики космического радиоизлучения.

Отметим лишь, что наблюдаемый спектральный индекс синхротронногорадиоизлучения Галактики несколько различен для разных интервалов частот.В среднем для частот 30 lt v lt 1000 МГц имеем a 0,5. При v примерно равных 300 400 МГц a 0,8. Этим значениям параметра а со ответствуютзначения показателя дифференциального энергети ческогоспектра релятивистских электронов g, равное 2 и 2,6.Проблема происхождения поля. Вопрос о происхождении меж звездных магнитных полей дискутируется уже на протяжении нескольких десятилетий.

Л. Бирман и А. Шлютер ФРГ устано вили, что слабое магнитное поле может образовываться в не большом объеме автономно в результате разделения ионов и электроновблагодаря различию их масс.Так, если в газеобразовалось уплотнение, то электроны имеющие одинаковую энергию с ионами, ипоэтому примерно в 40 раз большую скорость будут рассасываться быстрее, чем ионы. Такое движение электронов относительноионов электри ческий ток! и приводитк возникновению слабых магнитных . полей.

Если при этом температура веществаокажется неоднород ной, то возникшиеэлектрические токи приобретают вихревой характер, что препятствует затуханию процесса. Далее в резуль татедвижения газовых масс происходит запутывание силовых линий их уплотнение и в конечном итоге усилениеполя. По-видимому, этим путем могутвозникать поля напряженностью до 10-8эрстед.Предполагалось, что в дальнейшем в результате вра щения Галактики конденсации межзвездного газа,пронизанные магнитными полями,вытягиваются, образуя спиральные ветви.

Оостановимся на современных взглядах на об разование спиральных ветвей галактик как волн плотности. Это вынуждаетпо-иному рассматривать и проблему происхождения магнитного поля Галактики.Недавно Н. С. Кардашев высказал предположение, что магнитное поле Галактики имеетвнегалак тическое происхождение.Другими словами, слабое поле могло существоватьуже в самом веществе, из которого сформировалась Галактика.

В процессе эволюции нашей звездной системы оно усиливалосьи закручивалось ее вращение.