Магнитные поля Галактики

Магнитные поля Галактики

Реферат по астрономии

 

на тему:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

магнитные поля галактики       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила ученица 11 в класса

лицея №60

Павлик
Елена

Магнитные поля Галактики

Доказательства наличия поля. Явление поляризации света
звезд было открыто В. Хилтнером и Дж. Холлом в США и независимо В. А.
Домбровским в СССР, в 1948 г. По этому поводу О. Струве сказал так:
«Обнаружение межзвездной поляризации света на­всегда останется
одним из самых ярких примеров чисто случай­ного открытия,
подобно открытию Вильгельмом Рентгеном в 1895 г. рентгеновских лучей. От
экспериментатора требовалось исключительное мастерство, но еще важнее было
осознать, что этот эффект совершенно новый и не предсказанный прежними работами».

Сущность
явления межзвездной поляризации света заклю­чается в том, что от звезды к наблюдателю
приходят волны о преимущественно одинаково
ориентированным электрическим вектором.
Другими словами, в межзвездном пространстве имеет место селективное поглощение света: поглощаются
волны с опре­деленной ориентацией
электрического вектора. Мы уже отмети­ли,
что это явление связано с присутствием в межзвездной среде пылинок. Однако эффект поляризации света будет
заметным, только если эти пылинки ориентированы одинаковым образом. Что же выполняет роль «дирижера»?

Почти сразу же после открытия межзвездной поляризации света,
астрономы в 1949 г. пришли к выводу, что в межзвездном пространстве
существуют магнитные поля напряженностью око­ло 10-5
эрстед. Именно они и ориентируют пылинки одинаковым образом. Из теории
следует, что каждая пылинка быстро вра­щается вокруг своей малой оси, оставаясь
как 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, па­раллельное плоскости Млечного Пути и направленное вдоль ее
спиральных ветвей. Другой метод исследования магнитного поля Галактики
заключается в изучении формы светлых туманностей. Идя таким путем, Г. А.
Шайп пришел к выводу, что вытянутость этих туманностей является результатом
их расширения в магнитном поле, причем движение вещества происходит вдоль
магнитных силовых линий, тогда как поперечные движения тор­мозятся
магнитным полем.

К
1949 г. уже был установлен состав космического излучения за пределами земной атмосферы
и оценена плотность энергии космических лучей в расчете на единицу
объема. Оказалось, что последняя примерно равна плотности энергии излучения
звезд. Но как объяснить высокую степень изотропии космических лу­чей? Здесь
следовало сделать выбор между двумя предположе­ниями: 1) космическое излучение
изотропно во всей Вселенной и 2) космические лучи «замкнуты» внутри нашей
Галактики. Но если осуществляется первый случай, то в межгалактическом
про­странстве 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 энергии в форме
космических лучей, примерно в 104 раз большую, чем в форме
излучения. Более приемлемой поэтому представлялась вторая возможность.

Но
ведь Солнце не находится в центре Галактики. Поэтому, чтобы объяснить
изотропию космического излучения, необходимо было предположить,
что траектории космических лучей в Галак­тике сложны и запутаны. Искривить же
траекторию быстрой за­ряженной частицы может только магнитное поле. Мы уже виде­ли
(см. гл. 5), что в магнитном поле частица движется по спира­ли, радиус
которой прямо пропорционален ее энергии и обратно пропорционален напряженности поля.
Несложный расчет показывает, что траектория
частицы с энергией Е = 1018 эВ имеет радиус кривизны порядка 1000 пс при напряженности
поля  »10-6
эрстед. Этого достаточно, чтобы удержать частицу в Галактике.

Здесь напрашивался вывод, что магнитное поле спиралей не может удержать
релятивистскую частицу, которая все же может ускользнуть в межгалактическое
пространство. Магнитное поле должно
заполнять всю Галактику, он должно быть и в спиралях и вне их, в газовых облаках и между ними, иначе
сквозь эти про­межутки происходила бы
утечка космических лучей.

Синхротронное радиоизлучение Галактики.

В 1952 г. И. С. Шкловский установил, что наблюдаемое радиоизлучение
Галактики
подразделяется на две составляющие, сильно отли­чающиеся по спектру.
Первая из них, плоская составляющая — это тепловое излучение ионизованных
облаков межзвездной га­зовой среды, обусловленное движениями электронов вблизи ионов. Оно
характеризуется яркостной температурой порядка 10000 К. При этом, в
полном соответствии с теорией, если излу­чающий газ является оптически тонким,
то интенсивность его излучения
не зависит от частоты. Если же слой становится опти­чески толстым, эта интенсивность, как и в 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 100000 К. Очевидно, что такое
излучение не может быть связано с тепловыми
движениями электронов в поле атомных ядер. Но какова же природа этого нетеплового радиоизлучения?

В
1950 г. X. Альвеп и Н.
Герлофсон (Швеция) и независимо от них К. Киппенхойер (ФРГ) пришли к выводу, что источником этого космического радиоизлучения могут быть
релятивистские электроны, движущиеся
в межзвездных магнитных полях. Таким образом,
нетепловое радиоизлучение Галактики явилось доказа­тельством того, что в межзвездном пространстве
существуют маг­нитные поля
напряженностью порядка 10-5 эрстед и реляти­вистские электроны с энергиями, достигающими 108
эВ.



Благодаря
работам В. Л. Гинзбурга, Г. Г. Гетманцева и М. И. Фрадкина (СССР),
гипотеза о синхротронном излучении релятивистских электронов превратилась в
стройную теорию, объясняющую интенсивность, спектр и другие основные харак­теристики
космического радиоизлучения. Отметим лишь, что наблюдаемый спектральный
индекс синхротронного радиоизлучения Галактики   несколько различен для
разных интервалов частот.

 В
среднем для частот 30 < v < 1000 МГц
имеем a»0,5. При v примерно равных 300—400 МГц a»0,8. Этим значениям параметра а со­ответствуют значения
показателя дифференциального энергети­ческого спектра релятивистских
электронов g, равное 2 и 2,6.

Проблема
происхождения поля. Вопрос о происхождении меж­звездных магнитных полей
дискутируется уже на протяжении нескольких десятилетий. Л. Бирман и А. Шлютер
(ФРГ) устано­вили, что слабое магнитное поле может образовываться в не­большом
объеме «автономно» в результате разделения ионов и электронов благодаря различию их масс.

Так, если в газе образовалось
уплотнение, то электроны (имеющие одинаковую энергию с ионами, и поэтому
примерно в 40 раз
большую скорость) будут «рассасываться» быстрее, чем ионы. Такое движение электронов относительно ионов (электри­ческий ток!) и приводит к возникновению слабых
магнитных . полей. Если при этом температура вещества окажется неоднород­ной, то возникшие электрические токи приобретают
вихревой характер, что препятствует
затуханию процесса. Далее в резуль­тате движения газовых масс происходит
запутывание силовых линий,, их
уплотнение и в конечном итоге — усиление поля. По-видимому, этим путем могут возникать поля
напряженностью до 10-8 эрстед.
Предполагалось, что в дальнейшем в результате вра­щения Галактики конденсации межзвездного газа,
пронизанные магнитными полями,
вытягиваются, образуя спиральные ветви. Оостановимся на современных взглядах на об­разование спиральных ветвей галактик как волн плотности. Это вынуждает
по-иному рассматривать и проблему происхождения магнитного поля Галактики. Недавно Н. С. Кардашев высказал предположение, что магнитное поле Галактики имеет
внегалак­тическое происхождение.
Другими словами, слабое поле могло существовать
уже в самом веществе, из которого сформировалась Галактика. В процессе эволюции нашей звездной системы оно усиливалось
и закручивалось ее вращение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *