| поиск по сайту | |
Астрономия Древней Греции
Астрономия Древних Греков Тот самый Пифагор Аристотель и первая научная картина мира Первый гелиоцентрист «Phaenomena» Евклида и основные элементы небесной сферы Самая яркая “звезда” александрийского неба. Календарь и звезды
| электронная музыка 90-х |
Небесная карусель |
|||||||||||||||||||||||||
|
Вращение помогает диску противостоять притяжению. Представьте себя на быстро крутящейся карусели. Если вы не схватились за одну из лошадок, то будете падать, двигаясь по касательной к кругу. Усилие вашей руки - это как раз та сила, которая помогает вам удержаться. Таким же образом вращение вещества в диске противостоит силе притяжения. Вращающиеся объекты имеют момент импульса, значение которого пропорционально скорости вращения объекта и распределению его массы вокруг оси: чем дальше она от нее, тем больше (при той же скорости) момент импульса, который для понимания динамики вращающихся систем не менее важен, чем энергии, поскольку обе эти величины сохраняются. Момент, как и энергия, не может ни появиться, ни исчезнуть. К примеру, фигурист на льду начинает крутиться быстрее, когда прижимает руки к телу. Поскольку его момент импульса должен остаться постоянным, перемещение массы к оси вращения тела компенсируется увеличением скорости его вращения. Закон сохранения момента импульса объясняет, почему диски столь распространены во Вселенной. Рассмотрим облако газа, которое сжимается под действием собственного тяготения. Все во Вселенной так или иначе вращается, поэтому можно предположить, что и облако имеет какой-то момент импульса. Если оно сжимается, то закон сохранения вынуждает его продолжать движение по кругу быстрее (см. врез). Постепенно вращение начинает уравновешивать силу притяжения, от чего вещество перемещается к оси все медленнее и медленнее. Вдоль оси вращения вещество почти свободно падает к экваториальной плоскости, т.е. к плоскости, перпендикулярной оси. В результате получается диск, поддерживаемый вращением. Ученые полагают, что именно так образуются протопланетные диски вокруг молодых звезд и приблизительно так же формируются газовые диски вокруг черных дыр в центрах галактик. Станет ли вся галактика диском, зависит от временного фактора. Спиральная галактика возникает, если газ сжался во вращающийся диск прежде, чем отдельные облака превратились в звезды, которые если и родились до того, как галактическое облако сжалось в диск, то в дальнейшем сохраняют свои хаотические орбиты вокруг галактического центра, формируя эллиптическую галактику. Правда, галактики формируются не в изоляции. Их взаимные столкновения и слияния существенно усложняют картину. По крайней мере, некоторые эллиптические галактики, а также балджи и гало спиральных галактик скорее всего являются результатом таких столкновений. Аккреционные диски формируются и в двой ных звездных системах, когда одна из звезд (на пример, маленький и плотный белый карлик) своим притяжением оттягивает газ у соседа (обычно у большой и не столь плотной звезды). Похищенный газ обладает значительным моментом импульса, полученным от орбитального движения двух звезд вокруг их общего центра масс. Поэтому газ не может прямо упасть на белый карлик, а формирует вокруг него диск. Вспомнив, что год Меркурия короче земного (всего 88 суток), мы поймем, почему вещество внутренних областей диска совершает оборот по орбите за меньшее время, чем вещество внешних. Различие орбитальных периодов приводит к сдвигу: слои вещества на различных расстояниях от центра скользят друг относительно друга (см. врез). Если веществу в какой-нибудь форме присуще трение, оно будет замедлять быстро вращающиеся внутренние части диска и ускорять его медленно движущиеся внешние области. При этом момент импульса переносится от внутренних областей к внешним. В результате вещество внутренних областей не может сопротивляться гравитации и движется вниз по спирали к центральной звезде или черной дыре. По мере того как вещество опускается к внутреннему краю аккреционного диска, оно отдает свою гравитационную потенциальную энергию, одна часть которой идет на увеличение орбитальной скорости вещества (чем ниже орбита, тем выше скорость), а другая - за счет трения превращается в тепло. Поэтому вещество в диске может нагреться и превратиться в источник видимого, ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Мощное энерговыделение аккреционных дисков навело астрономов на мысль о существовании черных дыр, которые сами по себе не могут испускать свет, но аккреционные диски вокруг них способны на это. (Здесь мы не касаемся теории Хокинга, согласно которой черные дыры должны испускать слабое излучение. Заметить его можно было бы лишь у самых малых из них, но пока оно нигде во Вселенной не наблюдалось.) Согласно общей теории относительности Эйнштейна, энергия, выделяемая аккреционным диском вокруг черной дыры, должна составлять около 10% от энергии массы покоя вещества (равной массе, умноженной на квадрат скорости света). Такая чудовищная величина более чем в 10 раз превышает энергию, выделяющуюся при термоядерных реакциях. И все же она согласуется с наблюдениями излучения квазаров - очень ярких объектов, источниками энергии которых, как полагают, служат аккреционные диски вокруг сверхмассивных черных дыр в ядрах молодых галактик. Если вычислить полную энергию, испускаемую за все время всеми квазарами в некоторой области пространства, то она оказывается близка к 10% энергии массы покоя всех сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых сегодня в той же части. |
|||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
