¿De dónde surgió la Vía Láctea?
La Vía Láctea es un representante típico de la galaxia, formada por entre 150 y 200 mil millones de estrellas e innumerables materias interestelares. La parte principal de la Vía Láctea se llama disco galáctico, con un diámetro de 8,5×104l.a (años luz) (1l.a.=94600×108km). La parte central es un abultamiento aproximadamente esférico, llamado abultamiento. , con un diámetro de 104~1,3×104l.y., aproximadamente 104l.y. de espesor, es un área muy densa de estrellas que se llama núcleo galáctico, que es el centro de masa de; la Vía Láctea. La Vía Láctea vista a simple vista es la proyección del cuerpo principal de la Vía Láctea sobre la esfera celeste. La periferia del disco galáctico está rodeada por un halo galáctico esférico achatado con una densidad de estrellas muy baja, con un diámetro de 10×104l.y (Figura 2-1, izquierda; 1×103 parsec (pc) = 3261,6l.y. ).
Visto desde la dirección perpendicular al plano de la Vía Láctea, la distribución de estrellas y materia interestelar en el disco galáctico no es uniforme bajo la influencia de campos magnéticos y ondas de densidad. brazos espirales que se extienden hacia afuera desde el abultamiento del núcleo para formar una estructura de vórtice (Figura 2-1, derecha). Los brazos espirales son áreas densas de estrellas y materia interestelar en la Vía Láctea.
El sol es un miembro ordinario de las muchas estrellas de la Vía Láctea. Está situado cerca del plano central del disco galáctico (plano galáctico) y del borde interior de un brazo espiral (el brazo espiral de Orión). ), aproximadamente a 2,7×104l del núcleo galáctico.
(2) El movimiento del sol en la Vía Láctea
La estructura de vórtice de la Vía Láctea refleja su propia rotación, es decir, las estrellas, nebulosas y materia interestelar en la La Vía Láctea gira alrededor del núcleo galáctico. El sol gira alrededor del núcleo galáctico a una velocidad de 250 km/s, y una rotación es de aproximadamente 2,5×108 a 3×108y, lo que se denomina año galáctico.
Los movimientos entre diferentes estrellas de la Vía Láctea también son complicados. Se ha sugerido que pueden ocurrir dos cambios cíclicos durante la rotación del sol. Una son las fluctuaciones recíprocas que ocurren hacia arriba y hacia abajo en el plano galáctico cuando se ven desde el lado de la Vía Láctea, cruzando el plano galáctico aproximadamente una vez cada 35 millones de años. El otro proviene del plano de la Vía Láctea. Debido a las diferentes velocidades de rotación de las distintas estrellas, el Sol y los cuatro brazos espirales de la Vía Láctea no son sincrónicos ni paralelos, y pasan por los brazos espirales aproximadamente cada 75 millones de años. La hipótesis anterior debe verificarse aún más en el campo de la investigación astronómica.
2. Movimiento de galaxias y galaxias totales
(1) Movimiento de la Vía Láctea y galaxias extragalácticas
Además de la rotación de la Vía Láctea, la La velocidad total de la Vía Láctea es de 214 km/s. Avanzando hacia la constelación de Monoceros. En los últimos años, la investigación astronómica ha descubierto sucesivamente que hay 50 mil millones de sistemas estelares similares a la Vía Láctea en el universo. Sus propios diámetros son de unos 100.000 años luz y están entre miles de millones y decenas de miles de millones de años luz de distancia. Vía Láctea. Se les llama galaxia extragaláctica. Si se compara el universo visible con un vasto océano, no son más que islas esparcidas en él, también llamadas islas del mundo.
(2) Desde cúmulos de galaxias hasta galaxias totales
Las galaxias con una escala de 100.000 años luz no están distribuidas uniformemente en el espacio. Tienen tendencia a agruparse y pueden formar cúmulos de galaxias. . Los cúmulos de galaxias varían en tamaño y forma. La escala espacial típica alcanza el orden de decenas de millones de años luz (108 km), y la masa total alcanza el orden de 1047 g. La distancia entre las galaxias en un cúmulo de galaxias es del orden de millones de años luz. La Vía Láctea, la vecina galaxia de Andrómeda, las Nubes de Magallanes y otras 30 galaxias forman un grupo más pequeño llamado Grupo Local.
La distribución de los cúmulos de galaxias en el espacio también es desigual. Muchos cúmulos de galaxias pueden formar supercúmulos, con escalas espaciales típicas que alcanzan los 100 millones de años luz. El supercúmulo local de galaxias compuesto por el Grupo Local de Galaxias y el Cúmulo de Virgo tiene un diámetro de aproximadamente 100 a 250 millones de años luz y una masa total de mil billones de veces la del sol.
El universo visible al alcance de las capacidades de observación humana se llama galaxia total. Su escala espacial típica es de 15 mil millones de años luz, su edad es del orden de 10 mil millones de años luz y su tamaño total. la masa alcanza los 1056 gramos.
3. La teoría del big bang y el origen del universo
(1) El corrimiento de la línea espectral al rojo y el universo visible
La frecuencia de las ondas sonoras aumenta cuando el tren rugiente se acerca a nosotros, el tono se vuelve más alto; al alejarse, la frecuencia de la onda sonora disminuye y el tono se vuelve más bajo (efecto Doppler).
De la misma manera, cuando una estrella luminosa se acerca al observador, las líneas espectrales de la estrella vista se mueven hacia la dirección de la luz azul de alta frecuencia, lo que se llama corrimiento al azul; cuando se aleja del observador, las líneas espectrales se desplazan hacia; la dirección de la luz roja de baja frecuencia, lo que se denomina corrimiento al rojo.
E.P. Hubble (1929) descubrió a través de un gran número de observaciones reales que la luz procedente de diferentes galaxias presenta un cierto fenómeno sistemático de corrimiento al rojo. Comparando las líneas espectrales de luz emitidas por átomos específicos en la galaxia con la luz emitida por el mismo tipo de átomos en el laboratorio de la Tierra, se puede obtener la velocidad de recesión de la galaxia fuente de luz lejos del observador y luego comparando; El brillo aparente del mismo tipo de estrellas, podemos calcular la distancia de la estrella fuente de luz a nosotros. Esto lleva a la conclusión de que "cuanto más lejos está una estrella de su fuente de luz, más rápido se aleja de nosotros", que es la famosa ley de Hubble (Figura 2-2).
La ley de Hubble revela que las galaxias distantes están "escapando" de nosotros y que toda la galaxia está experimentando cambios de expansión, lo que hoy en día es de conocimiento común. Por otro lado, el análisis de las líneas espectrales de diferentes estrellas dentro de la Vía Láctea demuestra que también hay muchos desplazamientos hacia el azul, lo que refleja que el interior de la galaxia sigue siendo atractivo. En 1996, el telescopio espacial Hubble también capturó fotografías de una súper colisión entre galaxias a 6300×104 años luz de la Tierra (al sur de la constelación de Corvus). Por lo tanto, la expansión del universo parece ocurrir principalmente a medida que el espacio entre los cúmulos de galaxias aumenta rápidamente, con pocos cambios en la escala de las galaxias mismas, similar a lo que se ve en la superficie de un globo cuando está inflado (Figura 2- 3). Las características de densidad de diferentes partes del universo conocido también pueden estar relacionadas con él (Tabla 2-1).
(2) Teoría del Big Bang
Entre las hipótesis contemporáneas sobre el origen del universo, la teoría del Big Bang es la teoría más influyente. Esta teoría fue propuesta en la década de 1940 y todavía se está desarrollando y mejorando. Sus principales contenidos son los siguientes:
Antes del Big Bang, el universo se encontraba en un estado de temperatura extremadamente alta y densidad ultra alta, y la materia y la antimateria, así como la materia y la energía, estaban en equilibrio. El Big Bang comenzó bajo ciertas condiciones físicas. El volumen se expandió rápidamente entre 10 y 44 segundos después del nacimiento del universo, expandiéndose rápidamente unas 10.100 veces en 10 a 34 segundos, y la densidad disminuyó en consecuencia. Pero en 1 segundo, la temperatura sigue siendo tan alta como 1032 K a más de 1010 K, y los átomos y las moléculas no pueden existir. La existencia y el comportamiento de la materia en el universo en aquella época no se pueden simular actualmente en el laboratorio. Se especula que puede haber energía de radiación, además de electrones y neutrinos (neutrinos, un tipo de partículas elementales a las que no les afecta la electricidad). magnetismo y fuerzas nucleares (se confirmó en 1998 que tienen masa en reposo extremadamente diminuta) y partículas elementales en forma de protones y neutrones. En la actualidad, los humanos han observado que los primeros núcleos atómicos que quedaron de los primeros días del universo se formaron 1 segundo después de la explosión. Por lo tanto, este 1s puede considerarse como un hito en el estudio de la historia del universo.
Después de la explosión durante 3 minutos, la temperatura descendió por debajo de los 109 K y comenzó la reacción nuclear. La fusión de protones y neutrones en los elementos más ligeros deuterón, helio y litio pudo evitar la desintegración (Figura 2-4). . En ese momento, el helio representaba aproximadamente el 22% de todos los materiales, el hidrógeno el 78% y cantidades muy pequeñas de deuterio y litio.
Hace aproximadamente un millón de años, la temperatura descendió hasta el rango de 107 a 6 K y el universo se llenó de plasma compuesto por núcleos de elementos ligeros, electrones, protones, etc. Cuando la temperatura desciende a 103K 250 millones de años después, la radiación se debilita, se forman átomos neutros y el plasma se recombina formando un gas normal. Las galaxias comenzaron a formarse hace unos mil millones de años, las primeras estrellas empezaron a aparecer hace unos 5 mil millones de años y el sistema solar se formó hace unos 10 mil millones de años.
Aunque la teoría del Big Bang cuenta con el apoyo de la mayoría de los estudiosos internacionales, todavía hay dudas sobre la causa del Big Bang, si el Big Bang continuará para siempre o si se transformará en una contracción más adelante, si el Big Bang El bang comenzó desde un punto singular, o si cada punto de todo el espacio puede considerarse como el centro de expansión. No existe una conclusión generalmente aceptada sobre cuestiones fundamentales como la forma y el comportamiento de la materia en el primer segundo del big bang. Todavía existen opiniones diferentes sobre el radio de Hubble y la determinación de la edad de formación del universo.
La propuesta y discusión de varios modelos del Big Bang implicará inevitablemente una serie de cuestiones filosóficas e ideológicas fundamentales, como por ejemplo si el espacio y el tiempo existen para siempre.
Por ejemplo, algunas personas creen que en los años 10-43 al comienzo del Big Bang (el período de Planck), la escala del universo visible en ese momento era más pequeña que su longitud de onda cuántica, y todo el universo quedó dominado por la incertidumbre cuántica. No existía el "reloj" ni el "reloj" en absoluto. La "regla" se puede medir, lo que significa que el concepto de espacio-tiempo en la relatividad general no es válido. Es un mundo físico sin espacio-tiempo. explorar el origen de las formas conocidas del espacio-tiempo a través de la cuantificación del espacio-tiempo. Esto también tiene un impacto en el pensamiento filosófico tradicional de que el universo es ilimitado, sin principio ni fin. También es de gran importancia para promover la modernización de los conceptos filosóficos.