Небесные тела и объекты во Вселенной

Введение

Большая естественная физическая сущность в пространстве

Астрономический объект, небесный объект, звездный объект или небесное тело — это естественно возникшая физическая сущность, объединение или структура, существующая в пределах наблюдаемой Вселенной. В астрономии термины "объект" и "тело" часто используются как взаимозаменяемые. Однако астрономическое тело или небесное тело представляет собой единую, плотно связанную, сплошную сущность, в то время как астрономический или небесный объект — это сложная, менее сплоченная структура, которая может состоять из нескольких тел или даже других объектов с подструктурами. Примеры астрономических объектов включают планетарные системы, звездные скопления, туманности и галактики, а астероиды, луны, планеты и звезды являются астрономическими телами. Комету можно рассматривать и как тело, и как объект: как тело, когда речь идет о ее замороженном ядре изо льда и пыли, и как объект, когда описывается вся комета с ее диффузной комой и хвостом.

История

Астрономические объекты, такие как звезды, планеты, туманности, астероиды и кометы, наблюдались на протяжении тысяч лет, хотя ранние культуры считали эти тела богами или божествами. Эти ранние культуры придавали большое значение движению этих тел, поскольку использовали их для навигации на большие расстояния, определения смены времен года и установления сроков посева. В Средние века изучение движения этих тел стало более углубленным. Несколько астрономов с Ближнего Востока начали составлять подробные описания звезд и туманностей, а также создавать более точные календари, основанные на движении этих звезд и планет. В Европе астрономы сосредоточились главным образом на создании приборов для изучения небесных объектов, а также на написании учебников, руководств и организации университетов для обучения астрономии. Во время научной революции, в 1543 году, была опубликована гелиоцентрическая модель Николая Коперника. Эта модель описывала Землю и все остальные планеты как астрономические тела, вращающиеся вокруг Солнца, расположенного в центре Солнечной системы. Иоганн Кеплер открыл законы Кеплера о движении планет, описывающие свойства орбит, общих для астрономических тел; эти законы были использованы для усовершенствования гелиоцентрической модели. В 1584 году Джордано Бруно предположил, что все далекие звезды являются самостоятельными солнцами, став первым за столетия, кто выдвинул эту идею. Галилео Галилей одним из первых начал использовать телескопы для наблюдения за небом, и в 1610 году он открыл четыре крупнейших спутника Юпитера, ныне известных как галилеевские спутники. Галилей также наблюдал фазы Венеры, кратеры на Луне и солнечные пятна на Солнце. Астроном Эдмонд Галлей успешно предсказал возвращение кометы Галлея, которая с тех пор носит его имя, в 1758 году. В 1781 году сэр Уильям Гершель открыл новую планету Уран, став первой планетой, открытой без использования телескопа. В XIX и XX веках новые технологии и научные достижения позволили ученым значительно расширить свои знания об астрономии и астрономических объектах. Началось строительство более крупных телескопов и обсерваторий, а ученые стали печатать изображения Луны и других небесных тел на фотографических пластинах. Были открыты новые длины волн света, невидимые человеческому глазу, и созданы новые телескопы, позволяющие наблюдать астрономические объекты в других диапазонах электромагнитного спектра. Иозеф фон Фраунгофер и Анджело Секки стали пионерами в области спектроскопии, что позволило им изучать состав звезд и туманностей, а многие астрономы смогли определить массы двойных звезд на основе их орбитальных элементов. Компьютеры стали использоваться для обработки и анализа огромных объемов астрономических данных о звездах, а новые технологии, такие как фотоэлектрический фотометр, позволили астрономам точно измерять цвет и светимость звезд, что, в свою очередь, позволило им определять их температуру и массу. В 1913 году астрономы Эйнар Герцшпрунг и Генри Норрис Рассел независимо друг от друга разработали диаграмму Герцшпрунга — Рассела, на которой звезды изображались в зависимости от их светимости и цвета, что облегчало их изучение. Было обнаружено, что звезды в основном располагаются в полосе, называемой главной последовательностью. В 1943 году Уильям Уилсон Морган и Филип Чайлдс Кинан опубликовали усовершенствованную систему звездной классификации, основанную на диаграмме Герцшпрунга — Рассела. Астрономы также начали обсуждать вопрос о существовании галактик за пределами Млечного Пути, и эти дебаты завершились, когда Эдвин Хаббл идентифицировал туманность Андромеды как отдельную галактику, наряду со многими другими галактиками, расположенными далеко от Млечного Пути.

Astronomical objects such as stars, planets, nebulae, asteroids and comets have been observed for thousands of years, although early cultures thought of these bodies as gods or deities. These early cultures found the movements of the bodies very important as they used these objects to help navigate over long distances, tell between the seasons, and to determine when to plant crops. During the Middle Ages, cultures began to study the movements of these bodies more closely. Several astronomers of the Middle East began to make detailed descriptions of stars and nebulae, and would make more accurate calendars based on the movements of these stars and planets. In Europe, astronomers focused more on devices to help study the celestial objects and creating textbooks, guides, and universities to teach people more about astronomy. During the scientific revolution, in 1543, Nicolaus Copernicus's heliocentric model was published. This model described the Earth, along with all of the other planets as being astronomical bodies which orbited the Sun located in the center of the Solar System. Johannes Kepler discovered Kepler's laws of planetary motion, which are properties of the orbits that the astronomical bodies shared; this was used to improve the heliocentric model. In 1584, Giordano Bruno proposed that all distant stars are their own suns, being the first in centuries to suggest this idea. Galileo Galilei was one of the first astronomers to use telescopes to observe the sky, in 1610 he observed four largest moons of Jupiter, now named the Galilean moons. Galileo also made observations of the phases of Venus, craters on the Moon, and sunspots on the Sun. Astronomer Edmond Halley was able to successfully predict the return of Halley's Comet, which now bears his name in 1758. In 1781, Sir William Herschel discovered the new planet Uranus, being the first discovered planet not visible by the naked eye. In the 19th and 20th century, new technologies and scientific innovations allowed scientists to greatly expand their understanding of astronomy and astronomical objects. Larger telescopes and observatories began to be built and scientists began to print images of the Moon and other celestial bodies on photographic plates. New wavelengths of light unseen by the human eye were discovered, and new telescopes were made that made it possible to see astronomical objects in other wavelengths of light. Joseph von Fraunhofer and Angelo Secchi pioneered the field of spectroscopy, which allowed them to observe the composition of stars and nebulae, and many astronomers were able to determine the masses of binary stars based on their orbital elements. Computers began to be used to observe and study massive amounts of astronomical data on stars, and new technologies such as the photoelectric photometer allowed astronomers to accurately measure the color and luminosity of stars, which allowed them to predict their temperature and mass. In 1913, the Hertzsprung Russell diagram was developed by astronomers Ejnar Hertzsprung and Henry Norris Russell independently of each other, which plotted stars based on their luminosity and color and allowed astronomers to easily examine stars. It was found that stars commonly fell on a band of stars called the main sequence stars on the diagram. A refined scheme for stellar classification was published in 1943 by William Wilson Morgan and Philip Childs Keenan based on the Hertzsprung Russel Diagram. Astronomers also began debating whether other galaxies existed beyond the Milky Way, these debates ended when Edwin Hubble identified the Andromeda nebula as a different galaxy, along with many others far from the Milky Way.

Галактика и больше

Вселенную можно рассматривать как имеющую иерархическую структуру. В самых больших масштабах фундаментальным элементом формирования является галактика. Галактики организованы в группы и скопления, часто входящие в состав более крупных суперскоплений, которые вытянуты вдоль протяженных нитей между почти пустыми войдами, образуя сеть, охватывающую наблюдаемую Вселенную. Галактики демонстрируют разнообразие морфологий, включая неправильные, эллиптические и дискообразные формы, зависящие от их истории формирования и эволюции, в том числе от взаимодействия с другими галактиками, которое может привести к слиянию. Дисковые галактики включают линзовидные и спиральные галактики, характеризующиеся такими особенностями, как спиральные рукава и выраженный гало. В центре большинства галактик находится сверхмассивная черная дыра, которая может проявляться в виде активного галактического ядра. Галактики также могут иметь спутники в виде карликовых галактик и шаровых скоплений.

В галактике

Составляющие галактики формируются из газообразного вещества, которое собирается посредством гравитационного самопритяжения иерархическим образом. На этом уровне основными компонентами являются звёзды, которые обычно формируются в скопления из различных сгущающихся туманностей. Огромное разнообразие звёздных форм определяется почти исключительно массой, составом и стадией эволюции этих звёзд. Звёзды могут находиться в многозвёздных системах, вращающихся вокруг друг друга в иерархической организации. Планетные системы и различные малые объекты, такие как астероиды, кометы и обломки, могут формироваться в иерархическом процессе аккреции из протопланетных дисков, окружающих новообразованные звёзды. Различные отличительные типы звёзд представлены на диаграмме Герцшпрунга — Рассела (диаграмме HR) — графике, отображающей абсолютную светимость звёзд в зависимости от температуры поверхности. Каждая звезда проходит свой эволюционный трек по этой диаграмме. Если этот трек проходит через область, содержащую тип внутренней переменной звезды, то её физические свойства могут привести к тому, что она станет переменной звездой. Примером этого является полоса нестабильности — область на диаграмме HR, включающая переменные звёзды типа Дельта Щита, RR Лиры и Цефеиды. Эволюционирующая звезда может выбрасывать часть своей атмосферы, формируя туманность, либо постепенно, образуя планетарную туманность, либо в результате взрыва сверхновой, оставляющего после себя остаток. В зависимости от начальной массы звезды и наличия или отсутствия компаньона, звезда может провести последнюю часть своей жизни в виде компактного объекта: белого карлика, нейтронной звезды или чёрной дыры.

Форма

Определения планеты и карликовой планеты, принятые Международным астрономическим союзом (IAU), требуют, чтобы астрономическое тело, обращающееся вокруг Солнца, прошло процесс скругления, чтобы достичь приблизительно сферической формы – состояние, известное как гидростатическое равновесие. Такую же сфероидальную форму можно наблюдать как на небольших каменистых планетах, таких как Марс, так и на газовых гигантах, таких как Юпитер. Любое естественное тело, обращающееся вокруг Солнца и не достигшее гидростатического равновесия, классифицируется IAU как малый объект Солнечной системы (SSSB). Эти объекты имеют множество несферических форм, представляющих собой неровные массы, беспорядочно аккрецированные падающей пылью и камнями; недостаточно массы для выработки тепла, необходимого для завершения процесса скругления. Некоторые SSSB – это просто скопления относительно небольших камней, слабо связанных гравитацией, но не слившихся в единую большую скальную основу. Некоторые более крупные SSSB почти сферичны, но не достигли гидростатического равновесия. Малый объект Солнечной системы 4 Веста достаточно массивен, чтобы претерпеть хотя бы частичную планетарную дифференциацию. Звезды, подобные Солнцу, также имеют сфероидальную форму из-за влияния гравитации на их плазму, которая является свободно текучей жидкостью. Непрерывный звёздный синтез является гораздо более значительным источником тепла для звёзд, чем первоначальное тепло, выделявшееся при их формировании.