Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote in otrageniya,
Морозов Александр Гавриилович
moralg
otrageniya

Сталкиваются ли звезды друг с другом?

    Космос - это почти вакуум. В котором, однако, есть чрезвычайно разреженный газ из атомов и молекул, далеко отстоящие друг от друга звезды и разделенные еще большими расстояниями звездные острова - галактики. Сталкиваются ли молекулы газа с другими молекулами, звезды - со звездами, галактики - с галактиками?

      С первого взгляда может показаться, что чем меньше объект, тем меньше вероятность ему столкнуться с себе подобным. Однако это не так. Поэтому под катом каждый может узреть истину, установление которой проводится простейшими оценками. И картинку, иллюстрирующую эту истину.

    Назовем расстояние, пробегаемое частицей (молекулой, звездой, галактикой) от одного столкновения с себе подобной до другого длиной свободного пробега и обозначим его буквой λ (лямбда). Приближенная оценка этой величины такова:

                                                          λ ~ 1 / (n * σ),           (1)

где n - число рассматриваемых частиц в единице объема, σ - площадь поперечного сечения частицы, * - знак умножения.

      Для примера рассмотрим окружающий нас воздух. В нем n ~ 3 * 10^19 в куб. см., где значок ^ означает знак возведения в степень. А поскольку размер молекулы воздуха примерно равен l ~ 2 * 10^(-8) см, то σ ~ l * l ~ 4 * 10^(-16) кв.см. Подставляя эти величины в приведенную выше формулу, получаем: λ ~ 10^(-4) см. То есть, длина свободного пробега молекул в окружающем нас воздухе порядка 1/10000 сантиметра.

      И вот теперь перейдем к космосу.

      1. Межзвездный газ. Его плотность в разных частях Галактики заметно отличается. Но в среднем в межзвездном газе порядка одного атома водорода в куб. см.. И поскольку размер такого атома примерно вдвое меньше размера молекулы воздуха, то в межзвездном газе λ ~ 10^16 см ~ 10^11 км ~ 10^(-2) свет. года. Поскольку один световой год равен примерно 10**13 км.

      Много это или мало? Толщина газового диска Галактики в окрестности Солнца составляет несколько сот световых лет. Поэтому любой атом межзвездного газа успеет десятки и сотни тысяч раз столкнуться с себе подобными прежде чем сможет пересечь диск Галактики.

    Итак, межзвездный газ - столкновительная система.

      2. Звезды. Ближайшая к нашему Солнцу звезда находится примерно в 4 световых годах от нас. Это означает, что в нашей части Галактики плотность звезд порядка 0,02 штуки на кубический световой год. Понятно, что ближе к центру Галактики звезд погуще. Поэтому сочтем, что для звезд n ~ 1 / куб.св.год. Размер нашего Солнца сочтем для простоты типичным - его диаметр немногим больше одного миллиона км. Или ~ 10^(-7) св. года. И поскольку сечение пропорционально квадрату диаметра, то λs ~10^14 св.лет. Но ведь 10^14 св. лет - это практически размер Вселенной!  А типичный размер галактик порядка 10^5 св. лет. То есть, длина свободного пробега звезд по порядку величины в миллиард раз больше размера типичной звездной системы!

      Итак, звезды в галактиках практически не сталкиваются!

   
3. Галактики. Ближайшая к нам крупная галактика - туманность Андромеды. До нее 2,5 млн. св. лет., а ее диаметр никак не меньше 100 тыс. св. лет. Наша Галактика по размерам аналогична и потому будем ее считать такой же. Считая, что одна частица-галактика приходится на куб, размером в 2,5 млн. св. лет, а сечение σ равно площади круга диаметром в 100 тыс. св. лет, из формулы (1) получаем, что длина свободного пробега галактик λG ~ 4*10^8 св. лет, что, как минимум, на полтора порядка меньше размера Вселенной.

      Итак, галактики во Вселенной сталкиваются.

      В качестве примера взгляните на картинку столкновения галактик NGC 6621 и NGC 6622:





P.S. По изложенным выше причинам физики, моделирующие поведение звезд и газа в галактиках, используют гидродинамические уравнения для описания газовых подсистем и кинетическое уравнение с нулевой правой частью для описания звездных подсистем.



Tags: moralg, Загадки мироздания
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 11 comments