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

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 простейшей арифметикой. И картинку, иллюстрирующую эту истину.

Назовем расстояние, пробегаемое частицей (молекулой, звездой, галактикой) от одного столкновения с себе подобной до другого столкновения 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 двойная звездочка ** 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.
      А время, в течение которого частица движется свободно между двумя столкновениями, каково? Очевидно, что это время (τ):
                                                          τ ~ λ / v ,                  (2)
где v - характерная скорость молекул воздуха. Эта скорость порядка скорости звука, то есть равна примерно 330 м/сек. Отсюда следует, что в окружающем нас воздухе τ ~ 3 * 10**(-9) сек., то есть порядка трех миллиардных долей секунды.
    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! Иначе - звезды практически не сталкиваются?
       Подойдем с другого бока. Оценим промежуток времени между столкновениями звезд. Типичная скорость звезд в галактиках порядка 200-300 км/сек. Если ее подставить в формулу (2) с приведенной выше λs ~10**14 св.лет, то получится τs ~10**17 лет. Что в миллионы раз больше, чем возраст Вселенной (14 млрд. лет).
      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 порядка 200 тыс. св. лет. Наша Галактика чуть поменьше, но для оценок 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 200 тыс. св. лет, из формулы (1) получаем, что длина свободного пробега галактик λG ~ 10**8 св. лет, что на два с лишним порядка меньше размера Вселенной.
      Итак, галактики во Вселенной сталкиваются.
     В качестве примера взгляните на картинку столкновения галактик NGC 6621 и NGC 6622:



Tags: Галактики, Звезды, Космос, Физика на пальцах
Subscribe
promo moralg march 5, 03:01 29
Buy for 20 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

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