Czy w samolocie Drogi Mlecznej nie ma więcej widocznych gołym okiem gwiazd?

Większość gwiazd widocznych gołym okiem znajduje się w odległości 1000 lat świetlnych. Słońce znajduje się w ramieniu Oriona o średnicy około 3500 lat świetlnych. Zatem wszystkie gwiazdy (z nielicznymi wyjątkami), które możemy zobaczyć bez pomocy, znajdują się w ramieniu Oriona i powinny być równo rozmieszczone we wszystkich kierunkach. Struktura galaktyki jest zbyt duża, aby wpływać na rozkład widocznych gwiazd.

Mimo to widzimy dysk Drogi Mlecznej. Co to widzimy Słabe światło gwiazd, których nie jesteśmy w stanie rozpoznać indywidualnie? A może światło gwiazd odbite przez chmury gazu? I czy gęstość gwiazd dla nieuzbrojonego oka naprawdę nie jest wyższa w płaszczyźnie Drogi Mlecznej? (Ponieważ mieszkam w lekko zanieczyszczonym mieście, sam nie mogę tego łatwo sprawdzić)

Możesz wiele powiedzieć o strukturze galaktycznej, po prostu patrząc. ~ 5000 gwiazd, które można zobaczyć gołym okiem, ma z grubsza „logarytmiczny” rozkład odległości. Pokazuję wykresy poniżej, które zostały wygenerowane z najnowszej wersji katalogu paralaksy Hipparcos. Ryc. 1 pokazuje wyniki dla wszystkich gwiazd oznaczonych symbolem$5.5<V<6.5$ (tj. bardzo słabe gwiazdy gołym okiem). Katalog Hipparcos jest prawie gotowy dla tych gwiazd, choć niektóre gwiazdy są tak daleko, że odległość jest bardzo niepewna - niemniej ogólny obraz powinien być w porządku.

Mediana odległości wynosi około 440 lat świetlnych. Ale założeniem twojego pytania jest, jak sądzę, zaprzeczenie, że jest to wystarczająco daleko, aby ujawnić się niesferyczny rozkład gwiazd w naszej Galaktyce. Odpowiedź jest taka, że ​​tak jest, ale tylko sprawiedliwa. Słońce jest bardzo blisko płaszczyzny dysku naszej Galaktyki. Wysokość skali gwiazd powyżej tego dysku zmienia się w zależności od wieku gwiazd i masy. W przybliżeniu wysokość wykładniczej wysokości wynosi 300-500 lat świetlnych dla większości gwiazd w naszej Galaktyce.

To jest po prostu na tyle mała, że jeśli spojrzymy na demografię gwiazd w dwóch regionach Galactic szerokości my nie widzą różnicy. Ryc. 2 poniżej pokazuje gwiazdki z$5.5<V<6.5$na niskich szerokościach galaktycznych (w odległości 15 stopni od płaszczyzny na zielono) i powyżej 45 stopni od płaszczyzny (na niebiesko). Istnieje wyraźna i znacząca różnica. Więcej gwiazd można zobaczyć w większych odległościach do płaszczyzny, zdradzając niesferycznie symetryczną naturę gwiazd w naszej Galaktyce.

Innymi słowy, struktura Galaktyki nie jest zbyt mała, aby wpływać na rozkład gwiazd gołym okiem.

Kiedy patrzymy na Drogę Mleczną, widzimy miliony nierozwiązanych gwiazd, które ogólnie są jeszcze bardziej odległe. Efekty galaktycznej natury dysku stają się bardziej widoczne, gdy zbliża się on na większe odległości. W szczególności na dużych szerokościach galaktycznych po prostu brakuje gwiazd, a zatem nie ma równomiernie oświetlonego nieba - co prowadzi do paradoksu Olbera, jak słusznie stwierdzono w innej odpowiedzi. Ale na niskich szerokościach geograficznych jest wystarczająca liczba gwiazd, które generalnie, w rozdzielczości naszych oczu, istnieje wiele gwiazd, których sumy światła zapewniają bodziec wzrokowy. To zdjęcie jest przerywane przez kurz. Pył w Galaktyce jest jeszcze bardziej skoncentrowany w kierunku samolotu niż gwiazd. Z tego powodu po kilku tysiącach lat świetlnych pył odgrywa ważną rolę w kształtowaniu struktur Drogi Mlecznej, które widzimy, skutecznie blokując światło na bardzo niskich szerokościach galaktycznych.

Ryc. 1: Rozkład prawdopodobieństwa odległości gwiazd gołym okiem w katalogu Hipparcos

Ryc. 2: Rozkład prawdopodobieństwa odległości gwiazd gołym okiem podzielonych na regiony niskiej i wysokiej szerokości galaktycznej (tj. W kierunku i od płaszczyzny galaktycznej) .

WAŻNA EDYCJA:

Po zaakceptowaniu odpowiedzi zrobiłem trochę podwójnego sprawdzenia. Podzieliłem próbkę Hipparcos na jasne ($V<6$, 5000 gwiazdek) i bardzo jasne ($V<3$, 173 gwiazd) i przyjrzeli się rozkładowi gwiazd na jednostkę powierzchni na niebie w funkcji szerokości galaktycznej (ryc. 3). Wyniki pokazano poniżej i, co bardziej oczywiste, wskazują na to. Okazuje się, że asymetria pomiędzy w płaszczyźnie jest wyraźnie widoczna, nawet w jaśniejszej próbce. Powodem jest to, że bardzo jasne gwiazdy nie są wcale o wiele bliżej niż jasne gwiazdy. Być może mediana 200 lat świetlnych vs 350 lat świetlnych. Zatem wysokość skali dysku galaktycznego musi być na tyle mała, aby różnica od symetrii sferycznej była już widoczna na tego rodzaju odległościach.

Ryc. 3: Znormalizowany wykres liczby gwiazd na jednostkę powierzchni w funkcji szerokości galaktycznej dla próbki jasnych i bardzo jasnych gwiazd. Zwróć uwagę na koncentrację w kierunku płaszczyzny galaktycznej .

DALSZA EDYCJA: Z wykresu powyżej widać nawet, że istnieje również niewielka koncentracja w kierunku ujemnych szerokości geograficznych; w obu przypadkach gęstość piku wynosi około -5 do -10 stopni. Jest to prawdopodobne, ponieważ obecnie Słońce znajduje się powyżej płaszczyzny galaktycznej (choć zastanawiam się również, czy pył odgrywa rolę). Słońce znajduje się obecnie 60 lat świetlnych nad płaszczyzną i kieruje się w górę (patrz Jak daleko jest Ziemia / Słońce powyżej / poniżej płaszczyzny galaktycznej i czy zmierza w kierunku / od niej? ). Połączenie wyników, które pokazałem, może być wystarczające, aby dojść do wniosku, że dysk galaktyczny ma „charakterystyczną grubość * nie większą niż kilkaset lat świetlnych, ale więcej niż 60 lat świetlnych!

Po pierwsze, galaktyka ma jedynie około 1000 grubości . Jesteśmy dość blisko płaszczyzny galaktycznej, może około 65 lat powyżej, jeśli nazwiemy kierunek, w którym odchodzimy od „w dół”. Więc zakładając, że wszystkie widoczne obiekty znajdują się w odległości około 1000, możemy przypuszczać, że powinniśmy widzieć więcej gwiazd w płaszczyźnie niż powyżej i poniżej płaszczyzny, ponieważ w galaktyce znajduje się tylko około 500 gwiazd gwiazd powyżej i poniżej.

Jesteśmy może 25 km od centrum galaktyki. Dlatego istnieje około 25 tysięcy gwiazd na zewnątrz i 75 tysięcy gwiazd do wewnątrz. Gdybyśmy mogli zobaczyć je wszystkie gołym okiem, zobaczylibyśmy więcej gwiazd po jednej stronie niż po drugiej. Chociaż wiele gwiazd, które widzimy, znajduje się w promieniu 1000, nie oznacza to, że gwiazdy w tym obszarze widoczności są równomiernie rozmieszczone. Gwiazdy są upakowane bliżej środka , co oznacza, że ​​zobaczymy więcej z jednej strony niż z drugiej.

Nie wiem, skąd masz pomysł, że szukasz potwierdzenia, że ​​gęstość gwiazd nie jest wyższa na płaszczyźnie galaktycznej, ponieważ to nieprawda. Gęstość jest większa w kierunku środka galaktyki; i prostopadle do płaszczyzny galaktycznej, gęstość maleje wraz z oddalaniem się od niej.

Ponadto widzimy znacznie więcej niż tylko kropki światła z innych gwiazd. Widzimy inne obiekty, które są skupiskami gwiazd - gromady i galaktyki, takie jak Andromeda, LMC i SMC. Widzimy mgławice, chmury gazu i pyłu. W rzeczywistości pył zakrywa nawet to, co moglibyśmy zobaczyć w kierunku centrum galaktyki.

Więc kiedy pytasz „co to widzimy?” odpowiedź brzmi: wiele rzeczy. Ponieważ w płaszczyźnie galaktyki jest więcej takich „rzeczy”, większość z nich widzimy jako pierścień wokół nas. Ponieważ jest więcej takich rzeczy w kierunku centrum galaktyki, widzimy, że pierścień jest jaśniejszy, pełniejszy, bardziej złożony i dominuje z jednej strony.

Jest to znane jako paradoks Olbersa . (Moim zdaniem) lepsze wyjaśnienie można znaleźć tutaj .

Zauważ, że te linki odpowiadają na pytanie, dlaczego wszechświat (nie sama Droga Mleczna) nie płonie na naszym nocnym niebie. Teraz, jeśli wszechświat (w tym Droga Mleczna) nie może tego zrobić, droga Mleczna nie może tego zrobić sama ...

Po prostu za mało gwiazd daje wystarczającą ilość światła. Jasność jest zmniejszana kwadratowo przez odległość. Liczy się to bardzo szybko przy astronomicznych odległościach. Nawet dla gwiazd, które są naszymi sąsiadami.