Место солнечной системы во вселенной. Наше место во вселенной. Движение Галактики в космическом пространстве
Земля как планета Место Земли во Вселенной Земля – часть Вселенной, она испытывает мощное космическое влияние. Вселенная это весь мир, безграничный во времени и в пространстве, который состоит из множества космических тел, образующих системы различной сложности – от гигантских галактик, включающих миллиарды звёзд, до планет со спутниками. Солнечная система находится в одной из многих миллиардов галактик – нашей Галактике. В состав Галактики входит более 100 миллиардов звёзд, межзвёздное вещество и диффузные туманности. Ей принадлежат все звёзды, которые мы наблюдаем.
Наша Галактика сильно сплющена и с ребра должна быть видна в форме двоякояковыпуклой линзы со спиралевидными ветвями, выходящими из центра. В плоскости наибольшего протяжения и вращения* Галактики скучено максимальное количество звёзд, которые из-за удалённости неразличимы по отдельности и сливаются на небе в светлую полосу, называемую Млечным путём. Возраст Галактики оценивается примерно в 12 млрд. лет. Другие галактики наш глаз различает на звёздном небе в виде светлых туманных пятен – туманностей. Кроме туманностей–галактик на звёздном небе видны другие туманности – скопления светящегося газа или пыли. Пылевые туманности светятся отражённым светом близлежащих крупных звёзд. * Галактика делает полный оборот за ≈200 млн. лет (галактический год)
Ближайшая к нам гигантская спиралевидная звёздная система – Туманность Андромеды. По типу и структуре она похожа на нашу Галактику, но превосходит её по размерам в 1, 5 раза и состоит из десятков миллиардов звёзд. Эту галактику можно наблюдать невооружённым глазом в средних широтах северного полушария. В созвездии Андромеды она видна крошечным овальным слабо светящимся облачком. Мы видим туманность Андромеды такой, какой она была более двух миллионов лет назад: столько времени луч света идёт к нам от этой самой близкой звёздной системы. Галактика в созвездии Андромеды
Около 98% космического вещества содержится в звёздах. Звёзды – раскалённые светящиеся вращающиеся газовые (плазменные) шары. Они состоят из водорода и гелия и различаются по температуре, размерам, массе, плотности, мощности излучения, цвету, блеску, светимости и т. д. Световые лучи, проходя через атмосферу ослабляются за счёт поглощения, преломляются, изменяют цвет. Атмосфера никогда не бывает спокойной, поэтому небесные светила кажутся нам мерцающими, а на цветных фотографиях получаются разного цвета, который не зависит от реального излучения самой звезды. Местоположение звёзд во Вселенной меняется крайне медленно, поэтому конфигурация созвездий относительно устойчива. Тысячелетиями взаиморасположение звёзд почти не нарушается и их легко найти на небосводе с помощью звёздных карт, где показано 88 созвездий (по решению Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза, состоявшейся в Риме в 1922 г).
Карта звёздного неба В центре – Северный полюс Мира. На сетке небесных координат проведены основные линии: небесный экватор, небесные меридианы, суточные параллели, эклиптика, по которым определяются координаты светил – склонение и прямое восхождение звёзд и Солнца
a(альфа) – прямое восхождение светила: дуга небесного экватора, которая отсчитывается от точки весеннего равноденствия (– гамма) до круга склонений светила (РМ) в направлении, обратном вращению небесной сферы; (дельта) – склонение светила: дуга круга склонения от экватора до светила
Достопримечательность звёздного неба северного полушария – Полярная звезда, ближайшая из ярких светил к Северному полюсу мира. Её поперечник в 120 раз больше солнечного диаметра. Это двойная звезда со спутником, который чуть крупнее Солнца. Она пульсирует, изменяя свой объём и блеск. Полярная Звезда в нашу эпоху близка к Северному полюсу мира. Её склонение 89 17΄. В авиации, мореплавании, космонавтике местоположение и курс самолёта, корабля, космического аппарата определяется с помощью так называемых навигационных звёзд. Их местоположение на небосводе определено предельно точно, составлены таблицы их высот и азимутов. Из более чем 6000 звёзд, видимых невооружённым глазом, таких звёзд только 26. В северном полушарии это Полярная Звезда Арктур, Вега, Капелла и др. , в южном – Канопус, Пикок, Мимоза и др. В Южном полушарии навигационным созвездием служит Южный Крест. Его длинная перекладина почти точно указывает на Южный полюс мира – едва заметную звезду Сигма (σ) в созвездии Октант, склонение которой 89 34΄. Штурманы, прокладывающие путь судам, знают все навигационные звёзды наизусть.
По Полярной звезде в наше время определяется северная сторона горизонта, а также в северном полушарии географическая широта места, которая приблизительно равна высоте полюса мира над горизонтом. Особая роль путеводной Полярной звезды всё же временная. Из-за очень медленного конусообразного движения земной оси (полный оборот за ≈ 26 000 лет) Северный полюс мира непрерывно странствует среди звёзд. Около 3 тысяч лет назад самой близкой к полюсу звездой была Кохаб (с арабского – «Звезда Севера) в том же созвездии Малой Медведицы. Через 13 тысяч лет на месте Полярной звезды окажется звезда Вега в созвездии Лиры. Расстояние от Земли до Полярной звезды таково, что луч света, покинувший её, достигает нашей планеты спустя 472 года. Это означает, что мы видим Полярную звезду такой, какой она была вскоре после кругосветного плавания Магеллана. Если же с ней что-либо произойдёт сейчас, мы узнаем об этом через 472 года. Может быть она уже не существует, а на нашем небе всё ещё светит.
Полярную звезду легко найти на небе с помощью общеизвестного созвездия – Большой Медведицы. Через две крайние звезды в его ковше нужно провести вверх прямую, на которой отложить пятикратное расстояние между этими звёздами. Так мы находим ковш Малой Медведицы и попадаем на крайнюю звезду ручки её небольшого ковша. Это и есть Полярная звезда.
Одна из звёзд нашей Галактики – Солнце. Это звезда, относящаяся к группе жёлтых карликов. Его диаметр – 1 391 980 км, масса – 1, 989 х1030 кг (99, 87% общей массы всей Солнечной системы), сидерический (звёздный) период осевого вращения (солнечные сутки) на экваторе 25, 38 земных суток, у полюсов ≈ 20 суток, температура на поверхности – 5 807 К, возраст – около 5 млрд. лет. Солнце освещает и обогревает Землю, даёт энергию для процессов, происходящих на её поверхности, поддерживает «неугасимый огонь» жизни. Одно из многих условий существования на нашей планете жизни – это то обстоятельство, что Солнце относительно спокойная звезда, её излучение не испытывает резких колебаний, хотя наблюдаются в среднем через 11 лет периоды «активного» Солнца, чередующиеся с периодами «спокойного» Солнца.
Люди давно заметили, что изменения на Солнце (появление так называемых пятен) действует на природу и самочувствие. Изучению солнечно-земных связей посвятил свою жизнь гениальный советский учёныйестествоиспытатель А. Л. Чижевский (1897 -1964 гг.), который заложил основы гелиобиологии – науки о влиянии Солнца на живые организмы. Он писал: «Люди и все твари земные являются поистине ″детьми Солнца″» Его перу принадлежит большое количество работ на эту тему, основанных на экспериментах и наблюдениях. Самая известная из них – «Земное эхо солнечных бурь» , написанная интересно и понятно для широкого круга читателей и содержащая огромное количество фактического материала, обобщений, теоретических выводов и практических рекомендаций. Чижевского называют «Леонардо ХХ века» , высоко оценивая широту его научного мышления и вклад в мировую науку. Незадолго до смерти им были сказаны замечательные слова: «. . . Современная диалектика учит, что понять любое явление можно лишь в его связи с окружающим миром. В век космоса наука должна всё глубже постигать механизмы связей между Солнцем и живой природой» .
Солнце – эволюционный, динамический и физический центр Солнечной системы. Обладая огромной массой и мощным тяготением, оно управляет движением планет и других тел системы, кроме спутников планет. Они обращаются вокруг своих планет, так как их притяжение в силу близости оказывается сильнее солнечного. Солнечная система – это «семья» небесных тел, связанных силами взаимного притяжения. Её центр – звезда по имени Солнце. В состав Солнечной системы входят также бесспорно 8 классических планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс (планеты земной группы), Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (планетыгиганты), спутники планет (их более 60), малые планеты – астероиды, (свыше 5 тысяч), сотни комет и множество метеорных тел. За границу Солнечной системы до последнего времени принимали орбиту Плутона, самого «крайнего» в системе (5, 9 млрд. км или 39, 5 а. е.).
1. астрономическая единица равна среднему расстоянию Земли от Солнца – 149, 6 млн. км 2. световой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год 3. парсек – расстояние, соответствующее обратной величине годичного параллакса (видимого смещения светил на небесной сфере, связанного с перемещением наблюдателя вместе с Землёй по орбите вокруг Солнца); параллакс 0, 1 ״ соответствует 10 парсекам (206265 а. е. или 30, 857 х 10 000 000 км;
Однако о статусе Плутона давно идут постоянные споры: по размерам и свойствам он напоминает скорее спутники планет, его орбита по форме и параметрам отличается от других планет. Недавно генеральная ассамблея III отдела Международного астрономического союза (МАС) постановила лишить Плутон статуса «полноправной планеты» на том основании, что иначе пришлось бы присвоить такой статус ещё нескольким небесным телам, заслуживающим его не менее Плутона. Это нарушило бы многие представления о Солнечной системе. Легче убавить на один объект количество планет, чем прибавить несколько новых. Соответственно сдвигается и граница Солнечной системы.
Великое планетографическое открытие конца ХХ века – обнаружение внешнего пояса астероидов за орбитой Нептуна – существенно изменило представление о Солнечной системе. Возник новый взгляд на структуру планетной системы, которая до этого представлялась не вполне стройной, поскольку в ней имелась «странная» планета – Плутон. . . Так и был бы Плутон «изгоем» Солнечной системы, если бы в последние годы (с 1992 г.) ему бы не подобралась достойная компания: совершенно новый третий тип планетных тел – ледяные планеты. . «Ударной пятилеткой» стал период с 1999 г по 2003 г, в течение которого было обнаружено ≈ 800 неизвестных ранее тел. В результате Плутон стал лишь одним из объектов внешнего пояса астероидов, так называемого пояса Койпера. Сейчас известно около 1000 астероидов этого пояса, причём у десяти крупнейших диаметр превышает 1000 км. Вот их названия некоторых из них: 2003 UB 313 (диаметр 2800 км), Плутон (2390 км), 2005 FY 9 (1600 км) и др. Самым дальним объектом оказалась Седна (1500 км), которая в 90 раз дальше от Солнца, чем Земля. Самому крупному планетоиду ещё не дано название. Группа американских астрономов, возглавляемая Майклом Брауном, предложила назвать «астероидгигант» Персефоной – именем жены Плутона в греческой мифологии. Георгий Бурба. Ледяные сателлиты Солнца. Ж. Вокруг света, 2006 г. № 12
Планеты медленно перемещаются на фоне зодиакальных созвездий по мере движения Земли по орбите. За год они проходят путь от одного созвездия до другого, поэтому их можно визуально отличить от звёзд. Само название планеты получили именно из-за этой своей особенности (в переводе с греческого языка αstër ρlanëtës – блуждающая звезда). Движение планет по своим орбитам совершается с запада на восток, однако видимое перемещение по небосводу происходит с востока на запад из-за быстрого осевого вращения Земли. В результате сочетания годового движения Земли и планет по их орбитам все планеты описывают на фоне звёздного неба петли, совершая то прямое, то попятное движение. Это явление заметил и правильно объяснил ещё Н. Коперник. То, что планеты не просто движутся туда и обратно, а описывают петли, получается потому, что плоскости их орбит не совпадают с плоскостью орбиты Земли.
Планеты и их спутники (если конечно они видны с Земли) кажутся нам так же как и звёзды более или менее яркими точками. Они светят отражённым от Солнца светом. Однако спутник Земли – Луна в 10 000 раз ярче самой яркой звезды неба – Сириуса, т. к. она неизмеримо ближе к Земле. Поскольку положение планет на небосводе постоянно меняется, их не показывают на карте звёздного неба. Чтобы определить какую планету мы наблюдаем, необходимо иметь специальную информацию, которую иногда помещают в календарях. Есть ещё один способ отличить на небе планету от звезды: нужно посмотреть на светило в бинокль. Планета видна как крошечный диск, звезда как яркая мерцающая точка. Люди с острым зрением могут получить тот же эффект, рассматривая светило сквозь узкое отверстие, например, неплотно сжатый кулак. В ясную тёмную ночь на фоне звёзд, медленно перемещающихся по небосводу, не меняя взаиморасположения, можно невооружённым глазом увидеть яркие, довольно быстро движущиеся точки – это искусственные спутники Земли. Самым ярким искусственным объектом на околоземной орбите была советская автоматическая станция «Мир» . Она совершила 75 000 оборотов вокруг Земли за 13 лет своего существования. Её «приводнение» в Тихом океане произошло 2 марта 1999 года.
У Земли 6 небесных братьев (Меркурий, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и одна сестра – Венера (богиня любви и красоты). У них много общих черт, возникших в процессе схожего образования и дальнейшей эволюции. Все планеты Солнечной системы имеют шарообразную форму. Все они обращаются вокруг Солнца в одном направлении – против часовой стрелки для наблюдателя, смотрящего со стороны Северного полюса. Это направление принято называть прямым. В таком же направлении движутся почти все спутники планет. В этом же направлении происходит и осевое вращение большинства планет. Исключение составляют Венера и Уран, который к тому же вращается как бы «лёжа»: его ось лежит почти в плоскости орбиты. Орбиты планет эллипсы, близкие к окружности, за исключением Меркурия. Из-за этого планеты не подходят близко к другу и их гравитационное взаимодействие невелико. Орбиты всех планет находятся примерно в одной плоскости, близкой к плоскости солнечного экватора. Промежутки между орбитами планет закономерно увеличиваются по мере удаления от Солнца: каждая следующая планета отстоит от Солнца в 2 раза дальше, чем предыдущая (так называемый закон планетных расстояний). Все планеты и их спутники имеют оболочечное строение, т. е. состоят из концентрических сфер, различающихся составом и строением вещества. Все они перемещаются на фоне созвездий. Все планеты светят отражённым солнечным светом. Все планеты делятся на две группы: небольшие типа Земли и гиганты типа Юпитера. Эти различия обусловлены в значительной степени разным расстоянием от Солнца, что отразилось на их как физико-химических свойствах, так и на динамических особенностях.
Каждая планета может «похвастаться» каким-нибудь рекордом. Меркурий – ближайшая к Солнцу, самая маленькая и горячая, почти лишённая атмосферы, с самой большой орбитальной скоростью (≈48 км/с) и самым коротким годом 0, 24 земного года. Венера – самая медленно вращающаяся вокруг оси (≈ 243 сут.) в направлении, обратном её движению вокруг Солнца. Земля – двойная планета «Земля-Луна» , и только на ней есть жизнь. Марс – на ней самые высокие горы (вулканический конус Олимп выше 25 км.) Юпитер – самая большая по массе и объёму и наиболее быстро вращающаяся (9 час 55 м) с самым крупным спутником (Ганимедом). Сатурн – наиболее сплюснутая с большим полярным сжатием (1/10), обладает самыми великолепными кольцами и наибольшим количеством спутников (по последним данным – 22). Уран – движется по орбите «лёжа на боку» , даже слегка «вниз головой» (наклон оси вращения 98). Нептун – имеет самый длительный период обращения вокруг Солнца, обладает разорванными кольцами в виде дуг (арок). У многих планет есть спутники. Самый крупный в Солнечной системе спутник Юпитера – Ганимед (один из его 16 «лун»). Его радиус 2631 км (больше Меркурия и Плутона), а вес в два с лишком раза больше веса Луны. Он находится на расстоянии 1, 07 млн. км от Юпитера и имеет смешанный силикатно-ледяной состав. Сверху поверхность Ганимеда покрыта слоем каменно-ледяной пыли толщиной в несколько метров. На поверхности много метеоритных кратеров. К числу крупных спутников относятся также Титан Сатурна (радиус ≈ 2580 км); Каллисто (≈ 2350 км), Ио (≈ 1815 км), Европа (≈ 1569 км) Юпитера. Три последних спутника и Ганимед были открыты ещё Г. Галилеем.
Вот как представляют себе вид неба на одном из спутников Юпитера писатели-фантасты братья Стругацкие (один из них – астроном). Действие повести происходит в далёком будущем на научной станции, расположенной на одном из спутников Юпитера «. . . Амальтея, пятый и ближайший спутник Юпитера, делает полный оборот вокруг своей оси примерно за тридцать пять часов. Кроме того, за двенадцать часов она делает полный оборот вокруг Юпитера. Поэтому Юпитер выползает из-за близкого горизонта через каждые тринадцать с половиной часов. Восход Юпитера - это очень красиво. Только нужно заранее подняться в лифте до самого верхнего этажа под прозрачный спектролитовый колпак. Небо черное, и на нем множество ярких немигающих звёзд. От звездного блеска на равнине лежат неясные отсветы, а скалистый хребет кажется глубокой черной тенью на звездном небе. Если присмотреться, можно различить даже очертания отдельных зазубренных пиков. Бывает, что низко над хребтом висит пятнистый серп Ганимеда, или серебряный диск Каллисто, или они оба, хотя это бывает довольно редко. Тогда от пиков по мерцающему льду через всю равнину тянутся ровные серые тени. А когда над горизонтом Солнце - круглое пятнышко слепящего пламени, равнина голубеет, тени становятся черными и на льду видна каждая трещина. Угольные кляксы на поле ракетодрома похожи на огромные, затянутые льдом лужи. Это вызывает теплые полузабытые ассоциации, и хочется сбегать на поле и пройтись по тонкой ледяной корочке, чтобы посмотреть, как она хрустнет под магнитным башмаком и по ней побегут морщинки, похожие на пенки в горячем молоке, только темные. Но все это можно увидеть не только на Амальтее. Почему-то считается, что бурый цвет - это некрасиво. Так считает тот, кто никогда не видел бурого зарева на полнеба и четкого красного диска на нем. Потом диск исчезает. Остается только Юпитер, огромный, бурый, косматый, он долго выбирается из-за горизонта, словно распухая, и занимает четверть неба. Его пересекают наискось черные и зеленые полосы аммиачных облаков, и иногда на нем появляются и сейчас же исчезают крошечные белые точки - так выглядят с Амальтеи экзосферные протуберанцы. . Директор в последний раз взглянул на бурый размытый купол Юпитера и подумал, что хорошо бы поймать момент, когда над горизонтом висят все четыре больших спутника - красноватая Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, а сам Юпитер в первой четверти наполовину оранжевый, наполовину бурый. Потом он подумал, что никогда не видел захода. Это тоже должно быть красиво: медленно гаснет зарево экзосферы, и одна за другой вспыхивают звезды в чернеющем небе, как алмазные иглы на бархате. Но обычно время захода - это разгар рабочего дня» . . . Аркадий Стругацкий, Борис Стругацкий. Путь на Амальтею.
Единственный естественный спутник Земли и ещё одно светило на небесной сфере – Луна (в греческой мифологии богиня Луны – Селена). Она находится всего в 384 000 км от Земли, её радиус только в ≈ 4 раза меньше земного (1738 км), а масса в 81, 5 раз меньше массы Земли. По отношению к своей планете до недавнего времени Луна считалась самым массивным спутником в Солнечной системе, оказывающим поэтому самое большое влияние на основную планету. В 1978 году был открыт спутник Плутона Харон, сейчас ему принадлежит это первенство. Хотя сам Плутон теперь считают планетой-карликом, но всё же планетой, имеющей самый массивный спутник. Земля и Луна связаны мощным взаимным притяжением и вращаются как единое целое вокруг общего центра тяжести (барицентра) с запада на восток. Барицентр расположен внутри Земли на расстоянии 4750 км от её центра, что составляет 0, 73 земного радиуса. Землю часто называют двойной планетой. Полный оборот система «Земля – Луна» совершает за 27, 3 суток. Это так называемый сидерический (от лат. sidus, род. падеж sideris, то-есть звёздный) месяц. Именно барицентр перемещается по орбите вокруг Солнца. Двойной планетой Землю с Луной можно назвать и с другой позиции. Из всех гипотез образования Луны наиболее приемлемой в настоящее время многие учёные-селенологи считают модель, предложенную российской исследовательницей Е. Л. Рускол. Она разработала теорию совместного образования Земли и Луны как двойной планеты из облака допланетных тел, окружавших Солнце.
Полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 27, 3 суток относительно звёзд (это сидерический, т. е. звёздный месяц) с угловой скоростью 13, 2 за сутки. За это же время она делает один оборот вокруг своей воображаемой оси с такой же угловой скоростью. Поэтому Луна всегда обращена к Земле одним и тем же полушарием. Но так было не всегда. Миллиарды лет назад Луна была ближе к Земле и вращалась вокруг оси быстрее, чем обращалась вокруг Земли. Постепенно под влиянием притяжения Земли вращение Луны замедлялось, пока оба движения не стали синхронными. Однако сейчас мы видим ≈ 59% поверхности нашего спутника из-за так называемой либрации (видимого покачивания) по ряду причин. Во-первых, Луна согласно второму закону Кеплера движется по своей эллиптической орбите неравномерно – близ апогея (дальней точки) медленнее, чем близ перигея (ближней точки), и «смотрит» в центр эллипса, а Земля находится в одном из его фокусов. Поэтому мы заглядываем за боковые стороны лунного диска то с запада, то с востока (оптическая либрация по долготе). Во-вторых, из-за того, что плоскости орбит Земли и Луны не совпадают (угол между ними > 5) и ось вращения Луны наклонена к плоскости её орбиты на ≈ 83 , она периодически поворачивается к нам то южной, то северной стороной. При этом приоткрываются околополярные области (оптическая либрация по широте). Благодаря полётам в сторону нашего спутника советских автоматических межпланетных станций «Луна» люди смогли с Земли заглянуть на обратную сторону Луны. Станция «Луна-9» (1966 г.) передала на Землю круговую панораму лунного ландшафта и, успешно совершив мягкую посадку на поверхность Луны, подтвердила предположения о её довольно прочном грунте и отсутствии пыли Это стало крайне важным и надёжным обстоятельством в последующем для советских луноходов и американских астронавтов.
Примечательная черта поверхности не только Луны, но и всех планет земной группы – кольцевые структуры. Такие структуры на Луне – кратеры, отлично видимые с Земли, имеют разные размеры: от мелких (менее метра в поперечнике), до крупных (диаметром более 200 км). Большинство из них имеют более или менее ровное дно и приподнятые края, а в центре иногда видно возвышение в виде горки. Нередко кратеры образуют длинные цепочки, протягивающиеся на сотни километров. Лунные кратеры имеют двоякое происхождение. Часть крупных кратеров, повидимому, вулканические, образовавшиеся в прошлом, когда тектонические процессы на Луне были активными. Надо учесть, что внутренние силы на Луне работали с большим эффектом, чем на Земле из-за меньшей там (в 6 раз) силы тяжести. Сейчас Луна – тектонически безжизненное тело, лунотрясения редки и слабы. Большинство же кратеров, по общепринятому мнению учёных-селенологов, (Селена – это Луна) метеоритного происхождения, т. е. образованы при падении крупных метеоритов, астероидов, кометных ядер. При отсутствии тормозящей их падение атмосферы они обладают большой ударно-взрывной силой, в результате которой создаются основные крупные кратеры, а вторичные более мелкие в их окрестностях могли возникнуть при падении разлетающихся от удара камней.
Первозданный рельеф Луны как бы «законсервирован» , не разрушен ввиду отсутствия атмосферы и гидросферы, а также за счёт действия «солнечного ветра» – корпускулярных потоков (элементарных частиц, летящих от Солнца), которые вызывают спекание поверхностного слоя и превращение его в относительно прочную губчатую корку (риголит). Это сдерживает и склоновые обвально-осыпные процессы. На Земле же первичный кратерированный рельеф сильно разрушен всеми склоновыми и другими рельефообразующими процессами и поэтому завуалирован, хотя и прослеживается как в погребённом виде, так и на поверхности планеты. На видимой стороне Луны насчитывается примерно 300 000 кратеров диаметром более километра. Некоторые из них имеют названия: Коперник, Кеплер, Тихо и др. Помимо кратеров на Луне есть обширные тёмные ровные участки – так называемые «моря» , но без воды (Океан бурь, Море Дождей и др.), и светлые гористые участки – так называемые «материки» . Многие моря окаймлены протяжёнными горными хребтами, названными по земным горам – Альпы, Кавказ, Пиренеи и др.
Астероиды – малые тела Солнечной системы. Главный пояс астероидов находится между орбитами Марса и Юпитера. Согласно закону планетных расстояний, астрономы в XVIII в. надеялись обнаружить здесь планету земного типа, а открыли в начале XIX в. ряд малых планет: Цереру (диаметр 1003 км), Палладу, Юнону и др. Сейчас известно около 6000 астероидов. Почти все они движутся в прямом направлении вокруг Солнца со скоростью ≈ 20 км/с по эллиптическим орбитам, причём большинство их орбит лежит в плоскости эклиптики. Некоторые из них пересекают орбиту Земли. Размеры астероидов различны. Около 30 имеют диаметр > 200 км. Форма неправильная многогранная, угловато-сглаженная с многочисленными кратерами. Состав разный. Они бывают каменные и металлические. Астероиды – главный источник метеоритов. В 1989 году астероид размером ≈ 300 м пролетел на расстоянии ≈ 650 тыс. км от Земли. В начале июня 2006 г. астероид длиной до 900 м пролетел на максимально близком расстоянии от Земли, чуть дальше Луны. Встреча с таким «камушком» мгновенно изменила бы климат и вообще всю жизнь на Земле. В случае падения в океан возникли бы волны высотой в десятки метров, которые смыли бы многие приморские страны. В атмосферу были бы выброшены миллиарды тонн водяного пара. . . При падении на сушу в воздух попали бы в огромном количестве пыль и дым от возникших пожарищ, что вызвало бы глобальную климатическую аэрозольную катастрофу: быстрое резкое и длительное понижение температуры до отрицательных значений. Есть предположение, что падение крупного астероида в районе Мексиканского залива ≈ 65 млн. лет назад вызвало на планете гибель ≈ 95% всех живых организмов, включая динозавров. Последний «астероид-убийца» (2006 года) промахнулся, опасность на время миновала, но ожидается визит ещё одного «космического террориста» , поэтому астрономы тщательно следят за траекториями движения астероидов. Одновременно ведутся научные исследования и разрабатываются методы разрушения опасных «визитёров» на ближних подступах к Земле.
Кометы (от греч. κοmëtës – длинноволосый) – небольшие тела Солнечной системы с ещё меньшей массой, чем астероиды. Это холодные тела, которые начинают светиться только при подходе к Солнцу. Орбиты комет – сильно вытянутые эллипсы или даже параболы. Периоды обращения вокруг Солнца весьма различаются: от нескольких лет до тысяч и даже миллионов лет. Если же комета движется по параболе, она вообще не возвращается в Солнечную систему. Движение по орбитам может быть как прямым, так и обратным. Плоскости орбит лежат под самыми разными углами, образуя настоящий запутанный клубок. У кометы выделяется голова и хвост. Голова состоит из твёрдого ядра и газового окружения – комы. Ядро – ледяной конгломерат, состоящий на 80% из воды с примесью различных газов: диоксида углерода, метана, аммиака, водорода, а также каменистых и железистых частиц. В этих космических айсбергах с температурой – 250 -260 С, как в холодильнике могли сохраниться органические вещества, возможно первые кирпичики, из которых сложилась жизнь на Земле.
Ядра комет невелики: от нескольких сотен метров до нескольких километров (например размер известной кометы Галлея в 1986 г. составлял 16 км х 8 км). При приближении к Солнцу под влиянием тепла происходит возгонка льдов и образуется газовое окружение – кома. В результате отталкивающего действия светового давления и солнечного ветра появляется светящийся хвост кометы (иногда не один) из разреженных газов и тончайшей пыли («видимое ничто»), мчащихся прочь от кометы в сторону, противоположную Солнцу со скоростью 500 -1000 км/с. Хвосты достигают длины миллиардов километров и светятся холодным люминесцентным светом. Ядро может терять 30 -40 тонн вещества ежесекундно! Каждое приближение кометы к Солнцу сопровождается невосполнимой потерей массы. Поэтому в конце концов запас газов и твёрдых частиц исчерпывается, ядро разрушается, частично распадается, образуя «космический мусор» , который может служить источником потока метеоров и даже метеоритного дождя. Земля на памяти людей не сталкивалась с ядрами комет (только с их обломками), но неоднократно попадала в кометные хвосты (в 1910 г. прошла через хвост кометы Галлея). Никакой опасности для людей при этом не возникает: хотя в составе хвоста есть ядовитые газы (метан, циан), но они очень разрежены и примесь их в атмосфере неощутима.
Есть предположение, что взрыв в 1908 г. в тайге в бассейне Подкаменной Тунгуски, который мы называем падением Тунгусского метеорита (никакого метеорита там не оказалось)был на самом деле результатом столкновения Земли с ядром небольшой кометы Энке с поперечником около 30 м. При падении ядро почти всё испарилось из-за нагрева в плотных слоях атмосферы, причём на высоте 5 -10 км вследствие огромного давления воздуха произошёл взрыв. Было отмечено сильное землетрясение, вековая тайга оказалась скошенной как косой на огромном пространстве (40 км х 50 км). В радиусе ≈ 30 км от центра взрыва деревья были повалены вершинами наружу. Блеск, видимый с расстояния 500 км, превосходил сияние Солнца, а громовые удары слышали за тысячу километров от места падения. В момент вхождения кометы в атмосферу Земли (это произошло утром, когда Солнце было в восточной половине неба), к западу от района взрыва по всей Западной Сибири и Европе до Атлантики отмечалось необычное свечение ночного неба. Возможно это был хвост кометы. В последующие дни в атмосфере Земли была замечена повышенная запыленность. Интересна история кометы Биэлы, названной в честь открывшего её в 1826 г. чеха Биэлы (Белого). Период обращения этой кометы был ≈ 7 лет. Дважды её наблюдали, а в третий раз (в 1846 г.) на глазах астрономов она разделилась на две части. В 1852 г. обе дочерние кометы появились, но расстояние между ними выросло. Следующий раз условия для наблюдения появились только в 1872 г. , но комету обнаружить не удалось. Зато 27 ноября 1872 г. в ночь, когда Земля пересекала орбиту Биэлы, наблюдался обильный метеоритный дождь с радиантом из созвездия Андромеды, где по вычислениям и должна была находиться комета. И даже сейчас ежегодно при пересечении Землёй орбиты Биэлы отмечается повышенное количество метеоров. По-видимому метеорное вещество кометы более или менее равномерно распределилось по всей её орбите. Это свидетельствует о том, что кометы – недолговечные небесные тела.
В космическом пространстве в изобилии присутствуют твёрдые тела самых разных размеров от пылинок до глыб в десятки и сотни метров. Пылинки падают на Землю ежечасно, а глыбы – один раз в сотни-тысячи лет. Метеоры – мельчайшие твердые частицы весом в граммы и доли грамма, вторгающиеся в атмосферу Земли со скоростью десятков километров в секунду. Из-за трения о воздух на высоте 80 -100 км они нагреваются до нескольких тысяч градусов Цельсия, при этом светятся 1 -2 секунды, теряют массу или распыляются и исчезают, не долетев до поверхности Земли. За метеорами остаются ионизированные газы – метеорный след, часто видимый невооружённым глазом. На фоне тёмного ночного неба метеоры видны как «падающие звёзды» . Метеоры могут быть единичными, спорадическими, а могут образовывать метеорные потоки. Особенно обильные из них называют метеорными дождями. Все частицы метеорных потоков движутся параллельно другу, но по законам перспективы кажется, что они разлетаются из одной точки неба, называемой радиантом. Метеорные потоки носят названия созвездий, в которых расположены их радианты. Известных потоков 8. Один из обильнейших – «персиды» (по созвездию Персея). Он продолжается с 5 по 18 августа с максимумом около 10 -го числа. В конце первой декады октября бывают «дракониды» , в третьей декаде октября – «ориониды» . Каждые 33 с четвертью года в середине ноября к Земле возвращается мощный поток – «леониды» . Так в ночь на 17 ноября 1966 г. в небе над Аризоной насчитали до 2300 метеоров в минуту. Метеорные потоки возникают, когда с Землёй встречается метеорный рой – скопление метеорных тел, которые представляют собой продукты распада комет, дробления астероидов и т. п. Большинство крупных метеорных тел движутся подобно кометам по вытянутым эллиптическим орбитам. Орбиты потоков тщательно изучают, т. к. они могут быть опасными для космических кораблей.
Если спросить кого-либо из нас о месте проживания, то ответом, скорее всего, будет название города или села, улицы, дома, квартиры. Может, кто-то назовет еще страну, ну или еще какой-нибудь шутник скажет, что обитает он на планете Земля. Вот так вот мы и живем на Земле, и не все из нас знают, какое место она занимает в необъятной Вселенной.
Первым пунктом нашего астрономического адреса станет наша Земля. Это достаточно необычная планета, которая имеет уникальный состав атмосферы, огромные океаны на своей поверхности, защищена от внешнего излучения мощным магнитным полем, озоновым слоем и ионосферой. Земля находится на расстоянии 1 астрономической единицы от Солнца. Нетрудно догадаться, что само понятие астрономическая единица возникло как некоторое эталонное значение. Если же переводить подобное расстояние в километры, то мы получим расстояние максимального удаления Земли от Солнца – Афелий, равный примерно 152 миллионам километров. Вот так далеко наша планета расположена от Солнца. Или все-таки близко?
Видимо, все же близко, т.к., например, Плутон, который находится почти на границе нашей Солнечной системы, расположен уже на расстоянии 12 миллиардов километров, или 80 астрономических единиц. Такая вот огромная наша с вами планетарная система. Причем основное место в ней занимают не планеты, а наша Звезда – Солнце, которое составляет примерно 99 процентов массы всей Солнечной системы. Нетрудно посчитать, что все планеты, включая не только крошечную Землю, но и гиганта Юпитера, составляют меньше одного процента ее массы. И вправду заставляет задуматься о нашем месте во Вселенной. В Солнечной системе Земля, несмотря на все ее особенности, есть всего лишь одна из планет Земной группы, куда, кроме нее, входит еще Меркурий, Венера и Марс.
От Солнца до Млечного Пути
Но будем двигаться дальше – мы поняли, что находимся среди планет Земной группы, в Солнечной системе, основу которой составляет звезда Солнце. Чтоб лучше понять все масштабы, стоит отметить, что наше Солнышко, которое с Земли выглядит похожим на небольшой яркий фонарь, на самом деле имеет диаметр, равный практически 109 диаметрам Земли. «Какое же Солнце огромное!» – приходит в голову мысль. Однако по меркам галактики оно всего лишь обычный желтый карлик, весьма маленькая и неприметная звезда. Среди яркого племени звезд существуют и колоссальные красные гиганты, которые больше Солнца в тысячи раз. Вот такие вот масштабы!
Разумеется, Солнце тоже входит в какую-то еще большую систему. И такой системой является наша с вами галактика – Млечный Путь. Именно ее часть видна в ясную безлунную ночь, как туманная полоса, проходящая через все небо. Если посмотреть на эту полосу в бинокль, то мы увидим огромное количество звезд. И действительно, в нашей галактике, помимо Солнца, существует еще около 200 миллиардов звезд, хотя некоторые ученые придерживаются мнения, что их в два раза больше. Все эти звезды составляют огромную спираль, которая вращается вокруг своего центра.
Наше Солнце занимает в этой звездной россыпи далеко не центральное положение, находясь в одной из ветвей спирали – в рукаве Ориона. И, как и миллиарды других светил, вращается вокруг центра галактики. При этом Солнце находится ближе к периферии на расстоянии около 26 тысяч световых лет от этого центра. То есть, если полететь туда со скоростью света, то пройдут тысячелетия, прежде чем мы доберемся до ядра Галактики.
От Галактики до бесконечности
Вот мы добрались и до огромнейшей галактики Млечный путь, диаметром 100 тысяч световых лет, которая в виде спирального диска, состоящего из мириад звезд, несется сквозь пространство и время. Но наша галактика не одна во Вселенной. Их существует огромное количество – современные астрономы в настоящий момент могут наблюдать 100 миллиардов галактик. Но, видимо, их намного больше.
Наша галактика имеет соседей – Большое и Малое Магелланово облако и галактику Андромеды. Вместе со своими соседями Млечный Путь входит в местную группу Галактик. Помимо перечисленных, в нее входит еще около 50 других систем.
Местная группа галактик входит, в свою очередь, в сверхскопление галактик Девы, которое охватывает галактики в радиусе 200 миллионов световых лет и содержит около тридцати тысяч галактик.
Масштаб поражает воображение, вводит в своеобразное благоговение перед грандиозностью подобных систем. Но что же дальше? Дальше мы можем выделить ту часть Вселенной, которую мы можем наблюдать во все доступные нам приборы – ее называют Метагалактикой. Далее идет уже вся Вселенная в целом, наличие границ у которой современная физика хоть и признает, но точное их определение пока находится только на гипотетическом уровне.
Столетиями тысячи людей искали ответ на фундаментальный вопрос: что находится в центре Вселенной?
Жители Греции в 3 веке до нашей эры обращались за поиском ответа к ночному небу.
Раз мы смотрим на небо с земли, значит мы в центре.
Согласно теории Аристотеля, считалось, что мир состоит из 4 элементов: земля, вода, огонь и воздух. Эти элементы находятся внутри твердой сферы и передвигают ее. Каждую из таких сфер мы наблюдаем в виде звезды. А Вселенная со всеми ее звездами расположена на крайней сфере. Данная теория действительно хорошо объясняет движение звездного неба. Подобная точка зрения на Вселенную просуществовала несколько веков.
В 1543 году Коперник предложил новую модель. По его мнению, в центре Вселенной находится Солнце. К такой радикальной точке зрения вначале мало кто прислушивался. Однако новые научные открытия и наблюдения того времени стали подтверждать модель Коперника:
1. Иоганн Кеплер доказал, что орбиты не обладают идеальной формой круга.
2. Галилей заметил, что луны Юпитера вращаются исключительно вокруг Юпитера.
3. Ньютон открыл закон всемирного тяготения, согласно которому все вещи притягиваются друг другу.
В конце концов было признано, что Земля не является центром Вселенной.
В 1580 году итальянский философ и мыслитель Джордано Бруно выдвинул гипотезу о том, что любая звезда может быть Солнцем со своими планетами. А Вселенная на самом деле бесконечна. Общество эпохи Возрождения очень резко восприняло его учения. За свои убеждения Бруно позже поплатился жизнью.
Прошло несколько столетий и Рене Декард выдвинул новое учение, согласно которому Вселенная состоит из образований, каждое из которых представляет собой смесь водоворотов и вихрей, со звездами в центре.
По мере улучшения телескопов астрономы всё более убеждались в том, что Солнце - лишь одна из бесчисленного множества звезд во Млечном пути. А остальные узоры на ночном небе - это другие галактики, такие же огромные, как и наш Млечный путь. Возможно, мы мы очень далеки от центра, вопреки нашим ожиданиям.
В 20 веке астрономы провели научное исследование. Они следили за туманностями с целью понять их движение. Согласно эффекту Доплера, для объектов, движущихся в нашу сторону будет замечен голубой спектр, а от нас - красный. В процессе наблюдения появился только красный цвет. Объекты с огромной скоростью двигались в противоположные стороны.
Это исследование подтверждает Теорию большого взрыва. Согласно теории, вся материя Вселенной изначально была сжата в точку с бесконечной плотностью. Это был не просто взрыв в космосе, это был взрыв самого космоса, в результате которого произошло бесконечное расширение материи. Получается, что у Вселенной не может быть центра, так как она бесконечна.
Прогресс не стоит на месте. То, что сегодня является истиной, завтра может стать заблуждением. Новые открытия уже смогли перевернуть известную веками картину мироздания. И, как оказалось, даже самые безумные предположения могут оказаться верными теориями, приближающими нас к раскрытию истины.
Крупномасштабная структура Вселенной напоминает систему прожилок и волокон, разделенных пустотами
Крупномасштабная структура Вселенной - космологический термин, обозначающий структуру распределения вещества во Вселенной на наибольших .
Примером простейшей структуры в космическом пространстве является система планета-спутник. Кроме двух ближайших к Солнцу планет (Меркурий и Венера), все остальные имеют своего спутника, и в большинстве случаев даже не одного. Если Землю сопровождает лишь Луна, то вокруг Юпитера вращается целых , хотя некоторые из них довольно малы. Однако вместе со своими спутниками планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца, образуя так называемую планетную систему.
В результате наблюдений, астрономами было выявлено, что большинство других звезд также входят в состав планетных систем. Вместе с тем сами светила тоже зачастую образовывают системы и скопления, которые назвали звездными. Согласно имеющимся данным, преобладающая часть звезд составляют , или с кратным количеством светил. В этом плане наше Солнце считается нетипичным, так как оно не имеет пары
Если же рассматривать околосолнечное пространство в более увеличенных масштабах, то становится очевидно, что все звездные скопления вместе со своим планетными системами образуют звездный остров, так называемую .
История изучения структуры Вселенной
Впервые об идее крупномасштабной структуры Вселенной задумался выдающийся астроном Уильям Гершель. Именно ему принадлежат такие открытия как обнаружение планеты Уран и двух ее спутников, двух спутников Сатурна, открытие инфракрасного излучения и идея о Солнечной системы сквозь космическое пространство. Самостоятельно сконструировав телескоп и проведя наблюдения, он выполнил объемные подсчеты светил различной яркости в определенных областях небосвода и пришел к выводу, что в космическом пространстве существует большое множество звездных островов.
Позже, в начале ХХ-го века американский космолог Эдвин Хаббл смог доказать принадлежность некоторых туманностей к структурам, отличным от Млечного Пути. То есть было достоверно известно, что за пределами нашей галактики также существуют различные звездные скопления. Исследования в этом направлении вскоре значительно расширили наше понимание Вселенной. Оказалось, что помимо Млечного Пути в космическом пространстве существуют десятки тысяч иных галактик. В попытке составить какую-нибудь упрощенную карту видимой Вселенной ученые наткнулись на тот примечательный факт, что галактики в пространстве и составляют собою иные структуры немыслимых размеров.
Со временем ученые обнаружили, что галактики-одиночки - достаточно редкое явление во Вселенной. Подавляющая же часть галактик образуют крупномасштабные скопления, которые могут быть различных форм и включать в себя две галактики или кратное число, вплоть до нескольких тысяч. Помимо огромных звездных островов эти массивные звездные структуры включают еще и скопления газа, разогретого до высоких температур. Несмотря на очень низкую плотность (в тысячи раз меньше, нежели в солнечной атмосфере), масса этого газа может значительно превышать суммарную массу всех звезд в некоторых совокупностях галактик.
Полученные результаты наблюдений и расчетов навели ученых на мысль о том, что скопления галактик также могут образовывать иные более крупные структуры. Вслед за этим стали два интригующих вопроса: если сама по себе галактика, сложная структура, является частью некой более масштабной конструкции, то может ли эта конструкция быть составной чего-нибудь еще большего? И, в конце концов, есть ли предел такой иерархичной структурности, когда каждая система входит в состав другой?
Положительный ответ на первый вопрос подтверждается наличием сверхскоплений галактик, которые в свою очередь перерастают галактические нити, или как их иначе называют «стены». Их толщина в среднем около 10 млн. св. лет, а длина 160 — 260 млн. световых лет. Однако, отвечая на второй вопрос, следует отметить, что сверхскопления галактик не являются некой обособленной структурой, а лишь более плотные участки галактических стен. Поэтому сегодня ученые уверены в том, что именно галактические нити (стены), наибольшие космические структуры, вмесите с войдами (пустым пространством, свободным от звездных скоплений) формируют волокнистую или ячеистую структуру Вселенной.
Положение Земли во Вселенной
Несколько отходя от темы, укажем положение нашей планеты в столь сложной структуре:
- Планетарная система: Солнечная
- Местное межзвёздное облако
- Галактический рукав Ориона
- Галактика: Млечный Путь
- Скопление галактик:
- Сверхскопление галактик: Местное сверхскопление (Девы)
- Сверхскопление галактик: Ланиакея
- Стена: Комплекс сверхскоплений Рыб-Кита
Современные результаты исследований утверждают, что Вселенная состоит не менее чем из 200 миллиардов галактик. Галактические стены по своей природе являются относительно плоскими и составляют собой стенки «ячеек» Вселенной, а места их пересечений и формируют сверхскопления галактик. В центре же этих ячеек располагаются войды (англ. void — пустота).
Анализ сформированной учеными трехмерной модели распределения галактик говорит о том, что ячеистая структура наблюдается на расстоянии в более чем миллиард световых лет в любом направлении. Данная информация позволяет полагать, что в масштабе в несколько сотен миллионов световых лет любой фрагмент Вселенной будет иметь почти одинаковое количество вещества. А это доказывает, что в указанных масштабах Вселенная однородна.
Причины возникновения крупномасштабной структуры Вселенной
Несмотря на наличие таких масштабных конструкций, как галактические стены и нити, самыми крупными устойчивыми структурами все же считаются скопления галактик. Дело в том, что известное расширение Вселенной постепенно растягивает структуру любых объектов, и бороться с этой силой может лишь гравитация. В результате наблюдений за скоплениями и сверхскоплениями был обнаружен такой потрясающий эффект как « ». То есть лучи, проходящие через межзвездное пространство, искривляются, что указывает на наличие в нем огромной невидимой, скрытой массы. Она может принадлежать различным ненаблюдаемым космическим телам, однако в таких масштабах вероятнее всего принадлежит
Крест Эйнштейна — гравитационно-линзированный квазар
Опираясь на почти однородное , ученые убеждены в том, что и вещество во Вселенной должно распределяться равномерно. Но особенность гравитации в том, что она склонна стягивать любые физические частицы в плотные структуры, тем самым нарушая однородность. Таким образом, спустя какое-то время после Большого Взрыва незначительные неоднородности в распределении вещества в пространстве стали все более стягиваться в некоторые структуры. Их возрастающая гравитация (в силу возрастания массы на объем) постепенно замедляла расширение, пока не остановила его вовсе. Мало того, в некоторых частях расширение обернулось в сжатие, что и стало причиной образования галактик и галактических скоплений.
Подобная модель проверялась при помощи компьютерных расчетов. Учитывая совсем незначительные флуктуации (колебания, отклонения) в однородности реликтового излучения, компьютер просчитал, что такие же мелкие флуктуации в после Большого Взрыва при помощи гравитации вполне могли породить скопления галактик и ячеистую крупномасштабную структуру Вселенной.
Описание презентации Место Земли во вселенной. Здесь показаны примерные масштабы по слайдам
Солнечная система, на ней Земля похожа на маленькую точку, потому что только растояние до Солнца около 150 миллионов километров (а здесь оно выглядит небольшим отрезком). Уже на этих масштабах расстояние начинают измерять во времени, за проходит свет эти расстояния. 1 световая секунда равна 300 тысяч км.
Соседние звёзды. Расстояния между ближайшими звёздами много больше размеров звёздных систем. Самая близкая звезда к нашей – Альфа Центавра, до неё расстояние составляет около 4 световых лет. Это примерно 120 -130 миллионов световых секунд или около 40 триллионов километров.
Местная галактическая группа. Это гравитационно-связанная группа более 40 галактик рядом с нашей (обычно в неё включают около 50 -60 галактик). Гравитационная связанность означает, что их притяжение друг к другу существенно влияет на их движение. В космосе галактики не живут по одиночке, а всегда располагаются подобными группами. Характерное расстояние между галактиками в одной группе много больше размера одной галактики – миллионы световых лет. До ближайшей крупной галактики, Туманности Андромеды, 2 миллиона световых лет. На рисунке она справа от нашей. Ближе всего к нам две карликовые галактики– Большое и Маленькое Магеллановы облака, до них расстояние около 150 тысяч световых лет, на рисунке они изображены очень близко к нашей (справа внизу и слева внизу).
Местное галактическое суперскопление. Группы галактик собираются в суперскопления из рядом расположенных групп. Подробнее о надгалактических структурах будет в другой лекции. Суперскопления формируют галактические нити – нитеобразные и плоскообразные объекты, состоящие из скоплений галактик.
Ближайшие суперскопления. Галактические нити образуют ячеистую структуру вселенной. Стенки ячеек состоят из разных суперскоплений, а внутренности пустые. При увеличении масштаба вселенная напоминает пчелиные соты.
Наблюдаемая вселенная (метагалактика). Наблюдаемая вселенная много меньше всей вселенной, возникшей из большого взрыва. Судить о размерах всей вселенной, однако, довольно трудно и оценки её размера делают с помощью разных моделей Теории Большого Взрыва. Область, указанная на предыдущем рисунке, здесь выглядит как небольшая точка.
Теория большого взрыва. Почему ученые считают, что Вселенная началась со взрыва? Астрономы приводят три очень разные последовательности рассуждений, которые создают прочную основу для данной теории. Давайте рассмотрим их подробнее.
1. Наблюдаемое расширение вселенной. Открытие явления расширения Вселенной. Вероятно, самое убедительное доказательство теории Большого Взрыва вытекает из замечательного открытия, сделанного американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году. До этого большинство ученых считали Вселенную статичной - неподвижной и не меняющейся. Но Хаббл обнаружил, что она расширяется: группы галактик разлетаются одна от другой, так же как осколки разбрасываются в разных направлениях после космического взрыва. Очевидно, что если какие-то объекты разлетаются, то когда-то они были ближе один к другому. Прослеживая процесс расширения Вселенной назад во времени, астрономы пришли к выводу, что около 14 миллиардов лет назад. Вселенная представляла собой невероятно горячее и плотное образование, высвобождение огромной энергии из которого было вызвано взрывом колоссальной силы.
2. Реликтовое излучение. Открытие космического микроволнового фона. В 1940 -х годах физик Георгий Гамов понял, что Большой Взрыв должен был породить мощное излучение. Его сотрудники предположили также, что остатки этого излучения, охлажденные в результате расширения Вселенной, могут все еще существовать. В 1964 году Арно Пенциас и Роберт Вилсон из AT & Т Bell Laboratories , сканируя небо с помощью радиоантенны, обнаружили слабое равномерное потрескивание. То, что они сначала приняли за радиопомехи, оказалось слабым «шелестом» излучения, оставшегося после Большого Взрыва. Это однородное микроволновое излучение, пронизывающее все космическое пространство (его еще называют реликтовым излучением). Температура этого космического микроволнового фона (cosmic microwave background) в точности такая, какой она должна быть по расчетам астрономов (2, 73° по шкале Кельвина), если охлаждение происходило равномерно с момента Большого Взрыва. За свое открытие А. Пенциас и Р. Вилсон в 1978 году получили Нобелевскую премию по физике.
3. Изобилие гелия в космосе. Астрономы обнаружили, что по отношению к водороду количество гелия в космосе составляет 24 % (остальных химических элементов по имеющимся данным менее 2 % во вселенной). Причем ядерные реакции внутри звезд идут недостаточно долго для того, чтобы создать так много гелия. Но гелия как раз столько, сколько теоретически должно было образоваться во время Большого Взрыва. Содержание химических элементов определяется анализом излучения от космических объектов (в основном звёзд). Как оказалось, теория Большого Взрыва успешно объясняет явления, наблюдаемые в космосе, но остается только отправной точкой для изучения начального этапа развития Вселенной. Например, эта теория, несмотря на ее название, не выдвигает никаких гипотез об источнике «космического динамита», который и вызвал Большой Взрыв.
Если считать, что с момента Большого Взрыва до настоящего времени прошел 1 год, можно составить следующий календарь событий этого года: Новый Год, 1 января, 0 h 00 m 00 s — Большой Взрыв В тот же миг произошло возникновение Метагалактики 1 января, полдень образовались первые атомы Март образовались первые галактики Апрель Образовалась наша Галактика Июнь процесс образования галактик в основном завершился Сентябрь Возникновение Солнца Возникновение Солнечной системы Октябрь Возникновение жизни(микроорганизмы) Ноябрь Микробиоты, возникновение фотосинтеза Декабрь, 1 -5 Образование кислородной атмосферы 15 Первые многоклеточные 20 Возникновение беспозвоночных 26 Первые динозавры 27 Первые млекопитающие 28 Первые птицы 29 Вымирание динозавров 30 Первые приматы 31 декабря, 14 h Рамапитек 22 h 30 m Первые люди Новый год 1 января, 00 h 00 m 03 s — ХХ век.
Эволюция материи в Метагалактике: 1. Атомные ядра 2. Атомы 3. Молекулы (наиболее сложные молекулы межзвездной среды содержат до 13 атомов) 4. Пылинки, частицы вещества, содержащие до 100 атомов 5. Гигантские молекулы-полимеры 6. Одноклеточные живые организмы 7. Хордовые (позвоночные) 8. Человек
Сценарии судьбы вселенной. Варианты развития вселенной рассчитывают на основе общей теории относительности – современной теории гравитации. Вселенная рассматривается упрощённо как большой однородный расширяющийся шар. Такие модели предусматривают три варианта будущего – сжатие, замедляющееся расширение и ускоряющееся расширение. В настоящее время средняя плотность галактического вещества r г = 3× 10 -31 г/см 3 , однако масса каждой галактики много больше общей массы всех наблюдаемых в ней объектов. Видимое вещество составляет менее 5% плотности Метагалактики, а невидимое, «темное», неизвестной природы, – свыше 95%! В настоящее время установлено, что около 20 -25 % — это известные нам виды материи (молекулярные облака, остатки звёзд, карликовые звёзды, которые сложно увидеть и тому подобные объекты). А 75 % неизвестной массы составляет так «темная материя» , природа которой до сих пор неизвестна. Первые попытки изучения распределения скрытого вещества в пространстве Метагалактики показали, что оно неоднородно и обладает сложной волокноподобной структурой. Эти волокна обычно называют «волосами» . Будущее зависит от точного значения плотности вселенной и от величины тёмной энергии – энергии неизвестной природы, которая равномерно распределена в пространстве и усиливает расширение нашей вселенной. Известно, что если наши модели верны, то плотность нашей вселенной близка к критической (если она больше, то должно быть сжатие, если меньше – то замедляющееся расширение). Однако в последние десятилетия была открыта тёмная энергия, которая составляет около 75 % энергии всей вселенной, а оставшиеся 25 % приходятся на известные виды вещества (около 4 -5 %) и на тёмную материю (около 20 %). Тёмная энергия заставляет нашу вселенную расширяться с ускорением. Дальнейшая судьба нашей вселенной зависит от того, насколько велико это ускорение. Возможны 2 варианта – вечное ускоренное расширение и «конец света» . Во втором случае вселенная не будет существовать вечно, её материя, пространство и время полностью будут разрушены через некоторые время ускоренным расширением.
Как может произойти «конец света» ? Этот сценарий предполагает достижение бесконечной скорости расширения за конечное время. Это означает полное разрушение материи, пространства и времени нашей вселенной, чтобы понять, что это значит, надо знать, что было до Большого Взрыва. Первые признаки конца света будут видны небе – звёзды вначале покраснеют, а потом мы перестанем их видеть. Вначале это произойдёт с более удалёнными звёздами и галактиками, потом с находящимися рядом. Потом расширение достигнет такой скорости, чтобы начать отрывать Землю от Солнца, но замёрзнуть мы не успеем, так как начнёт разрушаться Земля. Дестабилизация земной коры и ядра вызовет массовые землетрясения, вулканическую активность, новые расколы земной коры. Нас будут ожидать массовые катаклизмы, связанные с этим – например, цунами, вызванные землетрясениями, огромные пожары из-за извержения вулканов. В конце концов жизнь на планете будет уничтожена в результате разрушения земной коры. Раскалённая лава выйдет на поверхность и всё сгорит, даже океаны испарятся. После этого распадётся даже вещество и атомы, пространство и время. Вся вселенная прекратит существование (возможно, вернётся в какое-то неизвестное нам состояние, которые было до Большого Взрыва). Если верна теория космической инфляции Линде (самая популярная на данный момент среди современных физиков-теоретиков), то Большой Взрыв – это просто возникновение пузыря в первичном вакууме, который постоянно «кипит» . Пузыри-вселенные всё время образуются (для каждой из них это момент Большого Взрыва) и распадаются, распад одного пузыря может описываться таким концом света.
