Життєві ресурси 

Презентація на тему структура та масштаби всесвіту. Презентація - будова всесвіту

Фундаментальні постійні мають саме ті значення, за яких стає можливим існування у всесвіті живих вуглецевих систем. У 1974 Картер: Слабкий антропний принцип показує можливість появи людини у всесвіті: те, що ми припускаємо спостерігати, має задовольняти умовам, необхідним для присутності людини як спостерігач розвитку всесвіту, оскільки якби світ був іншим, людина б не з'явилася. Сильний антропний принцип стверджує необхідність: всесвіт має бути такий, щоб у ньому на певній стадії еволюції обов'язково з'явилася людина як спостерігач, тобто, при зародженні всесвіту. Антропний принцип нічого не передбачає, просто пояснює: Межі застосування фізичних законів і фундаментальних постійних поки що обмежуються прилеглими галактиками, і науці не відомо, чи виконуватимуться вони при великих масштабах. За цими фізичними законами з фізичними постійними передбачається лише вуглецеве життя з водою як розчинник.

Вчитель пояснює новий матеріал:

Астрономія [грец. astron - зірка, nomos - закон] - наука про Всесвіт (про природу) = наука про будову, походження та розвиток небесних тіл та їх систем, муза - Уранія.
Системи:- усі тіла у Всесвіті утворюють системи різної складності.

Історія астрономії - Одна з найцікавіших і найдавніших наук (можна показати уривок з фільму Астрономія (ч.1, фр. 2 Найдавніша наука). Потреба в астрономічних знаннях диктувалася життєвою необхідністю:

Рахунки часу (календар).

Знаходити дорогу по зірках, особливо мореплавцям

Допитливість - розібратися в явищах, що відбуваються, і поставити їх собі на службу.

Турбота про свою долю, що народила астрологію

Етапи розвитку астрономії
Перший Античний світ(до н.е)
Другий Дотелескопічний(Наша ера до 1610г)
ІІІ-ий Телескопічний(1610-1814гг)
IV-ий Спектроскопія(1814-1900гг)

V-ий Сучасний(1900 - наст.час)

Зв'язок з іншими предметами.

Великомасштабна структура В селеною

Галактики, подібно до зірок, рідко бувають одиночними. Вони тяжіють до об'єднання. 90% галактик знаходиться у скупченнях, що налічують від десятків до тисяч галактик. Середній діаметр скупчення 5 Мпк, середня кількість галактик у них не менше 130. Всесвіту на різних рівнях притаманна структурність: від ядер атомів до гігантських надскопивань галактик. Вік Всесвіту: (13,7±0,2)х109 років;

Like Share 294 переглядів

Масштаби Всесвіту:. В.А. Самодуров (ПРАТ АКЦ ФІАН. Відстані та розміри Маси Часу. Відстані. Ми звикли не замислюватися про величину нашого Всесвіту…. Відстані – кроком марш!. Ми звикли не замислюватися про величину нашого Всесвіту… Зробимо пішу прогулянку чи поїздку по ній?

Download Presentation

Масштаби Всесвіту:

E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

No related presentations.

Presentation Transcript

    В.А. Самодуров (ПРАТ АКЦ ФІАН Відстань та розміри Маси Часи

    Ми звикли не замислюватися про величину нашого Всесвіту.

    Ми звикли не замислюватися про величину нашого Всесвіту… Зробимо пішу прогулянку чи поїздку нею? Наші найшвидші надзвукові пасажирські літаки літають зі швидкістю приблизно 2000 кілометрів на годину, швидкість звичайного автомобіля – 100 км на годину, пішохода – 5 км на годину. Як довго ми б подорожували хоча б найближчими околицями Всесвіту? – Орбіта Місяця проходить за 385 000 км. від Землі. Подорож літаком зайняла б літаком 8 днів, автомобілем – 160 днів, пішки – 9 років! Втім, світло проходить ця відстань лише за 1,3 секунди. – Сонце – на відстані 149 664 900 кілометрів. І тепер уже – навіть літаком до Сонця нам діставатися 8 з половиною років, на автомобілі – 170 років, а пішки – понад 3 тисячі років! Втім, світло проходить ця відстань 500 секунд - 8 хвилин і 20 секунд! Найближча зірка – Проксима Центавра – розташована на відстані 4.3 світлових років. Тобто промінь світла зі швидкістю 300 тис км с. йде звідти понад 4 роки. – на літаку – понад 2 млн років, – на автомобілі – 46 млн років, – Пішки – понад 900 млн років! За весь час існування Всесвіту пішки ми пройшли б лише близько 60 св. років! Адже до її видимого краю – 13.7 млрд. св. років…

    Представимо Сонце кулею розміром 1 метр (по пояс людині). Тоді в цьому масштабі: – Земля – за 100 метрів від нього, розміром приблизно з дрібну вишню (8 мм), – Юпітер, розміром із великий апельсин (близько 10 см), буде на відстані 500 метрів. - Плутон буде на відстані близько 4 км. - Найближча зірка Проксима Центавра в цьому масштабі буде від Сонця в 25 тисяч км. Замало, зменшимо масштаб!

    Представимо Сонце розміром з більярдну кулю (7 см). Тоді в цьому масштабі: - Меркурій буде від нього знаходиться в 2 м 80 см, - Земля: 7 м 60 см (її розмір 0.64 мм - як макове зернятко), Місяць 0.1мм з діаметром орбіти 3см, - Плутон буде на відстані близько 30метрів . - Найближча зірка Проксима Центавра в цьому масштабі буде від Сонця в 2000 км. - Розмір Галактики буде 60 000 000 км. Знову - забагато! Навіть якщо зробити Сонце розміром з 1 піксель на LCD-моніторі, то щоб побачити відразу ж і Проксиму Центавра, буде потрібно монітор з діагоналлю близько 8 кілометрів.

    Далі - щоб краще уявити розмір Галактики і Всесвіту в цілому - знову зменшуємо масштаб, розмір орбіти Землі до орбіти електрона в атомі водню (0.53 * 10-8 см). Тоді найближча зірка буде від Сонця на відстані 0.014 мм. - 0.0046 ангстрему. Розмір Галактики стане близько 35 см, а від Сонця до чорної дірки у центрі 10 см (рукою подати!). Тобто, змінюючи масштаби, можна легко все уявно уявити, при останньому масштабі розмір Всесвіту (13.7 мільярда св. років) не такий великий, всього 47 км 950 м.

    Макромира – нехай допоможуть нам логарифми… Розміри Всесвіту становлять близько 30 мільярдів світлових років, або за метри - 3×1026 . Розміри найменшої елементарної частки фізиками оцінюється в 10-16 м. Нейтрино – аж до 10-24 м. «Планківська довжина» 10-35м Загальна кількість атомів у нашому тілі – близько 1028, а повна кількість елементарних частинок (протонів, нейтронів та електронів) у спостерігається частині Всесвіту - приблизно 1080. Якби Всесвіт був щільно набитий нейтронами, так, щоб ніде в ньому не залишалося порожнього місця, то він вмістив би всього 10128 частинок

    Одиниці Розміри Всесвіту становлять близько 30 мільярдів світлових років, або в метрах – 3×10 26 . Тому астрономи використовують свої одиниці відстаней. 1″ Відстань Земля-Сонце = 1 астрономічній одиниці (а.е. або, англійською:au) Минулого місяця без зайвих фанфар Міжнародний астрономічний союз (МАС) на XXVIII генеральній асамблеї, що проходила в Пекіні (Китай), таємним голосуванням трансформував одиницю у фіксовану, визначивши раз і (сподіваємось) назавжди її як 149 597 870 700 метрів. 1 парсек Але: до найближчої зірки – понад 300 тис. а. Може, відстань до зірок мірятиме у світлових роках? 1 св. м. ≈ 86400 × 365.25 × 300 000 км = 9,467,280,000,000 км ≈ 9.5 трильйонів км Але, більш логічно – відштовхнутися від астрономічної одиниці. 1 парсек (Пк, в англ. нотації Pc) = відстань, з якої 1 а. видно під кутом 1″ Тоді – з 1 кПк (кілопарсека) радіус земної орбіти дорівнює 0.001″, з МПк10-6″, з видимого краю Всесвіту мегапарсека 4×10-9″ 1 пк = 205982 а.о. = 30,814,526,974,157 км = 3.25 св. року

    Всесвіту Розміри Всесвіту становлять близько 30 мільярдів світлових років, або в метрах – 3×10 26 . Зведемо його в одну карту, і розглянемо її потім уважніше. На головному малюнку наведено "кишенькову карту Всесвіту". Далі – на шести малюнках карту розрізано на рівні частини. По одній із осей відкладається відстань від центру Землі. З одного боку відстань дано до одиниць радіусу нашої планети. З іншого – у більш звичних одиницях: на кишеньковій карті – це мегапарсеки, на шести окремих аркушах шкала для зручності змінюється (кілометри, астрономічні одиниці, парсеки, мегапарсеки).

    Всесвіту На першому аркуші ми бачимо Землю та її найближчі околиці. Показано основні розподіли внутрішньої будови Землі. Над поверхнею ми бачимо безліч точок – це штучні супутники. Точки нанесені невипадково, це реальні дані на момент повні 12 серпня 2003 р. Окремо виділено МКС і Космічний телескоп. Видно смуга супутників системи GPS та геостаціонарні супутники. Вище - Місяць та супутник WMAP.

    Всесвіту На другому аркуші показано Сонячну систему. Пояс астероїдів представлений двома згущення. Це пов'язано з тим, що зображені ті малі планети, що опинилися поблизу небесного екватора. Т.к. площина екліптики сконцентрована до екватора, то ми й бачимо два згустки близько 12 і 24 годин. У самому верху умовно показана межа геліопаузи та супутники, що підлітають до неї. Показано й об'єкти пояса Койпера. Окремо виділено комету Галлея.

    Всесвіту Третій лист найнудніший. Порожньо від Плутона до найближчих зірок. Лише хмара Оорта .... Та й те, про неї ми маємо лише непряму інформацію. Проте видно, як далеко до зірок. Навіть літаючи від планети до планети всередині нашої системи, ми дивимося на зірки як на недосяжні (поки що) світила.

    Всесвіту Ось вони – зірки! Показані зірки каталогу супутника Гіппаркос, які потрапили в екваторіальну зону, а також деякі відомі світила, скупчення та туманності. Для найближчих зірок ми можемо побудувати і об'ємну карту – хто здатний на тривимірний зір, може розглянути, як вони розташовані у просторі щодо Сонця.

    Всесвіту Наближаємося до кордону нашої Галактики (вона показана пунктирною лінією, тому що ми сильно зміщені від центру, то межа, звичайно ж, несиметрична). Усередині Галактики показані чудові об'єкти: подвійний радіопульсар, кандидат у чорні діри Cyg X-1, кульове скупчення М13. Виділено і центр Галактики. Вгорі бачимо галактики Місцевої групи: Туманність Андромеди та всяка дрібниця. У правому верхньому кутку – М81. Це вже далека галактика.

    Космологія, світ галактик. У самому низу наше скупчення у Діві (праворуч, там де М87). Далекі об'єкти утворили як би два стовпи. Це з тим, що у площині Чумацького Шляху поглинання світла занадто велике, тому далекі галактики і квазари бачимо лише поза площині нашої Галактики. Завдяки тому, що карта конформна, деталі великомасштабної структури передані адекватно. Видно стара "Велика стіна" та "Слоанівська велика стіна" - більш далека і довга. Оскільки нанесені реальні об'єкти, то великі відстані картина стає неповною - ми бачимо лише найяскравіші джерела (квазари Слоановского цифрового огляду, наприклад). Внизу – великомасштабна структура Всесвіту у тривимірному вигляді. Відстань у картинках, 6-а карта Всесвіту

    Всесвіту Праворуч – деякі скупчення галактик на нашому небі. Вгорі - скупчення в созв. Діва. Внизу – великомасштабна структура Всесвіту у тривимірному вигляді.

    Що таке маленьке у Всесвіті Зірки Сонячна система Сонячна

    Що таке маленьке у Всесвіті

    Повторення: Далі - щоб краще уявити розмір Галактики і Всесвіту в цілому - знову - до найменшого масштабу: - Розмір орбіти Землі до орбіти електрона в атомі водню (0.53 * 10-8 см). - Діаметр Сонця - 0.0046 ангстрема. Тоді найближча зірка буде від Сонця на відстані 0.014 мм. Розмір Галактики стане близько 35 см, а від Сонця до чорної дірки у центрі 10 см (рукою подати!). У такому масштабі розмір Всесвіту (13.7 мільярда св. років) не такий великий, всього 47 км 950 м. Наочна модель: http://htwins.net/scale2/index.html

    Повторення: Масштабний інтервал розмірів об'єктів Всесвіту (від фундаментальної довжини М. Планка – 10–35 м до краю видимої частини Всесвіту Метагалактики – 1027 м), розташований на масштабній та його масштабний центр

    Вся маса спостережуваного Всесвіту - 1056 г; надскупчення галактик (за Вокулером) - 1052 г; гігантські скупчення галактик, які входять у скупчення, -- ...1048г. Середня маса окремої галактики зараз оцінюється як величина ... 1044 р. як гігантські пилові хмари з порядком маси 1040 г, зоряні скупчення володіють середньоймасою порядку 1036 р. .Про планети уявлення більш розпливчасте, оскільки нам відома, на жаль, тільки одна сім'я планет. Але якщо відкинути крайні значення (Юпітер і Плутон), взяти усереднену величину, то таким повноважним представником виявиться Уран 8,8 * 1028 супутники планет мають масу порядку 1024 астероїди на діаграмі їх розподілу - в інтервалі 1020 для великих 1016 – для дрібних. …….. Хоча існують ще крижані кільця Сатурна з найчастішим поперечником 0,6 метра і, отже, з порядком маси 10-4 р. Але ще дивніше, що й іншому кінці світової шкали в мікросвіті показники ступеня підпорядковуються такої ж закономірності . Маса електрона - 9,1 * 10-28 г, маса протону нейтрону - 1,6 * 10-24. І навіть маса спокою нейтрино, за попередніми результатами, має порядок величини 10-32грама.

    Карл Саган - відомий американський учений - склав "космічний календар», що став надзвичайно популярним. Він розмістив всю історію Всесвіту, включаючи розвиток життя на Землі, на шкалі умовного космічного року. При цьому історія власне людської цивілізації охоплює практично одну мить такого календаря - соті частки секунди Ось як це виглядає на трьох таблицях Таблиця 1 Догрудневі дати Великий Вибух – 1 січня Виникнення галактики Чумацького Шляху – 1 травня Виникнення Сонячної системи – 9 вересня Освіта планети Земля – 14 вересня Поява життя на Землі – 25 вересня Освіта найдавніших 2 жовтня Час утворення найдавніших копалин (бактерій та синьо-зелених водоростей) – 9 жовтня Виникнення статевого розмноження – 1 листопада Найдавніші фотосинтезуючі рослини – 12 листопада Еукаріоти (перші клітини, що містять ядра) – 15 листопада

    Таблиця II Космічний календар Декабр Число 1 Утворення кисневої атмосфери на Землі. 5 Інтенсивне виверження вулканів та утворення каналів на Марсі. 16 Перші черви. 17 Кінець докембрійського періоду. Палеозойська ера та початок кембрійського періоду. Виникнення безхребетних. 18 Перший океанічний планктон. Розквіт трилобітів. 19 Період ордовика. Перші риби, перші хребетні. 20 Силур. Перші спорові рослини. Рослини завойовують сушу. 21 Початок девонського періоду. Перші комахи. Тварини колонізують сушу. 22 Перші амфібії. Перші крилаті комахи. 23 Кам'яновугільний період. Перші дерева. Перші рептилії. 24 Початок пермського періоду. Перші динозаври. 25 Кінець палеозойської ери. Початок мезозойської епохи. 26 Тріасовий період. Перші ссавці. 27 Юрський період. Перші птахи. 28 Крейдяний період. Перші квіти. Вимирання динозаврів. 29 Кінець мезозойської ери. Кайнозойська ера та початок третинного періоду. Перші китоподібні. Перші примати. 30 Початок розвитку лобових часток кори головного мозку у приматів. Перші гомініди. Розквіт гігантських ссавців. 31 Кінець пліоценового періоду. Четвертичний (плейстоцен та голоцен) період. Перші люди.

    Таблиця III 31 грудня, Години, мінути, секунди Поява проконсула і рамапітеку – можливих предків мавп і людини 13.30.00 Перші люди 22.30.00 Широке використання кам'яних знарядь 23.00.00 людиною 23.46.00 Початок останнього періоду заледеніння 23.56.00 Заселення Австралії 23.58.00 Розквіт печерного живопису в Європі 23.59.00 Відкриття землеробства 23.59.20 Цивілізація неоліту - перші міста 23.59.55.59. Відкриття листа; держава Аккад; Закони Хаммурапі у Вавилонії; Середнє царство у Єгипті 23.59.52 Бронзова металургія; Мікенська культура; Троянська війна: Ольмекськая культура; винахід компасу 23.59.53 Залізна металургія; перша Ассирійська імперія; Ізраїльське царство; основа Карфагена фінікійцями 23.59.54 Династія Цінь у Китаї; імперія Ашоки в Індії: Афіни часів Перікла; народження Будди 23.59.55 Евклідова геометрія; Архімедова фізика; астрономія Птолемея; Римська імперія; народження Христа 23.59.56 Введення нуля та десяткового рахунку в індійській арифметиці; занепад Риму; мусульманські завоювання 23.59.57 Цивілізація майя; династія Сун у Китаї; Візантійська імперія; монгольська навала; хрестові походи 23.59.58 Епоха Відродження у Європі; подорожі та географічні відкриття, зроблені європейцями та китайцями часів династії Мін, запровадження експериментального методу у науку 23.59.59

    Широкий розвиток науки та техніки; поява всесвітньої культури; Створення засобів, здатних знищити рід людський, перші кроки в освоєнні космосу і пошуки позаземного розуму - На даний момент і в перші секунди Нового року Зіркова ера еволюції Всесвіту закінчиться приблизно через 1014 років. Цей термін у 10 тисяч разів більший за час, який минув від початку розширення Всесвіту до наших днів. Далі настане черга галактик, що складаються із сотень і сотень мільярдів зірок. У центрах галактик знаходяться надмасивні "чорні дірки". Для майбутнього галактик істотні дуже рідкісні в наш час події, коли якась зірка в результаті гравітаційної взаємодії з іншими зірками набуває великої швидкості, залишає галактику і перетворюється на міжгалактичного мандрівника. Зірки поступово залишатимуть галактику. , а її центральна частина потроху стискатиметься, перетворюючись на дуже компактне зіркове скупчення. надмасивна "чорна діра", що поглинула залишки зірок центральної частини галактики, і розсіювання близько 90% всіх зірок зовнішніх частин у просторі.Процес руйнування галактик закінчиться приблизно через 1019 років, всі зірки на цей час давно згаснуть і втратить право іменуватися зірками.

    Середній час життя протона оцінюється приблизно 1032 років. Кінцевий продукт розпаду протона - один позитрон, випромінювання у вигляді фотону, нейтрино і, можливо, одна або кілька електронно-позитронних пар. Отже, приблизно за 1032 років ядерна речовина повністю розпадеться. Зі світу зникнуть навіть погаслі зірки. Через 1032 року вся ядерна речовина повністю розпадеться, зірки та планети перетворяться на фотони та нейтрино. І "чорні дірки" не вічні. У полі тяжіння поблизу "чорної дірки" відбувається, як відомо, народження частинок; причому "чорних дір" з масою порядку зоряної і більше виникають кванти випромінювання. Такий процес веде до зменшення маси "чорної дірки", вона поступово перетворюється на фотони, нейтрино, гравітони. "Чорна діра" з масою в 10 мас Сонця випарується за 1069 років, а понад масивна "чорна діра", маса якої ще в мільярд разів більша, - за 1096 років. Внаслідок розширення Всесвіту щільність випромінювання, як уже говорилося, падає швидше за щільність електронно -позитронної плазми, і через 10100 років стане домінуючою саме ця плазма, і, крім неї, у Всесвіті не залишиться практично нічого. буде припадати на обсяг, що дорівнює 10185 обсягів всієї видимої сьогодні.

    Фотографії з поверхні Марса сліди висохлого струмка. Як повідомляється на сайті відомства 27 вересня, на знімках, зроблених марсоходом "К'юріосіті" в кратері Гейла, видно принесену древнім потоком гальку. Останні новини астрономії, 09-10.2012:

    Експерименти з проекту "Радіоастрон" http://ria.ru/science/20120918/753411048.html Роскосмос оголосив про початок прийому заявок на наукові експерименти за проектом "Радіоастрон", повідомила прес-служба Федерального космічного агентства. "Оголошено перший відкритий конкурс прийому заявок для наземно-космічного інтерферометру "Радіоастрон" на період спостережень липень 2013 - червень 2014 р. включно", - наголошується в повідомленні. Останні новини астрономії, 2012 року.

  • 20. Радіозв'язок між цивілізаціями, що знаходяться на різних планетних системах
  • 21. Можливість здійснення міжзоряного зв'язку оптичними методами
  • 22. Зв'язок із інопланетними цивілізаціями за допомогою автоматичних зондів
  • 23. Теоретико-імовірнісний аналіз міжзоряного радіозв'язку. Характер сигналів
  • 24. Про можливість прямих контактів між інопланетними цивілізаціями
  • 25. Зауваження про темпи та характер технологічного розвитку людства
  • ІІ. Чи можливий зв'язок з розумними істотами інших планет?

    • Частина перша АСТРОНОМІЧНИЙ АСПЕКТ ПРОБЛЕМИ

    1. Масштаби Всесвіту та його будова Якби астрономи-професіонали постійно і відчутно уявляли жахливу величину космічних відстаней та інтервалів часу еволюції небесних світил, навряд чи вони могли успішно розвивати науку, якій присвятили своє життя. Звичні нам з дитинства просторово-часові масштаби настільки незначні порівняно з космічними, що коли це доходить до свідомості, то буквально захоплює дух. Займаючись якоюсь проблемою космосу, астроном або вирішує якесь математичне завдання (це найчастіше роблять фахівці з небесної механіки та астрофізики-теоретики), або займається удосконаленням приладів і методів спостережень, або ж будує у своїй уяві, свідомо чи несвідомо, деяку досліджуваної космічної системи. При цьому основне значення має правильне розуміння відносних розмірів системи, що вивчається (наприклад, відношення розмірів деталей даної космічної системи, відношення розмірів цієї системи та інших, схожих або несхожих на неї, і т. д.) та інтервалів часу (наприклад, відношення швидкості протікання даного процесу до швидкості перебігу будь-якого іншого). Автор цієї книги досить багато займався, наприклад, сонячною короною та Галактикою. І завжди вони уявлялися йому неправильної форми сфероїдальними тілами приблизно однакових розмірів – щось близько 10 см... Чому 10 см? Цей образ виник підсвідомо, просто тому, що надто часто, роздумуючи над тим чи іншим питанням сонячної чи галактичної фізики, автор креслив у звичайному зошиті (у клітинку) контури предметів своїх роздумів. Чортив, намагаючись дотримуватись масштабів явищ. З одного дуже цікавого питання, наприклад, можна було провести цікаву аналогію між сонячною короною та Галактикою (вірніше, так званою "галактичною короною"). Звичайно, автор цієї книги дуже добре, так би мовити, "розумом" знав, що розміри галактичної корони в сотні мільярдів разів більші, ніж розміри сонячної. Але він спокійно забував про це. А якщо в ряді випадків великі розміри галактичної корони набували деякого важливого значення (бувало і так), це враховувалося формально-математично. І все одно зорово обидві "корони" уявлялися однаково маленькими... Якби автор у процесі цієї роботи вдавався до філософських роздумів про жахливість розмірів Галактики, про неймовірну розрідженість газу, з якого складається галактична корона, про нікчемність нашої малютки-планети та власного буття і про інші інші не менш правильні предмети, робота над проблемами сонячної та галактичної корон припинилася б автоматично. .. Нехай простить мені читач цей "ліричний відступ". Я не сумніваюся, що й у інших астрономів виникали такі ж думки, що вони працювали над своїми проблемами. Мені здається, що іноді корисно поближче познайомитися з "кухнею" наукової роботи... Якщо ми хочемо на сторінках цієї книги обговорювати хвилюючі питання про можливість розумного життя у Всесвіті, то, перш за все, потрібно буде скласти правильне уявлення про її просторово-часові масштаби. . Ще порівняно недавно земна куля видавалася людині величезною. Понад три роки знадобилося відважним сподвижникам Магеллана, щоб 465 років тому ціною неймовірних поневірянь зробити першу навколосвітню подорож. Дещо більше 100 років минуло відтоді, коли винахідливий герой фантастичного роману Жюля Верна здійснив, користуючись останніми досягненнями техніки на той час, подорож навколо світу за 80 діб. І минуло лише 26 років з тих пам'ятних для всього людства днів, коли перший радянський космонавт Гагарін облетів на легендарному космічному кораблі "Схід" земну кулю за 89 хв. І думки людей мимоволі звернулися до величезних просторів космосу, де загубилася невелика планета Земля... Наша Земля - ​​одна з планет Сонячної системи. У порівнянні з іншими планетами вона розташована досить близько до Сонця, хоча і не є найближчою. Середня відстань від Сонця до Плутона - найдальшої планети Сонячної системи - у 40 разів більша за середню відстань від Землі до Сонця. Нині невідомо, чи є у Сонячній системі планети, ще віддалені від Сонця, ніж Плутон. Можна тільки стверджувати, що й такі планети є, вони порівняно невеликі. Умовно розміри Сонячної системи можна прийняти рівними 50-100 астрономічним одиницям * або близько 10 млрд км. За нашими земними масштабами це дуже велика величина, що приблизно в 1 мільйон перевищує діаметр Землі.

    Мал. 1. Планети Сонячної системи

    Ми можемо більш наочно подати відносні масштаби Сонячної системи в такий спосіб. Нехай Сонце зображується більярдною кулею діаметром 7 см. Тоді найближча до Сонця планета - Меркурій знаходиться від нього в цьому масштабі на відстані 280 см. Земля - ​​на відстані 760 см, гігант - планета Юпітер віддалена на відстань близько 40 м, а найдальша багато в чому поки що загадковий Плутон - на відстань близько 300м. Розміри земної кулі в цьому масштабі трохи більше 0,5 мм, місячний діаметр - трохи більше 0,1 мм, а орбіта Місяця має діаметр близько 3 см. Навіть найближча до нас зірка - Проксима Центавра віддалена від нас на таку велику відстань, що в порівнянні з ним міжпланетні відстані в межах Сонячної системи здаються дрібницями. Читачі, звісно, ​​знають, що з виміру міжзоряних відстаней такою одиницею довжини, як кілометр, будь-коли користуються **). Ця одиниця вимірів (як і сантиметр, дюйм тощо.) виникла потреб практичної діяльності людства Землі. Вона абсолютно непридатна для оцінки космічних відстаней, надто більших у порівнянні з кілометром. У популярній літературі, котрий іноді у науковій, з метою оцінки міжзоряних і міжгалактичних відстаней як одиницю виміру використовують " світловий рік " . Це така відстань, яка світло, рухаючись зі швидкістю 300 тис. км/с, минає протягом року. Легко переконатися, що світловий рік дорівнює 9,46×10 12 км, або близько 10 000 млрд км. У науковій літературі для виміру міжзоряних та міжгалактичних відстаней зазвичай застосовується особлива одиниця, що отримала назву "парсек";

    1 парсек (пк) дорівнює 3,26 світлового року. Парсек визначається як така відстань, з якої радіус земної орбіти видно під кутом 1 сек. дуги. Це дуже маленький кут. Достатньо сказати, що під таким кутом монета в одну копійку видно з відстані 3 км.

    Мал. 2. Кульове скупчення 47 Тукана

    Жодна із зірок – найближчих сусідок Сонячної системи – не знаходиться до нас ближче, ніж на 1 пк. Наприклад, згадана Проксима Центавра віддалена від нас на відстань близько 1,3 пк. У тому масштабі, у якому зобразили Сонячну систему, це відповідає 2 тис. км. Все це добре ілюструє велику ізольованість нашої Сонячної системи від навколишніх зіркових систем, деякі з цих систем, можливо, мають багато подібності. Але зірки, що оточують Сонце, і саме Сонце становлять лише мізерно малу частину гігантського колективу зірок і туманностей, який називається "Галактикою". Це скупчення зірок ми бачимо у ясні безмісячні ночі як смугу Чумацького Шляху, що перетинає небо. Галактика має досить складну структуру. У першому, найбільш грубому наближенні ми можемо вважати, що зірки та туманності, з яких вона складається, заповнюють об'єм, що має форму сильно стисненого еліпсоїда обертання. Часто в популярній літературі форму Галактики порівнюють з двоопуклою лінзою. Насправді все значно складніше, і намальована картина є занадто грубою. Насправді виявляється, що різні типи зірок зовсім по-різному концентруються до центру Галактики та її "екваторіальної площині". Наприклад, газові туманності, а також дуже гарячі масивні зірки сильно концентруються до екваторіальної площини Галактики (на небі цій площині відповідає велике коло, що проходить через центральні частини Чумацького Шляху). Разом про те вони виявляють значної концентрації до галактичного центру. З іншого боку, деякі типи зірок і зоряних скупчень (так звані "кульові скупчення", мал. 2) майже ніякої концентрації до екваторіальної площини Галактики не виявляють, зате характеризуються величезною концентрацією до її центру. Між цими двома крайніми типами просторового розподілу (який астрономи називають "плоский" і "сферичний") перебувають усі проміжні випадки. Все ж таки виявляється, що основна частина зірок у Галактиці знаходиться в гігантському диску, діаметр якого близько 100 тис. світлових років, а товщина близько 1500 світлових років. У цьому диску налічується трохи більше 150 млрд зірок різних типів. Наше Сонце - одна з цих зірок, що знаходиться на периферії Галактики поблизу її екваторіальної площини (точніше, "лише" на відстані близько 30 світлових років - величина досить мала в порівнянні з товщиною зіркового диска). Відстань від Сонця до ядра Галактики (чи її центру) становить близько 30 тис. світлових років. Зоряна щільність у Галактиці дуже нерівномірна. Найвища вона в області галактичного ядра, де, за останніми даними, досягає 2 тис. зірок на кубічний парсек, що майже в 20 тис. разів більше за середню зоряну щільність на околицях Сонця *** . З іншого боку, зірки мають тенденцію утворювати окремі групи чи скупчення. Хорошим прикладом такого скупчення є плеяди, які видно на нашому зимовому небі (рис. 3). У Галактиці є структурні деталі набагато більших масштабів. Дослідженнями останніх років доведено, що туманності та гарячі масивні зірки розподілені вздовж гілок спіралі. Особливо добре спіральна структура помітна в інших зіркових систем - галактик (з маленької літери, на відміну від нашої зіркової системи - Галактики). Одна з таких галактик зображена на рис. 4. Встановити спіральну структуру Галактики, в якій ми самі знаходимося, виявилося дуже важко.


    Мал. 3. Фотографія зоряного скупчення Плеяд


    Мал. 4. Спіральна галактика NGC 5364

    Зірки та туманності в межах Галактики рухаються досить складним чином. Насамперед, вони беруть участь у обертанні Галактики навколо осі, перпендикулярної до її екваторіальної площини. Це не таке, як у твердого тіла: різні ділянки Галактики мають різні періоди обертання. Так, Сонце і оточуючі його у величезній області розмірами кілька сотень світлових років зірки здійснюють повний оборот за час близько 200 млн років. Так як Сонце разом із сім'єю планет існує, мабуть, близько 5 млрд років, то за час своєї еволюції (від народження з газової туманності до нинішнього стану) воно зробило приблизно 25 обертів навколо осі обертання Галактики. Ми можемо сказати, що вік Сонця - всього лише 25 "галактичних років", скажімо прямо - вік квітучий... Швидкість руху Сонця та сусідніх із ним зірок по їх майже круговим галактичним орбітам досягає 250 км/с****. На цей регулярний рух навколо галактичного ядра накладаються хаотичні, безладні рухи зірок. Швидкості таких рухів значно менше - близько 10-50 км/с, причому об'єктів різних типів вони різні. Найменше швидкості у гарячих масивних зірок (6-8 км/с), у зірок сонячного типу вони близько 20 км/с. Чим менші ці швидкості, тим паче " плоским " є розподіл цього типу зірок. У тому масштабі, яким ми користувалися для наочного уявлення Сонячної системи, розміри Галактики становитимуть 60 млн км - величина, що вже досить близька до відстані від Землі до Сонця. Звідси зрозуміло, що з проникнення у дедалі більше віддалені області Всесвіту цей масштаб не годиться, оскільки втрачає наочність. Тому ми приймемо інший масштаб. Подумки зменшимо земну орбіту до розмірів самої внутрішньої орбіти атома водню у класичній моделі Бора. Нагадаємо, що радіус цієї орбіти дорівнює 0,53x10 -8 см. Тоді найближча зірка буде на відстані приблизно 0,014 мм, центр Галактики - на відстані близько 10 см, а розміри нашої зіркової системи будуть близько 35 см. Діаметр Сонця матиме мікроскопічні розміри : 0,0046 А (ангстрем-одиниця довжини, що дорівнює 10 -8 см).

    Ми вже підкреслювали, що зірки віддалені одна від одної на величезні відстані і тим самим практично ізольовані. Зокрема, це означає, що зірки майже ніколи не стикаються одна з одною, хоча рух кожної з них визначається полем сили тяжіння, створюваним усіма зірками в Галактиці. Якщо ми розглядатимемо Галактику як деяку область, наповнену газом, причому роль газових молекул і атомів відіграють зірки, то ми повинні вважати цей газ вкрай розрідженим. На околицях Сонця середня відстань між зірками приблизно в 10 млн разів більша, ніж середній діаметр зірок. Тим часом за нормальних умов у звичайному повітрі середня відстань між молекулами лише в кілька десятків разів більша за розміри останніх. Щоб досягти такого ж ступеня відносного розрідження, щільність повітря слід зменшити принаймні в 1018 разів! Зауважимо, однак, що в центральній області Галактики, де зоряна щільність відносно висока, зіткнення між зірками час від часу відбуватимуться. Тут слід очікувати приблизно одне зіткнення кожен мільйон років, тоді як у "нормальних" областях Галактики за всю історію еволюції нашої зіркової системи, що налічує принаймні 10 млрд років, зіткнень між зірками практично не було (див. гл. 9 ).

    Ми коротко окреслили масштаб і загальну структуру тієї зіркової системи, до якої належить наше Сонце. При цьому зовсім не розглядалися ті методи, за допомогою яких багато років поколінь астрономів крок за кроком відтворювали величну картину будови Галактики. Цій важливій проблемі присвячені інші книги, до яких ми відсилаємо читачів, що цікавляться (наприклад, Б.А.Воронцов-Вельяминов "Нариси про Всесвіт", Ю.Н. Єфремов "У глибини Всесвіту"). Наше завдання – дати лише найзагальнішу картину будови та розвитку окремих об'єктів Всесвіту. Така картина необхідна розуміння цієї книжки.

    Мал. 5. Туманність Андромеди із супутниками

    Вже кілька десятиліть астрономи наполегливо вивчають інші зіркові системи, тією чи іншою мірою подібні до нашої. Ця сфера досліджень отримала назву "позагалактичної астрономії". Вона зараз відіграє чи не провідну роль в астрономії. Протягом останніх трьох десятиліть позагалактична астрономія досягла разючих успіхів. Помалу почали вимальовуватися грандіозні контури Метагалактики, до складу якої наша зіркова система входить як мала частка. Ми ще далеко не всі знаємо про Метагалактику. Величезна віддаленість об'єктів створює цілком специфічні труднощі, які вирішуються шляхом застосування найпотужніших засобів спостереження разом із глибокими теоретичними дослідженнями. Все ж таки загальна структура Метагалактики в останні роки в основному стала ясною. Ми можемо визначити Метагалактику як сукупність зіркових систем - галактик, що рухаються у величезних просторах спостерігається нами частини Всесвіту. Найближчі до нашої зіркової системи галактики - знамениті Магелланови Хмари, добре видно на небі південної півкулі як дві великі плями приблизно такої ж поверхневої яскравості, як і Чумацький Шлях. Відстань до Магелланових Хмар "лише" близько 200 тис. світлових років, що цілком порівняно із загальною довжиною нашої Галактики. Інша "близька" до нас галактика – це туманність у сузір'ї Андромеди. Вона видно неозброєним оком як слабка світлова плямка 5-ї зіркової величини *****. Насправді це величезний зоряний світ, що за кількістю зірок і повною масою втричі перевищує нашу Галактику, яка в свою чергу є гігантом серед галактик. Відстань до туманності Андромеди, або, як її називають астрономи, М 31 (це означає, що у відомому каталозі туманностей Месьє вона занесена за № 31), близько 1800 тис. світлових років, що приблизно в 20 разів перевищує розміри Галактики. Туманність М31 має явно виражену спіральну структуру і за багатьма своїми характеристиками дуже нагадує нашу Галактику. Поруч із нею перебувають її невеликі супутники еліпсоїдальної форми (рис. 5). На рис. 6 наведено фотографії кількох порівняно близьких до нас галактик. Привертає увагу велика різноманітність їх форм. Поряд зі спіральними системами (такі галактики позначаються символами Sа, Sb і Sс залежно від характеру розвитку спіральної структури; за наявності проходить через ядро ​​"перемички" (рис. 6а) після букви S ставиться буква В) зустрічаються сфероїдальні та еліпсоїдальні, позбавлені будь-яких слідів спіральної структури, а також "неправильні" галактики, добрим прикладом яких можуть служити Магелланові Хмари. У великі телескопи спостерігається безліч галактик. Якщо галактик яскравіший за видиму 12-у величину налічується близько 250, то яскравіший за 16-й - вже близько 50 тис. Найслабші об'єкти, які на межі може сфотографувати телескоп-рефлектор з діаметром дзеркала 5 м, мають 24,5-у величину. Виявляється, що серед мільярдів таких найслабших об'єктів більшість становлять галактики. Багато хто з них віддалений від нас на відстані, які світло проходить за мільярди років. Це означає, що світло, що викликало почорніння платівки, було випромінювано такою віддаленою галактикою ще задовго до архейського періоду геологічної історії Землі!


    Мал. 6а. Галактика типу "пересіченої спіралі"


    Мал. 6б. Галактика NGC 4594

    Мал. 6с. Галактики Магелланові хмари

    Іноді серед галактик трапляються дивовижні об'єкти, наприклад, "радіогалактики". Це такі зіркові системи, які випромінюють величезну кількість енергії у радіодіапазоні. У деяких радіогалактик потік радіовипромінювання в кілька разів перевищує потік оптичного випромінювання, хоча в оптичному діапазоні їхня світність дуже велика ~ у кілька разів перевищує повну світність нашої Галактики. Нагадаємо, що остання складається з випромінювання сотень мільярдів зірок, багато з яких у свою чергу випромінюють значно сильніше Сонця. Класичний приклад такої радіогалактики - знаменитий об'єкт Лебідь А. В оптичному діапазоні це дві нікчемні світлові плями 17-ї зіркової величини (рис. 7). Насправді їхня світність дуже велика, приблизно в 10 разів більша, ніж у нашої Галактики. Слабкіша ця система здається тому, що вона віддалена від нас на величезну відстань - 600 млн світлових років. Однак потік радіовипромінювання від Лебедя на метрових хвилях настільки великий, що перевищує навіть потік радіовипромінювання від Сонця (у періоди, коли на Сонці немає плям). Але Сонце дуже близько - відстань до нього "лише" 8 світлових хвилин; 600 млн років - та 8 хв! Адже потоки випромінювання, як відомо, обернено пропорційні квадратам відстаней! Спектри більшості галактик нагадують сонячний; в обох випадках спостерігаються окремі темні лінії поглинання досить яскравому тлі. У цьому немає нічого несподіваного, тому що випромінювання галактик - це випромінювання мільярдів зірок, що входять до їх складу, більш-менш схожих на Сонце. Уважне вивчення спектрів галактик багато років тому дозволило зробити одне відкриття фундаментальної ваги. Справа в тому, що за характером усунення довжини хвилі будь-якої спектральної лінії по відношенню до лабораторного стандарту можна визначити швидкість руху джерела випромінювання з променю зору. Іншими словами, можна встановити, з якою швидкістю джерело наближається чи видаляється.

    Мал. 7. Радіогалактика Лебідь А

    Якщо джерело світла наближається, спектральні лінії зміщуються у бік коротших хвиль, якщо видаляється - у бік довших. Це називається " ефектом Доплера " . Виявилося, що у галактик (за винятком небагатьох, найближчих до нас) спектральні лінії завжди зміщені в довгохвильову частину спектра ("червоне зміщення" ліній), причому величина цього зміщення тим більше, чим віддаленіша від нас галактика. Це означає, що всі галактики віддаляються від нас, причому швидкість "розльоту" в міру видалення галактик зростає. Вона сягає величезних значень. Так, наприклад, знайдена за червоним усуненням швидкість видалення радіогалактики Лебідь А близька до 17 тис. км/с. Ще двадцять п'ять років тому рекорд належав дуже слабкій (в оптичних променях 20-ї величини) радіогалактиці ЗС 295. У 1960 р. було отримано її спектр. Виявилося, що відому ультрафіолетову спектральну лінію, що належить іонізованому кисню, зміщено в помаранчеву область спектру! Звідси легко знайти, що швидкість видалення цієї дивовижної зіркової системи становить 138 тис. км/с, або майже половину швидкості світла! Радіо галактика ЗС 295 віддалена від нас на відстань, що світло проходить за 5 млрд років. Таким чином, астрономи досліджували світло, яке було випромінюване тоді, коли утворювалися Сонце і планети, а можливо, навіть "трохи" раніше... З тих пір відкриті ще віддаленіші об'єкти (гл. 6). Причин розширення системи, що складається з величезної кількості галактик, ми тут торкатися не будемо. Це складне питання є предметом сучасної космології. Однак сам факт розширення Всесвіту має велике значення для аналізу розвитку життя в ньому (гл. 7). На загальне розширення системи галактик накладаються безладні швидкості окремих галактик, зазвичай рівні кільком сотням кілометрів на секунду. Саме тому найближчі до нас галактики не виявляють систематичного червоного усунення. Адже швидкості безладних (так званих "пекулярних") рухів для цих галактик більші за регулярну швидкість червоного зміщення. Остання зростає в міру видалення галактик приблизно на 50 км/с, кожен мільйон парсек. Тому для галактик, відстані до яких не перевищують кількох мільйонів парсек, безладні швидкості перевищують швидкість видалення, зумовлену червоним усуненням. Серед близьких галактик спостерігаються такі, що наближаються до нас (наприклад, туманність Андромеди М 31). Галактики не розподілені у метагалактичному просторі поступово, тобто. із постійною щільністю. Вони виявляють яскраво виражену тенденцію утворювати окремі групи чи скупчення. Зокрема, група приблизно з 20 близьких до нас галактик (включаючи нашу Галактику) утворює так звану "місцеву систему". У свою чергу, місцева система входить у велике скупчення галактик, центр якого знаходиться в тій частині неба, на яку проектується сузір'я Діви. Це скупчення налічує кілька тисяч членів і належить до найбільших. На рис. 8 наведено фотографію відомого скупчення галактик у сузір'ї Північної Корони, що налічує сотні галактик. У просторі між скупченнями щільність галактик у десятки разів менша, ніж усередині скупчень.

    Мал. 8. Скупчення галактик у сузір'ї Північної Корони

    Привертає увагу різниця між скупченнями зірок, що утворюють галактики, і скупченнями галактик. У першому випадку відстані між членами скупчення величезні в порівнянні з розмірами зірок, у той час як середні відстані між галактиками в скупченнях галактик лише в кілька разів більше, ніж розміри галактик. З іншого боку, число галактик у скупченнях не йде в жодне порівняння з числом зірок у галактиках. Якщо розглядати сукупність галактик як газ, де роль молекул - грають окремі галактики, ми повинні вважати це середовище надзвичайно в'язкою.

    Таблиця 1

    Великий Вибух

    Утворення галактик (z~10)

    Освіта Сонячної системи

    Освіта Землі

    Виникнення життя Землі

    Освіта найдавніших скель Землі

    Поява бактерій та синьо-зелених водоростей

    Виникнення фотосинтезу

    Перші клітини із ядром
    Неділя Понеділок Вівторок Середа Четвер П'ятниця Субота
    Виникнення кисневої атмосфери Землі Потужна вулканічна діяльність на Марсі
    Перші черви Океанський планктон Трилобіти ОрдовикПерші риби СилурРослини колонізують сушу
    ДевонТварини колонізують сушу. Перші амфібії та крилаті комахи КарбонПерші дерева Перші рептилії ПермПерші динозаври Початок мезозою ТріасПерші ссавці ЮраПерші птахи
    КрейдаПерші квіти Третич-ний період Перші примати Перші гомініди Четвертинний період Перші люди (~22:30)
    Як виглядає Метагалактика в нашій моделі, де земна орбіта зменшена до розмірів першої орбіти атома Бора? У цьому масштабі відстань до туманності Андромеди буде трохи більше 6 м, відстань до центральної частини скупчення галактик у Діві, куди входить і наша місцева система галактик, буде близько 120 м, причому такого ж порядку буде розмір скупчення. Радіогалактика Лебідь А тепер буде видалена на відстань - 2,5 км, а відстань до радіогалактики ЗС 295 досягне 25 км... Ми познайомилися в загальному вигляді з основними структурними особливостями і масштабами Всесвіту. Це ніби застиглий кадр її розвитку. Не завжди вона була такою, якою ми тепер її спостерігаємо. Все у Всесвіті змінюється: з'являються, розвиваються і "вмирають" зірки та туманності, розвивається закономірним чином Галактика, змінюються сама структура та масштаби Метагалактики (хоча б через червоне усунення). Тому намальовану статичну картину Всесвіту необхідно доповнити динамічною картиною еволюції окремих космічних об'єктів, з яких вона утворена, і всього Всесвіту як цілого. Що стосується еволюції окремих зірок і туманностей, що утворюють галактики, то про це мова буде в гол. 4 . Тут ми тільки скажемо, що зірки народжуються з міжзоряного газопилового середовища, якийсь час (залежно від маси) спокійно випромінюють, після чого більш менш драматичним чином "вмирають". Відкриття в 1965 р. "реліктового" випромінювання (див. гл. 7) з усією наочністю показало, що на ранніх етапах еволюції Всесвіт якісно відрізнявся від свого сучасного стану. Головне – це те, що тоді не було ні зірок, ні галактик, ні важких елементів. І, звісно, ​​не було життя. Ми спостерігаємо грандіозний процес еволюції Всесвіту від простого до складного. Таке ж н а п р а в л е н няЕволюція має і розвиток життя на Землі. У Всесвіті швидкість еволюції спочатку була значно вищою, ніж у сучасну епоху. Схоже, проте, що у розвитку життя Землі спостерігається зворотна картина. Це видно з моделі "космічної хронології", представленої в таблиці 1, запропонованої американським планетологом Саганом. Вище ми досить детально розвинули просторову модель Всесвіту, що ґрунтується на виборі того чи іншого лінійного масштабу. Власне кажучи, той самий метод використовують у табл. 1. Весь час існування Всесвіту (яке для визначеності приймається рівним 15 мільярдам реальних "земних" років, причому тут можлива помилка в кілька десятків відсотків) моделюється деяким уявним "космічним роком". Неважко переконатися, що одна секунда "космічного" року дорівнює 500 цілком реальним рокам. При такому масштабі кожній епосі розвитку Всесвіту ставиться у відповідність певна дата (і час "доба") "космічного" року. Легко бачити, що ця таблиця у своїй основній частині суто "антропоцентрична": дати і моменти космічного календаря після "вересня" і, особливо, всього спеціально виділеного "грудня", відображають певні етапи розвитку життя на Землі. Цей календар зовсім інакше виглядав би для мешканців якоїсь планети, що обертається навколо "своєї" зірки в якійсь віддаленій галактиці. Тим не менш, саме зіставлення темпу космічної та земної еволюції дуже вражаюче.
    • * Астрономічна одиниця - середня відстань від Землі до Сонця, що дорівнює 149600 тис. км.
    • ** Мабуть, тільки швидкості зірок та планет в астрономії виражаються в одиницях "кілометр на секунду".
    • *** У самому центрі галактичного ядра в області діаметром в 1 пк знаходиться, мабуть, кілька мільйонів зірок.
    • **** Корисно запам'ятати просте правило: швидкість 1 пк за 1 млн років майже дорівнює швидкості 1 км/с. Надаємо читачеві переконатися у цьому.
    • ***** Потік випромінювання від зірок вимірюється так званими "зоряними величинами". За визначенням, потік від зірки (i+1)-ї величини в 2512 рази менше, ніж від зірки i-ї величини. Зірки слабші за 6-у величину неозброєним оком не видно. Найяскравіші зірки мають негативну зоряну величину (наприклад, у Сіріуса вона дорівнює -1,5).

    Вступ

    Основна частина

    1.Космологія

    2.Структура всесвіту:

    2.1.Метагалактика

    2.2.Галактики

    2.3.Зірки

    2.4 Планета та сонячна система

    3.Кошти спостереження об'єктів Всесвіту

    4.Проблема пошуку позаземних цивілізацій

    Висновок

    Вступ

    Всесвіт - це найглобальніший об'єкт мегасвіту, безмежний у часі та просторі. Відповідно до сучасних уявлень вона є величезною неосяжною сферою. Існують наукові гіпотези «відкритого», тобто «всесвіту, що безперервно розширюється», так само як і «закритого», тобто «пульсуючого» Всесвіту. Обидві гіпотези існують у кількох випадках. Однак потрібні дуже ґрунтовні дослідження, поки та чи інша з них не перетвориться на більш менш обґрунтовану наукову теорію.

    Всесвіту на різних рівнях, від умовно елементарних частинок і до гігантських надскопивань галактик, властива структурність. Структура Всесвіту - предмет вивчення космології, однієї з важливих галузей природознавства, що знаходиться на стику багатьох природничих наук: астрономії, фізики, хімії та ін. Сучасна структура Всесвіту є результатом космічної еволюції, в ході якої з протогалактик утворилися галактики, протопланетної хмари – планети.

    Космологія

    Космологія – астрофізична теорія структури та динаміки зміни Метагалактики, що включає і певне розуміння властивостей всього Всесвіту.

    Сам термін «космологія» утворений від двох грецьких слів: cosmos – Всесвіт та logos – закон, вчення. За своєю суттю космологія є розділом природознавства, що використовує досягнення та методи астрономії, фізики, математики, філософії. Природничо-науковою базою космології є астрономічні спостереження Галактики та інших зоряних систем, загальна теорія відносності, фізика мікропроцесів та високих щільностей енергії, релятивістська термодинаміка та низка інших нових фізичних теорій.

    Багато положень сучасної космології здаються фантастичними. Поняття Всесвіту, нескінченності, Великого вибуху не піддаються наочному фізичному сприйняттю; такі об'єкти та процеси не можна зафіксувати безпосередньо. Через цю обставину складається враження, що йдеться про щось надприродне. Але таке враження оманливе, оскільки функціонування космології має дуже конструктивний характер, хоча багато її положень і виявляються гіпотетичними.

    Сучасна космологія – це розділ астрономії, в якому об'єднані дані фізики та математики, а також універсальні філософські принципи, тому вона є синтезом наукових і філософських знань. Такий синтез у космології необхідний, оскільки міркування про походження та устрій Всесвіту емпірично важко перевіряються і найчастіше існують у вигляді теоретичних гіпотез або математичних моделей. Космологічні дослідження зазвичай розвиваються від теорії до практики, від моделі до експерименту, і тут вихідні філософські та загальнонаукові установки набувають великого значення. З цієї причини космологічні моделі суттєво різняться між собою – в їхній основі найчастіше лежать протилежні вихідні філософські принципи. У свою чергу, будь-які космологічні висновки також впливають на філософські уявлення про влаштування Всесвіту, тобто. змінюють фундаментальні уявлення людини про світ і саму себе.

    Найважливіший постулат сучасної космології полягає в тому, що закони природи, встановлені на основі вивчення дуже обмеженої частини Всесвіту, можуть бути екстраполовані на набагато ширші області, а, зрештою, і на весь Всесвіт. Космологічні теорії різняться залежно від цього, які фізичні принципи і закони покладено їх основу. Побудовані на їх основі моделі повинні допускати перевірку для області Всесвіту, а висновки теорії - підтверджуватись спостереженнями або, у всякому разі, не суперечити їм.

    Структура Всесвіту

    Метагалактика

    Метагалактика – це частина Всесвіту, доступна вивченню астрономічними засобами. Вона складається із сотні мільярдів галактик, кожна з яких обертається навколо своєї осі і одночасно розбігаються одна від одної зі швидкостями від 200 до 150 000 км. сек.(2).

    Одна з найважливіших властивостей Метагалактики – її постійне розширення, про що свідчить розліт скупчень галактик. Доказом того, що скупчення галактик віддаляються один від одного, є «червоне зміщення» у спектрах галактик та відкриття реліктового випромінювання (фонове позагалактичне випромінювання, що відповідає температурі близько 2,7 К) (1).

    З явища розширення Метагалактики випливає важливий наслідок: у минулому відстані між галактиками були меншими. А якщо врахувати, що й самі галактики в минулому були протяжними і розрідженими газовими хмарами, то очевидно, що мільярди років тому кордони цих хмар змикалися і утворювали деяку однорідну газову хмару, яка відчувала постійне розширення.

    Інша важлива властивість Метагалактики – рівномірний розподіл у ній речовини (основна маса якої зосереджена у зірках). У сучасному стані Метагалактика – однорідна в масштабі близько 200 Мпк. Малоймовірно, що вона була такою у минулому. На початку розширення Метагалактики неоднорідність матерії цілком могла існувати. Пошуки слідів неоднорідності минулих станів Метагалактики - одне з найважливіших проблем позагалактичної астрономії(2).

    Однорідність Метагалактики (і Всесвіту) треба розуміти й у тому сенсі, що структурні елементи далеких зірок і галактик, фізичні закони, яким вони підпорядковуються, і фізичні константи, очевидно, з великим рівнем точності однакові скрізь, тобто. ті ж, що й у нашій області Метагалактики, включаючи Землю. Типова галактика, що знаходиться за сотні мільйонів світлових років від нас, виглядає в основному так само, як наша. Спектри атомів, отже, закони хімії та атомної фізики там ідентичні ухваленим на Землі. Ця обставина дозволяє впевнено розповсюджувати відкриті в земній лабораторії закони фізики на ширші області Всесвіту.

    Уявлення про однорідність Метагалактики ще раз доводить, що Земля не займає у Всесвіті скільки-небудь привілейованого становища. Звичайно, Земля, Сонце та Галактика здаються нам, людям, важливими та винятковими, але для Всесвіту загалом вони такими не є.

    Відповідно до сучасних уявлень, для Метагалактики характерна пориста (сітчаста, пориста) структура. Ці уявлення ґрунтуються на даних астрономічних спостереженнях, які показали, що галактики розподілені не рівномірно, а зосереджені поблизу кордонів осередків, у яких галактик майже немає. Крім того, знайдено величезні обсяги простору, в яких галактик поки що не виявлено.

    Якщо брати не окремі ділянки Метагалактики, а її великомасштабну структуру в цілому, то, очевидно, що в цій структурі не існує якихось особливих місць чи напрямків, що виділяються, і речовина розподілена порівняно рівномірно.

    Вік Метагалактики близький до віку Всесвіту, оскільки утворення її структури припадає на період, що настає за роз'єднанням речовини та випромінювання. За сучасними даними, вік Метагалактики оцінюється у 15 млрд. років. Вчені вважають, що, мабуть, близький до цього вік галактик, які сформувалися на одній з початкових стадій розширення Метагалактики.

    Галактики

    Галактика - це скупчення зірок обсягом, має форму лінзи. Більшість зірок концентрується у площині симетрії цього обсягу (галактичної площині), менша частина, концентрується у сферичному обсязі (ядрі галактики).

    Окрім зірок до складу галактик входять міжзоряна речовина (гази, пил, астероїди, комети), електромагнітні, гравітаційні поля, космічні випромінювання. Сонячна система розташована поблизу галактичної площини нашої галактики. Для земного спостерігача зірки, що концентруються в галактичній площині, зливаються у видиму картину Чумацького шляху.

    Систематичне дослідження галактик було започатковано на початку минулого століття, коли були встановлені на телескопах прилади для спектрального аналізу світлових випромінювань зірок.

    Американський астроном Е. Хаббл розробив метод класифікації відомих йому тоді галактик з урахуванням їхньої форми, що спостерігається. У його класифікації виділено кілька типів (класів) галактик, у кожному з яких є підтипи чи підкласи. Він же визначив приблизний процентний розподіл галактик, що спостерігаються: еліптичні за формою (приблизно 25%), спіральні (приблизно 50%), лінзоподібні (приблизно 20%) і пекулярні (неправильної форми) галактики (приблизно 5%) (2).

    Еліптичні галактики мають просторову форму еліпсоїда з різним ступенем стиснення. Вони є найпростішими за структурою: розподіл зірок поступово зменшується від центру.

    Неправильні галактики не мають вираженої форми, в них відсутнє центральне ядро.

    Спіральні галактики представлені у формі спіралі, включаючи спіральні гілки. Це найчисленніший вид галактик, до якого належить і наша Галактика – Чумацький Шлях.

    Чумацький шлях добре видно в безмісячну ніч. Він здається скупченням туманних мас, що світяться, що простяглося від одного боку горизонту до іншого, і складається приблизно зі 150 млрд. зірок. За формою він нагадує сплюснуту кулю. У його центрі знаходиться ядро, від якого відходить кілька спіральних зіркових гілок. Наша Галактика надзвичайно велика: від одного краю до іншого світловий промінь подорожує близько 100 тис. земних років. Більшість її зірок зосереджена в гігантському диску завтовшки близько 1500 світлових років. На відстані близько 2 млн. світлових років від нас знаходиться найближча до нас галактика – Туманність Андромеди, яка за своєю будовою нагадує Чумацький Шлях, але значно перевершує його за своїми розмірами.  Наша Галактика, Туманність Андромеди разом з іншими сусідніми зірковими системами утворюють місцеву групу галактик. На відстані близько 30 тис. світлових років від центру Галактики розташоване Сонце.

    Сьогодні відомо, що галактики об'єднуються у стійкі структури (скупчення та надскоплення галактик). Астрономам відома хмара галактик із щільністю 220 032 галактик на один квадратний градус. Наша Галактика входить у скупчення галактик, яке називають місцевою системою.

    У Місцеву систему входять наша Галактика, галактика Туманність Андромеди, спіралеподібна галактика із сузір'я Трикутник та ще 31 зіркова система. Діаметр цієї системи - 7 млн. світлових років. У це об'єднання галактик входить галактика Туманність Андромеди, яка суттєво більша за нашу Галактику: її діаметр понад 300 тис. св. років. Вона знаходиться на відстані 2,3 млн. св. років від нашої Галактики і складається з кількох більйонів зірок. Поруч із такою величезної галактикою, як Туманність Андромеди, астрономам відомі галактики-карлики.(3).

    У сузір'ях Лева та Скульптора виявлено майже кулясті галактики розміром 3000 св. років у поперечнику. Є дані про лінійні розміри наступних великомасштабних структур у Всесвіті: зіркові системи - 108 км, галактики, що містять близько 1013 зірок, - 3104 св. років, скупчення галактик (з 50 яскравих галактик) – 107св. років, надскупчення галактик-109 св. років. Відстань між скупченнями галактик дорівнює приблизно 20107св. років. (1).

    Позначення галактик прийнято давати щодо відповідного каталогу: позначення каталогу плюс номер галактики (NGC2658, де NGC – новий загальний каталог Дрейєра, 2658 – номер галактики у цьому каталозі) У перших зіркових каталогах галактики помилково фіксувалися як туманності певної світності. У другій половині ХХ ст. було встановлено, що класифікація галактик Хаббла не є точною: існує безліч різновидів пекулярних формою галактик. Місцева система (скупчення галактик) входить у гігантське надскоплення галактик, діаметр якої становить 100 млн. років, наша Місцева система знаходиться від центру цього скупчення на відстані більше 30 млн. св. років(1). Сучасна астрономія використовує широкий спектр методів дослідження об'єктів, що знаходяться на величезних відстанях від спостерігача. Велике місце в астрономічних дослідженнях займає метод радіологічних вимірів, розроблений на початку минулого століття.

    Зірки

    Світ зірок надзвичайно різноманітний. І хоча всі зірки – розпечені кулі, подібні до Сонця, їх фізичні характеристики різняться дуже істотно.(1) Є, наприклад, зірки – гіганти та надгіганти. За своїми розмірами вони перевершують Сонце.

    Крім зірок гігантів існують і зірки – карлики, які значно поступаються за своїми розмірами Сонцю. Деякі карлики менші за Землю і навіть Місяця. У білих карликах термоядерні реакції практично не йдуть, вони можливі лише в атмосфері цих зірок, куди потрапляє водень із міжзоряного середовища. Здебільшого ці зірки світять за рахунок величезних запасів теплової енергії. Час їхнього охолодження - сотні мільйонів років. Поступово білий карлик остигає, колір його змінюється від білого до жовтого, а потім – до червоного. Нарешті, він перетворюється на чорний карлик - мертву холодну маленьку зірку розміром із земну кулю, яку неможливо побачити з іншої планетної системи (3).

    Розрізняють також нейтронні зірки – це величезні атомні ядра.

    Зірки мають різні поверхневі температури – від кількох тисяч до десятків тисяч градусів. Відповідно розрізняють і колір зірок. Порівняно холодні зірки з температурою 3 -4 тис. градусів - червоного кольору. Наше Сонце з поверхнею, нагрітою до 6 тис. градусів, має жовтуватий колір. Найгарячіші зірки – з температурою вище 12 тис. градусів – білі та блакитні.

    Зірки немає ізольовано, а утворюють системи. Найпростіші зіркові системи складаються з 2-х і більше зірок. Зірки об'єднані також у ще більші групи – зоряні скупчення.

    Вік зірок змінюється у досить великому діапазоні значень: від 15 млрд. років, які відповідають віку Всесвіту, до сотень тисяч – наймолодших. Існують зірки, які утворюються в даний час і знаходяться протозірковій стадії, тобто вони ще не стали справжніми зірками.

    Народження зірок відбувається в газово-пилових туманностях під дією гравітаційних, магнітних та інших сил, завдяки яким йде формування нестійких однорідностей та дифузна матерія розпадається на низку згущень. Якщо такі згущення зберігаються досить довго, то з часом вони перетворюються на зірки. Важливо, що відбувається народження не окремої ізольованої зірки, а зоряних асоціацій.

    Зірка – плазмова куля. У зірках зосереджена основна маса (98-99%) видимої речовини у відомій нам частині Всесвіту. Зірки – потужні джерела енергії. Зокрема, життя Землі зобов'язана своїм існуванням енергії випромінювання Сонця.

    Зірка - динамічна, спрямованим чином плазмова система, що змінюється. У ході життя зірки її хімічний склад та розподіл хімічних елементів значно змінюються. На пізніх стадіях розвитку зіркова речовина переходить у стан виродженого газу (у якому квантово-механічний вплив частинок одна на одну істотно позначається на його фізичних властивостях - тиску, теплоємності та ін.), а іноді і нейтронної речовини (пульсари - нейтронні зірки, барстери - Джерела рентгенівського випромінювання та ін.).

    Зірки народжуються з космічної речовини внаслідок її конденсації під дією гравітаційних, магнітних та інших сил. Під впливом сил всесвітнього тяжіння з газової хмари утворюється щільна куля – протозірка, еволюція якої проходить три етапи.

    Перший етап еволюції пов'язаний з відокремленням та ущільненням космічної речовини. Другий є стрімким стисненням протозірки. У якийсь момент тиск газу всередині протозірки зростає, що уповільнює процес її стиснення, проте температура у внутрішніх областях поки що залишається недостатньою для початку термоядерної реакції. На третьому етапі протозірка продовжує стискатися, а її температура - підвищуватись, що призводить до початку термоядерної реакції. Тиск газу, що з зірки, врівноважується силою тяжіння, і газова куля перестає стискатися. Утворюється рівноважний об'єкт – зірка. Така зірка є системою, що саморегулюється. Якщо температура всередині не підвищується, зірка роздмухується. У свою чергу, остигання зірки призводить до її подальшого стиснення та розігрівання, ядерні реакції в ній прискорюються. Таким чином, температурний баланс виявляється відновлений. Процес перетворення протозірки на зірку розтягується на мільйони років, що порівняно небагато за космічними масштабами.

    Народження зірок у галактиках відбувається безперервно. Цей процес компенсує також смерть зірок, що безперервно відбувається. Тому галактики складаються із старих та молодих зірок. Найстаріші зірки зосереджені в кульових скупченнях, їхній вік порівняний з віком галактики. Ці зірки формувалися, коли протогалактична хмара розпадалася на дедалі дрібніші згустки. Молоді зірки (вік близько 100 тис. років) існують за рахунок енергії гравітаційного стиску, яка розігріває центральну область зірки до температури 10-15 млн. К і «запускає» термоядерну реакцію перетворення водню на гелій. Саме термоядерна реакція є джерелом власного світіння зірок.

    З моменту початку термоядерної реакції, що перетворює водень на гелій, зірка типу нашого Сонця переходить на так звану головну послідовність, відповідно до якої будуть змінюватися з часом характеристики зірки: її світність, температура, радіус, хімічний склад і маса. Після вигоряння водню у центральній зоні у зірки утворюється гелієве ядро. Водневі термоядерні реакції продовжують протікати, але тільки в тонкому шарі поблизу поверхні цього ядра. Ядерні реакції переміщуються на периферію зірки. Вигоріле ядро ​​починає стискатися, а зовнішня оболонка розширюватися. Оболонка набухає до колосальних розмірів, зовнішня температура стає низькою, і зірка переходить у стадію червоного гіганта. З цього моменту зірка виходить на завершальний етап свого життя. Наше Сонце на це чекає приблизно через 8 млрд. років. При цьому його розміри збільшаться до орбіти Меркурія, а можливо, і до орбіти Землі, так що від планет земної групи нічого не залишиться (або залишиться оплавлене каміння).

    Для червоного гіганта характерна низька зовнішня, але дуже висока внутрішня температура. При цьому термоядерні процеси включаються все більш важкі ядра, що призводить до синтезу хімічних елементів і безперервної втрати червоним гігантом речовини, яка викидається в міжзоряний простір. Так, лише за один рік Сонце, перебуваючи на стадії червоного гіганта, може втратити одну мільйонну частину своєї ваги. Всього за десять - сто тисяч років від червоного гіганта залишається лише центральне ядро ​​гелієве, і зірка стає білим карликом. Таким чином, білий карлик ніби визріває всередині червоного гіганта, а потім скидає залишки оболонки, поверхневих шарів, що утворюють планетарну туманність, що оточує зірку.

    Білі карлики невеликі за своїми розмірами - їх діаметр навіть менший за діаметр Землі, хоча їх маса порівнянна сонячної. Щільність такої зірки в мільярди разів більша за щільність води. Кубічний сантиметр його речовини важить більше за тонну. Тим не менш, ця речовина є газом, хоч і жахливої ​​щільності. Речовина, з якої складається білий карлик - дуже щільний іонізований газ, що складається з ядер атомів та окремих електронів.

    У білих карликах термоядерні реакції практично не йдуть, вони можливі лише в атмосфері цих зірок, куди потрапляє водень із міжзоряного середовища. Здебільшого ці зірки світять за рахунок величезних запасів теплової енергії. Час їхнього охолодження - сотні мільйонів років. Поступово білий карлик остигає, колір його змінюється від білого до жовтого, а потім до червоного. Нарешті, він перетворюється на чорний карлик - мертву холодну маленьку зірку розміром із земну кулю, яку неможливо побачити з іншої планетної системи.

    Дещо інакше розвиваються масивніші зірки. Вони живуть лише кілька десятків мільйонів років. Вони дуже швидко вигоряє водень, і вони перетворюються на червоні гіганти лише за 2,5 млн. років. При цьому в їхньому гелієвому ядрі температура підвищується до кількох сотень мільйонів градусів. Така температура дає можливість протікання реакцій вуглецевого циклу (злиття ядер гелію, що призводить до утворення вуглецю). Ядро вуглецю, у свою чергу, може приєднати ще одне ядро ​​гелію та утворити ядро ​​кисню, неону тощо. аж до кремнію. Вигоряюче ядро ​​зірки стискається, і температура у ньому піднімається до 3-10 млрд. градусів. У умовах реакції об'єднання тривають до утворення ядер заліза - найстійкішого у всій послідовності хімічного елемента. Тяжкі хімічні елементи - від заліза до вісмуту також утворюються в надрах червоних гігантів, у процесі повільного захоплення нейтронів. У цьому енергія не виділяється, як із термоядерних реакціях, а, навпаки, поглинається. Через війну стиск зірки все прискорюється(4).

    Утворення ж найбільш важких ядер, що замикають таблицю Менделєєва, імовірно відбувається в оболонках зірок, що вибухають, при їх перетворенні на нові або наднові зірки, якими стають деякі червоні гіганти. У зашлакованій зірці порушується рівновага, електронний газ більше не здатний протистояти тиску ядерного газу. Настає колапс - катастрофічний стиск зірки, вона «вибухає всередину». Але якщо відштовхування частинок або будь-які інші причини все ж таки зупиняють цей колапс, відбувається потужний вибух - спалах наднової зірки. Одночасно при цьому в навколишній простір скидається не лише оболонка зірки, а й до 90% її маси, що призводить до утворення газових туманностей. При цьому світність зірки збільшується у мільярди разів. Так, було зафіксовано вибух наднової зірки в 1054 р. У китайських літописах було записано, що її видно вдень, як Венера, протягом 23 днів. У наш час астрономи з'ясували, що ця наднова зірка залишила після себе крабовидну туманність, що є потужним джерелом радіовипромінювання (5).

    Вибух наднової зірки супроводжується виділенням жахливої ​​кількості енергії. При цьому народжуються космічні промені, що набагато підвищують природне радіаційне тло і нормальні дози космічного випромінювання. Так, астрофізики підрахували, що приблизно раз на 10 млн. років наднові зірки спалахують у безпосередній близькості від Сонця, підвищуючи природне тло в 7 тисяч разів. Це може призвести до серйозних мутацій живих організмів на Землі. Крім того, при вибуху наднових йде скидання всієї зовнішньої оболонки зірки разом з накопиченими в ній «шлаками» - хімічними елементами, результатами діяльності нуклеосинтезу. Тому міжзоряне середовище порівняно швидко знаходить всі відомі на сьогоднішній день хімічні елементи важчі за гелій. Зірки наступних поколінь, у тому числі і Сонце, з самого початку містять у своєму складі і в складі навколишнього газопилової хмари домішка важких елементів (5).

    Планети та сонячна система

    Сонячна система є системою «зірка - планети». У нашій Галактиці приблизно 200 млрд зірок, серед яких, як вважають фахівці, деякі зірки мають планети. У Сонячну систему входить центральне тіло, Сонце, і дев'ять планет зі своїми супутниками (відомо понад 60 супутників). Діаметр Сонячної системи – понад 11,7 млрд.км. (2).

    На початку XXI ст. у Сонячній системі виявлено об'єкт, який астрономи назвали Сідною (ім'я ескімоської богині океану). Седна має діаметр 2000 км. Один її оберт навколо Сонця становить 10 500 земних років (7).

    Деякі астрономи називають цей об'єкт планетою Сонячної системи. Інші астрономи називають планетами лише космічні об'єкти, що мають центральне ядро ​​із відносно високою температурою. Наприклад, температура в центрі Юпітера, за розрахунками, досягає 20 000 К., Оскільки в даний час Седна знаходиться на відстані близько 13 млрд км від центру Сонячної системи, то інформація про цей об'єкт досить мізерна. У найдальшій точці орбіти відстань від Седни до Сонця сягає величезної величини - 130 млрд. км.

    До нашої зоряної системи входять два пояси малих планет (астероїдів). Перший знаходиться між Марсом та Юпітером (містить понад 1 млн. астероїдів), другий – за орбітою планети Нептун. Деякі астероїди мають діаметр понад 1000 км. Зовнішні межі Сонячної системи оточені так званою хмарою Оорта, названо на ім'я нідерландського астронома, який висловив у минулому столітті гіпотезу про існування цієї хмари. Як вважають астрономи, найближчий до Сонячної системи край цієї хмари складається з крижинок води та метану (ядер комет), які, подібно до найдрібніших планет, обертаються навколо Сонця під дією його сили тяжіння на відстані понад 12 млрд. км. Кількість таких мініатюрних планет обчислюється мільярдами (2).

    Сонячна система є групою небесних тіл, дуже різних за розмірами та фізичною будовою. До цієї групи входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комет, безліч метеоритних тіл. Всі ці тіла об'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла Сонця. Сонячна система є упорядкованою системою, має свої закономірності будови. Єдиний характер Сонячної системи проявляється в тому, що всі планети обертаються навколо сонця в тому самому напрямку і майже в одній і тій же площині. Сонце, планети, супутники планет обертаються довкола своїх осей у тому напрямі, де вони здійснюють рух своїми траєкторіями. Закономірно і будова Сонячної системи: кожна наступна планета віддалена від Сонця приблизно вдвічі далі, ніж попередня(2).

    Сонячна система утворилася приблизно 5 млрд років тому, причому Сонце – зірка другого покоління. Сучасні концепції походження планет Сонячної системи ґрунтуються на тому, що потрібно враховувати не лише механічні сили, а й інші, зокрема електромагнітні. Вважається, що електромагнітні сили відіграли вирішальну роль при зародженні Сонячної системи (2).

    Відповідно до сучасних уявлень, первісна газова хмара, з якої утворилися і Сонце, і планети, складалася з іонізованого газу, схильного до впливу електромагнітних сил. Після того як з величезної газової хмари через концентрацію утворилося Сонце, на дуже великій відстані від нього залишилися невеликі частини цієї хмари. Гравітаційна сила стала притягувати залишки газу до зірки, що утворилася - Сонцю, але його магнітне поле зупинило падаючий газ на відстані - саме там, де знаходяться планети. Гравітаційна постійна та магнітні сили вплинули на концентрацію та згущення падаючого газу, і в результаті утворилися планети. Коли виникли найбільші планети, той же процес повторився в менших масштабах, створивши таким чином системи супутників.

    Існує кілька загадок у вивченні Сонячної системи.

    1. Гармонія у русі планет. Усі планети Сонячної системи обертаються навколо Сонця по еліптичних орбітах. Рух всіх планет Сонячної системи відбувається в одній і тій площині, центр якої розташований в центральній частині екваторіальної площини Сонця. Площина, утворена орбітами планет, називається площиною екліптики.

    2. Всі планети та Сонце обертаються навколо власної осі. Осі обертання Сонця і планет, крім планети Уран, спрямовані, грубо кажучи, перпендикулярно площині екліптики. Вісь Урана спрямована до площини екліптики майже паралельно, тобто він обертається лежачи на боці. Ще його одна особливість - він обертається навколо своєї осі в іншому напрямку, як і Венера, на відміну від Сонця та інших планет. Всі інші планети та Сонце обертаються проти напрямку руху стрілки годинника. Уран має 15 супутників.

    3. Між орбітами Марса та Юпітера існує пояс малих планет. Це так званий астероїдний пояс. Малі планети мають у діаметрі від 1 до 1000 км. Їхня загальна маса менше 1/700 маси Землі.

    4. Усі планети поділяються на дві групи (земну та неземну). Перші - це планети з високою щільністю, у тому хімічному складі чільне місце займають важкі хімічні елементи. Вони невеликі за розмірами та повільно обертаються навколо своєї осі. До цієї групи належать Меркурій, Венера, Земля та Марс. Нині висловлюються припущення, що Венера - це минуле Землі, а Марс - її майбутнє.

    До другої групи належать: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун та Плутон. Вони складаються з легких хімічних елементів, швидко обертаються навколо своєї осі, повільно обертаються навколо Сонця та отримують менше променистої енергії від Сонця. Нижче (у таблиці) наводяться дані про середню температуру поверхні планет за шкалою Цельсія, тривалість дня і ночі, тривалість року, діаметр планет Сонячної системи та маси планети по відношенню до маси Землі (прийнятої за 1).

    Відстань між орбітами планет приблизно подвоюється при переході від кожної з них до наступної - «Правило Тіціуса - Боде», що дотримується розташування планет.

    При розгляді справжніх відстаней планет до Сонця виявляється, що Плутон в деякі періоди знаходиться ближче до Сонця, ніж Нептун, і, отже, він змінює свій порядковий номер за правилом Тіціуса - Боде.

    Загадка планети Венера. У стародавніх астрономічних джерелах Китаю, Вавилону, Індії віком 3,5 тис. років немає згадок про Венеру. Американський вчений І. Великовський у книзі «Світи, що стикаються», що з'явилася в 50-х pp. ХХ ст., висловив гіпотезу про те, що планета Венера зайняла своє місце лише нещодавно, у період формування давніх цивілізацій. Приблизно раз на 52 роки Венера підходить близько Землі, на відстань 39 млн. км. У період великого протистояння, кожні 175 років, коли всі планети вишиковуються одна за одною в одному напрямку, на відстань 55 млн км Марс наближається до Землі.

    Засоби спостереження об'єктів Всесвіту

    Сучасні астрономічні інструменти використовуються для вимірювання точних положень світил на небесній сфері (систематичні спостереження такого роду дозволяють вивчати рухи небесних світил); для визначення швидкості руху небесних світил уздовж променя зору (променеві швидкості): для обчислення геометричних та фізичних характеристик небесних тіл; вивчення фізичних процесів, які у різних небесних тілах; для визначення їх хімічного складу та для багатьох інших досліджень небесних об'єктів, якими займається астрономія. Всі відомості про небесні тіла та інші космічні об'єкти добуваються шляхом дослідження різних випромінювань, що надходять з космосу, властивості яких знаходяться в безпосередній залежності від властивостей небесних тіл і від фізичних процесів, що протікають у світовому просторі. У зв'язку з цим основним засобом астрономічних спостережень є приймачі космічних випромінювань, і в першу чергу телескопи, що збирають світло небесних світил.

    В даний час застосовуються три основні типи оптичних телескопів: лінзові телескопи, або рефрактори, дзеркальні телескопи, або рефлектори, та змішані, дзеркально-лінзові системи. Потужність телескопа безпосередньо залежить від геометричних розмірів його об'єктива чи дзеркала, що збирає світло. Тому останнім часом все більше застосування отримують телескопи-рефлектори, так як за технічними умовами можливе виготовлення дзеркал значно більших за діаметри, ніж оптичних лінз.

    Сучасні телескопи є дуже складними і досконалими агрегатами, при створенні яких використовуються новітні досягнення електроніки та автоматики. Сучасна техніка дозволила створити цілу низку пристосувань і пристроїв, що набагато розширили можливості астрономічних спостережень: телевізійні телескопи дають можливість отримувати на екрані чіткі зображення планет, електронно-оптичні перетворювачі дозволяють вести спостереження в невидимих ​​інфрачервоних променях, у телескопах з автоматичним коригуванням компенсується вплив. В останні роки все більшого поширення набувають нові приймачі космічного випромінювання - радіотелескопи, що дозволяють зазирнути в надра Всесвіту набагато далі, ніж найпотужніші оптичні системи.

    Істотно збагатила наші уявлення про Всесвіт радіоастрономія, що зародилася на початку 30-х рр. ХХ ст. нашого сторіччя. У 1943 р. радянські вчені Л. І, Мандельштам та Н.Д. Папалекс теоретично обгрунтували можливість радіолокації Місяця(10).

    Радіохвилі, послані людиною, досягли Місяця і, відбившись від нього, повернулися на Землю. 50-ті роки 20 ст. - Період надзвичайно швидкого розвитку радіоастрономії. Щорічно радіохвилі приносили з космосу нові дивовижні відомості про природу небесних тіл. Сьогодні радіоастрономія використовує найчутливіші приймальні пристрої та найбільші антени. Радіотелескопи проникли в такі глибини космосу, які поки що залишаються недосяжними для звичайних оптичних телескопів. Перед людиною відкрився радіокосмос - картина Всесвіту в радіохвилях (10).

    Існує також ціла низка астрономічних інструментів, що мають специфічне призначення та застосовуються для певних досліджень. До таких інструментів відноситься, наприклад, сонячний баштовий телескоп, побудований радянськими вченими і встановлений в Кримській астрофізичній обсерваторії.

    Дедалі більше широке використання при астрономічних спостереженнях знаходять різні чутливі прилади, що дозволяють вловлювати теплові та ультрафіолетові випромінювання небесних світил, фіксувати на фотопластинку об'єкти, невидимі для ока.

    Наступним етапом заатмосферних спостережень було створення орбітальних астрономічних обсерваторій (ВАТ) на штучних супутниках Землі. Такими обсерваторіями є радянські орбітальні станції «Салют». Орбітальні астрономічні обсерваторії різних типів та призначень міцно увійшли до практики (9).

    У ході астрономічних спостережень одержують ряди чисел, астрофотографії, спектрограми та інші матеріали, які для остаточних результатів мають бути піддані лабораторній обробці. Така обробка проводиться за допомогою лабораторних вимірювальних приладів. Під час обробки результатів астрономічних спостережень використовуються електронні обчислювальні машини.

    Для вимірювання положень зображень зірок на астрофотографіях та зображень штучних супутників щодо зірок на супутникограмах служать координатовимірювальні машини. Для вимірювання почорнінь на фотографіях небесних світил спектрограмах служать мікрофотометри. Важливий прилад, необхідний спостережень, астрономічний годинник(9).

    Проблема пошуку позаземних цивілізацій

    Розвиток природознавства у другій половині XX ст., видатні відкриття в галузі астрономії, кібернетики, біології, радіофізики дозволили перевести проблему позаземних цивілізацій суто умоглядної та абстрактно-теоретичної у практичну площину. Вперше в історії людства з'явилася можливість вести глибокі та докладні експериментальні дослідження щодо цієї важливої ​​фундаментальної проблеми. Необхідність такого роду досліджень визначається тим, що відкриття позаземних цивілізацій та встановлення контакту з ними можуть мати величезний вплив на науковий та технологічний потенціал суспільства, надати позитивний вплив на майбутнє людства.

    З позицій сучасної науки припущення можливості існування позаземних цивілізацій має об'єктивні підстави: уявлення про матеріальну єдність світу; про розвиток, еволюцію матерії як загальну її властивість; дані природознавства про закономірний, природний характер походження та еволюції життя, а також походження та еволюції людини на Землі; астрономічні дані про те, що Сонце – типова, звичайна зірка нашої Галактики і немає підстав для його виділення серед багатьох інших подібних зірок; водночас астрономія виходить із того, що в Космосі існує велика різноманітність фізичних умов, що може призвести в принципі до виникнення найрізноманітніших форм високоорганізованої матерії.

    Оцінка можливої ​​поширеності позаземних (космічних) цивілізацій у нашій Галактиці здійснюється за формулою Дрейка:

    Поточний документ не містить джерел. N=R х f х n х k х d х q х L

    де N – число позаземних цивілізацій у Галактиці; R - швидкість утворення зірок у Галактиці, усереднена по всьому часу її існування (кількість зірок на рік); f – частка зірок, які мають планетні системи; n – середня кількість планет, які входять у планетні системи та екологічно придатних життя; k – частка планет, на яких справді виникло життя; d – частка планет, на яких після виникнення життя розвинулися її розумні форми, q – частка планет, на яких розумне життя досягало фази, що забезпечує можливість зв'язку з іншими світами, цивілізаціями: L – середня тривалість існування таких позаземних (космічних, технічних) цивілізацій ( 3).

    За винятком першої величини (R), яка відноситься до астрофізики і може бути підрахована більш-менш точно (близько 10 зірок на рік), всі інші величини є дуже і дуже невизначеними, тому вони визначаються компетентними вченими на основі експертних оцінок, які, зрозуміло носять суб'єктивний характер.

    Тема контактів із позаземними цивілізаціями, мабуть, одна з найпопулярніших у науково-фантастичній літературі та кінематографії. Вона викликає, як правило, найгарячіший інтерес у шанувальників цього жанру, всіх, хто цікавиться проблемами Світобудови. Але художня уява тут має бути підпорядкована жорсткій логіці раціонального аналізу. Такий аналіз показує, що можливі такі типи контактів: безпосередні контакти, тобто. взаємні (або односторонні) відвідини; контакти каналами зв'язку; контакти змішаного типу – посилка до позаземної цивілізації автоматичних зондів, які передають отриману інформацію каналами зв'язку.

    Нині реально можливими контактами із позаземними цивілізаціями є контакти каналами зв'язку. Якщо час поширення сигналу в обидві сторони більше часу життя цивілізації (t > L), то мова може йти про односторонній контакт. Якщо ж t<< L, то возможен двусторонний обмен информацией. Современный уровень естественнонаучных знаний позволяет серьезно говорить лишь о канале связи с помощью электромагнитных волн, а сегодняшняя радиотехника может реально обеспечить установление такой связи

    Вивчення позаземних цивілізацій має передувати встановлення тієї чи іншої форми зв'язку з ними. Нині намітилося кілька напрямів пошуку слідів активності позаземних цивілізацій (6).

    По-перше, пошук слідів астрологічної інженерної діяльності позаземних цивілізацій. Цей напрямок базується на припущенні, що технічно розвинені цивілізації рано чи пізно повинні перейти до перетворення навколишнього космічного простору (створення штучних супутників, штучної біосфери та ін.), зокрема, для перехоплення значної частини енергії зірки. Як показують розрахунки, випромінювання основної частини таких астрологічних інженерних споруд має бути зосереджено інфрачервоної області спектра. Отже, завдання виявлення подібних позаземних цивілізацій повинне починатися з пошуку локальних джерел інфрачервоного випромінювання або зірок з аномальним надлишком інфрачервоного випромінювання. Такі дослідження нині ведуться. В результаті було виявлено кілька десятків інфрачервоних джерел, проте поки що немає підстав пов'язати якийсь із них із позаземною цивілізацією.

    По-друге, пошук слідів відвідування позаземних цивілізацій Землі. В основі цього напряму лежить припущення про те, що активність позаземних цивілізацій могла виявлятися в історичному минулому у вигляді відвідування Землі, і таке відвідування не могло не залишити слідів у пам'ятниках матеріальної чи духовної культури різних народів. На цьому шляху чимало можливостей для різноманітних сенсацій – приголомшливих «відкриттів», квазінаукових міфів про космічні витоки окремих культур (або їх елементів); так, розповіддю про космонавтів називають легенди про піднесення святих на небо. Незрозумілі поки що споруди великих кам'яних споруд також не доводять їхнього космічного походження. Наприклад, спекуляції такого роду навколо гігантських кам'яних ідолів на острові Великодня були розвіяні Т. Хейєрдал: нащадки древнього населення цього острова показали йому, як це робилося не тільки без втручання космонавтів, але і без будь-якої техніки. У цьому ряду і гіпотеза у тому, що Тунгуський метеорит був метеоритом чи кометою, а космічним кораблем інопланетян. Такі гіпотези і припущення необхідно дослідити ретельно (6)

    По-третє, пошук сигналів від позаземних цивілізацій. Ця проблема в даний час формулюється, перш за все, як проблема пошуку штучних сигналів в радіо та оптичному (наприклад, гостроспрямованим променем лазера) діапазонах. Найбільш ймовірним є радіозв'язок. Тому найважливішим завданням є вибір оптимального діапазону хвиль для такого зв'язку. Аналіз показує, що найбільш ймовірні штучні сигнали на хвилях = 21 см (радіолінія водню), = 18 см (радіолінія ВІН), = 1,35 см (радіолінія водяної пари) або ж на хвилях, скомбінованих з основної частоти з будь-якої математичної константою та ін.).

    Серйозний підхід до пошуку сигналів від позаземних цивілізацій вимагає створення постійно діючої служби, що охоплює всю небесну сферу. Причому така служба має бути досить універсальною – розрахованою на прийом сигналів різного виду (імпульсних, вузькосмугових та широкосмугових). Перші роботи з пошуку сигналів позаземних цивілізацій були виконані в США в 1950 р. Досліджувалося радіовипромінювання найближчих зірок (Кита та Ерідана) на хвилі 21 см. У подальшому (70-80-ті рр.) такі дослідження проводилися й у СРСР. У ході досліджень було отримано обнадійливі результати. Так, в 1977 р. в США (обсерваторія Огайського університету) в процесі огляду неба на хвилі 21 см був зареєстрований вузькосмуговий сигнал, характеристики якого вказували на його позаземне і, ймовірно, штучне походження (8). і питання його природі залишився відкритим. З 1972 р. пошуки оптичного діапазону проводилися на орбітальних станціях. Обговорювалися проекти будівництва багатодзеркальних телескопів на Землі та на Місяці, гігантських космічних радіотелескопів та ін.

    Пошук сигналів від позаземних цивілізацій – одна сторона контакту із нею. Але існує й інша сторона – повідомлення таким цивілізаціям про нашу, земну цивілізацію. Тому поряд із пошуками сигналів від космічних цивілізацій робилися спроби направити послання до позаземних цивілізацій. У 1974 р. з радіоастрономічної обсерваторії в Аресібо (Пуерто-Ріко) у бік кульового скупчення М-31, що знаходиться від Землі на відстані 24 тис. світлових років, було направлено радіо послання, що містить закодований текст про життя та цивілізацію на Землі (8) . Інформаційні повідомлення також неодноразово поміщалися на космічні апарати, траєкторії яких забезпечували їм вихід межі Сонячної системи. Звичайно, дуже мало шансів на те, що ці послання колись досягнуть мети, але починати з чогось треба. Важливо, що людство не тільки серйозно замислюється про контакти з розумними істотами з інших світів, але й виявляється здатним налагоджувати такі контакти, нехай у найпростішій формі.

    Космічні природні джерела випромінювання ведуть постійну інтенсивну радіопередачу на хвилях метрового діапазону. Щоб вона не створювала прикрих перешкод, радіозв'язок між заселеними світами має вестися на довжинах хвиль, трохи більше 50 см.(11).

    Коротші радіохвилі (у кілька сантиметрів) не підходять, оскільки теплове радіовипромінювання планет відбувається саме на таких хвилях, і воно «глушитиме» штучний радіозв'язок. У США обговорюється проект створення комплексу для прийому позаземних радіосигналів, що складається з тисячі синхронних радіотелескопів, встановлених на відстані 15 км один від одного. По суті, такий комплекс подібний до одного велетенського параболічного радіотелескопа з площею дзеркала 20 км. Проект передбачається реалізувати протягом найближчих 10–20 років. Вартість наміченої споруди воістину астрономічна – не менше ніж 10 млрд. доларів. Проектований комплекс радіотелескопів дозволить приймати штучні радіосигнали в радіусі 1000 світлових років (12).

    В останнє десятиліття серед вчених і філософів все більше переважає думка, що Людство самотнє якщо не у всьому Всесвіті, то принаймні в нашій Галактиці. Така думка тягне за собою найважливіші світоглядні висновки про значення та цінність земної цивілізації, її досягнень.

    Висновок

    Всесвіт – це весь існуючий матеріальний світ, безмежний у часі та просторі та нескінченно різноманітний за формами, які приймає матерія у процесі свого розвитку.

    Всесвіт у широкому значенні – це середовище нашого проживання. Важливе значення практичної діяльності людини має та обставина, що у Всесвіті панують незворотні фізичні процеси, що він змінюється з часом, перебуває у постійному розвитку. Людина приступила до освоєння космосу, вийшла у відкритий космічний простір. Наші звершення набувають все більшого розмаху, глобальних і навіть космічних масштабів. І для того, щоб врахувати їхні близькі та віддалені наслідки, ті зміни, які вони можуть внести в стан нашого проживання, у тому числі й космічного, ми повинні вивчати не тільки земні явища та процеси, а й закономірності космічного масштабу.

    Вражаючий прогрес науки про Всесвіт, започаткований великою коперніканською революцією, вже неодноразово приводив до вельми глибоких, часом радикальних змін у дослідній діяльності астрономів і, як наслідок, у системі знання про структуру та еволюцію космічних об'єктів. В наш час астрономія розвивається особливо стрімкими темпами, що наростають з кожним десятиліттям. Потік видатних відкриттів та досягнень нестримно наповнює її новим змістом.

    На початку XXI століття перед вченими стоять нові питання про влаштування Всесвіту, відповіді на які вони сподіваються отримати за допомогою прискорювача – Великого Адронного Колайдера

    Сучасна наукова картина світу динамічна, суперечлива. У ній більше запитань, аніж відповідей. Вона дивує, лякає, ставить у глухий кут, шокує. Пошукам пізнаючого розуму немає кордонів, і найближчими роками ми, можливо, будемо вражені новими відкриттями та новими ідеями.

    Список літератури

    1. Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства: підручник \ изд. 2-ге, перероб. та доп.- М.: Альфа-М; ІНФРА-М, 2004. – 622 с.

    2. Лавріненко В.М. Концепції сучасного природознавства: підручник В.М. Лавріненко, В.П. Ратнікова – М.: 2006. – 317 с.

    3. Новини астрономії, Всесвіт, астрономія, філософія: вид. МДУ 1988. – 192 с.

    4. Данилова В.С., Кожевніков Н.І. Основні концепції сучасного природознавства: підручник М.: Аспект-прес, 2000 - 256 с.

    5. Карпенков С.Х. Сучасне природознавство: підручник \ М.Академічний проект 2003. - 560 с.

    6. Новини астрономії, космонавтики, Всесвіту. - URL: universe-news.ru

    7. Ліхін А. Ф. Концепції сучасного природознавства: підручник \ ТК Велбі, Вид-во Проспект, 2006. - 264 с.

    8. Турсунов А. Філософія та сучасна космологія М. ІНФРА-М, 2001, - 458 с.